高 偉，李緒忠，全 源

（1. 長沙有色冶金設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000；2. 長沙礦冶研究院有限責任公司, 湖南 長沙 410000）

1 工程概況

某選礦廠排出尾礦量約38000t/d，尾礦輸送管線起點為選礦廠尾礦濃密池，終點為尾礦庫。管道起點標高3500米，終點標高3550米。為了提高長距離礦漿管道工程設計的安全可靠度，在管道工程詳細設計前，對輸送礦漿進行基礎試驗和半工業(yè)環(huán)管磨蝕輸送試驗，為長距離尾礦輸送管道的工程參數(shù)設計和設備選型提供依據(jù)。

管道試驗研究主要研究內(nèi)容：1）不同材質(zhì)管道在輸送礦漿體時的磨蝕速率研究；2）漿體流變特性研究；3）漿體的極限坡度研究。4）通過試驗研究獲得漿體管道輸送工藝參數(shù)。

2 漿體流變試驗研究

（1）漿體流變特性測試方法。流變特性研究包括漿體的粘度和屈服應力，兩個參數(shù)由HAAKE VT550數(shù)字粘度計測得。HAAKE VT550是業(yè)界通用的用于測定礦漿屈服應力和塑性粘度的儀器，本次測定屈服應力的轉(zhuǎn)子是6刃葉片轉(zhuǎn)子FL-100，

圖1 流動曲線

屈服應力的測定方法：測定礦漿不同剪切率下的剪切應力，得到圖1所示的流動曲線，流動曲線同時給出剪切應力、粘度和剪切率的關(guān)系，如圖1直線和縱坐標的交點即為屈服應力，圖中直線的斜率為粘度。數(shù)字粘度計自動給出屈服應力和粘度數(shù)值。

（2）屈服應力的測定方法。測定礦漿不同剪切率下的剪切應力，得到圖1所示的流動曲線，流動曲線同時給出剪切應力、粘度和剪切率的關(guān)系，如圖1直線和縱坐標的交點即為屈服應力，圖中直線的斜率為粘度。數(shù)字粘度計自動給出屈服應力和粘度數(shù)值。漿體流變特性測試結(jié)果采用HAAKE VT550流變測試實驗平臺進行漿體流變性能測試，包括不同濃度漿體的動力粘度與屈服應力。不同濃度漿體的屈服應力和粘度詳見圖2。

屈服應力和粘度測試結(jié)果表明：礦漿濃度為50%時屈服應力和粘度仍較低，仍呈現(xiàn)典型的漿體特性；當?shù)V漿濃度超過50%時，濃度的較小變化導致屈服應力和粘度的較大變化，屈服應力和粘度對濃度變得較敏感，因此合適的輸送濃度應為50%左右。

圖2 不同濃度漿體屈服應力和粘度

3 漿體滑移角安息角試驗

漿體輸送管道的最大敷設坡度是通過漿體沉積層靜止沉降安息角和滑移角試驗來確定的。

滑移角是指沉積在水平管道內(nèi)的漿體沉積層滑動時的管道傾角α；安息角是指漿體在傾斜管內(nèi)沉積時，沉積面和水平面之間的夾角β。

前者試驗時，將制成所需濃度的漿體裝入直徑100mm長1m的有機玻璃試管內(nèi)。搖動均勻后，水平放置在試驗裝置上，待漿體顆粒完全沉降形成沉積層后，將試管一頭慢慢均勻升起，直至沉積層開始向下滑動時止，滑動前的極限角即為滑移角（沉積層水下靜止安息角）。后者試驗時，將試管內(nèi)漿體搖動均勻后，快速置于預先設定好角度的試管裝置上，待管內(nèi)漿體固體顆粒自然沉降后，測量沉積層的角度。這一角度與試驗管的預先設定角度有關(guān)，需要多次試驗才能確定。最后以形成的沉積層基本無滑動，不堵塞斜管下部端面為準。經(jīng)多次試驗，銅礦漿體的滑移角和安息角見表1、表2。

表1 漿體滑移角實驗結(jié)果

表2 漿體安息角實驗結(jié)果

4 磨蝕試驗研究

4.1 試驗目的

研究不同材質(zhì)尾礦漿體輸送管道的磨蝕性能。

4.2 被測樣品

（1）樣品種類。共三種試驗樣品。分別為：①裸鋼管，X52材質(zhì)，用A表示。②超高PE，用B表示。③鋼膠鋼管，用C表示。

（2）樣品規(guī)格。每種樣品提供兩套，每套由五個試件組成，每個試件長40mm～80mm。

4.3 試驗介質(zhì)條件

尾礦漿體，重量濃度50%。

4.4 試驗方法

采用環(huán)管磨蝕模擬試驗法進行試驗。每種樣品有五個相同的試件組成，其中間三個為有效磨損試件，前后各一為過渡試件。通過止口串聯(lián)于管道上測試。

4.5 試驗系統(tǒng)

①試驗系統(tǒng)由30m內(nèi)徑50mm環(huán)管、直徑800mm礦漿攪拌槽、50ZJ-I-A-33渣漿泵、兩組冷水套管、流量計等附件組成。②溫度控制：為控制漿體溫度，管路上裝置兩組冷水套管，試驗時通入自來水對管道降溫。③流量控制：渣漿泵配置變頻器，出口安裝調(diào)節(jié)閥和電磁流量計，控制和測定環(huán)管內(nèi)漿體流量，以確定試驗漿體流速，保持試驗過程穩(wěn)定。④濃度控制：人工測定，每四小時測定一次，保證循環(huán)漿體成分恒定。

4.6 試驗步驟

①3.5噸原礦按照碎磨工藝參數(shù)進行破碎、磨礦。②將細度合格礦樣與水按照比例配成50%重量濃度漿體，加入CaO（因選礦工藝采用石灰作為調(diào)整劑）調(diào)整漿體PH值到8.0。③漿體在攪拌槽中攪拌均勻后，開啟渣漿泵進行環(huán)管循環(huán)磨損試驗，循環(huán)流速2.75m/s，渣漿泵流量15m3/h。④為保持試樣粒級組成的穩(wěn)定，排除粒級變化給磨蝕試驗帶來的誤差，初次試驗時間暫定30小時，試驗后通過分析粒度組成和顆粒形狀變化情況確定每次試驗時間。單一粒度單一流速工況下，進行三次試驗。⑤每次試驗需要測試和記錄運行工況數(shù)據(jù)：濃度C、流量Q、漿體溫度T、粒度分布。數(shù)據(jù)每四小時測定記錄一次。⑥磨蝕量采用稱量法測定。串接于環(huán)管中的短管試件經(jīng)過規(guī)定時間的運行磨蝕后卸下，清除污垢后烘干至恒重，采用精密電子分析天平稱量。用測得試件的磨蝕量進行換算，得到管道內(nèi)壁平均磨蝕量，并換算為管道年平均磨蝕厚度。

4.7 磨蝕試驗結(jié)果

管道磨蝕量采用稱重法測定。為盡量避免試件機加工微小刀紋對磨蝕試驗結(jié)果的影響，試驗分兩步進行。首先把試件串接于環(huán)管中，經(jīng)過30小時初磨蝕后卸下，清除礦漿污垢后烘干至恒重。測定30小時的磨蝕量。然后再把試件串接于環(huán)管中進行兩次72小時的磨蝕試驗。采用下式進行計算。

管道磨蝕試驗表明：此種礦漿對鋼管的磨蝕較高，超高PE和襯橡膠鋼管的磨蝕較低，三種管道材質(zhì)以襯膠鋼管最為耐磨。

5 結(jié)論

（1）漿體流變特性研究表明。礦漿濃度為50%時屈服應力和粘度仍較低，仍呈現(xiàn)典型的漿體特性；當?shù)V漿濃度超過50%時，濃度的較小變化導致屈服應力和粘度的較大變化，屈服應力和粘度對濃度變得較敏感，因此合適的輸送應為50%.

（2）管道磨蝕試驗表明。此種礦漿對鋼管的磨蝕較高，超高PE和襯膠鋼管的磨蝕較低，三種管道材質(zhì)以襯膠鋼管最為耐磨。對于襯膠鋼管，一般的襯膠厚度大于5mm,此種管道在輸送濃度為50%，輸送速度為2.75m/s時，服務壽命可達25年以上。