礦漿粘度的測量與影響因素分析

礦漿粘度的測量與影響因素分析本課題研究中聽用到的礦樣為翱他高磷師狀赤鐵礦礦任按樣品磨礦加工的標(biāo)準(zhǔn)流程先川頓式破碎機(jī)進(jìn)疔粗破，然后用對羯破碎機(jī)進(jìn)行細(xì)碎，工產(chǎn)出試驗(yàn)所需要用的礦樣"考慮到試樣的代表性和實(shí)驗(yàn)室小型磨礦機(jī)的效率’除了大塊的巖礦鑒定標(biāo)本是從原礦樣中揀取外.其余分析試樣均從蹴碎的產(chǎn)品中縮分制樣而成，其中包括粘度測量試樣、磨礦試樣等*即先采書頻式破碎機(jī)將原礦樣破碎至約然盲經(jīng)對觀機(jī)和振動(dòng)篩閉蹄將其破辭到試驗(yàn)所要求的粒度（加曲，毘后耳移錐法混樣’四分法對分的方法縮分「并按l.Ofcg巫量分袋貯帝作為下一步試驗(yàn)試樣。本測量試驗(yàn)中準(zhǔn)備3悄Ikg.I份2kg的已經(jīng)準(zhǔn)備好的鄂西鐵礦袋裝樣，將其中3份1熠的您礦，使用XMQ（p加護(hù)90的普通球磨機(jī)，任礦漿冰度50%條件卜■分別研磨ISmins175min.20mh，得樣品A、B、C.將2份1炯袋礦，先用與上面相同的磨礦方法磨礦lOmim再將其產(chǎn)品烘T后使用GN8高能攪拌暗機(jī)，在介質(zhì)充填率為60%,礦漿濃度為40呀條件下，磨礦得樣晶6硏磨完成陽將這些濕礦放入烘T箱中拱干,烘干曲G將其碾幫制成粉末備用，II每?種礦川…分氷取岀100克的樣品進(jìn)嚇濂篩、干篩、稱量炳做粒度分析。經(jīng)粒度分析，得到本實(shí)驗(yàn)中的4■個(gè)樣品A、3.C、D的粒度分布見表2丄MI'D樣品的粒度分布為激光粒度儀分析纟舌果.#21各樣品粒度樣拈名稱ABCD-38pm含07%6773RS.6100-lOfim!；：■■%96XI.2樣品礦漿濃度的配制計(jì)算粘度測量使用上海尼潤智能科技有限公司生產(chǎn)的DV-79型數(shù)字型粘度測量儀’測量范IH：lmP^lOO^'mPa.SiW轉(zhuǎn)速度:7,5.75.750轉(zhuǎn)詢（:三檔變速），測量時(shí)盛礦漿的輝群有A、B兩種規(guī)格?按照測呈容器休積減去轉(zhuǎn)子的體枳來配制宦量濃度的溶液Tf吏用原料是鄂曲鐵礦的嫌「其密度經(jīng)過測雖為4g/cm\進(jìn)啲訃算山各種濃度時(shí)溶液的密度*從而在體積□龍的情況下，大致il尊出務(wù)種濃度時(shí)礦粉和水的添lint,a容器的測量范圍從1^5000mPa.Sr被測量礦漿的粘度尢概處在幾至幾百Z間，所以貝是用A容器就能満足要軋A輝器的'密積為56ml,這個(gè)試驗(yàn)中均用A容搟來測血而和対較癥淋度的礦漿則川B弈器測磺但克計(jì)算的方法刖心通過計(jì)算得出用A容器測量時(shí)，礦漿休積均為56ml情況下，不用濃度下的礦粉和水的添加質(zhì)量見表2.2。表2.2各種濃度下水與礦粉的添加雖濃度/%礦漿密度/g/ml礦漿質(zhì)如:蟲礦粉質(zhì)赧/g水的質(zhì)址蟲101.081160.56.154.5201.176565.913.252.7301.290372.321.750.6401.428680.032.04&0501.60089.644.844.8601.8182101.861.140.7注：文中濃度均為礦漿質(zhì)屋濃度，下同。2丄3試驗(yàn)說明與方法為了向第函鐵礦磨礦工藝提供合理的技術(shù)參數(shù)，了解不同條件下礦漿粘度的變化，有三個(gè)影響變量：粒度變量、濃度變量、溫度變最。磨礦粒度的范圍限制在鄂西鐵礦選礦需要的磨礦粒度范圍內(nèi)，根拯目詢鄂西詵礦的選礦技術(shù)進(jìn)展，最終磨礦粒度?38問1的含屋大約為90%,囚此選擇的粘度測定的磨礦粒度是-38pm的含量在60%?100%之間。依據(jù)恿礦工藝，三段磨礦的最高濃度值大約為60%,超出這一值，由于粘度的急劇增加會降低磨礦效率，因此濃度上限設(shè)置為60%；為探索低濃度條件下曠漿的粘度變化特性。濃度下限設(shè)置為10%。溫度變化范圍30°C?60°C,與實(shí)際磨礦溫度相似，三段磨礦的礦漿溫度大約為50°C,一段、二段磨礦的溫度則略離于室溫。每次就按表2.2稱取某一濃度下對應(yīng)的礦粉量與水的質(zhì)量(均為對應(yīng)的某一溫度的水)，在稱量時(shí)，可先將容器進(jìn)行預(yù)熱，以使礦漿快速達(dá)到測量溫度。先將水倒入容器中，邊加入礦粉邊攪拌。等礦粉和水全部加入后，放入超聲波清洗器中幫助礦粉分散并持續(xù)攪拌5?l()min,再用粘度計(jì)進(jìn)行測量，在測量的過程中使用恒溫水箱與測量容器之間構(gòu)成一個(gè)恒溫的閉路循環(huán)，使其內(nèi)的礦漿溫度維持在目標(biāo)溫度附近。2.2礦漿粘度的測量結(jié)果采用上述方法制備待測物料，根據(jù)物料密度、粘度計(jì)測試腔體的容積計(jì)舁各種設(shè)定濃度下的固體量，配制成不同濃度的礦漿進(jìn)行粘度測試。進(jìn)行不同溫度下的粘度測試時(shí)，礦漿溫度山恒溫水浴槽與循壞泵來保證，恒定溫度的水從水浴槽用泵送到粘度訃的保溫腔中，保溫腔中的水回流到水浴榕中，以此保持礦漿的溫度恒定，測量Z詢，測眾礦漿溫度，觀察是否達(dá)到設(shè)定值。

鄂西鐵礦制成的懸浮液，可以肯定不是牛頓流體，它的粘歿一定與剪切率相關(guān)，因』測雖時(shí)，為了避免不同剪切率（山轉(zhuǎn)子直徑和轉(zhuǎn)速確定）引起的誤差，盡量在-個(gè)相同f剪切率下進(jìn)行測雖。不同濃度、粒度、溫度下的礦漿粘度測量結(jié)果列于表2.3。表23不同粒度.濃度利溫度下的礦漿粘度-38jim含礦漿濃度 不同礦漿溫度卜的粘度/mPa.s 樣品名稱就/%/%30.0940.0'C50?(TC60.0C10L091.181.151.03201.211.21」71.05%)1.251.251.181.08A67401351.31.241」5503.543.483.362.36020.419.418.911.8101.081.091.071.01201」31.121」1.02301.2l」X1」21.()4B73402.091.371.271.15503.533.493.472.776020.620.319.214.5101.21」1.081.05201.31」71.141.06301.291.251161.07C88.6402.462.371.261.37506.776.484」53.786025.324.623.821.5101.221.171.081.07201.241.21」1.08301.281.251.181」3D10044.714.473.83.55013.512.410.19.056080.573.166.860.7

2.3粘度測呆的結(jié)果分析2.3.1礦漿濃度對粘度的影響依拡表2.3的測量結(jié)果，繪制出40C、5(TC、60°C時(shí)，-3兔m的含量分別為100%、88.6973.0%.67.0%條件卜?濃度變化對粘度的影響見圖2」、圖22.圖2.3.圖2.4。圖2.1不同淋度下，?38pm的含駅為100%時(shí)礦漿粘度與濃度關(guān)系圖礦漿濃度,/%圖2.3不同溫度下，?38呻的含就為73.0%時(shí)礦漿粘度與濃度關(guān)系圖321090076543321090076543nn1—4S.Edm、5/jE圖2.4不同淋度卜\-3?Pm的含戰(zhàn)為67%時(shí)礦漿粘度與濃度關(guān)系圖從圖2.1?2.4可以看出，礦漿的濃度對懸浮液的粘度有明顯的影響，濃度為10%-40%時(shí),

礦漿的粘度隨著礦漿濃度的和川而緩慢增加，濃度捉高到40%,此時(shí)粘度隨濃度的增加開

始顯著増加，但礦漿濃度提窩50%時(shí),粘度增加的超勢加痢，艮M纟戈匕升的態(tài)如濃度達(dá)到60%時(shí)，它的粘度達(dá)到低濃度時(shí)的20至70倍°濃度小于40%時(shí)，粘度值為1.07?1.28mPa.s之間，增加緩慢，當(dāng)濃度從40%升到50%時(shí)，粘度増加到了3.5?4.7mPa.s之間，增長明顯，當(dāng)濃度提高到60%時(shí)，粘度最小的也增加到了6O.7mPas,與低濃度相比増加了50多倍。因此進(jìn)行鄂西鐵礦超細(xì)轉(zhuǎn)礦時(shí)應(yīng)將濃度控制在50%以內(nèi)，過侖的磨礦濃度將會導(dǎo)致礦漿的粘度的急劇升高，隨看粘度的升髙將會降低礦漿的流動(dòng)性與介質(zhì)的活躍程度，礦漿對介質(zhì)的阻力也會變大，從而使得磨機(jī)的磨礦效率與單位處理能力下降，而其磨礦能耗無疑也會隨著增加。其它條件下的粘度隨濃度的變化趨勢都遵循相同的變化規(guī)律，通過orginS.O軟件對所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，符合以下的表達(dá)形式：y=aex/b+c (2.1)其中y表示粘度，x表示濃度變星，a、b、c為方程的參數(shù)根據(jù)曲線不同而不同，以圖2.1為例，在60C下、-38pm的含量為100%時(shí)，其擬合方程的各參數(shù)分別為a=3.5757x104、b=4.99174、c=1.31852,擬合相關(guān)系數(shù)”=0.9991。在各個(gè)褊度下粘度與濃度關(guān)系的模擬參數(shù)見表2.4所示。從表2.4中可以看出擬合相關(guān)系數(shù)都保持在0.999以上，說明公式2.1的指數(shù)擬合模型準(zhǔn)確度比較高能充分的反應(yīng)粘度隨礦漿濃度的變化情況。從表中也可以看岀隨著溫度的升高其a、b、c三個(gè)參數(shù)都是依次變小的，這就在一定程度上說明了礦漿粘度會隨著溫度的升髙反而降低的趨勢。另外a、b、c三個(gè)參數(shù)在相同的溫度下隨著礦漿粒度的變粗也是依次變小的，這也間接地能反應(yīng)了礦漿粘度不僅與濃度有關(guān)還與其粒度有很大關(guān)系。表2.4粘度與濃度關(guān)系的模擬常數(shù)樣品種類(-38gm的含星)溫度/°c -a指數(shù)關(guān)系的各參數(shù)R2bC400.001145.428841.404060.9992100%504.4879E-045.046541.389040.9992603.5757E-044.991741.318520.9991400.003976.908871.136960.998988.6%501.3092E-044.972871.054170.9998601.1723E-044.970931.033830.9999406.9139E-044.987011.107530.999973%509.4581E-054.932181.047040.9998606.5872E-054.905360.993350.9999407.1OO3E-O44.816681.156290.999867%506.5384E-044.794501.104590.9997602.8277E-054.670541.068550.9996

23.2礦漿粒度對粘度的影響溫度為40“C、50'C、60C時(shí)，各種濃度條件F,粒度變化對粘度的彫響見圖2.5、圖:圖2?7。圖2.5409時(shí)不同濃度卜?的礦漿粘度與粒度的關(guān)系関2.65(TC眄水同濃廢卜礦漿粘皮與粒發(fā)的關(guān)系(sdd?>(sdd?>從圖2-5、圖2.6、圖2.7可以看出，礦漿的粒度變化對粘度有明顯的影響?粘席和粒席關(guān)系的總體趨勢是礦漿的粘度隨著礦漿粒度的變細(xì)而增加。當(dāng)-38gm含瑩小于88.6%時(shí)，礦漿粘度的變化趨勢是緩慢増加，當(dāng)?38ym大于88.6%時(shí)，礦漿粘度是呈急劇增長趨勢。如礦眾溫度為4G°C,濃度為60%時(shí)，-38pm的含屋分別為67%、73%、88.6%時(shí)，其粘度分別為19.4、20.3、24.6mPa.s,?38pm含量從73%到88.6%,其粘度提高了4.3mPa.s,提高了21.2%,展高幅度明顯，當(dāng)?38屮n含呈上升到100%時(shí)，粘度增加到73.1mPa.s,用對于-38pm的含量為88.6%時(shí)，粘度提高了48.5,相對提高了197.2%,增長幅度較之前的增長提高了9倍多。曲圖2.5、圖2.6、圖2.7町知，隨著礦漿粒度組成的不斷變細(xì)，礦漿粘度是呈不斷上升造勢，特別是?38啊的含量大于88.6后呈抬數(shù)上升趨勢。由粒度對粘度的影響變化情況看,述著礦漿粒度的不斷變細(xì)其粘度是不斷升高，這樣的結(jié)果會導(dǎo)致磨礦效率不斷降低。這也能解釋在粛礦過程中，礦漿磨到--定的細(xì)度后，加長磨礦時(shí)間對磨礦已經(jīng)起不到明顯的濟(jì)曠效果，只會大大增加磨礦成本。對于粘度與礦漿粒度的關(guān)系擬合結(jié)果表明，其也很好的符合了指數(shù)的數(shù)學(xué)關(guān)系，公式2」同樣適用，粘度與各粒度關(guān)系的模擬參數(shù)見表2.5所示。表2.5粘度與粒度關(guān)系的模擬參數(shù)溫度廠C濃度/%指數(shù)關(guān)系的各參數(shù)abcR2400.1085826.62-0.15980.982240500.0038412.738912.565680.9937601.3288E-O75.0474119.670930.9996402.6784E-152.878911.209740.999750501.0263E-075.556333.378330.9997602.8940E-075.2838918.856650.9999404.0472E-114.041831.250290.983460501.9783E-057.855202.362570.9933606.0324&057.3543712.18320.9960從表2.5的結(jié)果可以得知，粘度與粒度關(guān)系的擬合結(jié)果大致上還是準(zhǔn)確的，特別是濃度為60%時(shí)的擬合程度非常高，相關(guān)系數(shù)R2都基本達(dá)到0.999,已經(jīng)能很好的反應(yīng)粘度隨看粒度的變化規(guī)律。對于單體解離要求達(dá)到-10pm的鄂西商磷鯽狀赤鐵礦而言，普通的聒礦設(shè)備難以達(dá)到理想的磨礦效果。實(shí)現(xiàn)卻西鐵礦微細(xì)粒磨礦，只能應(yīng)用高能效的磨礦設(shè)備才能使其單體解離，從而進(jìn)行后續(xù)的選礦作業(yè)，而在商能效聒機(jī)的磨礦過程中同樣會而臨礦漿粘度不斷變大所帶來的磨礦效率不斷降低的技術(shù)難題。2.33溫度對粘度的影響礦漿濃度為50%、60%時(shí)，-38pm的含量分別為67%、73%、88.6%、100%條件下，溫度變化對粘度的影響影響見圖2.8、圖2.9。圖2.8濃度為50%時(shí)不同粒級的礦漿溫度與粘度的關(guān)系25 30 35 40 45 50 55 60 65礦漿溫度（攝氏度）(S.PE)25 30 35 40 45 50 55 60 65礦漿溫度（攝氏度）(S.PE)超捉粼U圖2.9濃度為60%時(shí)備種粒級的礦漿溫度與粘度的關(guān)系從圖2.8、圖2.9可以看出，溫度對礦漿的粘度有一定的影響。由圖可知，在濃度為50%和60%情況下，?38呵的含量分別為67%、73%的礦漿溫度與粘度的關(guān)系，對于-38pm的含量分別為67%、73%這樣粒度較人的礦漿，在溫度為50°C之詢，隨著溫度的升高粘度下降緩慢，曲線比較平緩。當(dāng)溫度大于50°C時(shí)粘度隨溫度的增加顯著減少。如濃度為50%時(shí)，?38ym的含量為67%的礦集在30°C、40C、50°C時(shí)的粘度分別為3.54、3.48、3.36mPa.s；當(dāng)溫度升到60°C時(shí)，礦漿的粘度變?yōu)?.3mPa.s。在濃度為50%、60%情況下，對于的含星分別為88.6%、100%這樣粒度較小的礦漿，礦漿的粘度隨看溫度的增加而均勻減少，有顯直線下降趨勢。如礦漿濃度為60%時(shí)，-38pm的含量為100%的礦漿在30°C、40°C、5O°C、60C下的粘度分別為80.5、73.1、66.8、60.7mPa.So現(xiàn)場實(shí)際磨礦作業(yè)中的磨礦溫度大約在5（rc左右，根拯溫度對粘度的影響結(jié)果表明：當(dāng)?shù)V漿的整體粒度較粗時(shí)，溫度在30°C?50°C范圍內(nèi)對粘度的影響不大。當(dāng)?shù)V漿被磨碎到一定的細(xì)度時(shí)，雖然對礦漿溫度的研究暫不能提髙磨礦效率，但是可以使我們更好的了解礦漿粘度的影響因素和礦漿的性質(zhì)O2.4粘度與剪切率的關(guān)系2.4.1粘度計(jì)的設(shè)計(jì)原理根據(jù)粘度計(jì)的設(shè)計(jì)原理可知，半轉(zhuǎn)子開始測量旳，漿體間各液而層速度不同，其速度梯度為dv/dr,液層間的內(nèi)摩擦力上婆與速度梯度、接觸面枳有關(guān),具計(jì)算公式為:式小〃為液體的粘度也為粘度計(jì)的讀數(shù)。帶入接觸面枳的計(jì)算式與dv的計(jì)算方法,轉(zhuǎn)子所受的漿體阻力力矩為：(23)式中/為轉(zhuǎn)子的長度。外筒容器是靜止的，并且其內(nèi)壁與漿體無滑動(dòng)所以其角速度為0。將上公式2.4變?yōu)榉e分形式為：Tf^p-=Tf^p-=2叩叫①(2.4)式中R2、&分別為容器筒體內(nèi)半經(jīng)與測量用轉(zhuǎn)子的外半徑，G為轉(zhuǎn)子角速度。所以積分得出的結(jié)果為：(2.5)由于轉(zhuǎn)子是空心轉(zhuǎn)子，上下兩個(gè)側(cè)面的面積非常小，所以其上下兩端的粘滯可以忽略不考慮。公式2.5對粘度計(jì)普遍適用。當(dāng)旋轉(zhuǎn)圓筒轉(zhuǎn)子與漿體一起轉(zhuǎn)動(dòng)測量的粘度值達(dá)到一定范圍內(nèi)的穩(wěn)定值時(shí)，粘滯力矩T與粘度計(jì)上的游絲扭矩達(dá)到平衡即為T=M,這時(shí)的讀取粘度值即可用公式2.5計(jì)算得出：M4^/QR/(2.6)M4^/QR/(2.6)將公式2.6做一些整理可以得到：(2.7)M/(2砒Jr

= TT~=-(2.7)20/(1-化)Z

Rj式中：r=Mf(2ER冷,單位為N.n/1,是轉(zhuǎn)簡外表面的剪切應(yīng)力，與M成正比關(guān)系;/=20/(1-/?；//?/).單位為為轉(zhuǎn)筒表面上的剪切速率，它只有轉(zhuǎn)子的外半徑、容器筒體內(nèi)半經(jīng)、轉(zhuǎn)子角速度有關(guān)，當(dāng)&、R?、O確定時(shí)，剪切速率也是一個(gè)恒定值。2.4.2粘度計(jì)剪切率與粘度的關(guān)系根據(jù)剪切率的定義可知:流體的流動(dòng)速度相對圓流道半徑的變化速率即為剪切速率(shearrate),簡稱剪切率，用了表不。根據(jù)公式2.7可知剪切率的計(jì)算公式:R厶/=20/（1一一）（2.8）人2式中角速度G=2^,n為轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，單位為r/s。使用的粘度計(jì)為上海尼潤智能科技有限公司生產(chǎn)的DV-79型數(shù)字型粘度測量儀，測量范圍：ImPa.s?100力mPa.s；旋轉(zhuǎn)速度：7.5、75、750轉(zhuǎn)/分（三檔變速）。這次測量試驗(yàn)選用的礦粉為上章所準(zhǔn)備的100%?38屮n鄂西詼礦粉末，配成30%濃度的礦漿，由于其粘度值不高，所以只選用了A、B、C、D四個(gè)轉(zhuǎn)子來測量其粘度值。A、B、C、D四個(gè)轉(zhuǎn)子相對應(yīng)轉(zhuǎn)速的剪切率經(jīng)計(jì)算得出，其剪切率與測量的粘度結(jié)果如表2.6所示。表2.6各轉(zhuǎn)子相對應(yīng)轉(zhuǎn)速的剪切率轉(zhuǎn)子型號轉(zhuǎn)子閆徑（mm）容器內(nèi)經(jīng)（mm）轉(zhuǎn)速(r/min)剪切率（s'）粘度(mPa.s)24.8224.96751404.198.6A24.8224.9675014041.9)1.524.2224.9675268.902&01524.2224.967502688.994.823.1424.9675111.7950.6V23.1424.967501117.8710.122.6224.967587.9060.2D22.6224.96750878.9612.3由表2.6與公式2.8可以得知：當(dāng)容器的內(nèi)半徑固定時(shí)，轉(zhuǎn)子的剪切率只與轉(zhuǎn)子的外半徑與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)；而且當(dāng)轉(zhuǎn)子相同時(shí)剪切率只與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速有關(guān)系，而且與轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系。表2.6中的剪切率與粘度關(guān)系見圖2.10所示，并用orgin8.0軟件進(jìn)行曲線擬合，得到如圖2.10中所的曲線。其擬合方程為：>■=1795.25505-1796.39469x （2.9）0.62694"+*公式中y農(nóng)示礦漿粘度，x表小礦漿受到的剪切率，n=0.67719.擬合出1線的相關(guān)系數(shù)R2=0.99973o

從圖2.10中可以得知，粘度計(jì)的顯示粘度是隨剪切率變化而變化的，其變化關(guān)系基本符合擬合方程的數(shù)學(xué)表達(dá)關(guān)系，當(dāng)剪切率處在5Os」~3OOOs」之間時(shí)其擬合相關(guān)系數(shù)R?為0.99973,這樣的結(jié)果