電滲對充填料漿脫水固結過程的影響

電滲對充填料漿脫水固結過程的影響

0創(chuàng)新專業(yè)課程體系課程體系不僅是學校人才培養(yǎng)的載體，也是教育改革的重點。通過適當?shù)膶I(yè)課程體系建設，學生的知識、培養(yǎng)能力和素質得到了培養(yǎng)，目的是提高。因此，學校應該與行業(yè)的發(fā)展趨勢相結合，創(chuàng)新專業(yè)課程體系。當前高校采礦工程實驗室通常采用脫水構筑物自然脫水此外，多數(shù)高校在采礦工程專業(yè)本科實驗教學環(huán)節(jié)中只注重參觀演示1充填料漿進入電流強度的影響由選礦尾砂、水等物料構成的充填料漿屬于膠體分散系。根據(jù)膠體化學理論，充填料漿中水的流動滿足式（1）。式中：Q為水的電滲速度，m若充填料漿中加入電流強度I時，可產(chǎn)生相應的電滲流動速度Q。因充填料漿中固體顆粒（尾砂）帶有負電荷而水帶有正電荷，故水的移動方向自陽極到陰極。在充填料漿脫水固結時，將濾水管作為陰極，料漿四周布置陽極，料漿中的水將逐步運移到陰極濾水管并排出。與自然脫水相比，外加電場會使充填料漿產(chǎn)生電滲流動速度Q，故電滲脫水將加快料漿排水速度。2實驗方法2.1充填料漿固結特性分析以自然脫水為參照，研究電滲對充填料漿脫水固結過程的影響，需要設計自然脫水實驗裝置和電滲脫水實驗裝置。電滲脫水試驗裝置由試驗箱、陽極棒、陰極濾水管、導水塑料管和電源構成（圖1）。陽極棒縱向布置在試驗箱四角處，與直流電源正極相連；陰極濾水管縱向布置在試驗箱中央，與直流電源負極相連。為監(jiān)測充填料漿脫水固結性狀，將刻度紙貼于試驗箱兩側，測試充填料漿高度變化，并監(jiān)測固結體內溫度、陰陽兩極電壓與電流強度、充填料漿脫水量等數(shù)據(jù)。實驗中所用的電學元件的連接如圖2所示。與電滲脫水試驗裝置相比，自然脫水實驗裝置不設置陽極棒和電源。2.2充填料漿實驗操作電滲脫水實驗裝置采用長方形箱體（長×寬×高=36cm×25cm×22cm）（圖3）；陰極濾水管為銅管，壁厚1mm、內徑1cm，沿軸線每隔1cm環(huán)四周鉆鑿4個Φ2mm的濾水孔，管外裹濾布，其上端自箱體蓋板中央孔伸出，下端則與導水塑料管相接；陽極棒為Φ3mm的鐵絲，其下端與實驗箱底部接觸，上端則通過蓋板四周小孔伸出；電源采用24V直流電源，電流表與電壓表均使用萬用表。以下結合實例具體說明實驗操作流程。1）實驗設計。分別對尾砂非膠結充填料漿（不添加膠凝材料）和尾砂膠結充填料漿進行自然脫水和電滲脫水實驗。實驗所采用料漿質量濃度68%，其中膠結充填料漿灰砂比1∶10。實驗所用尾砂與膠凝材料均取自某黃金礦山，水為城市自來水。2）料漿制備。按實驗設計制備充填料漿，充入試驗箱。每個實驗箱中充入料漿30kg。3）數(shù)據(jù)采集。將充填料漿充入實驗箱后，料漿即刻發(fā)生離析沉降，漿面上部出現(xiàn)澄清水。注入充填料漿后每隔6h讀取一次脫水量、料漿溫度和料漿漿面高度，脫水量由稱量流入瓶內的水獲取，料漿溫度由溫度計直接讀出，漿面高度則由箱體兩側刻度紙讀取。待實驗箱中料漿上部澄清水排凈后，對電滲脫水實驗裝置進行通電，間隔6h讀取一次電流值和電壓值。脫水結束后，在每個實驗箱中切取70.7mm×70.7mm×70.7mm的固結體試塊進行單軸抗壓強度測試。3數(shù)據(jù)分析和處理3.1充填料漿脫水能力非膠結充填料漿電滲法與自然法脫水量見圖4。由圖4可知，對于非膠結充填料漿，在充填料漿上部澄清水未排凈之前，電滲法與自然法脫排出的水量相當。充填料漿脫水觀測13次（144h）后，漿面上方的澄清水排凈，電滲法和自然法分別排出4125.5g和4156.0g的澄清水。通電后，電滲脫水速度突增，前30h內電滲脫水速度明顯快于自然脫水速度。澄清水排凈后，電滲脫水實驗箱和自然脫水實驗箱又分別多排出768.5g和398.5g的滲透水。即，充填料漿通電后，電滲法較自然法多排出滲透水370.0g，脫水率提高92.85%，表明通電有利于尾砂非膠結充填料漿脫水。膠結充填料漿電滲法與自然法脫水量見圖5。由圖5可知，膠結充填料漿脫水觀測5次（30h）之后，漿面上方的澄清水排凈，電滲法和自然法分別脫排出1726.5g和1838.0g的澄清水。料漿通電后，電滲脫水速度與自然脫水速度相當，電滲法與自然法又分別多排出224.0g和176.0g的滲透水，電滲法僅比自然法的脫水率提高27.27%，這表明尾砂膠結充填料漿通電后脫水效果不甚明顯。3.2充填體電阻率電滲脫水實驗中，實測陰極、陽極兩端電壓為21.7V。根據(jù)電滲脫水過程中實測漿體內部電流變化（圖6）可知，通過充填料漿的電流呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，這表明電滲脫水過程中充填體電阻率發(fā)生變化。3.3不同種類的對比圖表實驗室室溫13～16℃，尾礦充填料漿脫水過程中內部溫度變化如圖7所示。由圖7可知，自然脫水過程中充填料漿內部溫度與所處環(huán)境溫度基本一致，但電滲過程中料漿內部溫度較自然脫水高3～5℃，這表明通電導致充填料漿內部溫度升高。3.4非膠結充填料漿沉降特性以料漿通電時刻漿面高度為零點計算，實驗過程中漿面高度變化如圖8所示。由圖8可知，非膠結充填料漿通電后，漿面沉降明顯，這是由于通電可加大非膠結充填料漿脫水速率和脫水量，尾砂固結進程加速。然而，通電對全尾砂膠結充填料漿漿面沉降影響則不及非膠結充填料漿明顯3.5非膠結充填材料配比在尾砂充填料漿脫水固結后形成的充填體中切割70.7mm×70.7mm×70.7mm的試塊，置于恒溫恒濕箱內養(yǎng)護，養(yǎng)護溫度20℃±1℃、相對濕度95%。根據(jù)28d齡期單軸抗壓強度測試結果（表1）可知，非膠結充填料漿自然脫水形成的充填體試塊松軟，未能在單軸壓力機上測得其強度（<0.1MPa）；對比兩種脫水方式下形成的充填體強度，通電有助于提高非膠結尾砂充填體強度。4全尾砂膠結充填料漿脫水固結效果1）通過自制實驗裝置對充填料漿脫水進程進行模擬實驗，得到了電滲對尾砂充填料漿脫水固結過程的影響規(guī)律。對于未添加膠凝材料的全尾砂非膠結充填料漿，電滲法具有排水速度快、排水量多，可加速漿面沉降并提高充填體強度；對于全尾砂膠結充填料漿，電滲對脫水固結效果改善不顯著。2）充填料漿脫水實驗包含充填料漿制備、數(shù)據(jù)監(jiān)測與結果分析等內容，實驗原理簡單、難度適中，實驗結果明顯、直觀，適于采礦工程專業(yè)本科生的實驗教學環(huán)節(jié)。通過開