红土矿流变特性的试验研究

摘 要：在进行管道输送的时候，浆体的流变参数影响浆体在管道中的水力输送流态，因而也影响输送的能耗。通过毛细管粘度计，对红土矿样做不同浓度和温度的浆体流变实验，通过线性回归做出不同浓度的流变特性曲线，分析得出一个最佳的输送浓度和温度度。

关键词：流变特性；宾汉体；浓度；温度

前言

随着工业革命发展，特别是现代工业的发展，管道输送业在世界范围内取得了突飞猛进的发展，固体粒状物料的管道输送，由于节能、保护环境等优点， 发展很快[1]。

1试验原理

毛细管粘度计的主要特点是在已知管子尺寸和其中悬液流速的条件下，测量悬液在层流时的摩擦损失。

矿浆在毛细管中流动，有一个阻力，管内壁受一个剪切应力设为τw

1.1 在毛细管取一段隔离体：

其平衡方程为：

1.2 矿浆在管内的流动

1.2.1 宾汉体流变方程

在圆管管流条件下，假定切应力是沿半径方向直线分布，那么在距离圆管中心为r处的切应力τ可以表示为：

1.2.2 管道内流量

因为管道一般是圆形，距中心r处的流速都一样，设为u（r），则q=2πr·u为圆环上的流量。设毛细管流量Q，则

式（11）可以看出：在管径D确定的条件下，τw是流速的一次函数，其图像为一条直线，该直线的斜率与管径之积除以8就是膏体塑性黏度系数η的值，直线在τw轴上的截距的3/4则为屈服剪切应力τ0的值。

2 试验过程

在进行实验的时候，对影响因素进行单一化控制，对于浆体的流变特性的影响因素主要有5种，分别是：颗粒的组成、形状；浓度；温度；絮凝剂；搅拌时间。本试验只考虑单一因素的影响，控制其他影响因素[1]。

实验所用红土矿矿样，在6个不同浓度（25%、30%、36%、38%、42%、43%）下做4组不同温度（常温、40°、60°、80°）的流变性能试验。实验过程与文献[1]中一样。

3 数据分析

由文献[1]可以知道，在相同温度下，浓度越大，矿浆粘度越大，对矿浆流变特性影响越明显。在这个36%～38%浓度范围内，浆体的流变特性最优，对管道输送十分有利。

温度对流变特性的影响同样是明显的，如图1和图2所示

由图1可以看出矿浆浓度小于38%的时候，温度的变化对刚度系数η影响不大；浓度较高时，温度越高，刚度系数越小，粘度越小，越容易流动，温度对刚度系数η的影响在高浓度时显著，对低浓度影响偏小。

由图2可以看出，随着温度的升高矿浆的屈服应力τ0在降低，在低浓度时，温度的变化对于屈服应力的影响偏小，伴随浓度的升高，温度的影响逐渐明显，与常温状态下相比，在40°时屈服应力τ0下降的幅度比较大，比60°和80°的时候下降的幅度都要大，温度对屈服应力τ0的影响有一个最佳范围。

4 结束语

通过不同浓度和温度的浆体流变特性实验，可以看出对矿浆流变特性影响：浓度是主要的，其次是温度。温度40°左右，浓度36%～38%对浆体的输送最有利。

参考文献

[1]贾利.浓度对红土矿流变特性影响的试验研究[J].中国科技投资，2013，26：186+189.

[2]黄玉诚，孙恒虎.尾砂作骨料的似膏体料浆流变特性实验研究[J].金属矿山，2003，（6）：8-10.

[3]费祥俊，浆体与粒状物料输送水力学[M].北京：清华大学出版社，1994.

[4]杨金艳，金英豪，姚香.浆体管道输送有关技术的试验研究[J].矿业工程，2009，7（3）：66-68.

作者简介：贾利（1989-），男，汉族，内蒙古鄂尔多斯人，现就读于中国矿业大学（北京），资源与安全工程学院，采矿工程专业学术型硕士研究生，研究方向：绿色开采、充填采矿。