ИССЛЕДОВАНИЕ
ГИДРОТРАНСПОРТА
ПАСТООБРАЗНЫХ
ХВОСТОВ
ОБОГАЩЕНИЯ
МЕДНО-ЦИНКОВОЙ
РУДЫ Study hydrotransport
Paste tailings of copper-zinc ore
Авксентьев
С. Ю. к.т.н., ведущий
инженер
ЗАО "Механобр
инжиниринг"СПб. Avksentiev S.
Ph.D., Mining university, St. Petersburg,Russia
Николаев
А. К. проф.,СПГГИ(ТУ) Nikolaev, A.
Prof., Mining university, St. Petersburg,Russia
Тимофеев
И.П. проф.,СПГГИ(ТУ) Manuel Suares.
Prof.,
ISSM,Cuba
Заверткин
П.С. к.т.н., главный
инженер
проектов EuroCom Group СПб.
Приведены
результаты
исследований
реологических
характеристик
и
удельных
потерь
напора
при
движении
пастообразной
гидросмеси
хвостов
обогащениямедно-цинковой
руды. The results of studies of the rheological characteristics and the
specific losses of head motion pasty slurry tailings obogascheniyamedno-zinc
ore. Установлено, что в
соответствии
с
гранулометрическим
составом
они
относятся
к
тонкодисперсным
гидросмесям, которые пр
определенный
концентрациях
образуют
реологическую
жидкость. Found that, in accordance with the grading, they are finely
dispersed slurry, which pr certain concentrations form a rheological fluid.
Представлена
методика
расчета
потерь
напора
при
движении
пастообразных
хвостов
обогащения. A method for calculating the head losses in the motion paste
tailings.
Российская Федерация обладает большим запасом полиметаллических руд. Russia has large reserves of polymetallic ores. В настоящее время добыча и переработка полиметаллических руд осуществляется горно-обогатительными комбинатами (ГОКами), где имеется единый комплекс машин и оборудования для добычи и переработки этих руд. Currently, mining and processing of polymetallic ores by ore-processing
combine (GOKami), where there is a single set of machines and equipment for
mining and processing of these ores. В месте с тем транспорт руды и продуктов ее переработки оказывает большое влияние на эффективность работы этих горных предприятий. In a place with the transport of ore and processed products has a great
impact on the performance of these mines. На ГОКах широкое распространение получил гидравлический транспорт концентратов и хвостов обогащения. At GOKah widely spread hydraulic transport of concentrates and
tailings. Опыт применения этого вида транспорта позволяет говорить о его высокой эффективности. Experience with this type of transport can talk about its efficiency. Исследованием этих свойств и процесса гидротранспортирования хвостов обогащения полиметаллических руд занимались Ю.К.Сафонов, В.Н.Покровская, А.Е. Investigation of these properties and the process hydrotransportation
tailings polymetallic ores were engaged YK Safonov, VN Pokrovsky, AE Смолдырев, Н.Е.Офенгенден, А.П.Юфин, В.В. Smoldyrev, NE Ofengenden, AP Yufin, V. Трайнис, А.Н.Силин. Traynis, AN Silin.
Однако при комплексной механизации технологических процессов в последние годы выявилась необходимость создания инновационных технологий и соответствующего оборудования для перемещения высококонцентрированных гидросмесей. However, the comprehensive mechanization of technological processes in
recent years identified the need for innovative technologies and related
equipment for movement of highly concentrated slurries. Технологические и эксплуатационные характеристики гидротранспортных установок, используемых на горно-обогатительных предприятиях, определяются прежде всего, особенностями физико-механических свойств, перемещаемых гидросмесей. Technological and operational characteristics hydrotransport facilities
used in mining and processing enterprises, are determined primarily features of
the physical and mechanical properties of the transported slurry.
Выделение в особый класс установок гидравлического транспорта высококонцентрированных гидросмесей хвостов обогащения полиметаллических руд обуславливается исключительным разнообразием реологических характеристик и зависящими от них особенностями режимов их течения и является специфичным горным оборудованием вспомогательных производств на таких комплексных предприятиях как горно-обогатительные комбинаты. Isolation of a special class of systems of hydraulic transport of
highly concentrated slurry tailings ores is caused by an exceptional diversity
of rheology and depend on the peculiarities of their flow regimes and is
specific mining equipment, auxiliary production for such companies as
integrated processing plants. Типичным представителем таких предприятий является Гайский ГОК. A typical representative of such enterprises is Gaisky mine.
Установление закономерностей процесса гидротранспортирования пастообразной гидросмеси тонкодисперсных хвостов обогащения медно-цинковой руды для оценки гидротранспортной системы, обоснованного выбора ее параметров и напорно-скоростных характеристик, что позволит обоснованно осуществлять выбор и проектирование оборудования для осуществления эффективного перемещения пастообразных смесей медно-цинковой руды. Establishing patterns of hydrotransportation pasty slurry of fine
tailings of copper-zinc ore to assess hydrotransport system, informed the
choice of its parameters and pressure-velocity characteristics, which will
reasonably exercise choice and design of equipment for efficient movement of
pasty mixture of copper-zinc ore.
Исследование предельных концентраций имеет многолетнюю историю и работы в этой области продолжаются. Investigation of limiting concentrations has a long history and work in
this area are continuing. Они ведутся в отношении как естественных селевых потоков, так и искусственных потоков в напорных и безнапорных системах гидротранспорта. They are conducted on both the natural debris flows, and artificial
streams in pressure and pressure hydraulic systems.
В расширении и углублении теоретического подхода к проблеме переноса твердого в потоке жидкости важное значение имеют исследования, выполненные видными учеными Ф.И.Шведовым, А.Е.Смолдыревым, В.Н.Покровской, И.Херхеулидзе, И.Офенгенденом, А.А. In the expansion and deepening of the theoretical approach to the
problem of transport of solid in the fluid flow are important research carried
out by prominent scientists FI Shvedov, AE Smoldyrevym, V. Pokrovsky, I.
Kherkheulidze, I. Ofengendenom, AA . Юфиным и др. Yufinym etc.
Из зарубежных школ большой вклад в теорию и практику гидротранспорта внесли Дюран, Оствальд, Бингам, Балкли, Гершель, Ричардсон и др. From foreign schools a great contribution to the theory and practice of
hydraulic contributed Durand, Ostwald, Bingham, Bulkley, Herschel, Richardson
and others
Для изучения характера и особенностей движения гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды был выполнен анализ их физико-механических свойств и сделаны предварительные эксперименты по определению реологических свойств гидросмеси. To study the nature and characteristics of motion of the slurry the
tailings of copper-zinc ore was carried out an analysis of their physical and
mechanical properties, and made preliminary experiments to
determine the rheological properties of the slurry.
Анализ гранулометрического состава руды показал, что она в основном состоит из мельчайших классов (-0,044 мм до 78%), а среднее значение плотности 2950 кг/м 3 . Analysis of the
granulometric composition of the ore showed that it consists mainly of very
small classes (-0.044 mm up to 78%), and the average density of 2950 kg / m 3.
Результаты исследований свойств гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды, выполненные на капиллярном и ротационном вискозиметрах показали, что при достижении определенной концентрации твердого она приобретает реологические свойства (рис.1) и перемещается в режиме вязкопластичного течения, описываемого уравнением Балкли-Гершеля The results of
studies of the properties of the slurry the tailings of copper-zinc ore,
performed at the capillary and rotational viscometers showed that at a certain
concentration of the solid, it gets the rheological properties (Fig. 1) and
moves in the regime of viscoplastic flow, described by the equation of
Herschel-Bulkley
τ = τ 0 + к τ = τ 0 + a γ n , γ n,
где τ 0 - начальное напряжение сдвига, where τ 0 - initial shear
stress τ – напряжение сдвига, к– -показатель концентрации, γ – градиент скорости, n- индекс течения. τ - shear stress, k is the
index of concentration, γ - the velocity
gradient, n-index flow.
Рис.1. Figure 1. Обобщенная реологическая кривая гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды A generalized rheological curve of
the slurry the tailings of copper-zinc ore
Нелинейность кривой течения означает, что вязкость таких сред не имеет определенного значения, а изменяется с увеличением или уменьшением градиента скорости. Nonlinearity of the flow curve indicates that the viscosity of such
media do not have a specific value, but varies with increasing or decreasing
the velocity gradient.
На основании анализа выполненных исследований предложено описывать течение пастообразной гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды реологической кривой, состоящей из трех зон (рис.1): Based on the
analysis of the research proposed to describe for a pasty slurry tailings of
copper-zinc ore flow curve, consisting of three zones (Figure 1):
1. 1. При напряжениях (τ 0 < τ < τ а )- течение в бингамовском режиме с практически не разрушенной структурой. At stresses (τ 0 <τ <τ a) - for a Bingham
mode with practically no destruction of structures.
2. 2. В интервале напряжений от τ а до τ к – течение в переходном режиме с непрерывно разрушающейся структурой. In the voltage range from τ to τ and to - for a
transitional regime with the continuously deteriorating structure.
3. 3. При напряжениях τ > τ к – течение в турбулентном режиме. At stresses τ> τ k - during a turbulent
mode.
В соответствии с предлагаемой моделью течения пастообразной гидросмеси тонкодисперсных хвостов обогащения медно-цинковой руды описывается системой уравнений: Under the proposed model for a pasty slurry of fine tailings of
copper-zinc ore is described by the equations:
τ = τ 0 + η 1 . τ = τ 0 + η 1. γ; r [τ 0 ;τ a ], n = 1; γ; r [τ 0; τ a], n = 1;
τ = τ 0 + η. τ = τ 0 + η. γ n ; r Є [τ 0 ; τ a ]; γ n; r Є [τ 0; τ a];
τ = η min .γ ; τ > τ k ; n = 1. τ = η min. γ; τ> τ k; n = 1.
Для измерения реологических параметров гидросмеси использовался ротационный вискозиметр ВСН-3 To measure the rheological parameters of the slurry used a rotary
viscometer ВСН-3 .
Методика обработки опытных данных представлена в виде зависимости среднего градиента скорости в зазоре от напряжения сдвига τ. Method of processing the experimental data presented in the form of
dependence of the average velocity gradient in the gap on the shear stress τ. Экспериментальные реологические кривые (рис.2) описываются моделью Бингама-Шведова. The experimental rheological curves (Fig. 2) described by the
Bingham-Shvedov. Анализ полученных зависимостей τ = f (γ) показывает, что гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды с массовой концентрацией S>33,4 % приобретают свойства неньютоновских жидкостей. Analysis of the dependence τ = f (γ) indicates that the slurry tailings of copper-zinc
ore from the mass concentration of S> 33,4% acquire the properties of
non-Newtonian fluids.
Рис.2. Figure 2. Экспериментальные реологические зависимости τ= f(S)
для различных концентраций гидросмеси: Experimental rheological dependence
τ = f (S)
for different concentrations of the slurry:
1-S=32,0%;
2-S=36,9%; 3-S=39,5%; 4-S=45,7%; 5-S=49%; 6-S=54,6%; 7-S=59,6%; 8-S=65,6%;
9-S=69,2%; 10-S=76,0%. 1-S = 32,0%; 2-S = 36,9%; 3-S = 39,5%; 4-S = 45,7%; 5-S = 49%, 6-S =
54,6 %, 7-S = 59,6%; 8-S = 65,6%; 9-S = 69,2%; 10-S = 76,0%.
В результате обработки экспериментальных данных была получена зависимость для определения коэффициента структурной (эффективной) вязкости гидросмеси. As a result of processing the experimental data was obtained dependence
for determining the structural factor (effective) viscosity of the slurry.
η= е 1,99 · е 0,0184S =7,34· е 0,0184S . η = e 1.99
· e 0,0184 S = 7,34 · e 0,0184 S.
Потери напора при движении гидросмеси можно представить зависимостью: Pressure loss in the motion of the slurry can be dependent:
i= f1 (Re,И, 
) + f2 (Fr,
,π).
В первой функции f 1 правой части этого выражения представлены силы вязкости, а во второй f 2 – гравитационные. In the first function f 1 right-hand side of this
expression are the forces of viscosity, and the second f 2 -
gravity.
При движении вязкопластичных гидросмесей решающее значение имеют силы вязкости. When moving viscoplastic slurries are crucial forces of viscosity. Поэтому при обработке результатов экспериментов для структурного режима (функция f 1 ) в качестве критериев подобия используются обобщенный критерий Рейнольдса Re*) и Ильюшина (И), последний из которых иногда называют критерием Сен-Венана-Ильюшина. Therefore, when processing the results of experiments for the
structural mode (the function f 1) as the similarity criteria
used by the generalized Reynolds number Re *) and Ilyushin (И), the latter of which is sometimes called the
criterion of the Saint-Venant-Ilyushin. По физическому смыслу критерий Ильюшина представляет отношение сил пластичности к силам вязкости. Physically, the Ilyushin criterion represents the ratio of the
plasticity of the forces of viscosity.
Для определения гидравлических потерь напора при движении гидросмеси в структурном режиме по длине трубопровода наибольшее применение получила формула Дарси-Вейсбаха: To determine the hydraulic head loss in the motion of the slurry in the
structural mode along the pipeline received the greatest use of the formula
Darcy-Veysbaha:
где h - потери напора по длине, м; λ – коэффициент гидравлических сопротивлений; U – скорость движения потока, м/с; D - внутренний диаметр трубы, м. where h -
head loss along the length, m; λ - the coefficient
of hydraulic resistance; U - velocity of flow, m / s; D - inner
diameter of the tube, m.
Многочисленными исследованиями ученых было установлено, что коэффициент гидравлических сопротивлений находится в сложной зависимости от многих факторов, в том числе от состояния поверхности (шероховатости) стенок трубы, а также от характера (режима) движения потока жидкости. Numerous research scientists found that the coefficient of hydraulic
resistance is complex depending on many factors, including the state of the
surface (roughness) of the pipe walls, as well as the nature of the (regime)
the flow of liquid. Если труба заполнена неньютоновской жидкостью, ее движение начинается только после того, как касательные напряжения в гидросмеси достигнут предельного напряжения сдвига. If the pipe is filled with non-Newtonian fluid, its movement starts
only after the shear stress in the slurry reached the limit shear stress.
Анализ существующих зависимостей для расчета потерь напора при движении вязкопластичных гидросмесей в трубах показал, что большинство исследователей (А.Е.Смолдырев, В.В.Трайнис, Ю.К.Сафонов и др.) используют упрощенное уравнение Букингама и формулу Дарси-Вейсбаха. Analysis of existing relationships to calculate the head losses in the
motion viscoplastic slurries in pipes showed that the majority of researchers
(AE Smoldyrev, VV Traynis, YK Safonov, etc.) use a simplified equation of
Buckingham and the formula Darcy Veysbaha. Неизвестной величиной в этих зависимостях является коэффициент гидравлических сопротивлений λ. Unknown quantity in these curves is the hydraulic resistance
coefficient λ.
Задача сводится к установлению вида зависимости λ= f (Re*). The problem is reduced to the establishment of the
dependence λ = f (Re *).
Для всей зоны ламинарного потока коэффициент гидравлических сопротивлений определяется по формуле For the entire
zone of laminar flow coefficient of hydraulic resistance is determined by the
formula:
где 
,
где N- постоянное число для определенного типа гидросмеси, которое необходимо определить экспериментально. where the N-constant for a particular type of slurry, which is
necessary to determine experimentally.
Значение коэффициента N по данным различных исследователей (В. Трайнис, Р.Шищенко, В. Филатов, З. Латыпов и др.) изменяется от 2 до 8. The coefficient N
according to various researchers (V. Traynis, R. Shyshchenko, V. Filatov, Z.
Latypov, etc.) varies from 2 to 8.
Подставляя значение Re* в , получим Substituting the
value of Re * in, we get
Для определения коэффициента гидравлических сопротивлений λ при движении пастообразной гидросмеси хвостов обогащения медно-цинковой руды необходимо экспериментально определить значение числа N. To determine the hydraulic resistance coefficient λ in the motion pasty slurry tailings of copper-zinc
ore to experimentally determine the value of N. После обработки экспериментальных данных было получено значение N=4,2. After processing the experimental data was obtained
value of N = 4,2.
Определение потерь напора при движении гидросмеси в переходном режиме по горизонтальному трубопроводу производится по формуле Determination of
head losses in the motion of the slurry in the transitional regime of a
horizontal pipe by the formula
where 
;
где where 
; 
- соответственно плотность твердой фазы, воды и смеси; 
- the density of the solid phase and water mixture; 
- удельные потери напора для чистой воды; - unit head loss for clean water; 
- коэффициент, зависящий от типа гидросмеси и определяемый экспериментально; S- массовая концентрация гидросмеси. - coefficient depending on the type of slurry and is determined
experimentally; S-mass concentration of the slurry.
Экспериментальные значения коэффициента k представлены в табл.1. Experimental values of k presented in Table 1.
Таблица 1 Table 1
Результаты обработки экспериментальных данных The results of the
experimental data
|
k k |
Диаметр
трубы d, мм Pipe diameter d, mm |
Среднее
значение k The average value of k |
Среднеквадрати- Mean- ческая
погреш- virtually error- ность S к surface Sк |
Доверительный
интервал
Δα Confidence interval Δα |
|
k k |
25 25 |
3,62 3,62 |
0,186 0,186 |
0,382 0,382 |
|
50 50 |
2,98 2,98 |
0,128 0,128 |
0,266 0,266 |
Таблица 2
Table 2
Результаты обработки экспериментальных данных The results of the
experimental data
Из графиков видно, при каких значениях скорости происходит изменение режима движения гидросмеси. The graph shows what values the rate is changed the mode
of motion of the slurry.
В результате выполненных теоретических и экспериментальных исследований получены новые зависимости, необходимые для расчета и обоснования основных параметров процесса транспортирования пастообразной гидросмеси обогащения медно-цинковой руды. As a result of theoretical and experimental research to obtain new
dependencies required for the calculation and substantiation of the basic
parameters of the process of transporting a paste-like slurry enrichment of
copper-zinc ore.
*********Список
используемой
литературы
Bibliography
1.Робинский Е.И. 1.Robinsky E.I. Складирование хвостов методом их укладки в сгущенном виде с целью улучшения экономики и регулирования природопользования. Warehousing tails by placing them in condensed form in order to improve
the economy and environmental management. Слушания 2-го Международного симпозиума по хвостам.-1978г.Vol.2 Denver, Штат Колорадо. Hearing the 2 nd International Symposium on hvostam.-1978g.Vol.2
Denver, Colorado.
2. 2. Александров В.И. Aleksandrov V.I. Отчет по НИР, Исследование и установление режимов сгущения хвостов переработки ОФ №3 Джезказганского ГМК,1989.с.116. Report on R &
D, research and the establishment of regimes thickening tailings OF № 3
Jezkazgan MMC 1989.p.116.
4. 3. Смолдырев А.Е., Сафонов Ю.К. Smoldyrev A.E. Safonov, J.K. Трубопроводный транспорт концентрированных гидросмесей. Pipeline transportation of concentrated slurry. М.Машиностроение, 1973.- 208с. M. Engineering,
1973 .- 208p.
