漿體的流體分類

1、漿體的流體分類根據(jù)在管、槽橫斷面上漿體內(nèi)固體顆粒的分布情況，可將漿體分為均質(zhì)與非均質(zhì)兩 大類流體。所謂“均質(zhì)流體”是指管、槽橫斷面內(nèi)上下層間無(wú)明顯的固體濃度梯度；漿體內(nèi) 懸浮固體沒(méi)有趨于向下沉降的慣性力；粘滯力在顆粒間起著主導(dǎo)作用。非均質(zhì)流體與此正好 相反，橫斷面上下層固體濃度的變化非常明顯；懸浮固體顆粒受慣性力的影響很強(qiáng)烈，而粘 滯力幾乎不存在。簡(jiǎn)言之，均質(zhì)流是粘度很高的漿體；而非均質(zhì)流則是固粒慣性影響占優(yōu)勢(shì)， 以致粘滯力可以忽略。但嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，真正的均質(zhì)流體客觀上是很少見(jiàn)的，因?yàn)樵跐{體中絕對(duì) 靜止的懸浮固體是不存在的，總會(huì)有下沉的趨勢(shì)，只是有些細(xì)小固粒沉速非常微小而已。故 客觀上只存在著近似

2、均質(zhì)的流體。一般稱之為“準(zhǔn)均質(zhì)”（偽均質(zhì)、似均質(zhì)）流體。目前， 所謂管道輸送的“高濃度漿體”主要是指這類漿體而言。對(duì)于固一液兩相流這種漿體來(lái)說(shuō)，它基本上是以滾動(dòng)、跳躍、懸浮、和層移幾種形 式在運(yùn)動(dòng)，當(dāng)漿體內(nèi)的固體含量很高，特別是含有一定數(shù)量小于0.01毫米的細(xì)顆粒時(shí)，將 會(huì)出現(xiàn)即使在靜止條件下，固、液相也不會(huì)發(fā)生分選或明顯分選的現(xiàn)象。這時(shí)水流實(shí)質(zhì)上屬 于一相的準(zhǔn)均質(zhì)流體。這種準(zhǔn)均質(zhì)流體有可能是牛頓流體，但更多的則屬于非牛頓流體。清水、非均質(zhì)流體等在管道內(nèi)呈層狀流動(dòng)時(shí)，因剪切作用而出現(xiàn)的應(yīng)力與切（應(yīng)）變 率之間的關(guān)系為正比例關(guān)系，即符合下列牛頓定律公式：上述公式是專門(mén)對(duì)平板間的流體而言的，對(duì)于管

3、流上述公式應(yīng)改寫(xiě)為哈根一波塞爾 公式（Hagen-Poiseuille formula）七=N隼式卬T 管.，帥早面上伽切應(yīng)力；四椅滯管系教成荷稱袖度P流體的坷疏謎：半亦向，史率（流速糖8E巳服從上述兩個(gè)公式的流體稱為牛頓（型流）體。如將公式（1）繪制成曲線圖，則層流狀 態(tài)切應(yīng)力與切變率之間的關(guān)系為通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的一條直線（下圖），直線斜率就是粘度。很明 顯，這類流體在層流時(shí)，可用一個(gè)流動(dòng)參數(shù)粘度（粘滯性系數(shù)來(lái)表征。絕大多數(shù)均質(zhì)流體不服從于牛頓定律，故不是牛頓（型流）體。這種流體中的懸浮固 體顆?；旧鲜浅尸F(xiàn)均勻分布，故可視為單相流體。在層流時(shí)，這種流體內(nèi)任一點(diǎn)的剪切力 （即切應(yīng)力）只與該點(diǎn)的切

4、變率成函數(shù)關(guān)系，而與流體的其他位置、其他因素等無(wú)關(guān)。其剪切 力與切變率的關(guān)系曲線不是通過(guò)原點(diǎn)的直線，或者根本就不是一條直線（圖中），因此，不符 合公式（1）的特性，故此類流體被稱之為“非牛頓型流體”。這類流體所包括的類型很多， 如假塑性型、賓漢型（Bingham behavior） 屈服一假塑性型等等。不過(guò)，對(duì)于金屬礦漿 來(lái)說(shuō)，大多為純粘性非牛頓流賓漢型流體。其主要特征是這種流體在靜止時(shí)具有足夠剛度的 三維結(jié)構(gòu)，足以抵抗小于屈服應(yīng)力的任何力。當(dāng)超過(guò)屈服應(yīng)力，則這種結(jié)構(gòu)就要分解，呈現(xiàn)與牛頓流體一樣的特性。但當(dāng)作用力降低到屈服應(yīng)力以下時(shí)，原有的結(jié)構(gòu)又恢復(fù)起來(lái)。表示 賓漢型特性的公式為:ilr叫，d

5、nr；為了適用于管流，布金漢姆(Bucking Ham)將公式(3)化為下式，即布金漢姆方程 (Bukingham Equation)七黃呻出曲辦&師岫j成小起動(dòng)切應(yīng)力)f咋卿性系數(shù)：半一切堂率；/均瓶地。符合公式(3 )和(4)的流體皆稱為非牛頓流賓漢型流體。金屬礦高濃度精、尾礦漿多 具有此類型或近似此類型流體的特性。漿體的這種性質(zhì)通常稱之為“流變性質(zhì)”或“流變特 性”。/切費(fèi)出3牛程型濾體與霽漢型流怵的場(chǎng)應(yīng)力一切夜率由姓國(guó)為了減少漿體輸送時(shí)的能耗與水頭損失，一般都希望輸送流速限定在層流轉(zhuǎn)變?yōu)槲?流的粘性過(guò)渡流速區(qū)內(nèi)，此時(shí)的流速一般稱為“臨界流速”。其主要特點(diǎn)是粘性對(duì)水頭損失 有很明顯的影響

6、。因此在進(jìn)行漿體管、槽輸送設(shè)計(jì)時(shí)，必需要確定漿體的流型(流變特性)、 流型與粘滯系數(shù)的關(guān)系、臨界流速、水頭損失等條件和數(shù)據(jù)。但在流變學(xué)中至今尚未得出普 遍適用描述流型與粘滯系數(shù)關(guān)系的表達(dá)式，故只能通過(guò)試驗(yàn)手段或半試驗(yàn)半試算的方法取得 所需的數(shù)據(jù)及資料。而這些數(shù)據(jù)及資料又都與懸浮介質(zhì)和固體物料的特性有關(guān)。尤其是固體 顆粒的密度、粒徑、漿體內(nèi)固體物料的含量(漿體濃度)、管徑等都是決定漿俸特性和輸送參 數(shù)的主要因素。同時(shí)，它們之間又有著相互制約相互影響的關(guān)系，如固體粒度組成的變化將 對(duì)漿體粘度有很大的影響。粒度愈細(xì)或粒度組成愈均勻則粘度就愈大，從而限制了輸送濃度 的提高。同時(shí)，又會(huì)造成輸送阻力的增加

7、。故在一定的上限粒徑條件下，適當(dāng)增加漿體中粗 顆粒含量將有利于減少同一漿體濃度的相對(duì)粘度及輸送阻力。但增加量不能過(guò)多或粒徑過(guò) 大，超過(guò)限度時(shí)將使?jié){體的流型發(fā)生變化。試驗(yàn)表明，各種漿體如精礦、尾礦漿)在一定的 粒徑上限范圍內(nèi)都將有一種使相對(duì)粘度最小的粒度組成，而這種粒度組成是以漿體內(nèi)顆粒無(wú) 分離沉積所能達(dá)到的極限體積濃度“Cvm”為標(biāo)志。即此時(shí)固體顆粒密實(shí)度為最高、相對(duì)粘 度為最小。此外，漿體輸送穩(wěn)定性對(duì)顆粒粒度組成也有一定的要求，一般認(rèn)為粒度組成中小 于0.074毫米的顆粒至少要占50%以上才有足夠的穩(wěn)定性，使輸送系統(tǒng)工作安全可靠。細(xì)顆 粒物料的主要作用是它可以與液體介質(zhì)構(gòu)成懸浮載體，這種載體

8、將對(duì)粗顆粒起到承托使之懸 浮的作用。故漿體中細(xì)顆粒含量高將對(duì)輸送有利。目前，國(guó)外一些金屬礦山精礦管道輸送的 實(shí)例中，小于0.074毫米的顆粒大都要占漿體內(nèi)固粒含量的90%以上。但是，前而已經(jīng)談到， 粒度愈細(xì)則漿體的粘度就愈大，因而加大輸送的阻力。同時(shí)，物料在輸送終點(diǎn)進(jìn)行脫水也很 困難，故在細(xì)顆粒中又必需含有一定數(shù)量可以在懸浮載體中懸浮的粗顆粒才有利于輸送。金 屬精礦的這種粗顆粒的上限粒徑，從目前已知的生產(chǎn)實(shí)例來(lái)看，大約在0.02080.147毫米 （65目100目）之間，一般混入懸浮載體內(nèi)的這種粗顆粒量大體上為總固體量的10%或以下。由此可見(jiàn)，漿體顆粒組成的合理性如何，對(duì)漿體的流動(dòng)性（粘度、阻力）、及穩(wěn)定性（顆 粒是否容易分離沉淀、輸送流速等）有著明顯的影響，而且還要涉及到制漿及脫水的效果， 而顆粒組成又與漿體濃度有相互制約的關(guān)系，因此，選擇最佳粒度組成和最佳輸送濃度（即 漿體中最佳的固體顆粒含量）是管道水力輸送試驗(yàn)要解決的主要問(wèn)題。選礦工藝所生產(chǎn)的產(chǎn)品精礦漿，不一定都能符合管道水力輸送的要求，因此，往往在輸送以前要進(jìn)行以調(diào)整粒度級(jí)配、輸送濃度、pH值為主要內(nèi)容的加工處理前處理。通過(guò)前處理使礦漿達(dá)到適合輸送的近乎理想的