粗粒径浆体输送管道磨蚀试验研究

高 伟，李绪忠，全 源

（1. 长沙有色冶金设计研究院有限公司，湖南 长沙 410000；2. 长沙矿冶研究院有限责任公司, 湖南 长沙 410000）

1 工程概况

某选矿厂排出尾矿量约38000t/d，尾矿输送管线起点为选矿厂尾矿浓密池，终点为尾矿库。管道起点标高3500米，终点标高3550米。为了提高长距离矿浆管道工程设计的安全可靠度，在管道工程详细设计前，对输送矿浆进行基础试验和半工业环管磨蚀输送试验，为长距离尾矿输送管道的工程参数设计和设备选型提供依据。

管道试验研究主要研究内容：1）不同材质管道在输送矿浆体时的磨蚀速率研究；2）浆体流变特性研究；3）浆体的极限坡度研究。4）通过试验研究获得浆体管道输送工艺参数。

2 浆体流变试验研究

（1）浆体流变特性测试方法。流变特性研究包括浆体的粘度和屈服应力，两个参数由HAAKE VT550数字粘度计测得。HAAKE VT550是业界通用的用于测定矿浆屈服应力和塑性粘度的仪器，本次测定屈服应力的转子是6刃叶片转子FL-100，

图1 流动曲线

屈服应力的测定方法：测定矿浆不同剪切率下的剪切应力，得到图1所示的流动曲线，流动曲线同时给出剪切应力、粘度和剪切率的关系，如图1直线和纵坐标的交点即为屈服应力，图中直线的斜率为粘度。数字粘度计自动给出屈服应力和粘度数值。

（2）屈服应力的测定方法。测定矿浆不同剪切率下的剪切应力，得到图1所示的流动曲线，流动曲线同时给出剪切应力、粘度和剪切率的关系，如图1直线和纵坐标的交点即为屈服应力，图中直线的斜率为粘度。数字粘度计自动给出屈服应力和粘度数值。浆体流变特性测试结果采用HAAKE VT550流变测试实验平台进行浆体流变性能测试，包括不同浓度浆体的动力粘度与屈服应力。不同浓度浆体的屈服应力和粘度详见图2。

屈服应力和粘度测试结果表明：矿浆浓度为50%时屈服应力和粘度仍较低，仍呈现典型的浆体特性；当矿浆浓度超过50%时，浓度的较小变化导致屈服应力和粘度的较大变化，屈服应力和粘度对浓度变得较敏感，因此合适的输送浓度应为50%左右。

图2 不同浓度浆体屈服应力和粘度

3 浆体滑移角安息角试验

浆体输送管道的最大敷设坡度是通过浆体沉积层静止沉降安息角和滑移角试验来确定的。

滑移角是指沉积在水平管道内的浆体沉积层滑动时的管道倾角α；安息角是指浆体在倾斜管内沉积时，沉积面和水平面之间的夹角β。

前者试验时，将制成所需浓度的浆体装入直径100mm长1m的有机玻璃试管内。摇动均匀后，水平放置在试验装置上，待浆体颗粒完全沉降形成沉积层后，将试管一头慢慢均匀升起，直至沉积层开始向下滑动时止，滑动前的极限角即为滑移角（沉积层水下静止安息角）。后者试验时，将试管内浆体摇动均匀后，快速置于预先设定好角度的试管装置上，待管内浆体固体颗粒自然沉降后，测量沉积层的角度。这一角度与试验管的预先设定角度有关，需要多次试验才能确定。最后以形成的沉积层基本无滑动，不堵塞斜管下部端面为准。经多次试验，铜矿浆体的滑移角和安息角见表1、表2。

表1 浆体滑移角实验结果

表2 浆体安息角实验结果

4 磨蚀试验研究

4.1 试验目的

研究不同材质尾矿浆体输送管道的磨蚀性能。

4.2 被测样品

（1）样品种类。共三种试验样品。分别为：①裸钢管，X52材质，用A表示。②超高PE，用B表示。③钢胶钢管，用C表示。

（2）样品规格。每种样品提供两套，每套由五个试件组成，每个试件长40mm～80mm。

4.3 试验介质条件

尾矿浆体，重量浓度50%。

4.4 试验方法

采用环管磨蚀模拟试验法进行试验。每种样品有五个相同的试件组成，其中间三个为有效磨损试件，前后各一为过渡试件。通过止口串联于管道上测试。

4.5 试验系统

①试验系统由30m内径50mm环管、直径800mm矿浆搅拌槽、50ZJ-I-A-33渣浆泵、两组冷水套管、流量计等附件组成。②温度控制：为控制浆体温度，管路上装置两组冷水套管，试验时通入自来水对管道降温。③流量控制：渣浆泵配置变频器，出口安装调节阀和电磁流量计，控制和测定环管内浆体流量，以确定试验浆体流速，保持试验过程稳定。④浓度控制：人工测定，每四小时测定一次，保证循环浆体成分恒定。

4.6 试验步骤

①3.5吨原矿按照碎磨工艺参数进行破碎、磨矿。②将细度合格矿样与水按照比例配成50%重量浓度浆体，加入CaO（因选矿工艺采用石灰作为调整剂）调整浆体PH值到8.0。③浆体在搅拌槽中搅拌均匀后，开启渣浆泵进行环管循环磨损试验，循环流速2.75m/s，渣浆泵流量15m3/h。④为保持试样粒级组成的稳定，排除粒级变化给磨蚀试验带来的误差，初次试验时间暂定30小时，试验后通过分析粒度组成和颗粒形状变化情况确定每次试验时间。单一粒度单一流速工况下，进行三次试验。⑤每次试验需要测试和记录运行工况数据：浓度C、流量Q、浆体温度T、粒度分布。数据每四小时测定记录一次。⑥磨蚀量采用称量法测定。串接于环管中的短管试件经过规定时间的运行磨蚀后卸下，清除污垢后烘干至恒重，采用精密电子分析天平称量。用测得试件的磨蚀量进行换算，得到管道内壁平均磨蚀量，并换算为管道年平均磨蚀厚度。

4.7 磨蚀试验结果

管道磨蚀量采用称重法测定。为尽量避免试件机加工微小刀纹对磨蚀试验结果的影响，试验分两步进行。首先把试件串接于环管中，经过30小时初磨蚀后卸下，清除矿浆污垢后烘干至恒重。测定30小时的磨蚀量。然后再把试件串接于环管中进行两次72小时的磨蚀试验。采用下式进行计算。

管道磨蚀试验表明：此种矿浆对钢管的磨蚀较高，超高PE和衬橡胶钢管的磨蚀较低，三种管道材质以衬胶钢管最为耐磨。

5 结论

（1）浆体流变特性研究表明。矿浆浓度为50%时屈服应力和粘度仍较低，仍呈现典型的浆体特性；当矿浆浓度超过50%时，浓度的较小变化导致屈服应力和粘度的较大变化，屈服应力和粘度对浓度变得较敏感，因此合适的输送应为50%.

（2）管道磨蚀试验表明。此种矿浆对钢管的磨蚀较高，超高PE和衬胶钢管的磨蚀较低，三种管道材质以衬胶钢管最为耐磨。对于衬胶钢管，一般的衬胶厚度大于5mm,此种管道在输送浓度为50%，输送速度为2.75m/s时，服务寿命可达25年以上。