浆体的流体分类

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1、浆体的流体分类根据在管、槽横断面上浆体内固体颗粒的分布情况，可将浆体分为均质与非均质两 大类流体。所谓“均质流体”是指管、槽横断面内上下层间无明显的固体浓度梯度；浆体内 悬浮固体没有趋于向下沉降的惯性力；粘滞力在颗粒间起着主导作用。非均质流体与此正好 相反，横断面上下层固体浓度的变化非常明显；悬浮固体颗粒受惯性力的影响很强烈，而粘 滞力几乎不存在。简言之，均质流是粘度很高的浆体；而非均质流则是固粒惯性影响占优势， 以致粘滞力可以忽略。但严格来说，真正的均质流体客观上是很少见的，因为在浆体中绝对 静止的悬浮固体是不存在的，总会有下沉的趋势，只是有些细小固粒沉速非常微小而已。故 客观上只存在着近似

2、均质的流体。一般称之为“准均质”（伪均质、似均质）流体。目前， 所谓管道输送的“高浓度浆体”主要是指这类浆体而言。对于固一液两相流这种浆体来说，它基本上是以滚动、跳跃、悬浮、和层移几种形 式在运动，当浆体内的固体含量很高，特别是含有一定数量小于0.01毫米的细颗粒时，将 会出现即使在静止条件下，固、液相也不会发生分选或明显分选的现象。这时水流实质上属 于一相的准均质流体。这种准均质流体有可能是牛顿流体，但更多的则属于非牛顿流体。清水、非均质流体等在管道内呈层状流动时，因剪切作用而出现的应力与切（应）变 率之间的关系为正比例关系，即符合下列牛顿定律公式：上述公式是专门对平板间的流体而言的，对于管

3、流上述公式应改写为哈根一波塞尔 公式（Hagen-Poiseuille formula）J *譽式屮Tth轴申曲t：的切屁力；“粘紳怦系撤或wm 和宦打*波惦的竽均淤迷：当冰叩童率皿速鮒汀D一营也服从上述两个公式的流体称为牛顿（型流）体。如将公式（1）绘制成曲线图，则层流状 态切应力与切变率之间的关系为通过坐标原点的一条直线（下图），直线斜率就是粘度。很明 显，这类流体在层流时，可用一个流动参数粘度（粘滞性系数来表征。绝大多数均质流体不服从于牛顿定律，故不是牛顿（型流）体。这种流体中的悬浮固 体颗粒基本上是呈现均匀分布，故可视为单相流体。在层流时，这种流体内任一点的剪切力 （即切应力）只与该点

4、的切变率成函数关系，而与流体的其他位置、其他因素等无关。其剪切 力与切变率的关系曲线不是通过原点的直线，或者根本就不是一条直线（图中），因此，不符 合公式（1）的特性，故此类流体被称之为“非牛顿型流体”。这类流体所包括的类型很多， 如假塑性型、宾汉型（Bingham behavior）、屈服一假塑性型等等。不过，对于金属矿浆来说，大多为纯粘性非牛顿流宾汉型流体。其主要特征是这种流体在静止时具有足够刚度的 三维结构，足以抵抗小于屈服应力的任何力。当超过屈服应力，则这种结构就要分解，呈现llf；与牛顿流体一样的特性。但当作用力降低到屈服应力以下时，原有的结构又恢复起来。表示 宾汉型特性的公式为：(

5、3 j为了适用于管流，布金汉姆(Bucking Ham)将公式(3 )化为下式，即布金汉姆方程(Bukingham Equation)4j式屮D管陥g时哗町应丿4S 皿氷饬冋川棒拠应丿: 可一即性爲數： 芈一烟燮率；lyE均说符合公式(3)和(4)的流体皆称为非牛顿流宾汉型流体。金属矿高浓度精、尾矿浆多 具有此类型或近似此类型流体的特性。浆体的这种性质通常称之为“流变性质”或“流变特 性”。切变率出刃y牛整型诫体穿宾汶婴流律的切血力-0*$曲堆圈为了减少浆体输送时的能耗与水头损失，一般都希望输送流速限定在层流转变为紊 流的粘性过渡流速区内，此时的流速一般称为“临界流速”。其主要特点是粘性对水头

6、损失 有很明显的影响。因此在进行浆体管、槽输送设计时，必需要确定浆体的流型(流变特性)、 流型与粘滞系数的关系、临界流速、水头损失等条件和数据。但在流变学中至今尚未得出普 遍适用描述流型与粘滞系数关系的表达式，故只能通过试验手段或半试验半试算的方法取得 所需的数据及资料。而这些数据及资料又都与悬浮介质和固体物料的特性有关。尤其是固体 颗粒的密度、粒径、浆体内固体物料的含量(浆体浓度)、管径等都是决定浆俸特性和输送参 数的主要因素。同时，它们之间又有着相互制约相互影响的关系，如固体粒度组成的变化将 对浆体粘度有很大的影响。粒度愈细或粒度组成愈均匀则粘度就愈大，从而限制了输送浓度 的提高。同时，又

7、会造成输送阻力的增加。故在一定的上限粒径条件下，适当增加浆体中粗 颗粒含量将有利于减少同一浆体浓度的相对粘度及输送阻力。但增加量不能过多或粒径过 大，超过限度时将使浆体的流型发生变化。试验表明，各种浆体如精矿、尾矿浆)在一定的 粒径上限范围内都将有一种使相对粘度最小的粒度组成，而这种粒度组成是以浆体内颗粒无 分离沉积所能达到的极限体积浓度“Cvm”为标志。即此时固体颗粒密实度为最高、相对粘 度为最小。此外，浆体输送稳定性对颗粒粒度组成也有一定的要求，一般认为粒度组成中小 于0.074毫米的颗粒至少要占50%以上才有足够的稳定性，使输送系统工作安全可靠。细颗 粒物料的主要作用是它可以与液体介质构

8、成悬浮载体，这种载体将对粗颗粒起到承托使之悬 浮的作用。故浆体中细颗粒含量高将对输送有利。目前，国外一些金属矿山精矿管道输送的 实例中，小于0.074毫米的颗粒大都要占浆体内固粒含量的90%以上。但是，前而已经谈到， 粒度愈细则浆体的粘度就愈大，因而加大输送的阻力。同时，物料在输送终点进行脱水也很 困难，故在细颗粒中又必需含有一定数量可以在悬浮载体中悬浮的粗颗粒才有利于输送。金 属精矿的这种粗颗粒的上限粒径，从目前已知的生产实例来看，大约在0.02080.147毫米 （65目100目）之间，一般混入悬浮载体内的这种粗颗粒量大体上为总固体量的10%或以下。由此可见，浆体颗粒组成的合理性如何，对浆

9、体的流动性（粘度、阻力）、及稳定性（颗 粒是否容易分离沉淀、输送流速等）有着明显的影响，而且还要涉及到制浆及脱水的效果， 而颗粒组成又与浆体浓度有相互制约的关系，因此，选择最佳粒度组成和最佳输送浓度（即 浆体中最佳的固体颗粒含量）是管道水力输送试验要解决的主要问题。选矿工艺所生产的产品精矿浆，不一定都能符合管道水力输送的要求，因此，往往在输送以前要进行以调整粒度级配、输送浓度、pH值为主要内容的加工处理前处理。通过前处理使矿浆达到适合输送的近乎理想的最佳状态，这样对减少输送能耗、提高 输送系统的服务年限、保证安全生产都会起到良好的作用。但是，这样做必然要增加生产环 节，而且在输送终点对矿浆的过滤脱水也可能带来一些麻烦。故在进行浆体管道输送系统设 计时，需要认真的进行技术上与经济上的考虑，权衡其利弊，确定合理的运输方案。