精矿流态化试验设备

船舶在海浪作用下的运动具有随机性，若假定海浪是规则和稳定的，那么船舶在海浪作用下的运动可认为由简谐运动组成，这将给分析研究带来方便，且研究结果同样具有参考价值。利用自主研发的室内小型振动台，对其施加水平简谐循环荷载，来模拟载运过程中船舶受到海浪作用的水平横摇。

水平振动台采用曲柄滑块装置实现振动台模型箱的水平往复简谐振动，通过改变曲柄半径大小来变换振动台振幅，从而调节模型箱基底振动加速度。实际船运中，货船船舱为刚性舱壁，故采用刚性模型箱能较好地模拟实际散货船载运时铁精矿的边界条件．试验中铁精矿模型尺寸：长度为66cm，宽度为32cm，高度为40cm。

数据采集装置由数字图像数据采集、细观图像采集等部分组成，包括高精度数码成像设备、高放大倍数数码摄录设备．数据采集装置均固定在振动台轨道上，与模型箱同步运动．细观图片与数据采集采用日本JAI公司CM－030GE－RA高速细观摄像机，对距离模型箱底部30cm（z方向）、距离模型箱侧壁33cm（x 方向）的铁精矿局部区域进行拍设，拍摄范围为8mm×6mm，拍摄频率为90帧·s－1 。

近年来，在我国管辖水域发生了多起载运铁精矿船舶倾覆事故，造成海上生命、财产重大损失。铁精矿在海运中受风浪振动作用时易发生水分析出至矿体表面，形成自由液面的现象，即流态化。

目前，国内外关于铁精矿流态化特性的试验研究较少，大多数研究集中在铁精矿货物流动水分点（FMP）的测定和载运铁精矿散货发生事故的原因、危害及安全措施等经验控制两个方面。周健等利用空心圆柱扭剪试验，探讨了铁精矿的动力特性，并通过室内振动台试验研究了铁精矿流态化析出水的演化历程，从宏观角度探讨不同因素对铁精矿流态化特性的影响，并发现含水率是影响铁精矿流态化的关键因素．众所周知，对于由散粒状介质组成的颗粒集合体，外荷载作用下其微观结构的变化是引发其宏观力学性状的真正内因。

利用室内振动台，研究了铁精矿在动荷载作用下的流态化细观机理．通过分析铁精矿流态形成化过程中颗粒间及颗粒与水分间的相互作用，分析颗粒长轴方向、平均配位数、平面孔隙率等细观组构的演化规律，探讨了铁精矿流态化演化过程中细观机理及其与宏观现象间的联系 。

试验所用铁精矿产自加拿大，由上海出入境检验检疫局提供。颗粒级配为：颗粒直径>0．50mm的占7．2%，>0．25～0．50mm的占32．6%，>0．10～0．25mm 的占48．4%．铁精矿颗粒大小属于细砂范畴，利用岩土力学试验方法，将其作为一种特殊材料，研究铁精矿在水平循环荷载下的流态化机理。

入境检验检疫局利用流盘试验法测铁精矿的适运水分限量（TML）时，流盘振动台的振动频率为50次·min－1．实测资料表明，5．7万吨级散货船在五个舱均匀装载时，舱内铁精矿的横向加速度幅值范围为0．15g～0．42g．根据周健等的研究表明，含水率是影响散装铁精矿流态化形成的关键因素，当水分上升至矿体上表面时，表层矿水混合物呈流动状态。

试验振动频率为1Hz，加速度为0．5g，试样含水率为10%．试样的制备采用分层湿捣法，均匀配置铁精矿试样，分八层进行，控制每层试样的相对密实度基本保持在同一数值，各层接触面刮毛以保证上下接触良好．试样制备完成后铁精矿表面铺设湿毛巾，并静置1h使铁精矿的含水率保持充分均匀．在所有准备工作完成后，开启高速细观摄像机采集细观图像，施加振动荷载．试验最大振动周数为600次，确保铁精矿模型试验现象已稳定 。

试验在施加循环荷载时，试样流态化前后的现象。可看出，流态化现象的出现与水分迁移密切相关，其宏观表现为矿粉孔隙减少，表层矿粉滑动，水分迁移和水液面上升以及自由液面形成．水分迁移始终贯穿整个流态化演化过程 。

精矿流态化水分迁移的细观规律

由铁精矿流态化的宏观规律分析可知，水分的迁移对铁精矿的流态化发生至关重要．利用高速细观摄像机采集的铁精矿流态化演化过程中的细观变化．细观观测位置为距离模型箱底部30cm、短边侧壁33cm 处，观测范围为6mm×8mm．通过对不同振次时铁精矿细观照片的直观分析，研究散装铁精矿流态化演化过程中水分在铁精矿颗粒间迁移运动的细观规律。

试验开始前，不同粒径铁精矿颗粒均匀分布，矿体相对比较松散，粒间孔隙体积较大，水分均匀分布在铁精矿颗粒间孔隙中；振动开始后，矿体体积被压缩，孔隙体积减小，孔隙中均匀分布的水分逐渐聚集，形成水膜裹附在铁精矿颗粒表面；孔隙体积进一步减小，颗粒表面的包裹水膜厚度增加，水分汇集连接成片，形成连续水体，观测到铁精矿孔隙体积明显减小；随着孔隙水分的进一步析出，细观观测区域内的铁精矿水分含量增多，矿体饱和度增大，颗粒间作用力降低，观测区域内的连续水体与铁精矿颗粒共同做水平往复运动。

振动至40振次时，细观观测区域内的细颗粒含量明显减少，颗粒间接触紧密，观测区域内水分含量减少，这是因为水分在迁移过程中带动细颗粒一起运动，细颗粒流失后矿体粒径粗化；振动至60振次时，孔隙间析出水继续迁移，析出水量逐渐减小，此时由宏观观测到的水液面已上升至细观观测区域的位置；振动至100振次时，析出水量逐渐减小；振动至600振次时，铁精矿细颗粒嵌合在粗颗粒孔隙间，颗粒间咬合紧密，矿体孔隙体积很小，颗粒间剩余水分含量很少。

在缩尺条件下，散装铁精矿流态化形成的水分迁移细观规律大致相同．在振动过程中，铁精矿体积被压缩；颗粒孔隙间水分被挤出并汇集成片，形成连续水体；水分在重力作用下向下迁移，其宏观表现为形成水液面上升．同时孔隙水迁移带动矿体中细颗粒运动，细颗粒填充了粗颗粒骨架之间的孔隙，进一步促使孔隙体积减小，导致孔隙水分析出。

精矿流态化铁精矿细观组构

研究铁精矿细观组构的目的是通过对颗粒间相互作用的定量描述，在某种假设或力学原理的基础上做出统计平均，建立铁精矿细观组构指标与铁精矿宏观特性响应间的关系．本文通过模型试验对铁精矿流态化形成过程中的宏观现象和组构参量之间的关系进行了定性探讨，尝试从铁精矿细观组构的演化解释铁精矿流态化现象的细观机制。

利用课题组自主开发的Geodip数字图像处理软件，对试验过程中记录的高清照片进行处理，分析铁精矿在循环荷载作用下颗粒细观组构变化，包括铁精矿颗粒长轴方向，平均接触数和平面孔隙率的变化等．通过对比在流态化形成过程中不同振次下铁精矿颗粒的细观组构规律，探讨铁精矿发生流态化的内在机理。

（1）颗粒长轴方向

颗粒定向性的发展是流态化形成过程中铁精矿颗粒重新排列的反映。不同振次时铁精矿颗粒长轴方向演化的玫瑰图，扇形大小反映颗粒长轴方向的角度频数分布。

从长轴方向的演化来看，由于采用分层湿捣法进行制样，因此试样的铁精矿颗粒长轴方向分布相对比较均匀。振动初始，由于不规则形状的铁精。铁精矿颗粒孔隙间水分不断汇集形成连续水体，由于同时受到水平往复荷载和水流的作用，铁精矿颗粒长轴主要分布在水平0°方向和竖直90°方向。随着水平荷载的继续施加，孔隙间水分携带部分细颗粒趋于向矿体上层迁移，颗粒长轴明显偏向于竖直方向发展。约至50振次时，铁精矿颗粒间孔隙充分压缩，粒间孔隙中的水分已充分析出，颗粒间残存少量水分，水流作用减弱，原来受水流影响偏向竖向的颗粒长轴稍微向水平方向偏转。至60振次时，细观拍摄处的铁精矿颗粒主要受到水平往复荷载的作用，颗粒的长轴继续向水平方向发展，宏观上的表现为水液面迁移至矿粉表面、流态化基本完成；待振动结束时，铁精矿骨架相对稳定，颗粒只是在原位附近轻微错动和旋转，并没有明显的颗粒滚动，长轴方向变化不大。

综上所述，在铁精矿流态化形成演化过程中，由于受到水平往复荷载和水流的综合作用，颗粒长轴方向由初始的均匀分布变化到定向分布，并且偏向于竖直方向和水平方向．颗粒长轴方向的演化过程，反映了在流态化形成过程中铁精矿颗粒的重新排列过程。

（2）平均接触数

平均接触数是指颗粒与周围颗粒接触的平均数目，用以分析颗粒运动和重新排列规律，其变化是颗粒受力变化的间接反映。

振动初期，铁精矿体积轻微压缩，铁精矿颗粒平均接触数略微增多；至10～20振次，颗粒间的运动使得铁精矿平均接触数略有下降，这表明颗粒间孔隙中水形成的水膜包裹了铁精矿颗粒；至20～40振次，颗粒在水流和振动荷载的作用下，平均接触数目上下波动；至40振次以后，铁精矿颗粒的平均接触数逐渐增大，这说明颗粒间孔隙压缩充分，铁精矿越来越密实。

总体而言，铁精矿平均接触数的总体趋势是增大的，其反映的规律与铁精矿孔隙率变化规律基本一致，即流态化演化过程中铁精矿颗粒的运动使得铁精矿总体发生压缩，粒间孔隙中的水分得以挤出并向上迁移，这与宏观流态化现象得到的结论一致。需指出，平均接触数是通过统计颗粒与其周边颗粒的平均接触数来反映土体的紧密程度，其值并不是衡量颗粒间作用力的指标．

（3）平面孔隙率

利用Geodip程序计算得到的颗粒孔隙率随时间的变化曲线．需要说明的是，这里采用的平均孔隙率为平面孔隙率，而并非铁精矿真实孔隙率。

水平荷载的施加，使得铁精矿颗粒间孔隙发生压缩，孔隙体积缩小；从振次10开始，平面孔隙率经历有升有降的波动，总的趋势是减小的，这是由于铁精矿颗粒受水平荷载和水流冲力的共同作用，颗粒发生旋转、错动和移动，但颗粒孔隙仍被压缩；至振次60以后，孔隙率基本不发生波动，且远远小于初始值．总体而言，铁精矿流态化形成过程中，孔隙率呈减小趋势，在最初20振次内尤为明显，这与试样总体发生压缩的宏观现象一致 。

（1）水分迁移是铁精矿流态化形成的关键诱因，在振动过程中，水分首先在重力作用下向下迁移，形成水液面后，在动荷载作用下向矿体表面析出．同时，水分在迁移过程中带动细颗粒随水运动，细颗粒不断填充粗颗粒间孔隙，造成孔隙体积减小，进一步促使水分析出。

（2）细观组构特征反映了铁精矿颗粒与水分相互作用规律．铁精矿流态化形成过程中，颗粒受水分迁移和水平往复荷载共同作用，颗粒长轴方向由初始的均匀分布变化到定向分布，并且偏向于竖直方向和水平方向。

（3）细观观测区域的铁精矿平面孔隙率随振动次数的增加而逐渐减小，颗粒平均接触数随之增加．这表明流态化演化过程中铁精矿颗粒的运动使得铁精矿总体发生压缩，则粒间孔隙中的水分得以挤出并在重力作用下向下迁移，形成连续水体，水液面向上迁移，与宏观流态化现象得到的结论一致 。2100433B

每一个分选作业都可得出相应的精矿，每一分选作业有两种或两种以上的产物，精矿是产物中有用成分含量最高的部分。原矿经过预选或粗选作业，有用成分初步富集的产品称作粗精矿。粗精矿需经过精选作业才能得到合格的最终精矿。矿石中含有的两种或两种以上有用矿物，在选矿时被一起选出的精矿产品，称作混合精矿。混合精矿中各种有用矿物或有用成分，在以后的分选作业或冶炼作业中进行分离。选矿厂产出的最终成品称作最终精矿。其矿物组成和化学成分(有用或有害成分)、粒度和含水量等均需满足造块、冶炼或其他工业利用的要求。

用途

钨精矿是生产钨铁、APT（仲钨酸铵）的主要原料。

产制

钨砂从岩体中采出，经粗碎、筛分及手选后，通常采用磁选、浮选以及重力、静电、化学选矿等方法进行精选，经精选后，可得到含WO3为65%以上的钨精矿成品。

质量规格

技术标准规定的黑、白钨精矿的技术条件如下表

表： 钨精矿质量规格

检验标准

钨精矿按照GB/T4414—84《包装钨精矿取样、制样 方法》和GB6150.1～6150.19—85《钨精矿化学分析方法》进行检验。

外观

钼精矿外观为黑色或稍带银灰色极细粉末。

用途

其用途为浮选所得的钼精矿，供生产氧化钼、钼铁、钼盐等用。

包装

出口钼精矿的包装，有以下两种：①内玻璃纤维袋，外麻袋、每袋 净重50kg；②内乳胶袋、外麻袋每袋净重25～30kg或50kg。

检验标准

出口钼精矿化学成分检验按照GB/T15079—94进行。