關鍵詞

流變性，屈服應力，礦山，尾礦

簡介

       尾礦即為從礦石的非經(jīng)濟成分（脈石）中分離有價值的成分之后余留的物質。尾礦與覆蓋層不同，覆蓋層是在采礦期間未加處理就從礦石或礦體表層挪走的廢石或廢料 ^[1]。

       可采用兩種方法從礦石中提取礦物質：砂礦開采，即利用水和重力提取有價值的礦物質；或硬巖開采，即先粉碎巖石，再粉碎化學物質。在后一種方法中，從礦石中提取礦物質時，要求將礦石研磨成細微顆粒，這樣，尾礦通常較小，尺寸從沙粒尺寸到幾微米不等^[2]。礦山尾礦通常從漿體狀的礦屑（細微礦物顆粒和水的混合物）中得到^[2]。

       尾礦成分直接取決于礦石組分和施加在礦石上的采礦過程^[1]。

       通常，尾礦堆放在尾礦池中。尾礦池即為水性廢料泵入池中的區(qū)域，在那里，固體顆粒從水中沉降。據(jù)估計，2000年，全世界共存有約3,500處活躍尾礦池^[3]。尾礦池有助于堆放從巖石中分離礦物質時產(chǎn)生的廢料或焦油砂開采過程中產(chǎn)生的漿料。通常，尾礦會與其它物質(如膨潤土)混合，減緩受影響的水釋放到環(huán)境中的速率^[1]。然而，無論尾礦含有何種成分，均需要從礦山泵送到尾礦池中。為了了解是否能夠利用現(xiàn)有泵送設備泵送(改性)尾礦，不僅需要測定粘度，還需要測定屈服應力τ0。屈服應力用于描述克服給定流體彈性特性及輸入可持續(xù)流量所需的能量。

圖1:Thermo Scientific?HAAKE?Viscotester?iQ流變儀(帶適于夾持大型容器的實驗室臺架)

       隨后可知，屈服應力值在很大程度上取決于漿料的固體含量。只需使用HAAKE Viscotester iQ 流變儀進行簡單測量，即可輕易獲取屈服應力值。

       由于使用旋轉流變儀所帶的傳統(tǒng)平行板或同軸圓筒轉子時，若將樣品加載到窄隙中，則可能出現(xiàn)壁滑移及樣品過度受損，導致軟質固體和料漿（如尾礦）難以處理，所以，推薦使用槳葉轉子。當槳葉轉子完全浸入樣品中時，屈服應力本身可依照 Boger 公式 ^[4] 進行計算：

其中，M 為扭矩，K 為取決于槳葉高度（H）和直徑（D）的槳葉參數(shù)，其表達式如下：

       因此，為確定屈服應力，則需要將扭矩（或相應剪切應力）作為時間的函數(shù)進行追蹤。然后，將Z大值代入屈服應力公式進行計算。

實驗結果與討論

       為防止發(fā)生壁滑移，我們推薦使用槳葉轉子對尾礦進行流變測試。圖 1 所示為帶有槳葉結構及開式臺架（便于在大型容器中測試樣品）的HAAKE Viscotester iQ 流變儀。在該項研究中，已對不同固體質量分數(shù)的砂礦尾礦進行了測試，以便隨后獲得屈服應力與質量分數(shù)關系圖。

       圖 2 所示為依照 Boger 模型確定屈服應力的示例。該項測試中所用的尾礦固體質量分數(shù)為0.4。

圖 2：室溫（RT）條件下，尾礦固體質量分數(shù)為 0.4 時的流動曲線（依照 Boger 模型自動獲取屈服應力）。

       我們已采用這種簡單快速的方法，對固體質量分數(shù)各不相同（介于 0.2～0.5 之間）的砂礦尾礦進行了測試。測試結果如圖 3 所示，圖 3 顯示各屈服應力值與固體含量的關系曲線圖。使用圖 3 所示的少量測試得出的數(shù)據(jù)，計算經(jīng)由管道橫截面所需的泵送壓力（巴）和屈服應力，即可方便地預測特定尾礦的可泵性。

圖 3：屈服應力是室溫條件下砂礦尾礦固體質量分數(shù)的函數(shù)。

結論

HAAKE Viscotester iQ 流變儀中的槳葉轉子方法是用于測定礦山尾礦屈服應力的快速、簡便且準確的方法。我們可方便地將這些值與具有給定固體質量分數(shù)的特定尾礦成分的可泵性相關聯(lián)。

參考文獻

[1] See Wikipedia, Tailings, http://en.wikipedia/wiki/Tailings (as of July 13, 2014, 16:50CET)

[2] US EPA. (1994). Technical Report: Design and Evaluation of Tailinfs Dams.

[3] Martin T.E., Davies M.P. (2000). Trends in the stewardship of tailings dams.1996, Essen

[4] Dzuy N.Q., Boger D.V. (1985). Direct yield stress measurement with the vane method. J Rheol

29:335-47.

我公司專業(yè)生產(chǎn)選礦設備、制砂設備、破碎設備、磨粉設備、建材設備五大系列產(chǎn)品，廣泛應用于冶金、礦山、化工、建材、煤炭、耐火材料、陶瓷等行業(yè)。主打產(chǎn)品有顎式破碎機、制砂機、球磨機、雷蒙磨粉機、烘干機等，歡迎前來選購，價格咨詢熱線：0371-67772626

礦山尾礦簡介

礦山尾礦也可稱為Z終尾礦，它是原礦經(jīng)選礦處理后，剩余下來的含有有用成分較低的礦物。隨著工業(yè)的發(fā)展，礦山尾礦的產(chǎn)量在逐年的上升，大量的堆積會對環(huán)境、人體健康造成一定的威脅，由于科技的進步，人們對礦山尾礦進行了二次利用，減少了資源的浪費，同時保護了環(huán)境。

礦山尾礦經(jīng)制砂生產(chǎn)后綜合利用率得到了有效的提高，可為用戶的生產(chǎn)帶來更高的效益。市場上擁有大量的礦山尾礦制砂機廠家，給用戶更多的選擇，那么礦山尾礦制砂機多少錢一臺，哪些因素會對設備的價格造成影響，這里小編對此為用戶做了較為詳細的介紹。

影響礦山尾礦制砂機價格的因素

1、設備的型號

礦山尾礦制砂機不同的型號對于物料的處理能力以及設備的電機功率是有所不同的，可以為用戶的生產(chǎn)帶來不同的經(jīng)濟效益，廠家在生產(chǎn)不同型號的設備時所花費的人力、物力成本不同，因此使得市場上型號不同的礦山尾礦制砂機價格不同。更多型號請訪問：http://www.hxjq.cn/43.html。

2、廠家的性質

廠家性質的不同，使得市場上設備的價格也有差異，其中直銷型廠家銷售的設備在市場更受用戶們的喜愛，主要是因為直銷型廠家生產(chǎn)的設備不僅質量過硬、服務周到，而且對于各種型號的礦山尾礦制砂機價格定位也是普遍偏低的，減少了用戶在作業(yè)中的額外支出，使得人們在生產(chǎn)中收獲更高的盈利。

3、市場需求

人們對礦山尾礦制砂機需求的多少對于設備的價格定位有很大的影響，如人們對設備需求量降低，廠家的供應量較大時，設備的價格會有所增加，相反，當供不應求時，礦山尾礦制砂機價格增加。

價格實惠的礦山尾礦制砂機廠家

市場上礦山尾礦制砂機多少錢一臺，這應該是用戶Z為關心的問題，河南紅星機器生產(chǎn)的礦山尾礦制砂機價格非常的實惠，可以有效的降低用戶在前期的資金投入，為用戶帶來更大盈利，該廠家生產(chǎn)的設備售價低的原因主要有：

1、廠家在生產(chǎn)設備時所花費的總成本較低，所以廠家對于設備的價格定位偏低。

2、河南地區(qū)的交通便利，這使得廠家在運輸費用上的成本減少。

3、該廠家擁有獨立的生產(chǎn)基地、較大的銷售市場，在銷售設備時跳過了中間環(huán)節(jié)，因此設備價格與廠家的出廠價位相當。

紅星機器生產(chǎn)的設備不僅在價格上非常的實惠，而且廠家可根據(jù)用戶的需求，幫助用戶選購或制定專屬設備，以此降低設備在作業(yè)中的停機時間，使用戶在作業(yè)中更加的連續(xù)、GX，幫助用戶收獲更高的利潤。

河南紅星機器礦山尾礦制砂機免費咨詢電話：0371—67772626

河南紅星機器廠家地址：河南省鄭州市高新區(qū)檀香路8號

本文主要來源于：http://www.hxjq.cn/n1608.html

Cornelia Küchenmeister and Jan Philip Plog, Thermo Fisher Scientific, Material Characterization, Karlsruhe, Germany

關鍵詞

流變學，屈服應力，牙膏，用戶期望度

簡介

牙膏，是一種具有粘彈性的日常用品。牙膏具備復雜的結構，其中的各類組分會影響到其流變性能，比如研磨劑可以向牙刷的清潔功能提供支持，水份因子可以防止牙膏變干以及連接劑可以防止牙膏的水組分和固體的相分離。流變在整個牙膏產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)過程中扮演者重要角色，涉及牙膏的灌裝，包裝以及用戶滿意程度等各個方面^[1]。本文主要關注點是不同牙膏的屈服應力。牙膏的屈服應力直接關系到需要多大的力量將其原始結構破壞進而使其流動。擠壓是使牙膏流出的主要方式。因此必須要施加足夠的擠壓力量并超過牙膏的屈服應力才能完成這個過程。本文選擇了兩種牙膏來進行相關測試，成人及兒童牙膏，根據(jù)文獻^[2]的描述來進行相關測試及評估。

測試儀器

本文使用Thermo Scientific? HAAKETM Viscotester? iQ流變儀進行相關測試。這臺儀器使用的是EC電機，可以完成各類方法測試，包括控制速率及控制應力，且覆蓋很寬的測量范圍。溫控單元采用的是自帶Peltier模塊，可實現(xiàn)-5至160 ℃. 區(qū)間快速穩(wěn)定的溫度控制。實驗使用直徑35毫米平行板夾具進行，為了防止打滑，采用了刻痕夾具。測量下板與上板具有相同的直徑及表面，這樣可以保證理想的測試條件及Z優(yōu)化的樣品裝填^[3]。另外，這類夾具需要的樣品量非常少，加樣時間和溫度平衡時間短，并且容易清理。另外，在實驗中還使用了防揮發(fā)罩來降低樣品內部的水份蒸發(fā)和溫度梯度。

圖1 賽Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ流變儀

樣品準備

首先，將少量牙膏先擠到測量下板上（圖1），然后將測量上板下降到設定的測量間隙。這個過程中，包括擠壓與樣品裝填都給樣品一個預剪切作用，因此需要給樣品一個松弛時間以去除應力及其他效應對實驗的影響。

HAAKE RheoWin軟件及其他操作方式

Thermo Scientific HAAKE Viscotester iQ流變儀可以通過多種方法進行操作，其中使用Thermo Scientific?HAAKE?RheoWinTM軟件可以實現(xiàn)Z大的操作靈活性。此次實驗過程如下：當樣品在20℃下靜置5分鐘后，儀器會以對數(shù)的方式在180秒內施加一個從20-400 Pa的剪切應力，并采集180個數(shù)據(jù)點，當形變超過20（2000%）后在程序中添加一個中斷條件。將實驗得到的形變對剪切應力變化結果以雙對數(shù)進行作圖，然后根據(jù)切線交點方法來擬合出樣品的屈服應力。

另外，該流變儀也可以利用內置的測量方法不通過軟件單獨工作[圖2]，特別推薦在標準測試和評估過程中使用這種方式進行實驗，方便快捷。

圖2 HAAKE Viscotester iQ流變儀單獨使用，HAAKE Viscotester iQ RheoApp可進行外部測試程序

表1：牙膏的屈服應力統(tǒng)計（20 °C,CS模式，手動檢測）

圖3 20°C，35毫米的平行板，1毫米測量間隙，測量兩種牙膏的形變隨應力變化曲線。屈服應力的計算方法是將兩切線設定在手動選擇范圍的彈性變形和粘性流動攔截點。

圖4 HAAKE RheoWin 軟件分析屈服應力的模式，自動和手動模式

圖5 不同模式下計算屈服應力的區(qū)別

實驗結果與討論

成人及兒童牙膏的測試曲線在圖3中顯示。每個樣品進行了兩次實驗，表現(xiàn)出極高的重復性。樣品的屈服應力總結在表1中。與預期的一樣，兒童牙膏的屈服應力大約為55 Pa左右，比成人牙膏的215 Pa低很多。該軟件提供了兩種屈服應力分析模式，自動和手動（圖4）。當儀器不連接軟件時，則只可以使用自動分析模式。手動模式進行分析在可以更加靈活的來進行準確的數(shù)據(jù)評估。通常用來評估屈服應力的數(shù)據(jù)范圍可以通過觀察直接得到，如表1中所顯示結果。

但是屈服應力往往依賴于樣品準備，測試過程以及評估方法。圖5就給出了對于兒童牙膏才去自動模式和手動模式獲得的結果的區(qū)別?？偨Y牙膏的屈服應力是滿足不同用戶群對產(chǎn)品期望值的一個重要的流變參數(shù)。屈服應力很大程度上取決于樣品的準備歷史，測試條件及評估方法。HAAKE Viscotester iQ流變儀是一款滿足現(xiàn)代質控需求的復合型儀器，具備模塊化設計，其豐富的附件及測試范圍可以滿足各類測試需要。該儀器具備夾具快速連接及識別功能及智能升降功能，并提供多種靈活的操作方法。

參考文獻

[1] H.-M. Petri, E.-M. Kutschmann, “Rheological Characterication of Toothpaste“ Thermo Scientific Application Note V142

[2] DIN Technical Report No. 143 of the NPF/NAB-AK21.1 “Rheology“ (Pigments and Extenders)

[3] C. Küchenmeister, J. Nijman, “Exchangeable lower plates for temperature module“ Thermo ScientificProduct Information P029

      廣義的潤濕是指表面上一種流體被另一種流體取代的過程。在通常情況下潤濕是指在固 體表面上空氣被水或其他液體取代的過程。為了評價材料表面的潤濕性，我們可以采用測量 液體在固體材料表面上接觸角的方法。 

      在材料表面上附著的液滴會呈現(xiàn)出一定形狀，這個形狀取決于固體-液體-氣體各界面之 間的張力平衡。1805 年 Thomas Young 首先提出了一個方程描述這個平衡態(tài)。

圖 1 Young 方程 

      就接觸角的數(shù)值而言，接觸角越小說明固體表面越容易被液體潤濕，接觸角越大說明固 體表面越難被液體潤濕。 

      對于理想的固體表面，當液滴在表面達到力學平衡后，只有一個符合 Young 方程的接觸角值。然而，實際上材料表面都是非理想的，材料表面會有一定的粗糙度，材料表面的化學性質不均一甚至被污染，所以必然會出現(xiàn)接觸角滯后的現(xiàn)象。所謂接觸角滯后就是指液滴在 潤濕材料表面的過程中，所呈現(xiàn)出的接觸角不斷變化的現(xiàn)象。在真實條件下測量出的接觸角 值總是在處于Z大前進角和Z小后退角之間的一個數(shù)值。

      由于以上提到的原因，我們知道接觸角的測量結果是和液滴形成的過程直接相關的，液 滴形狀大小的變化和三相接觸線的運動會直接反應到前進角和后退角的測量結果上。在某些 材料表面上測量前進角和后退角的差值甚至達到 90°以上。測量動態(tài)接觸角能夠定量的描 述接觸角滯后的現(xiàn)象，為液體在實際材料表面上的潤濕研究提供了有力的方法。 

      在接觸角測量的專業(yè)領域，大家普遍認為單純測量靜態(tài)接觸角不足以表征材料表面的潤濕特性，只有通過測量包括前進接觸角和后退接觸角值在內的動態(tài)接觸角才能為表征待測體 系的潤濕特性提供更完整的信息。測量實際材料表面上的接觸角也比估算理想表面上的接觸角更有意義。

      目前使用光學接觸角測量儀測量動態(tài)接觸角的方法有傾斜臺法、離心轉臺法和加液/減 液法三種。

      diyi種方法是傾斜臺法又稱斜板法。實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后，利用傾 斜臺緩慢地傾斜樣品表面，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。傾斜剛開始時 液滴不一定發(fā)生移動，但是形狀會開始發(fā)生變化，使得下方的接觸角不斷地增大，而上方的 接觸角則不斷地變小，當表面傾斜到一定角度時，液滴開始發(fā)生滾動或滑動，此時液滴下方 三相接觸點發(fā)生運動之前對應的接觸角就是Z大前進角，而液滴上方三相接觸點發(fā)生運動之 前對應的接觸角就是Z小后退角。當液滴整體剛剛開始發(fā)生滾動（滑動）時的表面傾斜角， 就叫滾動角（滑動角）。

圖 2 傾斜臺法測量動態(tài)接觸角和滾動角 

      使用傾斜臺法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量到前進角和后退角變化的全過程，而 且能得到液滴在材料表面上的滾動角。

      第二種方法是離心旋轉臺法又稱滯留力天平法，實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面 后，利用離心旋轉臺使液滴沿著圓周轉動，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。 隨著轉速的不斷增加，液滴整體受到的離心力越來越大，液滴開始發(fā)生形狀變化，并且順著 旋轉半徑的方向在材料表面上滑動的趨勢越來越明顯，直到發(fā)生滑動。在形狀變化過程中外 側的接觸角不斷地增大，而內側的接觸角則不斷地變小，當轉速達到一個臨界值時，液滴開 始發(fā)生整體滑動，此時液滴外側三相接觸點發(fā)生運動之前對應的接觸角就是Z大前進角，而 液滴內側三相接觸點發(fā)生運動前對應的接觸角就是Z小后退角。根據(jù)液滴體積、轉速和旋轉 半徑計算得到的離心力就等于液滴在材料表面上的滯留力。

上圖從左至右轉速和離心力逐漸增加

圖 3 離心轉臺法測量動態(tài)接觸角 

使用離心轉臺法測量動態(tài)接觸角的特點是不僅能測量到前進角和后退角變化的全過程，而且能得到液滴在材料表面上的滯留力。這個方法不僅適用于疏水材料也適用于親水材料。 

      第三種方法是加液-減液法又稱注液-吸液法，實驗是將一個液滴置于待測的樣品表面后， 把注射針插入液滴內部，緩慢的注射液體使液滴體積增大到一定數(shù)值，之后再緩慢的回吸液 體使液滴體積減小到一定數(shù)值，同時跟蹤并記錄液滴形狀、接觸角和位置的變化。在液體注 射和回吸過程中兩側的接觸角不斷地變化，三線接觸點同時發(fā)生移動。如果液體注射和回吸 的速度足夠緩慢，三相接觸點運動接近一個亞平衡狀態(tài)，過程中可以得到Z大前進角和Z小后退角。

圖 4 加液-減液法測量動態(tài)接觸角 

      使用加液-減液法測量動態(tài)接觸角的特點是能測量到前進角和后退角變化的全過程，而 且不需要額外的特殊附件，投資較低。缺點是液滴形狀會受到注射針的影響而導致接觸角計算的誤差。

（來源：北京東方德菲儀器有限公司）