hydrolic transportation tailing slurry

7
The Indian Mining & Engineering Journal MineTECH10 101 Studies on Hydraulic Transportation of Thickened Copper Tailings Slurries Soma Dalbehera* * C.V. Raman College of Engineering, Department of Mechanical Engineering ABSTRACT The studies aim at establishing the feasibility of technology of pipeline transportation of copper tailings slurry at high concentrations. The disposal systems are highly uneconomical & create pollution all around the disposal area through seepage and flooding of waste slurry water. The solids concentration of these tailing slurry is as low as 15-25%. Hence the deposition rate of solids is very low at the pond and a lot of power is consumed in pumping 75-85% water only. A recent developed technology i.e. Thickened Tailing Disposal (TTD) system is gaining importance worldwide &is most adaptable for the purpose. The summary of paper presents the characterization studies of copper tailings sample, mixing & determination of pH of high concentration copper tailings slurry, rheological measurements and to predict the head loss/ pressure drop of thickened copper tailings slurry at concentrations of 70-72% by weight for possible use in a commercial scale pipeline for a various pipe diameters. A model (Bingham model) incorporating shear stress (t), shear rate (g)&viscosity ( h) has been developed to correlate the data for evaluating the hydraulic parameters for design of commercial high concentration copper tailings slurry pipelines. Keywords : Shear stress, shear rate, particles size distribution,coefficient of viscosity, rheology, headloss, friction factor INTRODUCTION A slurry is a two-phase flow system and is a mixture of solids and liquid. It is defined as the dispersion of colloidal particles in fine chemical industries & mud in oil drilling industry. Slurries are fluids & can be transported in pipes & flumes in contrast to other wet solids that cant readily be pumped and are not perceived to flow under the influence of gravity. The flow of slurries according to transport conditions is classified as homogenous Newtonian fluid flow, heterogeneous Newtonian fluid flow, heterogeneous non-Newtonian fluid flow & energy slurries. Hydraulic transportation is defined as an industrial process or technology moving the process forward between the different stages of solid/ liquid mixing, solid/solid separation and solid/liquid separation by means of pump or slurry transportation. The hydraulic transportation system is used for industrial application of vertical transportation of solid- liquid mixture in a pipe & the operating velocity is sufficient to maintain a continuous flow of solids at the discharge end. It is cost effective method for transporting waste / slurries. It is used for pumping of tailings flotation slurry & coal ashes. It has extensive power application in process engineering & refinery industry. It is used for delivery of raw ones to metallurgical plants & for waste removal (ashes, slag) from power plants & metallurgical plants. Tailings are defined as the finely ground residues or wastes resulting from ore extraction and processing. It refers to high concentration solids. Tailings are usually mixed withy water to from a slurry. Copper tailings are finely ground residues or wastes resulting from the ore extraction and processing of copper minerals. It is discharged from the copper ore & minerals. Khetri copper complex of Hindustan Copper Limited produces about 31,000 tones of copper per year resulting a huge quantity of tailings from extraction which is disposed off in a tailing pond that is 1.1km away from plant site. The different copper tailings slurry transportation pipelines are OK Tedi copper concentrate pipeline, Bougainville copper concentrate pipeline, West Irina copper concentrate pipeline and Southern Peru copper corporation pipeline etc. MATERIALS AND METHODS Characterization The copper tailings samples used in the study were obtained from the Khetri copper complex of Hindusthan Copper Limited (HCL) located at Rajsthan. The material density of the bulk samples determined by laboratory tests was found to be 2.81gm/cc. Two representative sample was collected and the particle size distribution of the sample was determined by using Malvern Particle size analyzer. The samples were first added & dispersed in distilled water to indicate the Obscuration value of 12%. To avoid formation of any agglomerates of copper tailing particles, ultra- sonication of the samples was carried out for about 1 minute. The particle size distribution of all samples are plotted in Fig. 1a & 1b. The d 50 (median size) of sample were found to be 63.006μm & 73.031μm for S-

Upload: bagus-tjahjoko-nugroho

Post on 03-Jan-2016

48 views

Category:

Documents


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Hydrolic Transportation Tailing Slurry

�������������� ����������������� ������������

��������� ��������������������������������������������������

�����������

�� ����� ���� ���� � � ��� ��� ����� � ���� �� ��� � ���������� ���

���������������������������� �������������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������!��"���������������#��������� ������������������������$����������%�������&��%'��������������� ������������������������� ����� ��� ���� ������������������������������������������� ������������(����������������������������������)��*�������������������������������������������������������������)�������������������������������������������������+��������������������$��������������������������������������������!,�!��� ���������������� ��������������������������������������� �������������������#������&-����������'�����������������������������)���������������� ��������������� ����� �������������������������������� ��������������������������������������������������������������������������������������������������.�������/�0�����������)�����������)�����������(����� ����)������������� ������)���������)��������)�������������

������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������� ���������������������������������������������������������������������������������������������������!��������� ������ ���� ��� ���� ����"�� ��� ����� ����� ������������� ��"�����#�� ����� ��� �������� �������� � ������������ ����������� ��� ���������� ��� ���� ����$������������������%����� �����$������������������%���� ���������$����������������������� ����������

&������������������������������������������������������������������ ����"�� ������������������������������������ ����������'������������� %������'������������������������'���������������������������������������������������������#���������������������������������������������������������������������"������������������������������������������������������������������ �"������������������������������������������������������������������������ ������� �������������"���������������������� ������'����������������������������� ���������� �������������������������������������������"���������������������������� ����� �������������������������������������"������������� ���������� ����� ��������� ��������� ���"��(����%���� )��������������������������� ������������

#����� ����������������������� ���������������������������� ������������������������������� �������������� �����������������������#����� �����������������������

�����������������������*����������� ����������� ���������������������������� ��������������������������������� �������������������������������� ����������������������������

+����� ������ ������� ���&���������*����� ,������������������-.%///����������������������������� ���� ������������������� ������������������������������������������������ ��������������.�.0�����������������������#��������������������� ����������������������������������1+�#�������������������������%�2�� ���"������������������� ������%�3��� ������ ������ ����������������������������4������������������������������

���������������������

��� !��"!��

#�� ������ ������ �� ������� ���� ��� ��� �����������������������+���������������������&���������*�����,������(&*,)�����������5�6�������#������������������������0����������������������������������������������7�8. �'����#������������"���������� �������� ���� ��� �������� ��9� ������������ ��� �������������������������� �:��"���4���������9�����9���#��������������������������������� ������������������������������1����������"�������.7;�#���"���������������������� ����������������������� ��������%�������������������������������������������������� ����� .��������#���������� ��9���������������� �����������������������<� ��.����.��#���

���(��������9)

����������������������=-�//=���>-�/-.�������

Page 2: Hydrolic Transportation Tailing Slurry

�������������� ����������������� �����������#

.(������.)�����7(������7)�� #���������� ����������������������������������������������� ������������������������������������������������������������������������������������������ ������������� �"���������������������� ���� �� ��� ���� (?�7@������)� ������ ���������������������� ��� ������� #�� "���� ����������� �������������������������������>/;��#���&���������������� ������������� ���������� ���� � �� �&����� (:���AB,�*1%�,�=.-)���������&�����������0������������"�����.C���������#��"��������&������������������������� � >�==�� #�� ����� ��� �&� ���������� �������������������������������� ��7����7�

����������� �������������������������������� ��������� �����

����������� ������������������������������� ��������� �����

<� �7�A:������������������������������������������������������������

<� �7A�"�������������&����������� ��������*�����#����� ������������������������(�&D>�=)

���� �������� �

#������� ���������������"�������������������������� ����"����������������������������������������������������������������������������������������������5����� �� ������������ ��� ���������������� ������������������������������� ��������������������������������������������������������#��������������������������������������� ���������������������� ������������������������ ������5���� �������$�����������������������������"���������������������������������������������������������� ����������������<������������%��"����������������������������������� 0����������������������������������#��������������������������������� ��� �������������� �����"����������C�./���������#������������������������������� �"��������������������������������������A

Page 3: Hydrolic Transportation Tailing Slurry

�������������� ����������������� �����������$

(.)

#����� (7)

3��� ��� ���������� �� ���� �� ������ ������ ���� ������������"�����������������E%�:%� ρ�����φ������"����%����%������������"������������������������������"���#�����%� 0����� � ��� ������� ��� ������%� ��� ����������������������������� �"��"�����������������������������������

#�� ����� ����� ��������� ��� ��������� ���� &��+B������������"���������(:����5E-/)����������:'���&��0�:���#�����0%F��������������� �����:E������������������������ ����������������#�����������������������������������������#������������� �����������"�� ��

������=-�//=���>-�/-.���

���������������� ��������������������.//��������������������������������������������������"������������ �����������������������������>/;%�>.;��>7;��������������������������������#��������������������������./����7//�������������������7���������������� ��� ����������� �"��������� ���� ����� �������������������� ������������������������������������������������������(�������-/�*)��#��"������������������������G�/�.�*������������������������� ��������������� �������������������������������� ������������������"������������������ ��������������������������������������������������������9���"������������������������ ������ ����������

�����������������������

������� ��%��&�����'�!��� �((���!���)�)����*

#�� ������� ������������� ���� "��������������������� �������>/;����>7;���3���#��������������������������������������"���� ���������������������������������������������� ���������#��2�� �������������������������������������������������������� �������������������������� �"���

τ���τ���ηγ�����

3��� τ� (4�)%��� ��� ����� �����%γ� (���)� ��� ��� ��������η(4��)�������2�� ����"��������������������������� �����%����τ

��(4�)�������������������H�����������τ

�����������

�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������%������"��

����� ���������"����������#������� �������������������������������������������� �"���������.%�7��-��#����� �������������������� ���������������������������� �����������������������������<� ��-�%�-���-��#��2�� ����������������������������������"������������������������ �"���#�����������"������������������������������������������������������� �������������������������������������������������������������������������� "��������� ��� �����������#�� ����� ������� ��� ����$���������������������������������������������������������������������������������������τ

���������

��������������������%���������������� ����"����������� ���$���$����������������������������� �"�������������������������������#�� �������������������������������� ��������������"����������������������������� ��� ��� ����� �� ������ ��� ������ ������ �� ������������

�%����+��������*��'� �((���!���)�)����*

Material : Copper tailings Wt. Concentration : 70% Specific Gravity : 2.81 Slurry Temperature : 300C Slurry pH : 7.6

Sl.No. Shear Stress

(�), Pa Shear Rate (�),

Sec-1

Apparent Viscosity (�a), Pas

1. 3.153 9.359 0.3368

2. 3.997 20.32 0.197 3. 5.844 30.59 0.191

4. 6.888 40.96 0.168

5. 7.46 52.51 0.142 6. 7.643 62.35 0.1225 7. 9.013 73.79 0.122 8. 8.189 84.1 0.097 9. 9.238 94.43 0.0978 10. 8.357 105.5 0.079

11. 10.69 114.9 0.093

12. 10.58 125.2 0.084 13. 10.38 136.3 0.076 14. 10.79 146.4 0.074 15. 11.32 157.3 0.072

16. 11.13 167.7 0.066

17. 11.58 177.8 0.065 18. 10.79 188.7 0.057 19. 11.45 199 0.057

:�������A��2�� ����:���%���τ���τ���γη

τ��@�>-78�4���γ�D�/�/-IC�4��D-I�C���

����τ�D�����������%�4���τ��D�H���������%4�

γ�D���������%�����

ηD*������������5� ���������2�� ����E��������%�4���

Page 4: Hydrolic Transportation Tailing Slurry

�������������� ����������������� �����������,

�%���#+��������*��'� �((���!���)�)����*

Material : Copper tailings Wt. Concentration : 71% Specific Gravity : 2.81 Slurry Temperature : 300C Slurry pH : 7.6

Sl.No. Shear Stress

(�), Pa Shear Rate

(�), Sec-1

Apparent Viscosity (�a),

Pas

1. 3.695 9.397 0.392

2. 5.006 20.8 0.246

3. 5.704 30.61 0.186

4. 6.554 40.98 0.16

5. 7.766 52.42 0.147

6. 8.626 62.9 0.138

7. 9.276 73.81 0.126

8. 9.822 84.12 0.116

9. 9.686 94.55 0.102

10. 10.06 105.4 0.095

11. 11.15 114.9 0.097

12. 11.55 125.2 0.092

13. 11.74 136.1 0.086

14. 12.51 146.4 0.085

15. 12.81 157.3 0.081

16. 12.71 167.6 0.076

17. 12.93 177.8 0.073

18. 13.34 188.7 0.071

19. 13.07 199 0.066

:�������A�2�� ����:���%�τ���τ���γη�

τ�D@�8/C-�4���γ�D�/�/@8>�4��D@8�>���

����τ�D�����������%�4�%�τ���� ��������������

����������%�����

�*������������5� ���������2�� ����E��������%�4���

�%���$+��������*��'� �((���!���)�)����*

Material : Copper tailings Wt. Concentration : 72% Specific Gravity : 2.81 Slurry Temperature : 300C Slurry pH : 7.6

Sl.No. Shear

Stress (�), Pa

Shear Rate (�), Sec-1

Apparent Viscosity (�a),

Pas

1. 3.937 9.397 0.419

2. 5.967 20.32 0.294

3. 6.324 30.69 0.206

4. 6.744 40.87 0.165

5. 9.797 52.44 0.186

6. 10.48 62.37 0.168

7. 11.74 73.62 0.159

8. 11.86 84.2 0.141

9. 12.26 94.56 0.13

10. 14.65 105.4 0.139

11. 13.87 114.9 0.12

12. 14.6 125.2 0.116

13. 15.35 136.1 0.113

14. 16.25 146.6 0.111

15. 16.23 157.3 0.103

16. 16.1 167.6 0.096

17. 17.03 178 0.096

18. 17.81 188.7 0.094

19. 17.14 199 0.086

:�������A�2�� ����:���%��τ���τ���γη�

τ�DC�7-C=�4���γ�D�/�/=I8�4��D=I�8���

����τ�D�����������%�4�%�τ��D�H���������%4�

γ�D���������%�����

η�D�*������������5� ���������2�� ����E��������%�4���

Page 5: Hydrolic Transportation Tailing Slurry

�������������� ����������������� �����������-

<� �-��A�5�� ������������������� �����������*�D>/;

<� �-A�5�� ������������������� �����������*�D>.;

<� �-�A�5�� ������������������� �����������*��D�>7;

.���������� �/� .�������� ���.���������������

�0(��1��!����!�(

<��� ����� ������� ������ ������ ���������� ��0�� ��� ���������������������������������������������� ���������������������������#���������������������������7//��(8J)%�7C/���(./J�)���-//���(.7J)������������������������ ��� ������� ��� ���� ����� �� ������� ��������������������������������������"�����

#�������������������� �������������������������������<� �@���#��������������������� ���������������������������������������� �����������0����������������������� �� ��� ������%� ������ ��� ��� ����� ���� ����������� ��������������������0���������������� ������������������������������������������������������� ����������� ������� ����� ��"�� � ����� �� ���� ��� 7=/��'��� ����������������� �����������@0 '���� ����� ��� ��7//��%�7C/�������-//�����������������#�������������������"���������������������� �����������"������������"��������������� ������������������������"����������������(������)���������*��������������������� ������������������������������#��"����������������������������������������������������������������� ���������������������"�������������������������������������-//��'�������������������������������� ����������=�0 '����������"���������"����������0� �����������

<� �@�A4�����4�����#��������

�� ��!��

#������������������������������������������������������ �� ������� ��� ���"�� ������������ �����2�� ���:����� &��������$����� ($&

)� ��� ���������� ���

����������������������������� �"�����������

Page 6: Hydrolic Transportation Tailing Slurry

�������������� ����������������� �����������2

(@)

����τ�D�����������

�D�������������������

ρ��D���������������������������� �'������0 '��

������3������������������� �"�����������

(C)

3������D�3�������������������;

�D�������������������� �'������0 �'��

2�� ������������5����������������������������������

(=)

3���ED�E���������������������������'��$�D*������������"�������������� ��������������<��������������������������������

����D.='5

(>)

�������������������������������������2�� ����5����������(5

)������&��������$��($

�)����KIL�����������

��������($�)������������5�����������(5

�)����K.-L�

&��� �������������������� ����������� ������������������������� �"���

������ (8)

����������D������������������������,D�,� ���������������(.�.0�)

ED�"���������������������������'��

�D����������������������&��������� ���������"���������0 '������������������������ �"���������

./�������������D�0 '���

��)��!)� ��) �))��)

<���������"������������������������������������������������������ �������������������������������������>/;%>.;���>7;������� �"���� ����������(.�.0�)�������������������(7//��%�7C/�����-//��)������������������������������������� ���������������"�����������.�C�'�%7�'�%��� 7�C�'�� ���� ��� �"�� ���� ������� ����� ������������������@%�C���=�

�%���3,

Wt. conce

ntration (CW) in

%

Length of the

pipeline (L) in

m

Diameter of

Pipeline (D) in

mm

Slurry Velocity in m/s

Head loss (� H)

in kg/cm2

70 1100 200 1.5 50.5

71 1100 200 1.5 65.15

72 1100 200 1.5 89.48

70 1100 250 1.5 33.11

71 1100 250 1.5 40.95

72 1100 250 1.5 56.51

70 1100 300 1.5 21.44

71 1100 300 1.5 27.92

72 1100 300 1.5 40.81

�%���3-

Wt. conce

ntration (CW) in

%

Length of the

pipeline (L) in

m

Diameter of

Pipeline (D)in mm

Slurry Velocity in m/s

Headloss (� H) in kg/cm2

70 1100 200 2 65.41

71 1100 200 2 82.73

72 1100 200 2 117.2

70 1100 250 2 39.24

71 1100 250 2 52.95

72 1100 250 2 73.68

70 1100 300 2 27.25

71 1100 300 2 38.6

72 1100 300 2 50.23

�%���32

Wt. conce

ntration (CW) in

%

Length of the

pipeline (L) in

m

Diameter of

Pipeline (D)in mm

Slurry Velocity in m/s

Headloss (� H) in kg/cm2

70 1100 200 2.5 76.65

71 1100 200 2.5 103.41

72 1100 200 2.5 143.9

70 1100 250 2.5 51.10

71 1100 250 2.5 62.05

72 1100 250 2.5 94.19

70 1100 300 2.5 34.068

71 1100 300 2.5 43.09

72 1100 300 2.5 61.05

����������

#�����������9�����%������ �������������%�"���������������������������������������� ���������������������������������� �����������:'���&*,%�+������������������������ ��#������� ���������������������0����������(*3D�>/;�>7;)� ��������� ����� ��� �������"����� �������������9����2�� ������������������#��"����������������� �������������������� ��������������������>/;%�>.;��>7;���� ������ ����-I�C@� ��%� @8�>� �����=I�8� ��

Page 7: Hydrolic Transportation Tailing Slurry

�������������� ����������������� �����������4

������"����M��� ������������������������������������������������������������������������ ������������������������������� ������#������������������� ���7//��%� 7C/����� -//��� ������� �������� ������������������������������������������ �������������������������������������������������#�����������������0��������������� �������������� �������������������� ��"� �������������� ��"���� ���� �������� � ��������%������������� ������������������������������� �������������� ���������#���������������"���������� ���� ������������������ � ���������� ��������� ���� ��������������������������������������

��1�� �!���

* ����3� �������������������;�

* ���

�:���������������������������������������� ������;�

�����:�������9�������������μ�

�����������������������

�����<��������������������� ��������������������� ��"����D�I�8.�'��

Δ&��&��������������������������0 '���

,����,� ��������������$

��&��������$���

5��2�� ������������5����������

E����E���������������������'��

����������������������0 '�-�������������������0 '�-����������������4��H�������������4���������������"������� �������*������������"�������������� �����

��5��6���7�����

#�� ������������� ��0� ��� ����0�:��4�+�� �������%� ����������������::#������������������������ �������������������������6��������

��/�������

K.LE���������*����%�$�#���N�����"�"������������������������%����������������� ������6������6���O�������������������������%�.I88%������=@7�@-�

K7L���0%�4�B������F�����%�5�,�����2�� ���"����*����*��������� ������� ��� ��0� N������� ������� � ���������������O%�.I>7%����-.-�.@�

K-L�����%����N3������������������������������������������������O%������0�N�����������������O%�.I>7%����C=>�=8�

K@L$ ���%�E�#��������9%�<�%�N��� ������������������ ��������"������������"� ������O�������=��� ������������*��������������������������������������������������%

&�������������=%�4�4B5&7%�.I>I%�������7=�78%���-=>�>>�

KCL�#���������3���%�N&���������#����������������������4���O%��� �����&�������������-%� 4�4B5&-%� 2&5�� <����B� ����� %���������%�2�����%�B� ����%���"�%�.I>@%����.�@%����7@C�C/�

K=L�2����%�5�����������%�<�5������*����%�P�<�%�N��:�6��#����� ��������������������*��� ���%�Q����O���������=����������������*�������������������������������������������������%�&�������������=%�4�4B5&-R�Q����B� ����� ���"���,����M�+�%�.I>I%�������7=���78��%����@@>�C>�

K>L2���%��F�����2����� ���%���#�%N#��&���������#��������������������������O%������.�������������������������� ��� ���������� ���������� ��� ������� ��� 2&5�� ������ ����� %�1�����%�M�+�%.I>I%�1����%����-//�-./�

K8L2����%�$� ��4������&�����%�$� ����%�N�������������� ����� �����������������������O%����C.=�

�KILF�"��%�F�3�����9�9%�+�%�N#��<����������������������������O%�E���$��������5�������*��$��H��0%�M���

K./L#�������%�3����&����������#��������� ��� ������� ��4���A�� 2���� ������� .I>/%� 2&5�%� #�� <����B� ����� �*���%�*�������%�M+�

K..L&�������������� *�������� (������������*����������� ���&��������� ���������� ���������� ��4���)%2&5�%�*�������%�M+��.�@�����.I>/�

�K.7L2�0�%�4�P����P����%�2�B���N�� ��������������������������O%� 2&5�%� #�� <����� B� ����� � *���%*�������%�M+%�.I>I�

K.-L�B�����%� P�����%� N������ �������<���� ������� ��������������������O%����>//

K.@LF�����%�,�5����%�N��������������� ������ ��������� ������0O%�������C=>�=.=

K.CL3���%�B�P�%�+���%�P�4����F�����%�5�,�%�N������,�����<�����������4������#�������������������� �����������������O%#��������4����������%�*����������Q������%F�����%�.I>I%����@=C�>I�

K.=L4���� +�����%� N&��������� #��������� ��� ����������� �O%P����������&�����������"�����%�"���./7%�$��./%.I>=%�1����7@�7I%����.C8I�.CI@�

K.>L2�B����P����%�N��� ������������#���������������O%��B��"����������������

K.8L&��������� #��������� ��� ������� (*������� ���3��0����)%��������������:���������B� ����%�,�����%M+%�7����.I8/�

K.IL*�����������%�$�4��(��)�(.I8=)��5���� ������$���$�������� <����� (E���>� ��� B����������� ��� <����:�������)��F����4������� �*��%�&������%�#S%�M���

K7/L�2��0�����N������������������������������������� ����� ���������������O%����0������������