一种可实时测量高浓度尾矿水分蒸发干燥性能的实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可实时测量高浓度尾矿水分蒸发干燥性能的实验装置，包括透明且封闭的实验箱、用于模拟外部环境的外部环境因素模拟系统、用于实时采集数据的实时数据采集系统和用于监测实验尾矿样本顶面形态的实景复制系统；可实时采集试验数据，研究温度、湿度、风速、辐射等外部因素影响下，高浓度尾矿中水分蒸发规律，为建立高浓度尾矿蒸发脱水理论模型提供依据；研究高浓度尾矿干燥过程中，表面干缩裂纹的生成、扩展规律，以及干缩裂缝对尾矿蒸发的影响；研究高浓度尾矿蒸发脱水过程中，沉积尾矿中含水量、基质吸力的变化规律。

An experimental device for real-time measurement of evaporative drying performance of high concentration tailings

【技术实现步骤摘要】
一种可实时测量高浓度尾矿水分蒸发干燥性能的实验装置
本专利技术涉及矿产领域，具体涉及一种可实时测量高浓度尾矿水分蒸发干燥性能的实验装置。
技术介绍
尾矿库是堆存尾矿或其他工业废渣的场所。经统计，目前我国有12000余座尾矿库，尾矿堆存量已达上百亿吨，且以每年6亿吨的速率增长。大量尾矿废弃物的堆存，不仅占用大量的土地、污染环境，而且经常导致滑坡、泥石流等灾害，给下游人民的生命财产安全造成严重的伤害，对周边的生态环境产生深远的影响。传统的尾矿堆存方法中由于尾矿浆体浓度低，含水量高，不仅对地下水污染严重，而且使坝体长期处于浸润线较高的状态，坝体的稳定性差及地震液化风险高，易发生坝体滑坡、泥石流等灾害；而现有技术中关于相关研究包括中国科学院寒区旱区环境与工程研究所：一种可动态测试土壤脱湿/冻结水分变化特征的试验系统(专利公开号为CN106370816B)，该专利技术可用于土壤试样在设定的温度条件下实现脱水干燥过程，也可用于土壤样品在设定的压力条件下实现降温冻结过程，可以实现土壤试样动态变化过程的自动化实时监测和采集。但是该系统没有考虑光照、湿度、风速、降雨等对土壤蒸发脱水的影响，缺少土体蒸发过程中沉降量测量与数据采集装置，缺少土体蒸发过程中土体变形及裂缝扩展监测装置；还比如中国科学院武汉岩土力学研究所：研究土壤蒸发特征的室内模拟装置及其方法(专利公开号为CN108459150A)该专利技术提供一种研究土壤蒸发特征的室内模拟装置及其方法，以进行室内的模拟蒸发试验来弄清土壤的蒸发特征。但是该装置没有考虑湿度、风速、降雨等对土壤蒸发脱水的影响，缺少土体蒸发过程中沉降量测量与数据采集装置，缺少土体蒸发过程中土体变形及裂缝扩展监测装置；而西安建筑科技大学的一种蒸发条件下测量土壤性能的实验装置(专利公开号为CN106771077A)，该专利技术提供了一种蒸发条件下测量土壤性能的试验装置，该装置能够降低外界干扰因素对试验结果的影响。但是该装置存在诸多缺陷，首先风扇的存在使得土壤处于敞开的环境中；其次，缺少温度控制装置，不能模拟恒温恒湿环境；缺少土体变形及裂缝扩展监测装置，无蒸发量测量装置；不能实现数据的实时采集。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是克服现有技术中的缺陷，提供一种可实时测量高浓度尾矿水分蒸发干燥性能的实验装置，可实时采集试验数据，研究温度、湿度、风速、辐射等外部因素影响下，高浓度尾矿中水分蒸发规律，为建立高浓度尾矿蒸发脱水理论模型提供依据；研究高浓度尾矿干燥过程中，表面干缩裂纹的生成、扩展规律，以及干缩裂缝对尾矿蒸发的影响；研究高浓度尾矿蒸发脱水过程中，沉积尾矿中含水量、基质吸力的变化规律。本专利技术的一种可实时测量高浓度尾矿水分蒸发干燥性能的实验装置，包括透明且封闭的实验箱、用于模拟外部环境的外部环境因素模拟系统、用于实时采集数据的实时数据采集系统和用于监测实验尾矿样本顶面形态的实景复制系统；所述外部环境因素模拟系统包括光照模拟系统、风力模拟系统、温度控制系统、湿度控制系统和降雨模拟系统；所述实时数据采集系统包括用于监测实验箱内部温度的温度传感器、用于监测实验箱内部湿度的湿度传感器、用于监测实验箱内部光照的辐射传感器、用于监测实验箱内尾矿样本基质吸力的基质吸力传感器、用于通过称重法监测尾矿样本水分蒸发量的称重器和与各传感器均电连接的监控终端；所述监控终端为电脑主机及显示器；所述实景复制系统包括固定设置于尾矿样本上方的扫描仪运行轨道和安装于扫描仪运行轨道上的手持式三维激光扫描仪，所述手持式三维激光扫描仪用于采集尾矿样本顶面形态信息且手持式三维激光扫描仪的输出端与监测终端电连接。进一步，所述光照模拟系统包括多个设置于实验箱顶部的太阳光模拟灯，所述太阳光模拟灯的高度可调节；所述风力模拟系统包括多个设置于实验箱内用于对尾矿样品顶面吹风的循环风扇，还包括固定设置于尾矿样品顶面上方的风速测量仪。进一步，所述温度控制系统包括设置于实验箱内的加热棒和用于对实验箱内部制冷的制冷压缩机；所述湿度控制系统包括用于增加实验箱内部湿度的雾化加湿器和用于降低实验箱湿度的干燥机构，所述雾化加湿器的出口通过管道与实验箱内腔连通，所述干燥机构包括抽吸口与实验箱内腔连通的抽风机和内设有干燥剂的干燥灌，抽风机的出气口与干燥灌的进气口连通，干燥灌的出气口与实验箱的内腔连通，所述抽风机的进气口处设置有流量调节阀。进一步，所述降雨模拟系统包括设置于尾矿样本上方的喷淋管和排水组件，所述排水组件包括用于装尾矿样本的圆筒形陶瓷容器、适形外套于圆筒形陶瓷容器的蓄水套和设置于圆筒形陶瓷容器底部的蓄水海绵，所述蓄水套底部支撑于实验箱底部；圆筒形陶瓷容器底部开设有多个第一漏水孔且圆筒形陶瓷容器底部中间设置有螺纹连接孔，所述称重器的顶部固定有用于支撑圆筒形陶瓷容器的支撑螺杆，所述蓄水海绵的下侧设置有与蓄水套内壁固定的支撑垫片和间隔设置于支撑垫片下侧的汇流斜隔板，支撑垫片开设有多个第二漏水孔，所述支撑垫片与汇流斜隔板之间形成汇流流道，所述汇流流道的最低处连通设置有向实验箱外部排水的排水管；所述支撑螺杆的上端依次穿过汇流斜隔板、支撑垫片、蓄水海绵并与圆筒形陶瓷容器通过螺纹连接孔螺纹连接；所述蓄水海绵包括竖向并列的多层海绵且每层海绵的吸水性能由上往下逐渐增加。进一步，还包括固定于实验箱顶部用于测量尾矿样本沉降的激光测距仪，所述激光测距仪的输出端与监测终端电连接。本专利技术的有益效果是：1.实现数据实时采集与传输，能够监测蒸发脱水全过程的相关物理力学参数的变化规律。2.为避免线路干扰，部分传感器设计为无线数据传输系统，采用无线数据采集盒，通过GPRS实现数据的无线实时传输。3.整个实验装置设计为实时反馈调节系统，保证实验过程中所设定参数恒定。4.设计有激光测距仪及数据传输系统，能够实时测定所测试尾矿样品的沉降量。5.风环境的模拟采用循环风扇，减小外界因素对箱体内部环境的干扰。6.设计有降雨模拟装置，可以模拟多种降雨状态，能够实现不同自然条件下尾矿蒸发规律的研究。7.设计采用手持式三维激光扫描仪对尾矿表面的形态(包括裂缝扩展)进行实景复制，为研究裂缝对蒸发脱水规律的影响提供参数支撑。8.箱体采用透明有机玻璃制成，能够保证整个实验过程的可视化。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术的结构示意图；图2为图1中A处放大图。其中：1、透明有机玻璃箱体；2、太阳光模拟灯；3、灯具高度调节器；4、激光测距仪；5、雾化加湿器管路；6、反馈调节式喷雾自动开关；7、温度传感器；8、湿度传感器；9、辐射传感器；10、湿度探针；11、无线数据采集盒；12、基质吸力传感器；13、风速测量仪；14、循环风扇；15、手持式三维激光扫描仪；16、扫描仪滑轨；17、圆筒形陶瓷容器；18、高精度电子秤；19、加热棒；20、制冷压缩机；21、雾化加湿器；22、降雨装置高度调节器；23、喷头固定装置；24、喷头；25、进水管路；26、进水阀门；27、控制及数据采集系统；28、高度可调式底座；29、支撑螺杆；30、第一漏水孔；31a、上海绵层；31b、中海绵层；31c、下海绵层；32、支撑垫板；33、汇流斜隔板；34.、第二漏水孔；35、抽风机；36、干燥灌。具体实施方式图1为本专利技术的结构示意图，图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可实时测量高浓度尾矿水分蒸发干燥性能的实验装置，其特征在于：包括透明且封闭的实验箱、用于模拟外部环境的外部环境因素模拟系统、用于实时采集数据的实时数据采集系统和用于监测实验尾矿样本顶面形态的实景复制系统；所述外部环境因素模拟系统包括光照模拟系统、风力模拟系统、温度控制系统、湿度控制系统和降雨模拟系统；所述实时数据采集系统包括用于监测实验箱内部温度的温度传感器、用于监测实验箱内部湿度的湿度传感器、用于监测实验箱内部光照的辐射传感器、用于监测实验箱内尾矿样本基质吸力的基质吸力传感器、用于通过称重法监测尾矿样本水分蒸发量的称重器和与各传感器均电连接的监控终端；所述实景复制系统包括固定设置于尾矿样本上方的扫描仪运行轨道和安装于扫描仪运行轨道上的手持式三维激光扫描仪，所述手持式三维激光扫描仪用于采集尾矿样本顶面形态信息且手持式三维激光扫描仪的输出端与监测终端电连接。

【技术特征摘要】
1.一种可实时测量高浓度尾矿水分蒸发干燥性能的实验装置，其特征在于：包括透明且封闭的实验箱、用于模拟外部环境的外部环境因素模拟系统、用于实时采集数据的实时数据采集系统和用于监测实验尾矿样本顶面形态的实景复制系统；所述外部环境因素模拟系统包括光照模拟系统、风力模拟系统、温度控制系统、湿度控制系统和降雨模拟系统；所述实时数据采集系统包括用于监测实验箱内部温度的温度传感器、用于监测实验箱内部湿度的湿度传感器、用于监测实验箱内部光照的辐射传感器、用于监测实验箱内尾矿样本基质吸力的基质吸力传感器、用于通过称重法监测尾矿样本水分蒸发量的称重器和与各传感器均电连接的监控终端；所述实景复制系统包括固定设置于尾矿样本上方的扫描仪运行轨道和安装于扫描仪运行轨道上的手持式三维激光扫描仪，所述手持式三维激光扫描仪用于采集尾矿样本顶面形态信息且手持式三维激光扫描仪的输出端与监测终端电连接。2.根据权利要求1所述的一种可实时测量高浓度尾矿水分蒸发干燥性能的实验装置，其特征在于：所述光照模拟系统包括多个设置于实验箱顶部的太阳光模拟灯，所述太阳光模拟灯的高度可调节；所述风力模拟系统包括多个设置于实验箱内用于对尾矿样品顶面吹风的循环风扇，还包括固定设置于尾矿样品顶面上方的风速测量仪。3.根据权利要求1所述的一种可实时测量高浓度尾矿水分蒸发干燥性能的实验装置，其特征在于：所述温度控制系统包括设置于实验箱内的加热棒和用于对实验箱内部制冷的制冷压缩机；所述湿度控制系统包括用于增加实验箱内部湿...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑彬彬，张东明，杨瀚，魏作安，刘伟莎，史俊伟，
申请(专利权)人：山东工商学院，重庆大学，
类型：发明
国别省市：山东,37