全尾砂充填料漿坍落度試驗(yàn)研究

賴 偉，劉婉瑩

（1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司，長(zhǎng)沙 410012；2.金屬礦山安全技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410012）

隨著充填技術(shù)不斷提高，尾砂充填技術(shù)從分級(jí)尾砂充填發(fā)展到全尾砂充填。全尾砂充填技術(shù)一般通過管道進(jìn)行輸送，工藝簡(jiǎn)單，輸送能力大，已在許多礦山應(yīng)用，具有廣闊的前景。充填是礦山廢料處理、廢料再利用、綠色礦山建設(shè)的一個(gè)良好途徑［1－5］。

坍落度是衡量料漿輸送性的一個(gè)重要指標(biāo)。通過測(cè)試全尾砂坍落度，了解全尾砂料漿的輸送性能，觀察料漿坍落后的攤開度，可以進(jìn)一步了解料漿的流動(dòng)性能，通過觀察料漿的性狀了解料漿的黏聚性和保水性能等。坍落度是全尾砂輸送性能評(píng)判的一個(gè)簡(jiǎn)單方便切實(shí)可行的指標(biāo)［6］。

1 全尾砂特性

圖1 粒級(jí)分布曲線圖Fig.1 Grain size distribution curve

全尾砂一般為全粒級(jí)的尾礦，粒徑一般為連續(xù)分布，且粒級(jí)較細(xì)，如圖1。由于尾礦一般較細(xì)，所以，全尾砂的濃度一般較低，濃密機(jī)底流濃度一般為40%左右或更低，輸送于砂倉一般還要經(jīng)過沉降脫水再用于充填。所以影響坍落度的兩個(gè)重要因素為全尾砂的質(zhì)量濃度和全尾砂的粒級(jí)分布。全尾砂性質(zhì)隨不同礦山的礦物產(chǎn)物而不同，甚至同一礦山全尾砂的區(qū)別也很大，所以研究不同全尾砂坍落度的規(guī)律，對(duì)全尾砂充填具有重要意義。

2 試驗(yàn)研究方法

從多個(gè)礦山采集不同種類不同粒級(jí)配比的全尾砂，分別對(duì)不同產(chǎn)地的全尾砂進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)按照GB／T 50080－2002規(guī)定進(jìn)行，每次試驗(yàn)取全尾砂10kg，采用實(shí)驗(yàn)室自來水進(jìn)行試驗(yàn)。每組試驗(yàn)測(cè)定三次，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果［7］。

3 全尾砂質(zhì)量濃度對(duì)坍落度的影響

全尾砂的質(zhì)量濃度為全尾砂干質(zhì)量與料漿之比，水是影響料漿性能的一個(gè)重要因素。全尾砂的流動(dòng)性主要依靠尾砂顆粒表面吸附的一層水膜，從而使得顆粒間比較潤滑。而且其黏聚性也主要依靠水的表面張力作用，水量過少，則水膜薄，甚至呈現(xiàn)干硬性，潤滑效果差；而水含量大，則毛細(xì)孔被水分填滿，表面張力小，全尾砂的黏聚性變差，易水砂分離。當(dāng)全尾砂確定后，全尾砂料漿的坍落度隨質(zhì)量濃度的增大急劇變化。

由圖2可以看出，坍落度隨濃度的降低呈加速下降的趨勢(shì)，全尾砂坍落度存在一個(gè)臨界濃度，當(dāng)濃度低于該值時(shí)，坍落度值急劇增大，然后變緩，最終完全攤開。坍落度與濃度之間存在一定規(guī)律性，采用多項(xiàng)式將曲線擬合。二次函數(shù)y＝ax2＋bx＋c擬合公式結(jié)果如表2所示，曲線的擬合性較好。而作為充填料漿，特別全尾砂結(jié)構(gòu)流充填料漿的流動(dòng)性能，一般要求坍落度值應(yīng)大于20cm以上的濃度范圍，其能夠保證有較好的黏聚性、和易性、流動(dòng)性和輸送性能。在一定濃度范圍內(nèi)由擬合公式可以計(jì)算各濃度對(duì)應(yīng)的坍落度，在固定礦山，全尾砂骨料確定后，尾砂的濃度可以采用濃度計(jì)測(cè)量，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，根據(jù)擬合公式可以快速計(jì)算坍落度，以便及時(shí)調(diào)整全尾砂料漿的輸送參數(shù)。

由表1可以看出，樣品1在66%～70%，樣品2在62%～66%，樣品3在66%～70%，樣品4在62%～70%，樣品5在58%～62%，樣品6在68%～72%時(shí)坍落度在25～27cm范圍內(nèi)，此時(shí)的流動(dòng)性、輸送性較好?？梢姴煌奈采?，坍落度的變化不同，但是均隨濃度的不斷降低坍落度迅速增大。

表1 全尾砂坍落度試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表Table 1 Statistical table of whole tailings slump test ／cm

表2 擬合公式Table 2 Fitting formula

4 全尾砂粒級(jí)分布對(duì)坍落度的影響

圖2 質(zhì)量濃度—坍落度曲線圖Fig.2 Curve of mass concentration－slump

全尾砂粒級(jí)的分布對(duì)坍落度影響較大，全尾砂料漿與混凝土的骨料配比有根本的不同，混凝土主要配比包括粗骨料、細(xì)骨料、水泥膠結(jié)劑等，其粒級(jí)配比具有跳躍性。而全尾砂則不同，其粒級(jí)分布為連續(xù)分布，一般符合一定的分布規(guī)律，如圖1所示為一典型的全尾砂分布曲線圖。坍落度與尾砂的粒級(jí)配比、粒級(jí)分布、不均勻程度等有關(guān)系。尾砂粒級(jí)配比合理時(shí)，尾砂的和易性、黏聚性和流動(dòng)性好；尾砂粒級(jí)配比不均勻時(shí)，特別是粗顆粒多時(shí)，較容易產(chǎn)生水砂分離和跑漿現(xiàn)象。

如表3所示，由于各樣品的特征不同，波動(dòng)性很大。各樣品達(dá)到能輸送要求的濃度不同，一般尾砂越細(xì)，能輸送濃度較低；尾砂越粗輸送的濃度越大。在同濃度時(shí)（以70%論），坍落度與尾砂粒級(jí)粗細(xì)和不均勻系數(shù)有關(guān)系，如樣品6，尾砂粒級(jí)較粗，平均粒徑60.22μm，但是尾砂的均勻性好，坍落度為27 cm，能夠滿足輸送的要求。而樣品2、3，由于全尾砂粒徑配比極不均勻，細(xì)粒徑尾砂少，坍落度為22.5 cm、24cm，用于長(zhǎng)距離輸送比較困難。對(duì)一些粒級(jí)分布不均勻的全尾砂，根據(jù)礦山的條件，可以試驗(yàn)加入一些合適粒級(jí)的骨料改善粒級(jí)組成，如粉煤灰、碎石等，以獲得更好的性能，所以通過研究全尾砂坍落度采取一定措施可以改善全尾砂的輸送性能。

表3 全尾砂粒級(jí)分布特性表Table 3 Grain size distribution table of whole tailings

5 料漿配比及濃度對(duì)坍落度的影響

為了探索料漿配比對(duì)坍落度的影響，選取pc32.5水泥，分別進(jìn)行全尾砂試驗(yàn)，灰砂比1∶4，1∶6，1∶8，1∶10，全尾砂五組試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4，從表中可以看出，不同料漿配比的坍落度在不同濃度時(shí)不同，料漿的塌落度隨濃度的降低不斷降低，隨料漿灰砂比的升高，呈現(xiàn)不斷減小的趨勢(shì)。實(shí)驗(yàn)證明，加入了水泥后，由于水泥為細(xì)顆粒物，本身的粒度較細(xì)，改變了尾砂料漿本身的粒級(jí)配比，水泥水化會(huì)消耗一部分水分，并且將尾砂顆粒和水泥結(jié)合成大顆粒物等，所以料漿的配比對(duì)坍落度的影響是顯著的，而采礦工藝往往要求用不同的充填料漿配比來達(dá)到不同的充填體強(qiáng)度，所以在試驗(yàn)時(shí)應(yīng)覆蓋充填料漿的不同配比需求。

表4 不同料漿配比及濃度的塌落度試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of slump with different mixture ratio and concentration／cm

6 結(jié)論

通過試驗(yàn)對(duì)全尾砂坍落度的影響因素進(jìn)行了分析，在全尾砂樣品確定的情況下，坍落度隨濃度的變化趨勢(shì)在一定范圍內(nèi)與二次函數(shù)的擬合性較好。存在一個(gè)臨界濃度，當(dāng)濃度小于該值時(shí)，坍落度迅速增大，逐步呈完全攤開趨勢(shì)。

粒級(jí)組成是影響坍落度的最根本因素，粒級(jí)配比的均勻性較好時(shí)，料漿的和易性、保水性和流動(dòng)性較好。料漿的濃度和料漿的配比對(duì)料漿的坍落度影響都是顯著的。

全尾砂充填采用全粒級(jí)尾砂充填，解決了礦山尾礦堆存和充填料來源不足等難題，具有廣闊的空間。研究全尾砂坍落度性能對(duì)全尾砂結(jié)構(gòu)流充填具有重要意義。

［1］ 周愛民 .礦山廢料膠結(jié)充填［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2007：167－180.

［2］ 姚中亮 .全尾砂結(jié)構(gòu)流體膠結(jié)充填的理論與實(shí)踐［C］／／長(zhǎng)沙礦山研究院建院50周年院慶論文集 .長(zhǎng)沙：礦業(yè)研究與開發(fā)，2006：15－18，48.

［3］ 施士虎，楊黎升，李浩宇 .全尾砂充填技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.中國礦山工程，2009，8（6）：50－52.

［4］ 謝 鷹 .全尾砂膠結(jié)充填工藝及應(yīng)用前景［J］.采礦技術(shù)，2001，1（2）：46－47，52.

［5］ 鄧 飛，李永輝 .全尾砂高水固化膠結(jié)充填工藝前景展望［J］.中國礦業(yè)，2007，16（8）：41－42.

［6］ 鄧初首，夏 勇 .混凝土坍落度影響因素的試驗(yàn)研究［J］.混凝土，2006（1）：65－66，89.

［7］ 中國建筑科學(xué)研究院 .GB／T 50080－2002普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.