銅礦全尾砂新型膠凝材料試驗(yàn)

徐 剛 李品杰

(銅陵有色股份銅山礦業(yè)有限公司)

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銅礦全尾砂新型膠凝材料試驗(yàn)

徐 剛 李品杰

(銅陵有色股份銅山礦業(yè)有限公司)

針對銅礦全尾砂含泥量高、顆粒細(xì)的特點(diǎn)，試驗(yàn)制備出一種通過復(fù)合激活劑激活工業(yè)廢料的新型膠凝材料。充填體強(qiáng)度測試結(jié)果表明，充填料漿總濃度為65%時(shí)，新型膠凝材料膠砂比1∶6充填體28 d強(qiáng)度是水泥膠砂比1∶3充填體的1.44倍，高達(dá)3.9 MPa,新型膠凝材料膠砂比1∶8 充填體28 d強(qiáng)度為2.5 MPa，接近水泥膠砂比1∶3充填體強(qiáng)度2.7 MPa,滿足礦山要求；充填料漿的沉降試驗(yàn)和坍落度試驗(yàn)結(jié)果表明,新型膠凝材料充填料漿保水性能好，流動(dòng)性能滿足礦山充填輸送要求。新型膠凝材料具有較好的市場推廣價(jià)值。

銅礦全尾礦 膠凝材料 抗壓強(qiáng)度 沉降濃度 坍落度

尾礦是選礦作業(yè)的副產(chǎn)物，其目標(biāo)成分的含量極低，是礦山最主要的固體廢棄物。一般對尾礦采用入庫處置，不僅浪費(fèi)資源，并且存在安全隱患，污染生態(tài)環(huán)境，嚴(yán)重制約礦山的可持續(xù)發(fā)展[1]。目前有色金屬礦山大多采用尾礦井下充填，膠凝材料成為決定尾礦充填技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的主要因素[2]。膠凝材料主要有水泥(普通硅酸鹽水泥、礦渣水泥等)、以高水基材料為主體的膠凝材料和以爐渣、粉煤灰等活性廢料為主要原料的新型膠凝材料[3]。

銅山礦全尾砂含泥量高、顆粒細(xì)，導(dǎo)致水泥充填料難以固化，后期強(qiáng)度低。實(shí)際充填采用顆粒粗的分級尾礦和提高灰砂比解決這些技術(shù)難題,導(dǎo)致充填成本變高。在較低灰砂比條件下，一種新研制的膠凝材料處理全尾砂的試驗(yàn)取得了很好的效果。

1 試驗(yàn)材料

1.1 固化劑

1.1.1 新型膠凝材料

新型膠凝材料由3種工業(yè)料A、B、C按照一定比例混合制成。其中，A、B為取自某廠的2種不同的工業(yè)粉狀廢料，C為復(fù)合激發(fā)劑(堿類、鹽類和早強(qiáng)助磨劑)。

1.1.2 325水泥

銅山礦目前使用P.C32.5復(fù)合硅酸鹽水泥(簡稱水泥)，試驗(yàn)選用此水泥作為對比樣。

1.2 全尾砂

試驗(yàn)用尾砂取自銅山礦全尾砂，密度為2.9 t/m3,比表面積為6 810 cm2/g，全尾砂粒徑-37 μm含量為62.74%，-10 μm含量為43.87%，屬于超細(xì)全尾砂，全尾砂主要化學(xué)成分為SiO2、SO3和Fe2O3，含硫較高，對后期強(qiáng)度增長不利。尾砂粒徑分布和化學(xué)成分見表1、表2。

表1 全尾砂粒徑分析結(jié)果

表2 全尾砂化學(xué)成分 %

2 試驗(yàn)方法

膠砂比為固化劑與全尾砂(干砂)之比，總濃度為固化劑和全尾砂(干砂)在整個(gè)充填料漿中的質(zhì)量濃度。總濃度為65%時(shí)，新型膠凝材料膠砂比為1∶6和1∶8，水泥膠砂比為1∶3，共3組，固化劑(含新型膠凝材料和水泥)加水和尾砂混合均勻后按照GB 177-85水泥膠砂試驗(yàn)方法進(jìn)行攪拌，注入70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm標(biāo)準(zhǔn)三聯(lián)試模中，放入養(yǎng)護(hù)箱中，設(shè)定溫度為(20±1) ℃，濕度為92%以上,24 h脫模后繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，到規(guī)定齡期后用QJ-2110電子萬能試驗(yàn)機(jī)測定試樣的單軸抗壓強(qiáng)度，測定3個(gè)平行試樣，取平均值為實(shí)測值。期間行沉降試驗(yàn)和坍落度試驗(yàn)的結(jié)果測定。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 充填體抗壓強(qiáng)度

銅山礦采用嗣后尾砂膠結(jié)充填，要求28 d充填體抗壓強(qiáng)度不小于2 MPa。各試塊28 d抗壓強(qiáng)度見表3。可知，總濃度為65%時(shí)，新型膠凝材料充填體膠砂比1∶6的28 d強(qiáng)度是水泥充填體在1∶3時(shí)的1.44倍，高達(dá)3.9 MPa；新型膠凝材料充填體膠砂比1∶8的28 d強(qiáng)度為2.5 MPa，接近膠砂比為1∶3時(shí)水泥充填體強(qiáng)度2.7 MPa，滿足礦山要求。

表3 不同固化劑的充填體28 d抗壓強(qiáng)度

3.2 充填料漿沉降性能

充填料漿攪拌混合開始處于飽和狀態(tài)，之后自然沉降，慢慢脫水，充填料漿體積將隨之減小。根據(jù)礦山實(shí)際充填情況，設(shè)計(jì)并配制膠砂比為1∶6、起始總濃度為65%的新型膠凝材料充填料漿。取1 000 mL 量筒，質(zhì)量為434 g，倒入料漿，料漿體積為985 mL，料漿質(zhì)量為1 692 g。充填料漿沉降試驗(yàn)結(jié)果見表4，沉降濃度曲線見圖1。可以看出，銅山礦全尾砂充填料漿沉降試驗(yàn)前5 min充填料漿較為混濁,難以觀察清楚沉降料漿與沉降水的界面，隨著時(shí)間推移，料漿與水界面逐漸清晰，240 min時(shí)最大沉降濃度為 67.1%，最大沉降密度為1.758 g/cm3。由此可得，充填料漿沉降速度不快，沉降過程中料漿總量變化不大，泌出的清水量不斷增加，料漿量隨著沉降而不斷減少，清水凈增量先增大后減小，240 min內(nèi)沉降料漿濃度和密度都在緩慢增加。

表4 新型膠凝材料充填料漿沉降試驗(yàn)結(jié)果

圖1 充填料漿沉降濃度曲線

3.3 充填料漿流動(dòng)輸送性能

充填料漿的坍落度可反映其流動(dòng)性、黏聚性和保水性。良好的流動(dòng)性保證充填料漿順利輸送至井下充填區(qū)。料漿分層和離析現(xiàn)象反映黏聚性。良好的保水性不致產(chǎn)生嚴(yán)重的泌水現(xiàn)象。坍落度愈大表示拌合物的流動(dòng)性愈大，但同時(shí)還要綜合觀察料漿的黏聚性、保水性的情況[4]。充填料漿坍落度試驗(yàn)結(jié)果見表5，坍落度曲線見圖2。可以看出，隨著料漿不斷被稀釋，料漿坍落度不斷增大[5]。當(dāng)料漿濃度為74%以上時(shí)，坍落度小于23 cm，料漿流動(dòng)性差，管道輸送阻力大，難以實(shí)現(xiàn)自流輸送。當(dāng)料漿濃度為72%～68%時(shí)，坍落度為25.5～28 cm，料漿流動(dòng)性明顯改善。但隨著不斷被稀釋，濃度達(dá)到64%時(shí)，料漿保水性能降低，此時(shí)的坍落度為29 cm，雖無明顯的離析脫水現(xiàn)象，但表觀濃度已經(jīng)很低，所以可將充填料漿制備輸送濃度確定為64%～68%，相應(yīng)的坍落度為28～29 cm。

表5 充填料漿坍落度

4 結(jié) 論

新型膠凝材料能夠很好地膠結(jié)細(xì)顆粒銅礦全尾砂，充填體28 d抗壓強(qiáng)度對比水泥高出很多，而且用量只有水泥的一半，不僅滿足礦山充填體強(qiáng)度性能要求，而且大大降低了充填成本。該料漿脫水少，濃度偏差小，最佳輸送濃度為64%～68%，流動(dòng)性較好。新型膠凝材料的制備原料主要為工業(yè)廢料，成本較低，后期考慮降低復(fù)合激發(fā)劑的比例，可大大減少膠凝材料的成本，更加節(jié)省礦山充填成本，其應(yīng)用前景廣闊。

圖2 充填料漿坍落度曲線

[1] 何環(huán)莎,高 謙,魏 微,等.全尾砂新型充填膠結(jié)材料性能試驗(yàn)和改進(jìn)[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2012(4):11-14，22.

[2] 姜 薇,雷國元,李鐵一,等.細(xì)粒鐵尾礦膠結(jié)充填體性能試驗(yàn)研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2014(5)：26-30.

[3] 郭生茂.基于高爐水淬渣的礦山膠結(jié)充填材料與工藝研究[J].甘肅冶金，2007,29(4):1-3.

[4] 王 旭.一種用于難凝尾砂的水淬渣基膠結(jié)材料研究[D].長沙：長沙礦山研究院，2014.

[5] 尹 裕.礦山新型膠結(jié)充填材料的試驗(yàn)研究[J].現(xiàn)代礦業(yè),2011(8)：29-31.

Test of the New Gelling Material with Unclassified Tailings of Copper Mine

Xu Gang Li Pinjie

(Tongshang Mining Company, Tongling Nonferrous Metals Group Holding Co.,Ltd.)

Aiming at the characteristics of high contents of mud and fine grain of the unclassified tailings of copper mine,industrial waste materials is activated by a new compound activator to produce new gelling material by test.The intensity test results of filling bodies show that when the total concentration of filling slurry is 65%,in 28 days, the intensity of the filling body of new gelling material and unclassified tailings with 1∶6 ratio is 1.44 times of the one of the filling body of cement and unclassified tailings with 1∶3 ratio,3.9 MPa. And the intensity of the filling body of new gelling material and unclassified tailings with 1∶8 ratio is 2.5 MPa, which is close to the one(2.7 MPa) of the filling body of cement and unclassified tailings with 1∶3 ratio, which is suitable to the requirement of mine filling intensity.The subsidence test results and slump test results of filling bodies show that the water retention of the new gelling material is good,the liquidity of the new gelling material can meet the requirement of mine filling conveying,therefore,the marketing value of the new gelling material is good.

Unclassified tailings of copper mine,Gelling material,Compressive strength,Subsidence concentration,Slump

2016-08-31)

徐 剛(1975—)，男，助理工程師，247127 安徽省銅陵市郊區(qū)銅山鎮(zhèn)。