龍橋鐵礦膠凝材料性能對比試驗研究

彭 亮，林景尚，林 敏，朱承寶，李 鑫

(1.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012； 2.安徽省廬江龍橋礦業(yè)有限公司，安徽 廬江縣 231500； 3.青海大柴旦礦業(yè)有限公司， 青海 海西州 816201)

安徽省廬江龍橋礦業(yè)有限公司龍橋鐵礦位于安徽省廬江縣城東南方向25 km 處的龍橋村。礦區(qū)北距龍橋鎮(zhèn)4 km、合肥132 km，北東距巢湖市78 km，東南距銅陵市90 km，廬江至磚橋公路經(jīng)過礦區(qū)，交通十分便利。礦山始建于2002年10月，設計礦山生產(chǎn)能力為100萬t/a，2005年底投產(chǎn)，2007年達產(chǎn)。設計開采范圍內(nèi)保有資源儲量9381.8 萬t，TFe 品位40.72%，mFe 品位32.89%，S 品位2.62%，Cu 品位0.09%。二期采選規(guī)模將達到300 萬t/a，最終產(chǎn)品為鐵精礦131.73 萬t/a、銅精礦0.78 萬t/a 及硫精礦9.18 萬t/a。

龍橋鐵礦于2012年建成與100萬t/a采選能力相匹配的全尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)，充填站位于東風井附近，設計料漿輸送能力80～100 m3/h，充填能力762 m3/d， 25萬m3/a。新建充填站已經(jīng)運行，期間龍橋鐵礦使用的膠凝材料為自產(chǎn)的一種膠凝材料，出現(xiàn)充填強度及水渣來源質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，往往直接影響充填體強度及成本，為了進一步降低成本，特對現(xiàn)有膠凝材料進行檢驗并在實驗室開發(fā)了幾種膠凝材料，對幾種新型膠結(jié)劑進行對比性試驗研究，以找出一種充填效果和經(jīng)濟效益都比較好的膠凝材料。

1 試驗目的

充填體質(zhì)量與膠凝材料性質(zhì)息息相關(guān)，并且膠凝材料的添加量直接決定了充填成本的高低，據(jù)考察發(fā)現(xiàn)龍橋鐵礦膠凝材料生產(chǎn)過程中，出現(xiàn)水渣質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，最終導致充填體強度波動大，充填成本增加。因此本次試驗的目的主要有：

(1) 對龍橋鐵礦現(xiàn)場膠凝材料與全尾砂進行強度配比試驗，研究現(xiàn)有膠結(jié)劑與全尾砂的結(jié)合性能;

(2) 對開發(fā)的新型膠凝材料進行對比性試驗研究，通過對比試驗驗證新型膠凝材料與全尾砂的結(jié)合性能。

2 試驗材料取樣

2017年11月18日～2017年11月23日，在龍橋鐵礦現(xiàn)場完成對全尾砂、膠凝材料的取樣工作，膠凝材料取樣地點為現(xiàn)龍橋鐵礦膠結(jié)劑廠，采集的樣品運抵長沙礦山研究院有限責任公司充填實驗室后，對尾砂料漿分別進行烘干脫水，混合均勻。

2.1 全尾砂

全尾砂采樣于2017年11月23日，在充填站充填作業(yè)過程中，每隔80～90 min，分4個時間段(9：30， 10：50， 12：20， 13：40)，分別取濃密機底流尾砂料漿2桶，共計8桶，尾砂料漿總重約400 kg。

2.2 膠凝材料

2017年11月20日～23日，在龍橋鐵礦膠結(jié)劑廠共采集4種物料，分別是：

(1) 膠結(jié)劑成品：20 kg；

(2) 母料(添加劑)：10 kg；

(3) 舊水渣灰料(磨細后樣品)：10 kg；

(4) 新采購水渣原料(11月21日采購) ：100 kg。

3 試驗結(jié)果及分析

3.1 物理化學性質(zhì)試驗

3.1.1 物理性質(zhì)實驗

本次物理性質(zhì)試驗主要測試全尾砂的比重、容重、孔隙率等參數(shù)，另外對龍橋膠固粉成品比重也進行測定，以計算全尾砂料漿容重與濃度對照，結(jié)果見表1。另外實驗室采用MASTERSIZER 2000型激光衍射粒度分析儀測定粒度分布。本次試驗主要是對全尾砂進行粒度分布測定。實驗結(jié)果見表2。

表1 物理性質(zhì)試驗結(jié)果

表2 全尾砂粒度測定試驗結(jié)果

3.1.2 化學性質(zhì)實驗

充填材料中的各種化學成分及其含量對充填體強度有一定的影響，本次試驗主要測定全尾砂與母料的化學成分，測定結(jié)果如表3所示。

表3化學成分測定結(jié)果/%

充填材料TFeSiO2Al2O3MgOCaO全尾砂113.7834.978.435.668.28母料/10.441.762.5235.85充填材料SCuNa其他全尾砂11.270.035/27.575母料//0.07149.36

3.1.3 試驗結(jié)果分析

根據(jù)以上實驗室試驗數(shù)據(jù)可以得出：

(1) 充填物料中，堿性環(huán)境對于充填體后期強度增長較為有利，通常采用“堿度系數(shù)”M來衡量物料之間的堿性程度(M>1，為堿性；M<1，為酸性)，M=(CaO+ MgO)/(Al2O3+SiO2)。

(2) 全尾砂 Al2O3、S含量增加，而CaO與MgO的含量皆降低，經(jīng)計算3種物料的堿度系數(shù)分別為：全尾砂為0.321； 2014年全尾砂為0.498；母料為3.145。

因此全尾砂的酸性增加，對充填體后期強度產(chǎn)生負面影響，母料的堿度系數(shù)較高，達3.145。

(3) 全尾砂的TFe的含量較高，所以可以解釋全尾砂的比重也比之前取的尾砂(2.7)大。

3.2 強度配比試驗

3.2.1 試驗方案

根據(jù)尾砂性質(zhì)及相關(guān)經(jīng)驗，初步配制出4種類型新型膠結(jié)劑分別進行強度配比試驗，具體方案如下：

(1) 充填料：新型膠結(jié)劑1+全尾砂2;

(2) 充填料：新型膠結(jié)劑2+全尾砂2;

(3) 充填料：新型膠結(jié)劑3+全尾砂2;

(4) 充填料：新型膠結(jié)劑4+全尾砂2;

(5) 充填料：龍橋膠結(jié)劑+全尾砂2。

料漿濃度64%、齡期3， 7， 28 d，灰砂比1∶4,1∶6, 1∶8, 1∶12, 1∶15。

3.2.2 試驗結(jié)果

充填強度試驗結(jié)果見圖1～圖5，另外測定了新型膠結(jié)劑3+全尾砂各配比條件下充填料漿的泌水率、沉縮率等參數(shù)，結(jié)果如表4所示。

圖1 灰砂比1∶4時各膠凝劑強度增長曲線

圖2 灰砂比1∶6時各膠凝劑強度增長曲線

圖3 灰砂比1∶8時各膠凝劑強度增長曲線

圖4 灰砂比1∶12時各膠凝劑強度增長曲線

圖5 灰砂比1∶15時各膠凝劑強度增長曲線

序號編號灰砂比質(zhì)量濃度/%泌出水重/g沉縮體積/mL泌水率/%沉縮率/%11224-0121224-0231224-031∶46236.859.710.3010.406423.141.06.707.146616.625.90.004.5141224-0451224-0561224-061∶6623335.19.106.116423.727.86.764.846612.817.93.803.1271224-0781224-0891224-091∶86244.649.312.368.596424.331.66.985.51660.1-20.14.953.50

3.3 試驗結(jié)果分析

根據(jù)試驗強度結(jié)果可知：

(1) 所研發(fā)的4種膠結(jié)劑中，試塊強度增長快慢依次為：新型膠結(jié)劑3>新型膠結(jié)劑4>新型膠結(jié)劑2>新型膠結(jié)劑1，從各灰砂比強度對比情況來看，新型膠結(jié)劑3與龍橋膠固粉成品相當。

(2) 新型膠結(jié)劑3+全尾砂，當灰砂比為1∶4～1∶6時，28 d強度值為2.1～3.91 MPa，當灰砂比為1∶8～1∶15時，28 d強度值為0.334～1.326 MPa。

(3) 從整體來看，在低灰砂比時所研發(fā)的4種膠結(jié)劑強度增長較龍橋膠結(jié)劑成品要快、強度略高。

(4) 新型膠結(jié)劑3+全尾砂的充填料漿中，各濃度充填體泌水率、結(jié)石率分別為：1∶4時，泌水率為0%～10%、結(jié)石率為90%～96%；1∶6時，泌水率為4%～9%、結(jié)石率為94%～97%；1∶8時，泌水率為5%～12%、結(jié)石率為91%～96%。

從試驗數(shù)據(jù)可得膠結(jié)劑3比龍橋膠結(jié)劑成品的充填料漿泌水率低、結(jié)石率略高，整體膠結(jié)性能更好。

4 結(jié)論及建議

根據(jù)本次充填材料實驗室試驗研究結(jié)果，可以得出以下結(jié)論及建議：

(1) 初步所選的幾種膠結(jié)劑中，新型膠結(jié)劑3的充填體強度最好，強度與現(xiàn)有龍橋鐵礦膠固粉成品相當，灰砂比為1∶6時充填體強度均可滿足采礦方法要求，但新型膠結(jié)劑3比龍橋膠結(jié)劑成品的充填料漿泌水率低、結(jié)石率略高，整體膠結(jié)性能更好。

(2) 針對目前礦山的尾砂性質(zhì)變化，給出以下幾點建議：一是改善水渣質(zhì)量與提高膠固粉生產(chǎn)過程中配比的準確性，可以改善最終膠固粉質(zhì)量，提高充填體強度；二是由于尾砂、膠固粉比重發(fā)生變化，可對目前充填站自動控制相關(guān)參數(shù)進行重新調(diào)整和儀表校正，以使灰砂比配比準確；三是根據(jù)現(xiàn)場考察發(fā)現(xiàn)，在實際充填過程中濃密機底流尾砂粒度分布不均，剛開始放砂時粒度較粗，充填到最后尾砂開始變細，另外，充填濃度值與充填倍線、充填流量、灰砂比等都有一定關(guān)系，所以充填濃度須根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在保證流動性前提下盡量提高(塌落度值≥27 cm)，以最終改善充填體強度。