某鐵礦粗集料強(qiáng)度配比試驗(yàn)研究

王小平，彭 亮

?

某鐵礦粗集料強(qiáng)度配比試驗(yàn)研究

王小平1，彭 亮2

(1.湖南辰州礦業(yè)有限責(zé)任公司，湖南 沅陵縣 419607；2.長沙礦山研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410012)

某鐵礦全尾砂屬粗粒級尾砂，為了后續(xù)充填系統(tǒng)工藝流程順暢、工藝可靠，決定篩除+1 mm粗砂并研究?1 mm尾砂與水泥的結(jié)合性能，對該尾砂展開了強(qiáng)度配比試驗(yàn)研究工作，試驗(yàn)表明尾砂強(qiáng)度能滿足采礦方法需求，?1 mm尾砂可以作為該鐵礦的充填集料。

充填集料；全尾砂；充填體強(qiáng)度；灰砂比

0 引 言

某鐵礦礦體賦存標(biāo)高100~450 m，埋藏深度：125~330 m，地表無出露，屬全隱蔽型礦體。TFe平均品位33%，Sn平均品位0.12%，以貧礦為主，且厚度較小(3~10 m)，探明鐵礦石儲量31535848 t，礦山目前建有一座處理能力150萬t/a的選礦廠粗粒級的干拋尾礦產(chǎn)率為30%(不進(jìn)尾礦庫)，其他濕選尾礦直接排入尾礦庫，尾礦漿濃度為9.5%~10.1%，排尾小時(shí)流量為1731.94 m3。

為了給充填系統(tǒng)總體規(guī)劃及充填系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)計(jì)提供依據(jù)，對該鐵礦現(xiàn)有選廠濕尾砂和干拋尾礦進(jìn)行了取樣，在試驗(yàn)室進(jìn)行了一系列相關(guān)的充填材料試驗(yàn)研究，建議使用粒級1 mm以下的尾砂，在此前提下對干拋和濕尾砂進(jìn)行篩分分級，剔除+1 mm及以上的較大粒徑尾砂，分級后的充填尾砂粒級組成如表1。選礦濾出的+1 mm以上顆粒尾砂占全尾砂的15.68%，這部分尾砂和干拋尾礦可以考慮通過汽車運(yùn)輸直接運(yùn)送至采場充填，將?1 mm以下的尾砂輸送至充填站 備用。

表1 鐵礦尾砂粒級組成

注：10=3.605 μm，50=50.027 μm，60=82.606 μm，90=319.85 μm，平均= 113.19 6 μm.

1 尾砂物理化學(xué)性質(zhì)

通過一系列的試驗(yàn)，充填尾砂的比重、容重、孔隙率、自然安息角等物理性能指標(biāo)測定結(jié)果見表2，尾砂化學(xué)成分測定結(jié)果見表3。

表2 尾砂物理性能指標(biāo)測定結(jié)果

表3 尾砂化學(xué)成分測定結(jié)果

2 尾砂強(qiáng)度配比試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

設(shè)計(jì)充填料漿灰砂比分為1:4，1:6，1:8，1:10，1:12，1:15共6組，料漿濃度分別為76%、74%、72%、70%4組，試模規(guī)格為7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm，每組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行3，7，28和60 d4個(gè)齡期的強(qiáng)度測試，每組齡期澆注3個(gè)試塊，計(jì)24組不同材料配比實(shí)驗(yàn)，共計(jì)288個(gè)試塊。澆筑時(shí)用金屬棒不斷搗振，使料漿密實(shí)、氣泡排出。拆模后將試塊輕輕放入養(yǎng)護(hù)池進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，溫室保持在20°C左右。

2.2 測定結(jié)果

充填試塊單軸抗壓強(qiáng)度結(jié)果見表4，從表4可以直觀地看出，齡期較短時(shí)試塊強(qiáng)度較小，但齡期到達(dá)28 d時(shí)其強(qiáng)度大幅增加。隨著水泥添加量的增加試塊強(qiáng)度增大，隨著濃度的增加，相同齡期、相同灰砂比的試塊強(qiáng)度增大。

表4 充填尾砂+水泥配比試驗(yàn)強(qiáng)度結(jié)果匯總

充填材料不同配比時(shí)充填體組成單位體積的各種材料消耗及沉縮率等參數(shù)見表5所示。

表5 尾砂不同配比時(shí)充填體材料消耗量

2.3 測定結(jié)果分析

仔細(xì)觀察試塊破壞過程，如圖1所示，可以看出不同灰砂比和濃度下的試塊內(nèi)部斷裂面的性質(zhì)狀態(tài)。對于水泥含量較高的充填體試塊，其水泥的膠結(jié)作用較強(qiáng)，從而構(gòu)成較為牢固的力學(xué)結(jié)構(gòu)，外力作用時(shí)這種結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的承力性能。對于灰砂比為1:12及1:15的低配比試塊，由于水泥用量大大減少，其內(nèi)部水泥包裹膠結(jié)的作用明顯減弱，從而造成其強(qiáng)度大幅降低。充填體試塊內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)決定了它們的力學(xué)強(qiáng)度，試塊受壓時(shí)首先產(chǎn)生細(xì)微的裂縫，在外力作用增大時(shí)微細(xì)的裂縫逐漸貫通、擴(kuò)大、數(shù)量增多，試塊由于漸漸失去牢固的承載結(jié)構(gòu)而破壞失效。

圖1 部分試塊破壞過程

3 結(jié) 論

(1) 充填尾砂+水泥料漿隨著水泥添加量的增加試塊強(qiáng)度增大，隨著濃度的增加，相同齡期、相同灰砂比試塊強(qiáng)度增大。

(3) 該鐵礦充填尾砂各灰砂比的充填料漿試塊凝結(jié)硬化性能正常，強(qiáng)度較好，如尾砂74%濃度(坍落度27.5 cm)，灰砂比1:4時(shí)3，7，28，60 d強(qiáng)度分別達(dá)到0.773，1.966，3.193，5.086 MPa，灰砂比1:6時(shí)3，7，28 d和60 d強(qiáng)度分別達(dá)到0.286，0.953，2.146，2.753 MPa。試塊強(qiáng)度可以滿足采礦方法對充填質(zhì)量的要求，?1 mm尾砂可以作為充填集料應(yīng)用于生產(chǎn)中。

[1] 鄧代強(qiáng),姚中亮,等.粒度組成對膠結(jié)充填體力學(xué)性能的影響 [J].礦業(yè)研究與開發(fā),2010,30(04):1?2.

[2] 彭 亮,焦志慧,袁 仲.分級尾砂+戈壁集料在杜達(dá)鉛鋅礦的工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā),2017,37(09):22?25.

[3] 牛崢嶸,彭 亮.深坑鐵礦全尾砂充填料漿流動性研究[J].采礦技術(shù),2019,19(03).

[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:長沙礦山研究院有限責(zé)任公司,2014.

[5] 鄧代強(qiáng),李夕兵,姚中亮,康瑞海,彭 亮,王 旭.尾砂膠結(jié)充填技術(shù)在西朝鉬礦的應(yīng)用[J]. 中國礦業(yè),2016(03):81?82+92.

[6] 李振振.阿希金礦充填材料試驗(yàn)研究[J].新疆有色金屬,2017, 40(03):68?71.

[7] 聞奎武,彭 亮,康瑞海,王 旭.高硫極細(xì)尾砂充填料強(qiáng)度配比試驗(yàn)研究[J].采礦技術(shù),2016,16(04):40?42.

[8] 王 旭,冉維貞,歐小軍. 紫金山金銅礦全尾砂膠結(jié)性能實(shí)驗(yàn)研究[J].采礦技術(shù),2013,13(06):50?51+115.

[9] 鄧代強(qiáng),李夕兵,姚中亮,康瑞海,王 旭,彭 亮.阿舍勒銅礦粗骨料充填料漿流動性能研究[J].有色金屬工程,2016(01): 54?57.

(2018?11?07)

王小平(1985—)，江蘇南京人，主要從事采礦工藝技術(shù)、充填系統(tǒng)研究，Email：25953004@qq.com。