徐 刚 李品杰

(铜陵有色股份铜山矿业有限公司)



铜矿全尾砂新型胶凝材料试验

徐 刚 李品杰

(铜陵有色股份铜山矿业有限公司)

针对铜矿全尾砂含泥量高、颗粒细的特点，试验制备出一种通过复合激活剂激活工业废料的新型胶凝材料。充填体强度测试结果表明，充填料浆总浓度为65%时，新型胶凝材料胶砂比1∶6充填体28 d强度是水泥胶砂比1∶3充填体的1.44倍，高达3.9 MPa,新型胶凝材料胶砂比1∶8 充填体28 d强度为2.5 MPa，接近水泥胶砂比1∶3充填体强度2.7 MPa,满足矿山要求；充填料浆的沉降试验和坍落度试验结果表明,新型胶凝材料充填料浆保水性能好，流动性能满足矿山充填输送要求。新型胶凝材料具有较好的市场推广价值。

铜矿全尾矿 胶凝材料 抗压强度 沉降浓度 坍落度

尾矿是选矿作业的副产物，其目标成分的含量极低，是矿山最主要的固体废弃物。一般对尾矿采用入库处置，不仅浪费资源，并且存在安全隐患，污染生态环境，严重制约矿山的可持续发展[1]。目前有色金属矿山大多采用尾矿井下充填，胶凝材料成为决定尾矿充填技术经济效益的主要因素[2]。胶凝材料主要有水泥(普通硅酸盐水泥、矿渣水泥等)、以高水基材料为主体的胶凝材料和以炉渣、粉煤灰等活性废料为主要原料的新型胶凝材料[3]。

铜山矿全尾砂含泥量高、颗粒细，导致水泥充填料难以固化，后期强度低。实际充填采用颗粒粗的分级尾矿和提高灰砂比解决这些技术难题,导致充填成本变高。在较低灰砂比条件下，一种新研制的胶凝材料处理全尾砂的试验取得了很好的效果。

1 试验材料

1.1 固化剂

1.1.1 新型胶凝材料

新型胶凝材料由3种工业料A、B、C按照一定比例混合制成。其中，A、B为取自某厂的2种不同的工业粉状废料，C为复合激发剂(碱类、盐类和早强助磨剂)。

1.1.2 325水泥

铜山矿目前使用P.C32.5复合硅酸盐水泥(简称水泥)，试验选用此水泥作为对比样。

1.2 全尾砂

试验用尾砂取自铜山矿全尾砂，密度为2.9 t/m3,比表面积为6 810 cm2/g，全尾砂粒径-37 μm含量为62.74%，-10 μm含量为43.87%，属于超细全尾砂，全尾砂主要化学成分为SiO2、SO3和Fe2O3，含硫较高，对后期强度增长不利。尾砂粒径分布和化学成分见表1、表2。

表1 全尾砂粒径分析结果

表2 全尾砂化学成分 %

2 试验方法

胶砂比为固化剂与全尾砂(干砂)之比，总浓度为固化剂和全尾砂(干砂)在整个充填料浆中的质量浓度。总浓度为65%时，新型胶凝材料胶砂比为1∶6和1∶8，水泥胶砂比为1∶3，共3组，固化剂(含新型胶凝材料和水泥)加水和尾砂混合均匀后按照GB 177-85水泥胶砂试验方法进行搅拌，注入70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm标准三联试模中，放入养护箱中，设定温度为(20±1) ℃，湿度为92%以上,24 h脱模后继续养护，到规定龄期后用QJ-2110电子万能试验机测定试样的单轴抗压强度，测定3个平行试样，取平均值为实测值。期间行沉降试验和坍落度试验的结果测定。

3 试验结果及分析

3.1 充填体抗压强度

铜山矿采用嗣后尾砂胶结充填，要求28 d充填体抗压强度不小于2 MPa。各试块28 d抗压强度见表3。可知，总浓度为65%时，新型胶凝材料充填体胶砂比1∶6的28 d强度是水泥充填体在1∶3时的1.44倍，高达3.9 MPa；新型胶凝材料充填体胶砂比1∶8的28 d强度为2.5 MPa，接近胶砂比为1∶3时水泥充填体强度2.7 MPa，满足矿山要求。

表3 不同固化剂的充填体28 d抗压强度

3.2 充填料浆沉降性能

充填料浆搅拌混合开始处于饱和状态，之后自然沉降，慢慢脱水，充填料浆体积将随之减小。根据矿山实际充填情况，设计并配制胶砂比为1∶6、起始总浓度为65%的新型胶凝材料充填料浆。取1 000 mL 量筒，质量为434 g，倒入料浆，料浆体积为985 mL，料浆质量为1 692 g。充填料浆沉降试验结果见表4，沉降浓度曲线见图1。可以看出，铜山矿全尾砂充填料浆沉降试验前5 min充填料浆较为混浊,难以观察清楚沉降料浆与沉降水的界面，随着时间推移，料浆与水界面逐渐清晰，240 min时最大沉降浓度为 67.1%，最大沉降密度为1.758 g/cm3。由此可得，充填料浆沉降速度不快，沉降过程中料浆总量变化不大，泌出的清水量不断增加，料浆量随着沉降而不断减少，清水净增量先增大后减小，240 min内沉降料浆浓度和密度都在缓慢增加。

表4 新型胶凝材料充填料浆沉降试验结果

图1 充填料浆沉降浓度曲线

3.3 充填料浆流动输送性能

充填料浆的坍落度可反映其流动性、黏聚性和保水性。良好的流动性保证充填料浆顺利输送至井下充填区。料浆分层和离析现象反映黏聚性。良好的保水性不致产生严重的泌水现象。坍落度愈大表示拌合物的流动性愈大，但同时还要综合观察料浆的黏聚性、保水性的情况[4]。充填料浆坍落度试验结果见表5，坍落度曲线见图2。可以看出，随着料浆不断被稀释，料浆坍落度不断增大[5]。当料浆浓度为74%以上时，坍落度小于23 cm，料浆流动性差，管道输送阻力大，难以实现自流输送。当料浆浓度为72%～68%时，坍落度为25.5～28 cm，料浆流动性明显改善。但随着不断被稀释，浓度达到64%时，料浆保水性能降低，此时的坍落度为29 cm，虽无明显的离析脱水现象，但表观浓度已经很低，所以可将充填料浆制备输送浓度确定为64%～68%，相应的坍落度为28～29 cm。

表5 充填料浆坍落度

4 结 论

新型胶凝材料能够很好地胶结细颗粒铜矿全尾砂，充填体28 d抗压强度对比水泥高出很多，而且用量只有水泥的一半，不仅满足矿山充填体强度性能要求，而且大大降低了充填成本。该料浆脱水少，浓度偏差小，最佳输送浓度为64%～68%，流动性较好。新型胶凝材料的制备原料主要为工业废料，成本较低，后期考虑降低复合激发剂的比例，可大大减少胶凝材料的成本，更加节省矿山充填成本，其应用前景广阔。

图2 充填料浆坍落度曲线

[1] 何环莎,高 谦,魏 微,等.全尾砂新型充填胶结材料性能试验和改进[J].矿业研究与开发,2012(4):11-14，22.

[2] 姜 薇,雷国元,李铁一,等.细粒铁尾矿胶结充填体性能试验研究[J].矿业研究与开发,2014(5)：26-30.

[3] 郭生茂.基于高炉水淬渣的矿山胶结充填材料与工艺研究[J].甘肃冶金，2007,29(4):1-3.

[4] 王 旭.一种用于难凝尾砂的水淬渣基胶结材料研究[D].长沙：长沙矿山研究院，2014.

[5] 尹 裕.矿山新型胶结充填材料的试验研究[J].现代矿业,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 刚(1975—)，男，助理工程师，247127 安徽省铜陵市郊区铜山镇。