林之岳，陈思源，涂欣强，钟贵峰

(江西铜业集团银山矿业有限责任公司，江西 德兴市 334201)

0 引言

随着国民环保意识的提升，以及国家对采矿环境安全的严格要求，减少产生矿区废弃物甚至无废弃物的采矿法是采矿技术发展的必然方向[1]，充填采矿法具备贫化率低、矿产资源回采率高等特点，可以实现资源的充分利用[2-4]。

江西铜业集团银山矿业有限责任公司（以下简称“银山矿”）是江西铜业集团公司旗下主力矿山之一，银山矿井下开采主要采用分段空场嗣后充填法。基于银山矿尾砂细度高，经过深锥浓密机处理后质量浓度达 60%以上，充填浆体流动性较差，且由于传统的尾砂充填质量浓度较低，存在料浆凝固慢、离析分层、强度低且不均匀等现象，在井下脱水时，胶凝材料及细粒级尾砂流失，造成井下废水、细泥污染环境，排水、排泥费用高，采场回采周期长、生产能力低等问题。采用高浓度充填料浆管输送时，高浓度料浆固体颗粒在横断面上呈均匀分布状态，在流动过程中很少存在固体颗粒之间的相对位移，不易发生离析和沉淀，具有使充填体力学性能好、强度高、采场脱水量少以及成本低等优点[5-6]，为此需研究和探索实现料浆高浓度充填。

絮凝剂是一种可以浓缩充填料浆的材料，其主要通过吸附电中和、吸附架桥、压缩双电层、沉淀物网捕等机理实现絮凝沉淀。为探究如何利用絮凝剂提高细粒尾砂料浆的质量浓度，采用3 种絮凝剂进行尾砂料浆静态絮凝沉降试验，深入探究了不同絮凝剂添加量对沉降过程的影响，同时开展了尾砂流动性的坍落试验，从而研究掺入絮凝剂对尾砂浆体流动性的影响。

1 试验方法与原理

1.1 尾砂粒径组成试验

试验所用的银山矿尾砂为特细尾砂，其粒径组成如图1 所示。由图1 可得，尾砂颗粒粒径 70 μm以下占 75%，该尾砂细颗粒占比大，造成自然沉降速度慢，料浆浓度低。若尾砂浓度低，堆存或者充填皆会渗出大量水，既污染环境，又对堆积体和充填体的强度产生威胁，可能会引发工程灾害等问题，因此对全尾砂进行沉降处理势在必行[7-8]。为了探究如何快速提高尾砂料浆浓度，选择 3 种絮凝剂进行尾砂料浆浓缩试验研究，对絮凝剂沉降过程的原理进行了分析，优选出与银山矿尾砂匹配度最佳的絮凝剂。

图1 粒径组成曲线

1.2 静态絮凝沉降试验

静态絮凝沉降试验银山矿尾砂、水、絮凝剂 A、絮凝剂 B、絮凝剂 C 为试验材料。其中絮凝剂 A、絮凝剂 B 均为无机高分子絮凝剂，其主要通过吸附电中和、吸附架桥、压缩双电层、沉淀物网捕等机理实现絮凝沉淀，由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、电荷较高的分子，使细微悬浮粒子和胶体脱稳、絮凝、混凝、沉淀；絮凝剂 C 是一种线性高分子聚合物，主要作用机理是丙烯酰胺单体经自由基引发聚合而成的水溶性线性高分子聚合物，具有良好的絮凝性。

试验步骤如下：

（1）将絮凝剂配置成溶液；

（2）测定尾砂含水量，按配比将尾砂、水、絮凝剂溶液倒入 1000 mL 量筒中；

（3）用橡胶网孔搅拌棒上下搅拌均匀尾砂料浆；

（4）量筒静置，观察上清液和浆液清晰的界面，记录界面高度；

（5）按照一定时间间隔，记录上清液和浆液界面的高度，根据试验结果绘制静态沉降曲线，分析沉降速度最快的絮凝剂；

（6）当料浆界面不再下沉时，采用虹吸的方式将尾砂浆上部清水排出，采用烘干的方法测定沉降料浆浓度。

1.3 尾砂流动性的坍落试验

絮凝沉降试验表明，适当掺入絮凝剂可实现尾砂料浆的快速浓缩，为实现高浓度尾砂充填奠定基础。根据国内外高浓度尾砂充填现状可知，尾砂高浓度充填容易出现运输管道堵塞问题。为此，参照《水泥胶砂流动度测定方法》（GB/T 2419-2005）[9]，进一步探究掺入絮凝剂对尾砂流动性的影响。

（1）试验设备：砂浆搅拌机，高 80 mm、内径 80 mm、模具壁厚大于 3 mm、内壁表面光滑的圆筒试模，直径 20±0.5 mm、长度 200 mm 的金属捣棒，分度值不大于 0.5 mm 的游标卡尺，抹刀；

（2）试验材料：江铜银山矿尾砂、自来水、絮凝剂A、絮凝剂B。

（3）试验方法：①用潮湿棉布擦拭水平台面、试模内壁、捣棒以及与浆体接触的器具；②将制备好的料浆迅速装入圆筒试模中，装至与试模高度齐平，用捣棒由边缘至中心均匀捣压 15 次，补充料浆至略高于试模边缘，用抹刀抹平顶面；③将圆筒试模轻轻地快速提起，使料浆自然坍落，10 s 后测量浆体底面相互垂直的两个方向的直径，取平均值作为该配比的浆体扩展度，以扩展度大于150 mm判定尾砂浆体流动性良好。

2 试验结果分析

2.1 静态絮凝沉降试验结果分析

在初始浆体浓度分别为10%及15%，无机高分子絮凝剂A 和絮凝剂B 添加量5‰和10‰，线性高分子聚合物絮凝剂C 添加量1×10-6和5×10-6的条件下，絮凝沉降试验结果见图2 及表1。

图2 尾砂料浆沉降效果曲线图

由图2 可知，絮凝剂C 具有用量少、沉降速度快的特点，其对低浓度的尾砂料浆的沉降效果明显优于其余两种絮凝剂，且适当提高絮凝剂掺入量可加快尾砂沉降。由表1 可知，絮凝剂A 和絮凝剂C 的终了沉降效果明显优于絮凝剂 B，其中絮凝剂 A 的终了沉降效果最好。银山矿业深锥浓密机的尾砂浓缩浓度可达 60%，因此，本次研究试验推荐采用絮凝剂A，以实现尾砂的快速浓缩，提高生产效率。

表1 尾砂料浆沉降结果

2.2 坍落试验结果分析

以絮凝剂A 和B 为研究对象，在尾砂质量浓度为63%，灰砂比分别为1:8 及1:13 的条件下开展尾砂流动性的坍落试验，改变絮凝剂A 与絮凝剂B的掺量（0，3‰，5‰，7‰），考察絮凝剂对充填料浆流动性的影响，试验结果见表2 及图3。

图3 絮凝剂对充填浆体流动性的影响柱状图

表2 银山矿全尾矿坍落试验结果

由表2、图3 可知，尾砂浆体扩展度均大于150 mm，表明即使加入絮凝剂，尾砂料浆仍然可以保持良好的流动性能。在试验结果中，灰砂比1:8、质量浓度63%的浆体中加入絮凝剂A，会小幅度增加浆体的流动性，并且扩展度随絮凝剂A 加入量的增加而增加。灰砂比1:13、质量浓度为63%的浆体中加入絮凝剂B，同样会小幅度增加浆体的流动性，扩展度在絮凝剂掺入量为5‰的情况下达到峰值。综上所述，适量加入絮凝剂在提高尾砂浓度的同时，可以小幅度改善尾砂浆体的流动性。

3 结论

通过选择3 种絮凝剂进行尾砂料浆浓缩的静态絮凝沉降研究，发现絮凝剂A 具有用量少、沉降速度快的特点，其对低浓度的尾砂料浆的沉降效果明显优于其余两种絮凝剂，通过开展尾砂流动性的坍落试验研究，发现适当提高絮凝剂掺入量可加快尾砂沉降，且絮凝剂掺量在5‰范围内能一定程度上提高尾砂浆体的流动性能。