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龙桥铁矿胶凝材料性能对比试验研究 彭 亮１， 林景尚２ ， 林 敏 ２， 朱承宝３ ， 李 鑫 １ （ １． 长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 ４ １ ０ ０ １ ２；２． 安徽省庐江龙桥矿业有限公司， 安徽 庐江县 ２ ３ １ ５ ０ ０；３．青海大柴旦矿业有限公司， 青海 海西州 ８ １ ６ ２ ０ １） 摘 要 龙桥铁矿充填站已经运行一年多的时间， 目前使用的胶结剂为矿山自己生产加工 的， 在实际生产过程中经常会出现充填强度波动较大， 以及水渣来源质量不稳定等问题， 直接影响了充填质量。针对该问题， 在实验室对现有胶结剂进行了强度试验检测， 并针对 全尾砂本身性质， 在实验室研发了几种新型胶结剂， 最终得到了一种与龙桥铁矿全尾砂结 合性能比较好的新型胶凝材料。 关键词 胶结剂； 水渣； 强度； 充填 安徽省庐江龙桥矿业有限公司龙桥铁矿位于安 徽省庐江县城东南方向２ ５ｋ ｍ处的龙桥村。矿区 北距龙桥镇４ｋ ｍ、 合肥１ ３ ２ｋ ｍ， 北东距巢湖市７ ８ ｋ ｍ， 东南距铜陵市９ ０ｋ ｍ， 庐江至砖桥公路经过矿 区， 交通十分便利。矿山始建于２ ０ ０ ２年１ ０月， 设计 矿山生产能力为１ ０ ０万ｔ／ａ，２ ０ ０ ５年底投产，２ ０ ０ ７年 达产。设计开采范围内保有资源储量９ ３ ８ １．８万ｔ， Ｔ Ｆ ｅ品 位４ ０． ７ ２％，ｍ Ｆ ｅ品 位３ ２． ８ ９％，Ｓ品 位 ２．６ ２％，Ｃ ｕ品位０．０ ９％。二期采选规模将达到３ ０ ０ 万ｔ ／ａ， 最终产品为铁精矿 １ ３ １． ７ ３ 万ｔ／ａ、 铜精矿 ０．７ ８万ｔ／ａ及硫精矿９．１ ８万ｔ／ａ。 龙桥铁矿于２ ０ １ ２年建成与１ ０ ０万ｔ／ａ采选能 力相匹配的全尾砂胶结充填系统， 充填站位于东风 井附近， 设计料浆输送能力８ ０～１ ０ ０ｍ ３／ ｈ， 充填能 力７ ６ ２ｍ ３／ ｄ，２ ５万ｍ ３／ ａ。新建充填站已经运行， 期间龙桥铁矿使用的胶凝材料为自产的一种胶凝材 料， 出现充填强度及水渣来源质量不稳定等问题， 往 往直接影响充填体强度及成本， 为了进一步降低成 本， 特对现有胶凝材料进行检验并在实验室开发了 几种胶凝材料， 对几种新型胶结剂进行对比性试验 研究， 以找出一种充填效果和经济效益都比较好的 胶凝材料。 １ 试验目的 充填体质量与胶凝材料性质息息相关， 并且胶 凝材料的添加量直接决定了充填成本的高低， 据考 察发现龙桥铁矿胶凝材料生产过程中， 出现水渣质 量不稳定等问题， 最终导致充填体强度波动大， 充填 成本增加。因此本次试验的目的主要有 （ １）对龙桥铁矿现场胶凝材料与全尾砂进行强 度配比试验， 研究现有胶结剂与全尾砂的结合性能； （ ２）对开发的新型胶凝材料进行对比性试验研 究， 通过对比试验验证新型胶凝材料与全尾砂的结 合性能。 ２ 试验材料取样 ２ ０ １ ７年１ １月１ ８日～２ ０ １ ７年１ １月２ ３日， 在龙 桥铁矿现场完成对全尾砂、 胶凝材料的取样工作， 胶 凝材料取样地点为现龙桥铁矿胶结剂厂， 采集的样 品运抵长沙矿山研究院有限责任公司充填实验室 后， 对尾砂料浆分别进行烘干脱水， 混合均匀。 ２．１ 全尾砂 全尾砂采样于２ ０ １ ７年１ １月２ ３日， 在充填站充 填作业过程中， 每隔 ８ ０～９ ０ ｍ ｉ ｎ， 分 ４ 个时间段 （ ９３ ０，１ ０５ ０，１ ２２ ０，１ ３４ ０） ， 分别取浓密机底流 尾砂料浆２桶， 共计８桶， 尾砂料浆总重约４ ０ ０ｋ ｇ。 ２．２ 胶凝材料 ２ ０ １ ７年１ １月２ ０日～２ ３日， 在龙桥铁矿胶结剂 厂共采集４种物料， 分别是 （ １）胶结剂成品２ ０ｋ ｇ； （ ２）母料（ 添加剂） １ ０ｋ ｇ； （ ３）旧水渣灰料（ 磨细后样品） １ ０ｋ ｇ； （ ４）新采购水渣原料（１ １月２ １日采购）１ ０ ０ｋ ｇ。 ３ 试验结果及分析 ３．１ 物理化学性质试验 ３．１．１ 物理性质实验 Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ １ ６ ７ １－２ ９ ０ ０ Ｃ Ｎ ４ ３－１ ３ ４ ７／Ｔ Ｄ 采矿技术 第１ ９卷 第１期 Ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，Ｖ ｏ ｌ ． １ ９，Ｎ ｏ ．１ ２ ０ １ ９年１月 Ｊ ａ ｎ ． ２ ０ １ ９ ChaoXing 本次物理性质试验主要测试全尾砂的比重、 容 重、 孔隙率等参数， 另外对龙桥胶固粉成品比重也进 行测定， 以计算全尾砂料浆容重与浓度对照， 结果见 表１ 。另外实验室采用 ＭＡ Ｓ Ｔ Ｅ Ｒ Ｓ Ｉ Ｚ Ｅ Ｒ ２ ０ ０ ０型激 光衍射粒度分析仪测定粒度分布。本次试验主要是 对全尾砂进行粒度分布测定。实验结果见表２。 表１ 物理性质试验结果 充填材料 比重 ／ （ｔ／ｍ３） 松散容重 ／ （ｔ／ｍ３） 密实容重 ／ （ｔ／ｍ３） 孔隙率 ／％ 全尾砂 ２．８ ４ １．２ ２ １．８ １ ３ ６．３ ０ 胶固粉成品 ２．８ ４ ／／／ 表２ 全尾砂粒度测定试验结果 粒径／ μｍ 累计含量／％粒径／ μｍ 累计含量／％ －１ ３．２－７ ４ ７ ５．０ ４ ５ －５ ２ ８．３ ４ ４－１ ０ ０ ８ ５．０ ３ －１ ０ ４ ２．８ ９ ２－２ ０ ０ ９ ２．７ ９ －２ ０ ５ ７．０ ４－２ ５ ０ ９ ５．０ ３ －３ ５ ６ ６．３ １ ７－５ ０ ０ ９ ９．９ ８ －５ ０ ７ ０．７ ９ １－１ ０ ０ ０ １ ０ ０ ３．１．２ 化学性质实验 充填材料中的各种化学成分及其含量对充填体 强度有一定的影响， 本次试验主要测定全尾砂与母 料的化学成分， 测定结果如表３所示。 表３ 化学成分测定结果 ／％ 充填材料Ｔ Ｆ ｅ Ｓ ｉ Ｏ２Ａ ｌ２Ｏ３ Ｍ ｇ Ｏ Ｃ ａ Ｏ 全尾砂１ １ ３．７ ８ ３ ４．９ ７ ８．４ ３ ５．６ ６ ８．２ ８ 母料／ １ ０．４ ４ １．７ ６ ２．５ ２ ３ ５．８ ５ 充填材料Ｓ Ｃ ｕ Ｎ ａ其他 全尾砂１ １．２ ７ ０．０ ３ ５／ ２ ７．５ ７ ５ 母料／／ ０．０ ７ １ ４ ９．３ ６ ３．１．３ 试验结果分析 根据以上实验室试验数据可以得出 （ １）充填物料中， 碱性环境对于充填体后期强 度增长较为有利， 通常采用“ 碱度系数”Ｍ来衡量物 料之间的碱性程度（Ｍ＞１， 为碱性； Ｍ＜１， 为酸性） ， Ｍ＝（Ｃ ａ Ｏ＋ Ｍ ｇ Ｏ） ／ （Ａ ｌ２Ｏ３＋Ｓ ｉ Ｏ２） 。 （ ２）全 尾 砂 Ａ ｌ２Ｏ３、Ｓ 含 量 增 加， 而 Ｃ ａ Ｏ 与 Ｍ ｇ Ｏ 的含量皆降低， 经计算３种物料的碱度系数分 别为 全尾砂为０．３ ２ １；２ ０ １ ４年全尾砂为０．４ ９ ８； 母 料为３．１ ４ ５。 因此全尾砂的酸性增加， 对充填体后期强度产 生负面影响， 母料的碱度系数较高， 达３． １ ４ ５。 （ ３）全尾砂的 Ｔ Ｆ ｅ的含量较高， 所以可以解释 全尾砂的比重也比之前取的尾砂（ ２．７） 大。 ３．２ 强度配比试验 ３．２．１ 试验方案 根据尾砂性质及相关经验， 初步配制出４种类型 新型胶结剂分别进行强度配比试验， 具体方案如下 （ １）充填料 新型胶结剂１＋全尾砂２； （ ２）充填料 新型胶结剂２＋全尾砂２； （ ３）充填料 新型胶结剂３＋全尾砂２； （ ４）充填料 新型胶结剂４＋全尾砂２； （ ５）充填料 龙桥胶结剂＋全尾砂２。 料浆浓度６ ４％、 龄期３，７，２ ８ｄ， 灰砂比１∶４， １∶６，１∶８，１∶１ ２，１∶１ ５。 ３．２．２ 试验结果 充填强度试验结果见图１～ 图５ ， 另外测定了新 型胶结剂３＋全尾砂各配比条件下充填料浆的泌水 率、 沉缩率等参数， 结果如表４所示。 图１ 灰砂比１∶４时各胶凝剂强度增长曲线 图２ 灰砂比１∶６时各胶凝剂强度增长曲线 图３ 灰砂比１∶８时各胶凝剂强度增长曲线 ９３ 彭 亮， 等 龙桥铁矿胶凝材料性能对比试验研究 ChaoXing 图４ 灰砂比１∶１ ２时各胶凝剂强度增长曲线 图５ 灰砂比１∶１ ５时各胶凝剂强度增长曲线 表４ 各配比泌水率、 沉缩率计算结果 序号编号灰砂比 质量浓 度／％ 泌出水 重／ｇ 沉缩体 积／ｍＬ 泌水率 ／％ 沉缩率 ／％ １ １ ２ ２ ４－０ １ ２ １ ２ ２ ４－０ ２ ３ １ ２ ２ ４－０ ３ １∶４ ６ ２ ３ ６．８ ５ ９．７ １ ０．３ ０ １ ０．４ ０ ６ ４ ２ ３．１ ４ １． ０ ６．７ ０ ７．１ ４ ６ ６ １ ６．６ ２ ５． ９ ０．０ ０ ４．５ １ ４ １ ２ ２ ４－０ ４ ５ １ ２ ２ ４－０ ５ ６ １ ２ ２ ４－０ ６ １∶６ ６ ２ ３ ３ ３ ５． １ ９．１ ０ ６．１ １ ６ ４ ２ ３．７ ２ ７． ８ ６．７ ６ ４．８ ４ ６ ６ １ ２．８ １ ７． ９ ３．８ ０ ３．１ ２ ７ １ ２ ２ ４－０ ７ ８ １ ２ ２ ４－０ ８ ９ １ ２ ２ ４－０ ９ １∶８ ６ ２ ４ ４．６ ４ ９．３ １ ２．３ ６ ８．５ ９ ６ ４ ２ ４．３ ３ １． ６ ６．９ ８ ５．５ １ ６ ６ ０．１－ ２ ０． １ ４．９ ５ ３．５ ０ ３．３ 试验结果分析 根据试验强度结果可知 （ １）所研发的４种胶结剂中， 试块强度增长快 慢依次为 新型胶结剂３＞新型胶结剂４＞新型胶结 剂２＞ 新型胶结剂１， 从各灰砂比强度对比情况来 看， 新型胶结剂３与龙桥胶固粉成品相当。 （ ２）新型胶结剂３＋全尾砂， 当灰砂比为１∶４～ １∶６时， ２ ８ｄ强度值为２．１～３．９ １ＭＰ ａ， 当灰砂比为 １∶８～１∶１ ５时， ２ ８ｄ强度值为０．３ ３ ４～１．３ ２ ６ＭＰ ａ。 （ ３）从整体来看， 在低灰砂比时所研发的４种 胶结剂强度增长较龙桥胶结剂成品要快、 强度略高。 （ ４）新型胶结剂３＋全尾砂的充填料浆中， 各浓 度充填体泌水率、 结石率分别为 １∶４时， 泌水率为 ０％～１ ０％、 结石率为９ ０％～９ ６％；１∶６时， 泌水率 为４％～９％、 结石率为９ ４％～９ ７％； １∶８时， 泌水 率为５％～１ ２％、 结石率为９ １％～９ ６％。 从试验数据可得胶结剂３比龙桥胶结剂成品的 充填料浆泌水率低、 结石率略高， 整体胶结性能更好。 ４ 结论及建议 根据本次充填材料实验室试验研究结果， 可以 得出以下结论及建议 （ １）初步所选的几种胶结剂中， 新型胶结剂３ 的充填体强度最好， 强度与现有龙桥铁矿胶固粉成 品相当， 灰砂比为１∶６时充填体强度均可满足采矿 方法要求， 但新型胶结剂３比龙桥胶结剂成品的充 填料浆泌水率低、 结石率略高， 整体胶结性能更好。 （ ２）针对目前矿山的尾砂性质变化， 给出以下 几点建议 一是改善水渣质量与提高胶固粉生产过 程中配比的准确性， 可以改善最终胶固粉质量， 提高 充填体强度； 二是由于尾砂、 胶固粉比重发生变化， 可对目前充填站自动控制相关参数进行重新调整和 仪表校正， 以使灰砂比配比准确； 三是根据现场考察 发现， 在实际充填过程中浓密机底流尾砂粒度分布 不均， 刚开始放砂时粒度较粗， 充填到最后尾砂开始 变细， 另外， 充填浓度值与充填倍线、 充填流量、 灰砂 比等都有一定关系， 所以充填浓度须根据现场实际 情况， 在保证流动性前提下尽量提高（ 塌落度值≥２ ７ ｃ ｍ） ， 以最终改善充填体强度。 参考文献 ［１］彭 亮， 焦志慧， 袁 仲．分级尾砂＋戈壁集料在杜达铅锌矿 的工业应用试验研究［Ｊ］．矿业研究与开发， ２ ０ １ ７，３ ７（９） ２ ２－ ２ ５． ［２］邓代强， 李夕兵， 姚中亮， 康瑞海， 彭 亮， 王 旭．尾砂胶结 充填技术在西朝钼矿的应用［Ｊ］．中国矿业，２ ０ １ ６（３） ８ １－８ ２ ＋９ ２． ［３］彭 亮， 康瑞海， 姚中亮， 杨耀亮， 王 旭， 江 科．杜达铅锌 矿充填骨料粒级组成分析研究［Ｊ］．矿业研究与开发，２ ０ １ ６， ３ ６（１ ０） ５ ４－５ ８． ［４］邓代强， 李夕兵， 姚中亮， 康瑞海， 王 旭， 彭 亮．阿舍勒铜 矿粗骨料充填料浆流动性能研究［Ｊ］．有色金属工程，２ ０ １ ６ （１） ５ ４－５ ７． ［５］闻奎武， 彭 亮， 康瑞海， 王 旭． 高硫极细尾砂充填料强度 配比试验研究［Ｊ］．采矿技术， ２ ０ １ ６，１ ６（４） ４ ０－４ ２． ［６］康瑞海， 彭 亮， 姚中亮．杜达铅锌矿粗骨料充填料浆流动性 研究［Ｊ］． 矿业研究与开发， ２ ０ １ ７，３ ７（３） １ ４－１ ８． ［７］姚中亮．结构流体胶结充填技术应用及展望［Ｊ］．矿业研究与 开发，２ ０ １ ６， ３ ６（１ ０） ３ ９－４ ５． ［８］姚中亮． 全尾砂结构流体胶结充填的理论与实践［Ｊ］． 矿业研 究与开发，２ ０ ０ ６，２ ６（Ｓ １） １ ５－１ ８＋４ ８． （ 收稿日期 ２ ０ １ ８－０ ９－０ １） ０４ 采矿技术 ２ ０ １ ９，１ ９（１） ChaoXing
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