尾砂粒級組成對膏體充填的影響研究

0尾砂級配研究近年來，基于細粒尾砂的濃縮脫水和石膏系統準備技術的改進，以及長距離石膏材料的高流量輸送技術，石膏體積填充技術得到了迅速發展。不同礦山因地質條件及選礦工藝不同，所產尾砂千差萬別，關于尾砂級配研究也是不盡相同。目前國內對膏體充填尾砂級配的相關研究還很少，王洪江某礦山生產擴能后決定新建膏體充填系統，為尋求制備膏體充填料漿的最優級配尾砂，本研究對該礦山生產的不同級配尾砂進行粒級組成測定試驗分析以及不同級配尾砂骨料料漿流變特性分析，最終選定該礦山膏體充填最優尾砂級配，且研究結果為同類型礦山進行膏體充填前的尾砂骨料選擇提供了參考。1試驗和分析了不同砂粒等級的組成1.1尾砂試樣及分級尾砂材料分為全尾砂與分級尾砂。全尾砂試樣來自礦山選廠，分級尾砂試樣為經深錐濃密處理后的不同底流產率的A、B、C、D、E5種分級尾砂。1.2尾砂粒級測定以往實驗室經驗表明：激光粒度分析儀測定0.045mm以上尾砂粒徑易出現精度不足問題，故采用篩分法結合激光分析法進行尾砂粒級組成測定。首先采用篩分法測定0.045mm以上粒徑，試驗設備為標準檢驗篩及濕式振篩機；篩分所得0.045mm以下粒徑采用激光分析法測定，試驗儀器為歐美克LS-POP(9）型激光粒度分析儀。1.3測量結果對篩分法測得0.045mm以上粒徑及激光分析法測得0.045mm以下粒徑進行數據整合，所測定粒徑累計分布率結果見表1。1.4尾砂粒級測定(1）尾砂整體粒徑大小關系分析。根據表1粒級測定數據，全尾砂與5種分級尾砂粒級組成的對比見圖1。對比尾砂各粒徑累積分布率，整體上6種尾砂的粒徑大小關系表現為：底流產出A分級尾砂<底流產出B分級尾砂<底流產出C分級尾砂<底流產出D分級尾砂<底流產出E分級尾砂<全尾砂。即A分級尾砂顆粒最粗，全尾砂顆粒最細。(2）尾砂顆粒均勻程度分析。顆粒不均勻系數C對尾砂粒級測定結果進行數據擬合，所得尾砂粒徑重要特征參數見表2。計算得6種尾砂顆粒不均勻系數見表3。表3表明，6種尾砂均C(3)-20μm粒徑占比分析。膏體充填選擇尾砂骨料，目前國內外普遍將-20μm粒徑占比作為重要分析指標，認為其占比在15%～20%之間為合理參考區間。本次粒級測定的6種尾砂-20μm粒徑占比見表4。表4表明，作為膏體充填料漿的尾砂骨料，A分級尾砂及全尾砂的-20μm粒徑占比不在合理參考區間，不宜優先選擇作為膏體充填尾砂骨料。2充填料漿流變特性膏體物料中含有大量的超細顆粒，這些顆粒在表面物理化學作用下形成具有一定抗剪強度的三維絮凝網狀結構，使膏體料漿兼有固體和液體的特征，呈“半固體”狀態、非牛頓流體流動。Bingham模型是表征膏體流變關系最常用且有效的模型之一，可以對膏體的流變規律進行較為精確的描述式中，τ為剪切應力，Pa；τ黏度表征剪切力與剪切速率的線性遞增關系，屈服應力則更直觀的表現表征膏體料漿流變特性，當剪切力超過屈服應力時，料漿開始流動。目前國內外研究普遍認為，充填料漿屈服應力大于（200±25)Pa時，可以視為膏體。本次流變特性試驗主要對用6種尾砂做為骨料所制充填料漿的屈服應力指標進行研究分析。2.1試驗材料粒級測定試驗中的全尾砂及A、B、C、D、E5種分級尾砂；目前該礦山生產所用的P.O42.5型水泥；實驗室內的自來水。2.2各配合比方案的確定參考該礦山之前生產階段的充填情況，設計制備試驗用充填料漿的配合比方案見表5。本次流變試驗所用設備為R/S-SST軟固體測試儀，其轉子選用V3-40-20規格的十字型轉子，選用400mL規格的燒杯盛裝試驗料漿，其內徑為80mm。2.3測量結果對用全尾砂及5種分級尾砂所制成的不同濃度充填料漿進行流變測試試驗，測試選用Bingham模型，測得試驗料漿的屈服應力結果見表5。2.4尾砂料漿屈服應力隨濃度的變化情況下，充填料漿屈服應力隨粒徑大小的變化而顯著(1）濃度對料漿屈服應力的影響。從6種尾砂料漿流變試驗數據可以明顯得出，濃度作為料漿唯一變量時，屈服應力隨濃度的提高而增大。(2）粒徑大小對料漿屈服應力的影響。對濃度具有參考可比性的5種分級尾砂料漿測定數據繪圖分析，如圖2所示。分析可得越細粒徑的尾砂作為骨料所制料漿在同一濃度下所達到的屈服應力值越高，即尾砂中細粒徑較粗粒徑對料漿屈服應力的提高，影響為正相關。2.5膏體充填料漿濃度前述已得，同一尾砂骨料料漿濃度作為唯一變量，濃度越大，料漿屈服應力越大。從流變角度分析，料漿屈服應力大于（200±25)Pa時，可視為膏體料漿，但屈服應力過大，則實際生產活動中料漿輸送難度加大，提高生產成本。為便于輸送，膏體充填料漿其屈服應力一般不宜大于225Pa。但對于井下充填而言，充填料漿濃度作為唯一變量，濃度越高，形成的充填體越穩定，越能最大程度利用尾砂。綜上，對于膏體充填料漿濃度可總結為：屈服應力在（200±25)Pa范圍內，相同尾砂不同濃度料漿的屈服應力最大值，其濃度即為適宜輸送的膏體料漿極限濃度。那么對于不同尾砂來說，其制備的料漿極限充填濃度最高者，從流變學角度即為膏體充填最優選用的尾砂。分析本次6種尾砂骨料充填料漿可得：(1）首先從表5中容易分析得出，全尾砂作為骨料時，70%濃度料漿的屈服應力已達235.79Pa，即充填濃度上限只能達到70%，該值低于所有分級尾砂；(2)A分級尾砂作為骨料時，77%濃度料漿屈服應力只有102.17Pa，該骨料很難形成膏體料漿，基本不能實現膏體充填；(3)D及E分級尾砂作為骨料時，最高充填濃度可達74%,C分級尾砂作為骨料時，最高充填濃度可達75%,B分級尾砂作為骨料時，最高充填濃度可達77%。3尾砂級占比分析結合粒級組成分析及流變特性分析，針對本次研究的6種尾砂及用6種尾砂做為骨料所制的試驗料漿，可得如下結論：(1）滿足顆粒均勻程度，級配良好，且-20μm粒徑占比在膏體充填料漿骨料合理參考區間的尾砂有C、D分級尾砂，E分級尾砂-20μm粒徑占比為20.713%，也基本滿足；(2）綜合流變分析，C、D、E3種分級尾砂作為骨料的充填料漿，在滿足膏體料漿前提下，用C分級尾砂為骨料的料漿其極限濃度可達75%，高于D、E分級尾砂；(3）本次研究的宗旨是在滿足該礦山膏體充填的前提下，選用合理級配的尾砂，提高充填