铜矿全尾砂新型胶凝材料试验

铜矿全尾砂新型胶凝材料试验
徐刚;李品杰
【摘要】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.
【期刊名称】《现代矿业》
【年(卷),期】2016(000)010
【总页数】3页(P181-183)
【关键词】铜矿全尾矿;胶凝材料;抗压强度;沉降浓度;坍落度
【作者】徐刚;李品杰
【作者单位】铜陵有色股份铜山矿业有限公司;铜陵有色股份铜山矿业有限公司【正文语种】中文
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。

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)。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。