不同粗骨料对膏体凝结性能的影响及配比优化

甘肃金川铜镍矿似膏体充填料浆水化凝结时间迟缓、粗骨料离析程度大,严重影响充填浆体的质量。本文以金川二矿区全尾砂、废石和棒磨砂为实验材料,采用全面实验设计法,研究不同质量分数、粗骨料及尾骨比（全尾砂与粗骨料质量比）对膏体充填凝结性能、抗压强度和流变特性的影响规律。实验结果表明:全尾砂–粗骨料膏体中,粗骨料的比表面积和化学成分（活性MgO和CaO）是影响凝结时间的主要因素;凝结时间随尾骨比增加而缩短,屈服应力随尾骨比增加而增加,塑性黏度（全尾砂–废石、全尾砂–棒磨砂膏体）随尾骨比增加而增加;全尾砂–废石膏体抗压强度优于全尾砂–废石–棒磨砂膏体抗压强度;最短凝结时间及最佳抗压强度（全尾砂–废石膏体、尾骨比5∶5）比矿用凝结时间和抗压强度分别缩短2.1 h和增加33%以上。最后对凝结性能进行单目标及多目标回归优化,多目标回归优化表明:全尾砂–废石–棒磨砂膏体最佳凝结时间为270～300 min、尾骨比10∶6∶6～10∶7∶7、屈服应力为167.0～169.0 Pa;全尾砂–棒磨砂膏体最佳凝结时间为300～330 min、尾骨比10∶14～10∶16、屈服应力为164.0～167.0 Pa,满足矿山生产要求。      

混合粗骨料配比对充填体强度及浆体流动性能的影响规律

为缓解金川龙首矿棒磨砂产量不足和充填成本上升带来的压力,提升充填体的稳定性,对金川龙首矿棒磨砂、废石混合粗骨料与固结粉的充填特性进行了研究。选择-5 mm棒磨砂和-12 mm废石混合新型固结粉作为充填材料,在灰砂比为1∶4的基础上,开展充填体强度测试和浆体流变性、流动性及泌水率试验,分析混合骨料配比对其充填综合性能的影响规律,从而提出最佳配比参数。结果表明：随着废石掺量的增加,充填体3 d强度出现略微下降,7 d和28 d强度呈现小幅增长的趋势;浆体屈服应力随废石掺量的增加而增大,黏度系数不断减小,当废石掺量小于35%时,浆体屈服应力均小于150 Pa;充填浆体塌落度和扩展度随废石掺量的增加而急剧减小,塌落度为27~29 cm,能够满足自流输送的要求;浆体泌水率为9%~12%,随着废石掺量的增加泌水率减少,有利于提升浆体的抗离析性;混合粗骨料中废石最佳掺量为30%,最佳质量浓度为82%~83%,在该参数条件下充填体各项指标均能满足金川龙首矿充填质量标准,对于提升矿区充填体稳定性和降低充填成本具有重要意义。     

废石全尾砂高浓度充填料浆的均质化模型

针对废石全尾砂高浓度充填料浆管输易堵管及充填体分层的问题，开展减水剂、搅拌参数等对料浆均质性影响的试验及料浆均质化定量表征的研究。首先基于泌水?坍落度试验确定了聚羧酸系(PC)减水剂及其掺量区间，获得了PC作用下的料浆流变参数及充填体强度的变化规律。其次，通过图像处理技术分析搅拌料浆表面特征，明确了PC作用下搅拌时长及废尾比(废石与尾矿质量比)对料浆均质化的影响规律。最后，构建了废石全尾砂高浓度充填料浆的均质化模型。结果表明，PC作用能够降低料浆的屈服应力与塑性黏度系数，改善料浆流动性。合理掺量可以提升充填体的早期强度，但对28 d强度有削弱。料浆表面图像信息熵越高、黑色像素点占比越小，料浆均质化程度越高，且均质化程度随搅拌时长、废尾比的增大呈先增大后减小趋势。当PC的质量分数为0.26%~0.5%时，料浆均质化程度高，PC质量分数为0.5%时料浆屈服应力和塑性黏度达到最小值，分别为202.25 Pa和0.79 Pa·s。      

浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理

针对膏体充填技术中添加絮凝剂对尾砂浓密后浓度提高有限，且屈服应力增大，流动性降低等问题，研究了絮凝剂?浓密增效剂共同作用，进一步提高全尾砂膏体充填料浆浓度，降低料浆屈服应力，并从微观角度进行机理分析. 结果表明:通过沉降与流变试验发现，最佳添加工艺为加入絮凝剂沉降完毕后再加入浓密增效剂，固相质量分数可提高8.57%～10.13%，同时屈服应力降低6.68～12.85 Pa；多组分浓密增效剂不仅能降低单耗与成本，还可以提高膏体充填材料的抗压强度；灰砂质量比1∶12并添加浓密增效剂的膏体充填材料28 d抗压强度为2.5 MPa，与灰砂质量比1∶6未添加浓密增效剂的膏体充填材料强度相差小于20%；通过总有机碳（TOC）吸附试验与Zeta电位试验发现，浓密增效剂具有吸附与分散的作用，会打开絮凝结构，释放絮团间水，从而提高尾砂浓度，并改善尾砂颗粒的流动性.      

全尾砂?废石膏体流变特性及阻力演化

为了研究全尾砂?废石膏体的管道输送特性,采用流变仪测试了不同尾砂?废石质量比（尾废比）及固体质量分数条件下膏体的流变特性,构建了综合考虑密实度、灰砂比及体积分数的输送阻力方程。将该方程代入Comsol软件中进行模拟计算并与环管实测结果进行对比验证,数值模型所测误差均在7%以内,说明该模型用于计算全尾砂?废石膏体的阻力特性是合理的,还模拟了不同浓度、尾废比及初始速度条件下管道输送阻力的变化特征。实验结果表明:塑性黏度和屈服应力随着粗骨料膏体固体质量分数和尾废比的增加而增大;由于颗粒间的摩擦效应导致阻力损失随尾废比的增加呈先增大后减小的趋势,阻力损失在尾废比5∶5处取得最小值;固体质量分数增大导致水含量的降低,使粗骨料浆体难以流动,从而导致阻力损失快速增长;初始流速增加,颗粒运动变得不稳定,摩擦加剧,并于“拐点”—2.2 m·s?1处阻力损失的增长率大大提高。研究成果对于粗骨料膏体管输系统的设计具有一定借鉴意义。      

超细全尾砂充填配比优化正交试验研究

为了研究灰砂质量比、固相质量分数和温度对充填料浆各性能指标的影响规律,确定不同温度范围适合采矿工艺要求的充填材料控制参数。结合北方某矿山工程实践,以司家营磁铁矿全尾砂为充填骨料,新型胶凝材料为胶结料,运用正交试验设计法进行充填配比优化试验,得到以上3个因素对充填体28 d抗压强度、泌水率、塌落度和初凝时间等4个评价指标的敏感程度,以及各指标随各因素的变化趋势,确定最优的配比参数。试验结果表明：通过增大灰砂质量比可以提高充填体强度并缩短初凝时间,而充填体的泌水率和塌落度对固相质量分数最敏感;料浆充填性能随温度升高而提高,当温度为10 ℃ 和20 ℃时,最优配比为灰砂质量比1∶6,固相质量分数70%;当温度为30 ℃时,最优配比为灰砂质量比1∶8,固相质量分数72%。在不同温度范围采用不同配比参数可以降低充填成本。     

尾砂溢流水对膏体充填体强度影响研究

为了研究尾砂溢流水对废石-全尾砂膏体充填体的影响，通过扫描电镜、X射线衍射(XRD)等试验方法，分析尾砂溢流水、尾砂的粒级分布、化学成分，探讨尾砂溢流水对水泥质量、膏体充填体强度的影响，并论证尾砂溢流水导致后期强度降低的机理。结果表明：尾砂溢流水的化学成分满足井下膏体充填用水要求，添加尾砂溢流水较新水充填体前期强度提高16%～34%;但后期充填体强度由于酸性环境和含硫尾砂的影响，充填体强度降低约14%。     

某矿膏体充填物料综合性能实验研究

针对某矿膏体充填物料,通过全面实验法研究了膏体充填材料的综合性能,并推荐了最优配比。结果表明,浓度与塌落度、分层度、泌水率呈负相关,与强度正相关;水泥添加量与塌落度、28d强度正相关,与分层度、泌水率负相关。根据塌落度25~27cm、分层度0.3~0.6cm、泌水率5%~15%时,推荐全尾砂与水淬渣重量比例为75∶25,28d单轴强度2MPa时灰砂比为1∶8,膏体浓度为76%~78%;当28d单轴强度0.5MPa时,灰砂比为1∶16,膏体浓度为76%~78%。     

新型胶凝材料充填配合比优化研究

随着选矿工艺的进步,选矿厂生产的尾砂细粒级占比逐渐升高,井下充填体强度降低,为了满足矿山对井下充填体强度要求不得不增加胶凝材料掺量,这使得充填成本升高,影响了矿山效益。针对锦丰金矿胶结充填体存在的问题,提出对所用胶凝材料进行优化,用胶固粉代替水泥作为胶凝材料,并对胶固粉和水泥开展了充填配合比试验,验证了胶固粉代替水泥作为胶凝材料的可行性,在此基础上又单独对胶固粉开展了配合比优化试验,得到了料浆浓度65%时,5.5%胶固粉掺量即可达到锦丰金矿充填体7 d单轴抗压强度0.35 MPa的要求;从经济效益方面进行分析发现,用胶固粉代替水泥作为胶凝材料,每年可节约充填成本约950万元。     

基于响应面法的膨胀性充填体强度演化规律及配比优化

针对某铁矿采场充填接顶率低和接顶效果差的问题,通过添加复合膨胀剂可实现采场主动接顶.采用响应面法,借助Design-Expert软件中的Box-Behnken design (BBD)方法,开展了膨胀性充填体强度配比试验,研究了料浆质量分数、胶固粉质量分数和复合膨胀剂质量分数对膨胀性充填体抗压强度的影响规律.结果表明,单一因素及各因素间交互作用对膨胀性充填体抗压强度均有显著影响,其中胶固粉质量分数影响最大,复合膨胀剂质量分数次之,料浆质量分数最小;料浆质量分数与胶固粉质量分数的交互作用对充填体的早、中期抗压强度影响最为显著,胶固粉质量分数与复合膨胀剂质量分数的交互作用对充填体的后期抗压强度影响最为显著.通过目标规划法确定了膨胀性充填体最优配比：料浆质量分数为69%,胶固粉质量分数为10%,复合膨胀剂质量分数为3×10^–4.利用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析发现,复合膨胀剂可使充填体的内部结构疏松而引起膨胀,提高充填接顶率.     

金川矿山废石－全尾砂高浓度充填工艺试验研究

废石和尾砂是矿山企业的大宗工业废料且不存在来源不足问题,如何高效利用废石和尾砂进行充填采矿是采矿界的前沿性课题.本文结合金川公司充填工艺介绍了废石-尾砂高浓度管输充填新技术,并阐述了该技术中高浓度充填和膏体充填的特点,且充填成本低.      

碱激发水泥?磷渣固化性能及与含硫尾砂的相容性

基于磷渣材料水化特性和矿山充填应用条件,研究碱激发水泥?磷渣共同作为胶凝材料（CPCM）胶结含硫尾砂的可行性。选取生石灰、NaOH、Na₂SiO₃作为激发剂,开展CPCM固化性能试验,并评价CPCM与含硫尾砂相容性。研究结果表明:磷渣掺量为水泥的100%、生石灰为3%时,CPCM终凝时间300 min,28 d抗压强度40.6 MPa,基本可等量替代P.O 42.5水泥应用于矿山嗣后充填。Na₂SiO₃掺量4%时,CPCM终凝时间比水泥缩短39.3%,7 d强度提高31.1%。与水泥相比,CPCM使充填体凝结时间缩短8 h左右,且固化28 d后强度未出现劣化,表明CPCM与含硫尾砂相容性好。X射线衍射、扫描电镜和电子能谱分析表明,CPCM水化产物主要为Ca(OH)₂和C?S?H。磷渣不断水化,导致Ca(OH)₂含量下降,逐渐形成致密的低Ca/Si摩尔比C?S?H,这不仅保证了CPCM后期强度增加,而且避免了充填体强度劣化。      

全尾砂膏体流变学研究现状与展望（上）:概念、特性与模型

膏体充填为矿产资源的深部开采及可持续发展提供了安全、绿色、高效的技术保障，已成为矿业领域的研究热点和发展趋势之一。全尾砂膏体流变学是膏体充填全套工艺流程的重要理论基础，深刻影响着膏体充填技术的发展。本文从膏体的内涵出发，系统性地论述了膏体流变学研究的必要性、特殊性及复杂性。并以膏体流变实验结果为基础，分析了全尾砂膏体的典型流变特性及最新研究成果。总结了常用的屈服型非牛顿流体流变模型，并探讨了常用流变本构方程对膏体料浆的适用性，对其实际应用提出合理建议。同时对膏体流变特性的关键影响因素进行了概述。根据膏体流变学的研究现状，归纳总结并提出了膏体流变学研究的重点与难点，指出现阶段膏体流变学须从测试标准、本构方程、微观机理及工程应用等方面深入研究。      

基于扩散度的尾砂膏体流变特性

借鉴水泥净浆流动度测试方法,引入扩散度参数判别尾砂膏体的流变特性,开展试验研究分析扩散度与尾砂膏体质量分数（C_w）、灰砂比、屈服应力和黏度系数的关系,根据5个矿山的扩散度和流变参数测试结果,构建扩散度与屈服应力的经验模型,并与推导的解析模型作对比。结果表明:尾砂膏体的扩散度主要与质量分数有关,灰砂比对其影响不显著,随质量分数、屈服应力和黏度的增加而减小,质量分数为68%、70%和72%的尾砂膏体的扩散度分别为20.37、17.22和12.44 cm;尾砂膏体的扩散度与屈服应力的变化趋势相吻合,二者呈指数型函数关系,经验模型计算得到的屈服应力与测试结果误差在25%范围内,且尾砂膏体质量分数越大,二者的误差越小,达到10%以内;解析模型与经验模型计算所得的屈服应力在扩散度为12～16 cm之间结果较接近,解析模型计算结果整体上高于测试值;相比于坍落度,扩散度测试简便易操作,扩散度能有效表征尾砂膏体的流变特性,指导矿山现场充填。      

Al-Ni-Er三元体系相平衡研究

高强铝合金具有密度低、强度高、热加工性能好等优点, 是航空航天领域的主要结构材料。现代航空航天工业的发展, 对高强铝合金的强度和综合性能提出了更高要求。研究和应用双相纳米结构铝合金离不开精确可靠的相图信息。通过X射线衍射(XRD), 扫描电子显微镜(SEM)和电子探针显微分析(EPMA/WDS), 对Al-Ni-Er三元体系在400 ℃下的相平衡进行了实验研究。结果表明: ①在平衡合金样品中发现了新的三元化合物τ₁₁-AlNiEr₄, τ₁₂-AlNi₆Er₁₃和τ₁₃-AlNi₂Er; ②化合物τ₅, τ₁₀, τ₁₃, AlNi₃, AlNi, Al₃Ni₂, Al₂Er, ErNi₂和ErNi₅具有一定范围的固溶度。400 ℃时, Ni在Al₂Er中的固溶度为8.93%(原子分数), Al在ErNi₂中的固溶度为2.00%(原子分数); ③CaCu₅-ErNi₅是连续固溶体, 对Al的最大固溶度为33.33%(原子分数)。      

金川矿山废石-全尾砂高浓度充填工艺试验研究

废石和尾砂是矿山企业的大宗工业废料且不存在来源不足问题，如何高效利用废石和尾砂进行充填采矿是采矿界的前沿性课题．本文结合金川公司充填工艺介绍了废石一尾砂高浓度管输充填新技术，并阐述了该技术中高浓度充填和膏体充填的特点，且充填成本低．     

氢化物发生-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定尾矿渣固体废物水浸出液中痕量铅

建立了一种简单、灵敏度高的测定尾矿渣固体废物水浸出液中痕量铅的方法。样品经用水振荡浸取和硝酸处理后,在4%(体积分数)盐酸介质中,用10 g/L的硼氢化钠-氢氧化钠-铁氰化钾作为还原剂,将自行设计的一种新型氢化物发生器与电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)联用测定了浸出液中痕量铅。方法通过在还原剂中加入一种自制的铅稳定剂,解决了测量体系不稳定的问题。方法检出限为1.0 μg/L,样品的加标回收率为90.5%~106.5%,相对标准偏差(RSD)小于6%。样品测量过程快速、简单,无记忆效应的影响,适合尾矿渣固体废物水浸出液中痕量铅的测定。     

良山铁矿全尾砂胶结充填参数的合理选择

结合良山铁矿全尾砂胶结充填工艺的主要影响因素,提出不同充填配比参数并对其进行回归预测分析,得到影响充填体强度的主要因子及其与充填强度的关系曲线。根据采场参数,运用不同的数学模型计算出充填体的设计强度范围为0.18~1.30 MPa,并利用ABAQUS软件对采场回采后相邻采场中充填体的受力变形情况进行了模拟分析。结果表明：充填采场中配比为1∶8时充填体强度略有盈余;配比为1∶20时充填体强度不足,充填体会发生压裂破坏;配比为1∶15时充填体强度能满足采场安全要求。选择浓度70%,灰砂比1∶15的充填配比能够控制采场的变形和破坏。     

采矿废石—尾砂混合骨料在下向分层进路胶结充填采矿中应用的试验研究

为了降低金川矿山充填采矿成本,针对下向分层进路胶结充填采矿法,开展了废石—尾砂混合骨料现场工业充填试验。对废石和尾砂进行了粒度分析与级配研究,选取合适的废石—尾砂配比混合骨料开展现场工业充填试验研究。结果表明：-16 mm废石粗骨料和选矿尾砂细骨料的配比在5∶5~7∶3范围内,此时混合骨料的堆积密实度达到或接近于最大;对于废石与尾砂配比为6∶4和5∶5的混合骨料,当水泥添加量为260 kg/m³时,2种配比的混合骨料的胶结充填体强度均满足金川矿山充填法采矿的胶结体强度要求;采用一段搅拌时废石—尾砂混合骨料充填料浆搅拌不均匀,水泥和尾砂存在结团现象,导致胶结充填体均质性较差,整体稳定性较低,因此,废石—尾砂混合骨料的充填料浆需要采取二段活化搅拌来提高胶结充填体整体质量;对混合骨料充填料浆配比的精确控制,是影响胶结充填体强度和整体稳定性的重要因素。