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.     

尾砂浆体仓式浓密技术及其充填应用

矿山尾砂充填料浆物料由尾砂浆体、胶结剂和调浓水组成。尾砂浆体质量浓度的稳定性关系充填料浆制备质量浓度的稳定性,同时决定充填料浆制备的最高质量浓度,是充填料浆制备的核心要素,也是充填成本和质量控制的关键。矿山尾砂充填领域的仓式浓密装备主要有砂仓、深锥浓密机、深锥浓密机和砂仓组合浓密,以及膏体仓储浓密机。膏体仓储浓密机没有耙式系统,膏体仓储浓密机能长时间可靠储存高浓度尾砂浆体,解决矿山采矿—选矿—充填突出的时空矛盾关系,通过系列组合可适用于各型规模矿山,近年来得到广泛应用。在某金矿开展膏体仓储浓密机技术工业应用,尾矿-0.038 mm占66.52%,浓密机溢流水含固量小于200×10^-6,浓密机底流尾砂浆体质量浓度达到56%,过程中波动<1%,放砂浓度稳定,充填料浆质量浓度59%～61%,充填料浆体积泌水率<3%。     

基于尾砂沉降与流变特性的深锥浓密机压耙分析

采用深锥相似模型动态沉降实验及流变参数测定方法研究深锥浓密机压耙原因.结果发现造成深锥浓密机压耙一方面是由全尾砂进料浓度和絮凝剂添加量波动造成全尾砂絮凝沉降效果不佳而引起的;另一方面是间歇式充填排料引起深锥中料浆浓度分布差异性增强,进而导致料浆流变参数突变引起的.通过对深锥压耙机理的研究,为深锥正常运行及事故预测和排除提供理论依据.      

某矿山全尾砂膏体充填配比试验研究

针对某矿山膏体充填物料,先对其物理化学性质进行测定,然后分别对66%～79%不同质量浓度的全尾砂料浆进行流变特性试验分析,并得出在0～120 s~(-1)剪切速率下的流变模型,根据流变模型推导出可输送膏体的临界浓度。在临界浓度附近通过全面试验法研究膏体充填材料的综合性能,最后在满足矿山生产要求的情况下确定膏体充填材料的最优配比范围并对影响配比的因素进行分析。根据矿山要求一步骤充填强度达到1 MPa以上,二步骤充填强度达到0.5 MPa以上,试验结果得出灰砂比为1∶24时,28天单轴抗压强度超过0.5 MPa,满足自立强度要求。灰砂比为1∶8时,28天单轴抗压强度在1 MPa左右,满足一步骤充填强度要求。最终结合料浆流动性和试块强度综合考虑,推荐一步骤回采膏体充填料浆浓度75%～76%,灰砂比1∶8,二步骤回采膏体充填料浆浓度75%～76%,灰砂比1∶24。     

絮凝沉降对浓缩超细尾砂料浆屈服应力的影响

深锥浓密机内底部料浆的屈服应力过高容易导致压耙,为此通过对不同絮凝沉降条件下获得的浓缩超细尾砂料浆的屈服应力进行原位测量,并通过对絮凝前后料浆总有机碳的测试来分析超细尾砂颗粒表面的絮凝剂吸附量,进而分析了絮凝沉降对浓缩超细尾砂料浆屈服应力的影响规律。研究发现,絮凝沉降对浓缩超细尾砂料浆的屈服应力有显著影响,pH和絮凝剂单耗通过影响尾砂颗粒表面的絮凝剂吸附量进而影响浓缩超细尾砂料浆的屈服应力,屈服应力随着pH和絮凝剂单耗的增大均不断增大。综合考虑尾砂料浆的絮凝沉降效果和所得浓缩超细尾砂料浆的屈服应力,最佳絮凝条件是pH值为11和絮凝剂单耗为15 g·t?1,在此最优条件下料浆固液界面的初始沉降速率为0.4565 mm·s?1,沉降后上清液浊度为143 NTU,底部沉积尾砂料浆的固相质量分数为51.56%、屈服应力为243.18 Pa。初步建立了适用于超细人造尾砂的基于絮凝剂吸附量的屈服应力模型,屈服应力随尾砂颗粒表面单位面积的絮凝剂吸附量的增大而增大,为实际生产中控制全尾砂絮凝沉降参数提供参考。      

庙岭金矿分级尾砂胶结充填性能试验研究

为研究庙岭金矿分级尾砂的胶结充填性能，分析了分级尾砂的矿物组成、化学成分、粒级组成等，并进行了分级尾砂的坍落度试验、沉降性能试验、单轴抗压强度试验、压滤试验和L型管道试验。试验结果表明：庙岭金矿分级尾砂充填料浆在灰砂比1∶4、料浆浓度70%～74%时具有良好的抗压强度和流动性、可泵性，可用于矿山充填作业。     

充填材料特性试验研究及充填工艺参数选择

充填料浆流动性和充填体强度是影响矿山充填质量的关键因素。通过开展粗骨料膏体充填料浆流动性及泌水率试验,确定合理的粗骨料膏体浓度范围,并以此浓度范围为基础,开展了充填体强度配比试验,测试了不同浓度、不同灰砂比条件下充填体单轴抗压强度。同时结合强度试验结果分析了充填体强度影响因素及规律。结合矿山生产实际,确定了最佳充填工艺参数,推荐充填工艺参数为:充填料浆浓度74%、底部充填体灰砂比1∶4、顶部充填体灰砂比1∶8。     

基于静态沉降试验的全尾砂浓密技术参数预测

为了研究全尾砂浆浓密技术参数与尾砂物理性质之间的定量关系,对9个金属矿山的全尾砂进行了静态沉降试验.首先测定了这9个金属矿山全尾砂的粒径组成和密度大小,然后对这9个金属矿山的全尾砂分别进行了絮凝沉降试验.试验结果表明:料浆的底流浓度和沉降试验所需絮凝剂用量仅与尾砂的粒径有关,而与尾砂的密度无关,尾砂粒径越粗,底流浓度越...     

全尾砂浓密特性研究及其在浓密机设计中的应用

在实验装置中添加了转子导流系统,使模型装置更接近于现场高效浓密机.采用均匀设计方法,以单位面积固体处理量和底流体积分数作为尾砂浓密效果的评价指标,考察各因素对尾砂浓密效果的影响.结果表明:单位面积固体处理量与絮凝剂单耗正相关,最佳入料体积分数为6.56%;底流体积分数与入料体积分数、停留时间和絮凝剂单耗均正相关.最后通过凯奇沉降模型对沉降曲线进行分析,速度限制层一般为过渡区与压缩区的交界处,根据实验结果和尾砂日处理量计算得出浓密机的最小直径为14m.

     

托库孜巴依金矿尾矿沉降及胶结充填试验研究

充填体的质量对矿山充填质量影响重大,而沉降和抗压强度是充填体的2大物理力学指标。为提高托库孜巴依金矿充填能力并满足生产安全需求,通过试验研究尾矿沉降方式和胶结充填的各种料浆浓度、不同灰砂比,以获得最佳的沉降速度和胶结充填时满足安全生产的合适值。结果表明:自然沉降很难使澄清层达到完全澄清状态,外加剂聚铝比聚铁有更好的助沉效果,当聚铝用量达到1 000 g/t时,压缩区料浆浓度为62. 89%,可完全澄清;对3 d抗压强度要求高的一步矿房充填料浆,灰砂比应在1∶4或1∶5;对3 d抗压强度要求不高时,灰砂比可放宽至1∶8;二步矿房在满足28 d抗压强度≥0. 5 MPa的要求下,应控制尾砂料浆浓度为68%～72%,灰砂比为1∶12,充填料浆浓度为70%～72%。     

超细全尾砂深锥动态絮凝浓密试验

为探明超细全尾砂的浓密特性,开展量筒沉降实验,小型和半工业深锥动态浓密试验。结果表明,分子量1200万的非离子型絮凝剂最利于尾砂沉降,随絮凝剂单耗增加,溢流浊度降低,底流浓度基本不变。随固体通量增加,溢流浊度增加,底流浓度降低。固体通量0.4 t·m?2·h?1,给料固体质量分数12%,絮凝剂单耗50 g·t?1的最佳参数条件下,小型和半工业动态浓密试验的底流平均固体质量分数分别为62.8%和74.4%,泥层高度对底流浓度影响显著。深锥浓密机底流固体质量分数随泥层高度增加呈DoseResp函数增长,分为缓慢增长（泥层1～4 m）、快速增长（泥层4～7 m）和基本稳定（泥层超过7～8 m）3个阶段,这跟尾砂絮团在不同泥层高度下的压缩性能有关。可根据底流浓度与泥层高度的函数关系,调节泥层高度来满足井下充填所需底流浓度。      

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。      

全尾砂无耙深锥稳态浓密性能分析

结合沉降和压滤实验, 对脱水性能数据进行曲线拟合获得连续网状结构形成浓度、压缩屈服应力和干涉沉降系数, 引入Usher提出的稳态浓密性能预测算法, 建立了无耙深锥浓密模型, 分析了絮凝剂单耗、底流中固相的体积分数、泥层高度等对固体通量和固体处理能力的影响规律.研究结果表明: 絮凝剂添加量对沉降区域影响大于压密区域, 20 g·t-1时浓密性能较好, 底流中固相的体积分数越大固体通量越小; 在沉降区域, 固体通量仅与浓度有关, 不受泥层高度影响; 在压密区域, 固体通量为浓度与泥层高度的方程; 模型参数范围内, 当泥层高度 < 3.5 m时, 固体处理能力为浓度与泥层高度的方程, 当泥层高度>3.5 m时, 固体处理能力与固体通量随底流中固相的体积分数变化规律一致.      

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。      

全尾砂膏体充填配比优化正交试验

某新建矿山计划采用全尾砂膏体嗣后充填采矿法进行地下开采。为了提供经济合理、满足强度要求且有利于管道输送的全尾砂膏体充填最优配比方案,以料浆流动性能和充填体强度性能为考察指标进行正交组合配比试验。运用MATLAB软件对试验数据进行极差分析和多元线性回归分析,获得了灰砂比和料浆浓度对充填体强度影响的敏感性以及各力学参数预测模型。结果表明：（1）料浆质量浓度对塌落度的影响起主要作用,灰砂比次之;（2）充填体强度的敏感性随着灰砂比和料浆浓度的增加而增强,充填体强度对灰砂比更敏感,而对料浆浓度的敏感性较弱;（3）确定了全尾砂膏体最优配比：水泥用量为13%,充填料浆质量浓度为77%,此时全尾砂、水泥和水的用量分别占制备全尾砂膏体质量的68.14%、8.86%和23.00%。在该配比条件下,经28 d养护龄期后的抗压强度为2.6279 MPa、弹性模量为205.2 MPa、塌落度为23.7 cm,以较少的水泥用量满足了矿山充填强度指标和自流输送要求。     

泵送剂对高含泥膏体流变特性影响及机理

高含泥尾矿由于其屈服应力大的特点,流动性能差,不利于管道输送.为改善流动性能,设计流变特性试验,对泵送剂影响高含泥膏体流变特性的机理进行分析.研究结果表明,膏体在不同泵送剂添加量情况下,浆体质量分数与屈服应力之间存在显著的线性关系.对该线性函数作进一步分析,发现泵送剂添加量与该函数的截距和斜率之间存在显著的指数关系.最终得出不同泵送剂添加量和浆体质量分数情况下的屈服应力预测函数,能够有效表征泵送剂对高含泥膏体流变特性的影响,有利于泵送剂添加量的预测与膏体流动性能的控制.基于上述预测模型,提出泵送剂对高含泥膏体流变特性的影响机理.通过环境扫描电镜（ESEM）发现泵送剂破坏了絮团结构,添加量在1%左右时破坏最明显.泵送剂使得絮团尺寸变小,进而造成屈服应力的降低;后期由于絮团间距增加,絮团间的作用力削弱,絮团结构破坏速度放缓,与理论分析一致.     

金矿尾矿胶结充填试验及环境效应研究

为探究某金矿尾矿胶结充填后充填体的抗压强度和环境效应,采用金矿全尾砂进行充填配比、重金属浸出和固化试验。充填配比试验中共制备灰砂比分别为1∶6,1∶8,1∶12,1∶20,质量浓度分别为77％,75％,73％的12组试块,分别测试12组试块固化7,12,28 d后的抗压强度。在重金属浸出试验中探究了尾矿充填后的环境效应以及潜在的污染元素,在明确潜在的污染元素后进行了相应的重金属固化试验。结果表明：金矿全尾砂最佳充填配比参数为灰砂比1∶8,质量浓度为75％;金矿尾矿在与胶凝材料混合凝固形成充填体后能够有效控制尾矿中有害元素的浸出,减少对环境的破坏;充填体浸出的As元素对地下水环境有潜在的污染风险,添加3％浓度的FeCl₃后能够有效避免污染发生。     

全固废膏体关键性能指标的多目标优化

在全尾砂膏体充填的基础上提出了全固废膏体充填，将全尾砂、废石、水淬渣等固废制备成膏体料浆充填至井下采空区，实现采空区垮塌、尾矿库溃坝和废石场滑坡的协同治理，达到“全废治三害”的效果。为此，研究了固体质量分数、废石掺量和胶固粉耗量对全固废膏体的塌落度、屈服应力、单轴抗压强度和泌水率的影响。根据国家标准规定的技术指标范围，对全固废膏体的关键性能指标进行了多目标优化。研究发现，全固废膏体的关键性能指标和全尾砂膏体相似，具有良好的流动性、输送性能与力学性能，并具有一定的泌水性。固体质量分数、废石掺量和胶固粉耗量对全固废膏体的关键性能指标具有显著的影响，其中固体质量分数对塌落度和屈服应力影响最大，胶固粉耗量对单轴抗压强度和泌水率的影响最大。通过研究，最终多目标优化所得最优参数是固体质量分数为79.31%、废石掺量为18.86%（质量分数）、胶固粉耗量（胶固粉质量与全尾砂和废石质量之和的比值）为3∶20，对应的塌落度为25.45 cm、屈服应力为100.49 Pa、单轴抗压强度为3.55 MPa、泌水率为1.50%。多目标优化结果可为实际应用提供参考，而总评归一值模型也可应用于其他矿山膏体的多目标优化。      

聚丙烯纤维加筋固化尾砂强度及变形特性

针对胶结充填体脆性强、易开裂等问题,以聚丙烯纤维为加筋材料,通过设置水泥与尾砂质量比为1∶10和1∶20,纤维掺量为0、0.05%、0.15%和0.25%的充填体进行无侧限抗压强度试验,探究纤维掺量对胶结充填体强度及变形特性的影响,借助扫描电镜（SEM）,从微观角度探讨纤维对充填体力学性质的作用机制。研究结果表明:充填料浆的屈服应力随纤维掺量增加呈线性增大,其流态模型符合Bingham流体;随着纤维掺量的增加,充填体的无侧限抗压强度呈先增大后减小趋势,纤维最优掺量为0.15%;掺入纤维有效地减缓了裂纹的扩展,约束了充填体的变形,充填体的峰后应变软化延长,残余强度增大,破坏特征由脆性向延性转变;纤维的加固效果主要受纤维与尾砂?水泥基体界面之间的黏结与摩擦作用控制。      

絮凝剂相对分子质量对赤泥流变学性质的影响

所有用来加速赤泥悬浮固体颗粒沉降的聚合物絮凝剂,都会使赤泥底流场应力增加,从而使其流动性变差。在某一固体颗粒浓度下,场应力会随聚合物添加剂量的增加而增加,但是这也取决于所采用的聚合物种类。对比不同相对分子质量絮凝剂在赤泥中的作用效果,得出结论,当聚合物絮凝剂相对分子质量大于某一最小值时,赤泥的流变学性质不再随相对分子质量增加而发生变化。因此,对于可能产生的最低场应力,絮凝剂相对分子质量越大越好,这样就可以实现在要求的沉降速率范围内使用最低剂量絮凝剂的生产目标。