输送促流剂在充填料中的应用研究*

2017-04-13张友轩周爱民宋嘉栋袁雪梅王长军

采矿技术 2017年2期

关键词：尾砂极差外加剂

张友轩，周爱民,2，宋嘉栋,2，袁雪梅,2，王长军,2，宋兴,2

(1.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012；2.国家金属采矿工程技术研究中心，湖南长沙 410012)

输送促流剂在充填料中的应用研究*

张友轩1，周爱民1,2，宋嘉栋1,2，袁雪梅1,2，王长军1,2，宋兴1,2

(1.长沙矿山研究院有限责任公司，湖南长沙 410012；2.国家金属采矿工程技术研究中心，湖南长沙 410012)

采用正交试验法自主研发充填料中使用的新型输送促流剂，测试了输送促流剂对充填料的坍落度和抗压强度的影响。结果表明：此种输送促流剂能显著改善充填料的流动性和匀质性，同时可减少水泥的使用量，从而大大节约充填成本。

输送促流剂；充填料；坍落度；抗压强度

在有色金属资源开采过程中，充填采矿法由于安全性高、环境破坏性小成为我国深井开采的最主要方法。在国内充填采矿由于水泥用量高，成本大，充填体强度不均匀，离析脱水严重，质量难以控制，制约了充填采矿法的发展和资源的高效回收[1]。研究充填新型外加剂，在保持后期强度的情况下，提高充填料的流动性、匀质性，就能大大节约充填成本[2￣4]。

近年来，充填外加剂方面的研究比较多。但是产品效果不理想，主要是后期强度达不到好的效果。根据这一现状，本课题研制开发了一种新型充填输送促流剂[5]。在尾砂充填过程中，加入一定量的输送促流剂，可提高充填料的流动性、匀质性。不但解决了矿渣难以处理所引起的环境问题，变废为宝，达到了资源综合利用的目的，同时还能够减少水泥的用量，达到节能减排的效果，实现其经济性[6]。

1 输送促流剂合成试验

1.1 原料及配比

合成此输送促流剂的原材料为萘磺酸型减水剂、聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠、柠檬酸、葡萄糖酸钠、水。实验仪器为2升玻璃反应釜。玻璃反应釜具有恒温、搅拌、易观察等特点。

根据不同配比(见表1)合成输送促流剂。

表1 组分及配比(质量百分比)

1.2 制法

先将水加入反应釜中，再将萘磺酸甲醛缩合物减水剂、聚乙烯醇、十二烷基硫酸钠、柠檬酸和葡萄糖钠依次加入混合机中，搅拌、溶解2～6 h,即得所需产品。产品为棕褐色液体。

2 测试所配输送促流剂的性能

2.1 尾砂

本实验所用尾砂为江西某钨矿选矿后尾砂，其化学成分见表2，水泥为普通硅酸盐水泥。根据外加剂和水泥的不同掺量，测试了其坍落度和强度。

表2 尾砂成分(质量百分比)

2.2 试验方法

正交设计也称为正交试验设计，是研究材料性能方面一种较为常用的方法，本试验为了分析输送促流剂对充填料浆坍落度和强度的影响采用正交试验设计方法。正交设计是从全部试验的样本点中挑选出部分有代表性的样本点做试验，这些代表点具有正交性。其作用是只用较少的试验次数就可以找出因素水平间的最优搭配或由试验结果通过计算推断出最优搭配，是一种高效、快速、经济的试验设计方法[7]。

2.3 测试坍落度

固定料浆浓度为70%，灰砂比和输送促流剂掺量为变量，共进行9次试验，试验过程中，可直接观察充填料浆的流动性、粘聚性和泌水离析现象。试验结果见表3，试验步骤如下：

(1) 装筒。将充填料浆拌合物分3次用小铲均匀的装入坍落度筒内(坍落度桶内部尺寸为：顶部直径10 cm，底部直径20 cm，高度30 cm)。

(2) 拔筒。双手均匀用力拔起，整个过程不间断进行，并在较短的时间(一般是150 s)内完成。其中，拔起坍落度筒的时间在5～10 s内完成。

(3) 测量坍落度。充填料浆由于自重将会产生坍落现象，由坍落度筒顶到坍落的料浆顶部的距离(单位cm或mm)就叫坍落度。

表3 坍落度试验方案及结果

2.4 抗压强度试验测试

固定料浆浓度为70%，灰砂比和输送促流剂掺量为变量，共进行9次试验，试验结果见表4，试验步骤如下：

(1) 充填料浆制备。输送促流剂的掺加方法对其使用效果影响较大。输送促流剂的掺加方法大体分为先掺法(在拌和水之前掺入)、同掺法(与拌和水同时掺入)、后掺法(在拌和后经过一定的时间掺入)。通过前期的试拌，确定本试验的输送促流剂采用后掺法。首先按确定的试验方案称量水、尾砂、水泥和输送促流剂的质量。

(2) 充填料制备。使用行星式搅拌机，将称量水泥、水、尾砂、输送促流剂按质量比充分搅拌混合均匀。

(3) 试块成型。充填料搅拌完毕后，倒入7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm三联试模，为了保证试块浇筑过程中料浆不发生沉淀，采用边搅拌、边注模的浇筑方式。

(4) 标准养护。将做好编号的三联试模放人温度(20±1)℃、湿度不低于90%的标准恒温恒湿养护箱中进行养护。

(5) 试块脱模。三联试模在养护箱养护48 h然后进行脱模，脱模后对试块编号继续放入养护箱中养护，直到养护龄期。

(6) 强度测试。首先用游标卡尺测量每个试块的长和宽，然后利用压力机连续匀速加荷进行单轴抗压强度的测定。每龄期强度测试3块，取其平均值，作为该龄期充填体的单轴抗压强度值[8]。

表4 抗压强度试验方案及结果

3 结果讨论

采用极差分析法，分析灰砂比和外加剂掺量对坍落度及抗压强度的影响。极差分析法是通过对每一因素的平均极差来分析问题。所谓极差就是平均效果中最大值和最小值的差，极差R的大小反映相应因素作用的大小。有了极差，就可以比较各因素对考核指标的影响顺序和影响大小，从而确定因素的主次和最优组合[9￣10]。坍落度的极差分析结果见表5，抗压强度分析结果见表6。