白象山铁矿超细尾泥胶结剂优化研究

魏江伟

（安徽马钢矿业资源集团姑山矿业有限公司）

随着资源开采与利用，选矿的深磨细磨成为提高资源利用率的必然要求，因而产生大量的细粒级尾矿［1-3］。细粒级尾矿堆存不仅占用了大量的土地资源，一些未处理或处理不当的尾矿中还含有害物质，因此，细粒级尾矿的利用成为新时代重要课题［4-5］。充填采矿法利用尾矿对采空区进行填充，达到防治地表塌陷的目的，同时处理了大量的尾矿等固体废弃物，因此成为了矿山实现安全绿色开采的重要技术途径之一［6-8］。

白象山铁矿近几年充填系统运行可靠，整体充填质量相对稳定，但随着尾矿磨矿粒度越来越细，矿山当前充填过程中存在尾矿粒径组成不理想，粒度偏细等问题。从白象山铁矿目前井下实际充填效果来看，存在充填体质量较差、矿柱回收困难、二步采矿房回收时一步采充填体垮落严重、矿石贫化大的问题。

充填成本是制约胶结充填技术应用的一个重要因素。一般情况下，矿山充填成本占采矿费用的25%～40%，充填材料成本又占充填总成本的70%～80%［9-10］。因此，为解决细粒尾砂及胶结充填成本高的问题，需选择合适的胶结剂［11-13］。本文通过室内试验研究及现场工业试验，综合平衡充填质量与成本控制指标，进一步优化胶结剂组成，以期能提高充填质量（充填接顶率、充填体强度），降低充填成本，提高矿山经济效益和可持续发展水平。

1 试验材料及方法

1.1 试验材料

1.1.1 尾 砂

本次试验选用的尾砂为白象山铁矿现场取样所获得的尾砂，通过实验室分析得到该尾砂的粒级分布及主要的化学组成，尾砂粒级分布与主要化学组成分别见表1、表2。

经检测，实验所用尾砂粒度是-400 目约占69.12%，-200 目占82.08%，而由于白象山尾矿的性质，含泥量大，因此充填使用的尾砂属于超细尾泥。尾砂主要是由石英和一定量的氧化物（例如MgO，Fe2O3，CaO 和Al2O3）组成，说明尾砂具有稳定的化学性质，属于惰性材料。

1.1.2 胶结剂

试验中所使用的胶结剂为现用胶结剂和某公司研发的新型胶结剂，新型胶结剂分别用A1#、A2#、B1#、B2#、C1#表示。

1.2 试验过程

（1）在尾砂接料口用取样器铲取部分全尾砂，装入塑料桶，用烘干法测试此时全尾砂浓度。

（2）按胶砂比1∶6、1∶8、1∶10 和1∶12 分别加入待选胶结剂，用搅拌器搅拌浆料1 min。将搅拌均匀的料浆倒入70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm 三联试模中，振动捣实成型后，用1 层塑料薄膜覆盖在其表面，对其进行编号，并放入恒温恒湿养护箱中养护3、7、28 d。

（3）当养护达到试验龄期后，取不同胶砂比下不同品种胶结剂的3个试块进行抗压强度试验，计算三者的平均值作为抗压强度，精确到0.01 MPa。

2 试验结果及分析

表3 为采用A1#、A2#胶结剂与白象山铁矿现用胶结剂制备的充填体3、7 d的强度测试结果。从表3可以看出，采用A1#胶结剂所制备的充填试块，其3、7 d的抗压强度均为零，显然A1#胶结剂在尾砂胶结充填体中没有起到胶结作用，不能满足井下填充对充填体的强度要求；A2#胶结剂充填体3、7 d强度均大幅低于白象山铁矿现用胶结剂充填体强度，且在胶砂比为1∶12 时，A2#胶结剂充填体3、7 d 强度均为零。因此，A1#、A2#胶结剂亦不能应用到白象山铁矿充填工作中。

表4 为采用B1#、B2#胶结剂与白象山铁矿现用胶结剂制备的充填体3、7 和28 d 的强度测试结果。由表4 可以看出，在胶砂比相同的情况下，B1#与B2#胶结剂充填体3、7 和28 d 强度均要远远高于同龄期白象山铁矿现用胶结剂充填体强度。在胶砂比为1∶6时，B1#胶结剂各龄期充填体的抗压强度要高于B2#胶结剂，而当胶砂比高于1∶6 时，B2#胶结剂各龄期充填体的抗压强度均稍高于B1#胶结剂，但总体来说，2 种胶结剂表现比较接近。

表5为采用C1#胶结剂与白象山铁矿现用胶结剂制备的充填体3、7 和28 d 的强度测试结果。从表5中可以看到，在相同胶砂比情况下，采用C1#胶结剂充填体不同龄期的抗压强度均高于白象山铁矿现用的胶结剂充填体抗压强度，特别在龄期为3、7 d 时，强度优势更为明显。在胶砂比为1∶8时，采用现用胶结剂的充填体3、7 和28 d 的强度仅为0.35、0.56、0.89 MPa，相同情况下，采用C1#胶结剂充填体强度则为现用胶结剂充填体对应龄期的1.8、1.7和1.3倍，强度提升效果非常明显，且在其他胶砂比下表现类似，能够满足白象山铁矿的充填要求。

根据上述试验结果分析可得，A1#、A2#胶结剂制备的充填体无法满足矿山对充填体的强度要求；B1#与B2#胶结剂制备的充填体强度大，但其成本高，不具备批量工业化生产条件；C1#胶结剂的使用效果明显好于矿山现用胶结剂，强度指标能够满足矿山充填要求，且综合成本较低，因此，选用C1#胶结剂替代在用胶结剂较为合适。

3 工业试验结果及分析

3.1 充填体强度分析

使用C1#胶结剂替代现用胶结剂制备充填体进行了工业试验，试验在不同时间多次取样，表6 为试验取样的浓度和抗压强度试验结果。

根据表6中的数据对测试结果进行统计分析，得到充填体3、7、28 d的强度平均值，统计结果如表7所示。从强度平均值来看，不同胶砂比下，充填体3、7与28 d 的强度平均值均超过工业充填控制指标，满足工业充填要求，且从现场充填情况来看，充填体表面较为平整，未出现明显的剥落现象，充填效果良好。

3.2 充填料浓度分析

为了监测C1#胶结剂充填料浆的浓度情况，间隔30 min 取一次充填料浆样，共取10 次。采用浓度壶法和烘干法对充填料的浓度进行测试，测试结果见表4，充填体浓度变化范围分别为47%～53%（烘干法测定）和63%～70%（浓度壶测定），浓度壶法和烘干法测得的结果有较好的相关性，说明使用C1#胶结剂充填料浆趋于稳定状态。

4 结论

（1）采用A1#胶结剂所制备的充填试块，其3、7 d的抗压强度均为零，A2#胶结剂充填料3、7 d强度均大幅低于白象山铁矿现用的胶结剂充填料强度，因此A1#、A2#胶结剂在尾砂胶结充填体中没有起到较好的胶结作用，不能满足井下填充对充填体的强度要求。

（2）在胶砂比相同的情况下，B1#与B2#胶结剂充填料3、7、28 d 强度均要远远高于同龄期白象山铁矿在用胶结剂充填料强度，但其成本较高，并且不具备批量工业化生产条件。

（3）C1#胶结剂的使用效果明显好于在用胶结剂，强度指标能够满足矿山充填要求，且该胶结剂综合成本较低，因此，选用C1#胶结剂替代在用胶结剂较为合适。

（4）现场工业试验表明，C1#胶结剂制备充填体具有良好的强度性能，并且充填体表面较为平整，未出现明显的剥落现象，充填体较为完整，充填效果良好。通过浓度壶法和烘干法监测C1#胶结剂充填料浆浓度，得出C1#胶结剂充填料浆趋于稳定状态。