尾砂粒級組成對膏體充填的影響研究

尾砂粒級組成對膏體充填的影響研究

0尾砂級配研究近年來，基于細(xì)粒尾砂的濃縮脫水和石膏系統(tǒng)準(zhǔn)備技術(shù)的改進(jìn)，以及長距離石膏材料的高流量輸送技術(shù)，石膏體積填充技術(shù)得到了迅速發(fā)展。不同礦山因地質(zhì)條件及選礦工藝不同，所產(chǎn)尾砂千差萬別，關(guān)于尾砂級配研究也是不盡相同。目前國內(nèi)對膏體充填尾砂級配的相關(guān)研究還很少，王洪江某礦山生產(chǎn)擴(kuò)能后決定新建膏體充填系統(tǒng)，為尋求制備膏體充填料漿的最優(yōu)級配尾砂，本研究對該礦山生產(chǎn)的不同級配尾砂進(jìn)行粒級組成測定試驗分析以及不同級配尾砂骨料料漿流變特性分析，最終選定該礦山膏體充填最優(yōu)尾砂級配，且研究結(jié)果為同類型礦山進(jìn)行膏體充填前的尾砂骨料選擇提供了參考。1試驗和分析了不同砂粒等級的組成1.1尾砂試樣及分級尾砂材料分為全尾砂與分級尾砂。全尾砂試樣來自礦山選廠，分級尾砂試樣為經(jīng)深錐濃密處理后的不同底流產(chǎn)率的A、B、C、D、E5種分級尾砂。1.2尾砂粒級測定以往實驗室經(jīng)驗表明：激光粒度分析儀測定0.045mm以上尾砂粒徑易出現(xiàn)精度不足問題，故采用篩分法結(jié)合激光分析法進(jìn)行尾砂粒級組成測定。首先采用篩分法測定0.045mm以上粒徑，試驗設(shè)備為標(biāo)準(zhǔn)檢驗篩及濕式振篩機(jī)；篩分所得0.045mm以下粒徑采用激光分析法測定，試驗儀器為歐美克LS-POP(9）型激光粒度分析儀。1.3測量結(jié)果對篩分法測得0.045mm以上粒徑及激光分析法測得0.045mm以下粒徑進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，所測定粒徑累計分布率結(jié)果見表1。1.4尾砂粒級測定(1）尾砂整體粒徑大小關(guān)系分析。根據(jù)表1粒級測定數(shù)據(jù)，全尾砂與5種分級尾砂粒級組成的對比見圖1。對比尾砂各粒徑累積分布率，整體上6種尾砂的粒徑大小關(guān)系表現(xiàn)為：底流產(chǎn)出A分級尾砂<底流產(chǎn)出B分級尾砂<底流產(chǎn)出C分級尾砂<底流產(chǎn)出D分級尾砂<底流產(chǎn)出E分級尾砂<全尾砂。即A分級尾砂顆粒最粗，全尾砂顆粒最細(xì)。(2）尾砂顆粒均勻程度分析。顆粒不均勻系數(shù)C對尾砂粒級測定結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，所得尾砂粒徑重要特征參數(shù)見表2。計算得6種尾砂顆粒不均勻系數(shù)見表3。表3表明，6種尾砂均C(3)-20μm粒徑占比分析。膏體充填選擇尾砂骨料，目前國內(nèi)外普遍將-20μm粒徑占比作為重要分析指標(biāo)，認(rèn)為其占比在15%～20%之間為合理參考區(qū)間。本次粒級測定的6種尾砂-20μm粒徑占比見表4。表4表明，作為膏體充填料漿的尾砂骨料，A分級尾砂及全尾砂的-20μm粒徑占比不在合理參考區(qū)間，不宜優(yōu)先選擇作為膏體充填尾砂骨料。2充填料漿流變特性膏體物料中含有大量的超細(xì)顆粒，這些顆粒在表面物理化學(xué)作用下形成具有一定抗剪強(qiáng)度的三維絮凝網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使膏體料漿兼有固體和液體的特征，呈“半固體”狀態(tài)、非牛頓流體流動。Bingham模型是表征膏體流變關(guān)系最常用且有效的模型之一，可以對膏體的流變規(guī)律進(jìn)行較為精確的描述式中，τ為剪切應(yīng)力，Pa；τ黏度表征剪切力與剪切速率的線性遞增關(guān)系，屈服應(yīng)力則更直觀的表現(xiàn)表征膏體料漿流變特性，當(dāng)剪切力超過屈服應(yīng)力時，料漿開始流動。目前國內(nèi)外研究普遍認(rèn)為，充填料漿屈服應(yīng)力大于（200±25)Pa時，可以視為膏體。本次流變特性試驗主要對用6種尾砂做為骨料所制充填料漿的屈服應(yīng)力指標(biāo)進(jìn)行研究分析。2.1試驗材料粒級測定試驗中的全尾砂及A、B、C、D、E5種分級尾砂；目前該礦山生產(chǎn)所用的P.O42.5型水泥；實驗室內(nèi)的自來水。2.2各配合比方案的確定參考該礦山之前生產(chǎn)階段的充填情況，設(shè)計制備試驗用充填料漿的配合比方案見表5。本次流變試驗所用設(shè)備為R/S-SST軟固體測試儀，其轉(zhuǎn)子選用V3-40-20規(guī)格的十字型轉(zhuǎn)子，選用400mL規(guī)格的燒杯盛裝試驗料漿，其內(nèi)徑為80mm。2.3測量結(jié)果對用全尾砂及5種分級尾砂所制成的不同濃度充填料漿進(jìn)行流變測試試驗，測試選用Bingham模型，測得試驗料漿的屈服應(yīng)力結(jié)果見表5。2.4尾砂料漿屈服應(yīng)力隨濃度的變化情況下，充填料漿屈服應(yīng)力隨粒徑大小的變化而顯著(1）濃度對料漿屈服應(yīng)力的影響。從6種尾砂料漿流變試驗數(shù)據(jù)可以明顯得出，濃度作為料漿唯一變量時，屈服應(yīng)力隨濃度的提高而增大。(2）粒徑大小對料漿屈服應(yīng)力的影響。對濃度具有參考可比性的5種分級尾砂料漿測定數(shù)據(jù)繪圖分析，如圖2所示。分析可得越細(xì)粒徑的尾砂作為骨料所制料漿在同一濃度下所達(dá)到的屈服應(yīng)力值越高，即尾砂中細(xì)粒徑較粗粒徑對料漿屈服應(yīng)力的提高，影響為正相關(guān)。2.5膏體充填料漿濃度前述已得，同一尾砂骨料料漿濃度作為唯一變量，濃度越大，料漿屈服應(yīng)力越大。從流變角度分析，料漿屈服應(yīng)力大于（200±25)Pa時，可視為膏體料漿，但屈服應(yīng)力過大，則實際生產(chǎn)活動中料漿輸送難度加大，提高生產(chǎn)成本。為便于輸送，膏體充填料漿其屈服應(yīng)力一般不宜大于225Pa。但對于井下充填而言，充填料漿濃度作為唯一變量，濃度越高，形成的充填體越穩(wěn)定，越能最大程度利用尾砂。綜上，對于膏體充填料漿濃度可總結(jié)為：屈服應(yīng)力在（200±25)Pa范圍內(nèi)，相同尾砂不同濃度料漿的屈服應(yīng)力最大值，其濃度即為適宜輸送的膏體料漿極限濃度。那么對于不同尾砂來說，其制備的料漿極限充填濃度最高者，從流變學(xué)角度即為膏體充填最優(yōu)選用的尾砂。分析本次6種尾砂骨料充填料漿可得：(1）首先從表5中容易分析得出，全尾砂作為骨料時，70%濃度料漿的屈服應(yīng)力已達(dá)235.79Pa，即充填濃度上限只能達(dá)到70%，該值低于所有分級尾砂；(2)A分級尾砂作為骨料時，77%濃度料漿屈服應(yīng)力只有102.17Pa，該骨料很難形成膏體料漿，基本不能實現(xiàn)膏體充填；(3)D及E分級尾砂作為骨料時，最高充填濃度可達(dá)74%,C分級尾砂作為骨料時，最高充填濃度可達(dá)75%,B分級尾砂作為骨料時，最高充填濃度可達(dá)77%。3尾砂級占比分析結(jié)合粒級組成分析及流變特性分析，針對本次研究的6種尾砂及用6種尾砂做為骨料所制的試驗料漿，可得如下結(jié)論：(1）滿足顆粒均勻程度，級配良好，且-20μm粒徑占比在膏體充填料漿骨料合理參考區(qū)間的尾砂有C、D分級尾砂，E分級尾砂-20μm粒徑占比為20.713%，也基本滿足；(2）綜合流變分析，C、D、E3種分級尾砂作為骨料的充填料漿，在滿足膏體料漿前提下，用C分級尾砂為骨料的料漿其極限濃度可達(dá)75%，高于D、E分級尾砂；(3）本次研究的宗旨是在滿足該礦山膏體充填的前提下，選用合理級配的尾砂，提高充填