全尾砂充填料浆坍落度试验研究

赖 伟，刘婉莹

（1.长沙矿山研究院有限责任公司，长沙 410012；2.金属矿山安全技术国家重点实验室，长沙 410012）

随着充填技术不断提高，尾砂充填技术从分级尾砂充填发展到全尾砂充填。全尾砂充填技术一般通过管道进行输送，工艺简单，输送能力大，已在许多矿山应用，具有广阔的前景。充填是矿山废料处理、废料再利用、绿色矿山建设的一个良好途径［1－5］。

坍落度是衡量料浆输送性的一个重要指标。通过测试全尾砂坍落度，了解全尾砂料浆的输送性能，观察料浆坍落后的摊开度，可以进一步了解料浆的流动性能，通过观察料浆的性状了解料浆的黏聚性和保水性能等。坍落度是全尾砂输送性能评判的一个简单方便切实可行的指标［6］。

1 全尾砂特性

图1 粒级分布曲线图Fig.1 Grain size distribution curve

全尾砂一般为全粒级的尾矿，粒径一般为连续分布，且粒级较细，如图1。由于尾矿一般较细，所以，全尾砂的浓度一般较低，浓密机底流浓度一般为40%左右或更低，输送于砂仓一般还要经过沉降脱水再用于充填。所以影响坍落度的两个重要因素为全尾砂的质量浓度和全尾砂的粒级分布。全尾砂性质随不同矿山的矿物产物而不同，甚至同一矿山全尾砂的区别也很大，所以研究不同全尾砂坍落度的规律，对全尾砂充填具有重要意义。

2 试验研究方法

从多个矿山采集不同种类不同粒级配比的全尾砂，分别对不同产地的全尾砂进行试验。试验按照GB／T 50080－2002规定进行，每次试验取全尾砂10kg，采用实验室自来水进行试验。每组试验测定三次，取平均值作为试验结果［7］。

3 全尾砂质量浓度对坍落度的影响

全尾砂的质量浓度为全尾砂干质量与料浆之比，水是影响料浆性能的一个重要因素。全尾砂的流动性主要依靠尾砂颗粒表面吸附的一层水膜，从而使得颗粒间比较润滑。而且其黏聚性也主要依靠水的表面张力作用，水量过少，则水膜薄，甚至呈现干硬性，润滑效果差；而水含量大，则毛细孔被水分填满，表面张力小，全尾砂的黏聚性变差，易水砂分离。当全尾砂确定后，全尾砂料浆的坍落度随质量浓度的增大急剧变化。

由图2可以看出，坍落度随浓度的降低呈加速下降的趋势，全尾砂坍落度存在一个临界浓度，当浓度低于该值时，坍落度值急剧增大，然后变缓，最终完全摊开。坍落度与浓度之间存在一定规律性，采用多项式将曲线拟合。二次函数y＝ax2＋bx＋c拟合公式结果如表2所示，曲线的拟合性较好。而作为充填料浆，特别全尾砂结构流充填料浆的流动性能，一般要求坍落度值应大于20cm以上的浓度范围，其能够保证有较好的黏聚性、和易性、流动性和输送性能。在一定浓度范围内由拟合公式可以计算各浓度对应的坍落度，在固定矿山，全尾砂骨料确定后，尾砂的浓度可以采用浓度计测量，进行实时监测，根据拟合公式可以快速计算坍落度，以便及时调整全尾砂料浆的输送参数。

由表1可以看出，样品1在66%～70%，样品2在62%～66%，样品3在66%～70%，样品4在62%～70%，样品5在58%～62%，样品6在68%～72%时坍落度在25～27cm范围内，此时的流动性、输送性较好。可见不同的尾砂，坍落度的变化不同，但是均随浓度的不断降低坍落度迅速增大。

表1 全尾砂坍落度试验统计表Table 1 Statistical table of whole tailings slump test ／cm

表2 拟合公式Table 2 Fitting formula

4 全尾砂粒级分布对坍落度的影响

图2 质量浓度—坍落度曲线图Fig.2 Curve of mass concentration－slump

全尾砂粒级的分布对坍落度影响较大，全尾砂料浆与混凝土的骨料配比有根本的不同，混凝土主要配比包括粗骨料、细骨料、水泥胶结剂等，其粒级配比具有跳跃性。而全尾砂则不同，其粒级分布为连续分布，一般符合一定的分布规律，如图1所示为一典型的全尾砂分布曲线图。坍落度与尾砂的粒级配比、粒级分布、不均匀程度等有关系。尾砂粒级配比合理时，尾砂的和易性、黏聚性和流动性好；尾砂粒级配比不均匀时，特别是粗颗粒多时，较容易产生水砂分离和跑浆现象。

如表3所示，由于各样品的特征不同，波动性很大。各样品达到能输送要求的浓度不同，一般尾砂越细，能输送浓度较低；尾砂越粗输送的浓度越大。在同浓度时（以70%论），坍落度与尾砂粒级粗细和不均匀系数有关系，如样品6，尾砂粒级较粗，平均粒径60.22μm，但是尾砂的均匀性好，坍落度为27 cm，能够满足输送的要求。而样品2、3，由于全尾砂粒径配比极不均匀，细粒径尾砂少，坍落度为22.5 cm、24cm，用于长距离输送比较困难。对一些粒级分布不均匀的全尾砂，根据矿山的条件，可以试验加入一些合适粒级的骨料改善粒级组成，如粉煤灰、碎石等，以获得更好的性能，所以通过研究全尾砂坍落度采取一定措施可以改善全尾砂的输送性能。

表3 全尾砂粒级分布特性表Table 3 Grain size distribution table of whole tailings

5 料浆配比及浓度对坍落度的影响

为了探索料浆配比对坍落度的影响，选取pc32.5水泥，分别进行全尾砂试验，灰砂比1∶4，1∶6，1∶8，1∶10，全尾砂五组试验，试验结果如表4，从表中可以看出，不同料浆配比的坍落度在不同浓度时不同，料浆的塌落度随浓度的降低不断降低，随料浆灰砂比的升高，呈现不断减小的趋势。实验证明，加入了水泥后，由于水泥为细颗粒物，本身的粒度较细，改变了尾砂料浆本身的粒级配比，水泥水化会消耗一部分水分，并且将尾砂颗粒和水泥结合成大颗粒物等，所以料浆的配比对坍落度的影响是显著的，而采矿工艺往往要求用不同的充填料浆配比来达到不同的充填体强度，所以在试验时应覆盖充填料浆的不同配比需求。

表4 不同料浆配比及浓度的塌落度试验结果Table 4 Test results of slump with different mixture ratio and concentration／cm

6 结论

通过试验对全尾砂坍落度的影响因素进行了分析，在全尾砂样品确定的情况下，坍落度随浓度的变化趋势在一定范围内与二次函数的拟合性较好。存在一个临界浓度，当浓度小于该值时，坍落度迅速增大，逐步呈完全摊开趋势。

粒级组成是影响坍落度的最根本因素，粒级配比的均匀性较好时，料浆的和易性、保水性和流动性较好。料浆的浓度和料浆的配比对料浆的坍落度影响都是显著的。

全尾砂充填采用全粒级尾砂充填，解决了矿山尾矿堆存和充填料来源不足等难题，具有广阔的空间。研究全尾砂坍落度性能对全尾砂结构流充填具有重要意义。

［1］ 周爱民 .矿山废料胶结充填［M］.北京：冶金工业出版社，2007：167－180.

［2］ 姚中亮 .全尾砂结构流体胶结充填的理论与实践［C］／／长沙矿山研究院建院50周年院庆论文集 .长沙：矿业研究与开发，2006：15－18，48.

［3］ 施士虎，杨黎升，李浩宇 .全尾砂充填技术研究与应用［J］.中国矿山工程，2009，8（6）：50－52.

［4］ 谢 鹰 .全尾砂胶结充填工艺及应用前景［J］.采矿技术，2001，1（2）：46－47，52.

［5］ 邓 飞，李永辉 .全尾砂高水固化胶结充填工艺前景展望［J］.中国矿业，2007，16（8）：41－42.

［6］ 邓初首，夏 勇 .混凝土坍落度影响因素的试验研究［J］.混凝土，2006（1）：65－66，89.

［7］ 中国建筑科学研究院 .GB／T 50080－2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准［S］.北京：中国建筑工业出版社，2003.