輸送促流劑在充填料中的應(yīng)用研究*

張友軒，周愛(ài)民,2，宋嘉棟,2，袁雪梅,2，王長(zhǎng)軍,2，宋 興,2

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012；2.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

輸送促流劑在充填料中的應(yīng)用研究*

張友軒1，周愛(ài)民1,2，宋嘉棟1,2，袁雪梅1,2，王長(zhǎng)軍1,2，宋 興1,2

(1.長(zhǎng)沙礦山研究院有限責(zé)任公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410012；2.國(guó)家金屬采礦工程技術(shù)研究中心， 湖南 長(zhǎng)沙 410012)

采用正交試驗(yàn)法自主研發(fā)充填料中使用的新型輸送促流劑，測(cè)試了輸送促流劑對(duì)充填料的坍落度和抗壓強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明：此種輸送促流劑能顯著改善充填料的流動(dòng)性和勻質(zhì)性，同時(shí)可減少水泥的使用量，從而大大節(jié)約充填成本。

輸送促流劑；充填料；坍落度；抗壓強(qiáng)度

在有色金屬資源開(kāi)采過(guò)程中，充填采礦法由于安全性高、環(huán)境破壞性小成為我國(guó)深井開(kāi)采的最主要方法。在國(guó)內(nèi)充填采礦由于水泥用量高，成本大，充填體強(qiáng)度不均勻，離析脫水嚴(yán)重，質(zhì)量難以控制，制約了充填采礦法的發(fā)展和資源的高效回收[1]。研究充填新型外加劑，在保持后期強(qiáng)度的情況下，提高充填料的流動(dòng)性、勻質(zhì)性，就能大大節(jié)約充填成本[2￣4]。

近年來(lái)，充填外加劑方面的研究比較多。但是產(chǎn)品效果不理想，主要是后期強(qiáng)度達(dá)不到好的效果。根據(jù)這一現(xiàn)狀，本課題研制開(kāi)發(fā)了一種新型充填輸送促流劑[5]。在尾砂充填過(guò)程中，加入一定量的輸送促流劑，可提高充填料的流動(dòng)性、勻質(zhì)性。不但解決了礦渣難以處理所引起的環(huán)境問(wèn)題，變廢為寶，達(dá)到了資源綜合利用的目的，同時(shí)還能夠減少水泥的用量，達(dá)到節(jié)能減排的效果，實(shí)現(xiàn)其經(jīng)濟(jì)性[6]。

1 輸送促流劑合成試驗(yàn)

1.1 原料及配比

合成此輸送促流劑的原材料為萘磺酸型減水劑、聚乙烯醇、十二烷基硫酸鈉、檸檬酸、葡萄糖酸鈉、水。實(shí)驗(yàn)儀器為2升玻璃反應(yīng)釜。玻璃反應(yīng)釜具有恒溫、攪拌、易觀察等特點(diǎn)。

根據(jù)不同配比(見(jiàn)表1)合成輸送促流劑。

表1 組分及配比(質(zhì)量百分比)

1.2 制 法

先將水加入反應(yīng)釜中，再將萘磺酸甲醛縮合物減水劑、聚乙烯醇、十二烷基硫酸鈉、檸檬酸和葡萄糖鈉依次加入混合機(jī)中，攪拌、溶解2～6 h,即得所需產(chǎn)品。產(chǎn)品為棕褐色液體。

2 測(cè)試所配輸送促流劑的性能

2.1 尾 砂

本實(shí)驗(yàn)所用尾砂為江西某鎢礦選礦后尾砂，其化學(xué)成分見(jiàn)表2，水泥為普通硅酸鹽水泥。根據(jù)外加劑和水泥的不同摻量，測(cè)試了其坍落度和強(qiáng)度。

表2 尾砂成分(質(zhì)量百分比)

2.2 試驗(yàn)方法

正交設(shè)計(jì)也稱為正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，是研究材料性能方面一種較為常用的方法，本試驗(yàn)為了分析輸送促流劑對(duì)充填料漿坍落度和強(qiáng)度的影響采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。正交設(shè)計(jì)是從全部試驗(yàn)的樣本點(diǎn)中挑選出部分有代表性的樣本點(diǎn)做試驗(yàn)，這些代表點(diǎn)具有正交性。其作用是只用較少的試驗(yàn)次數(shù)就可以找出因素水平間的最優(yōu)搭配或由試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)計(jì)算推斷出最優(yōu)搭配，是一種高效、快速、經(jīng)濟(jì)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[7]。

2.3 測(cè)試坍落度

固定料漿濃度為70%，灰砂比和輸送促流劑摻量為變量，共進(jìn)行9次試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中，可直接觀察充填料漿的流動(dòng)性、粘聚性和泌水離析現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，試驗(yàn)步驟如下：

(1) 裝筒。將充填料漿拌合物分3次用小鏟均勻的裝入坍落度筒內(nèi)(坍落度桶內(nèi)部尺寸為：頂部直徑10 cm，底部直徑20 cm，高度30 cm)。

(2) 拔筒。雙手均勻用力拔起，整個(gè)過(guò)程不間斷進(jìn)行，并在較短的時(shí)間(一般是150 s)內(nèi)完成。其中，拔起坍落度筒的時(shí)間在5～10 s內(nèi)完成。

(3) 測(cè)量坍落度。充填料漿由于自重將會(huì)產(chǎn)生坍落現(xiàn)象，由坍落度筒頂?shù)教涞牧蠞{頂部的距離(單位cm或mm)就叫坍落度。

表3 坍落度試驗(yàn)方案及結(jié)果

2.4 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)測(cè)試

固定料漿濃度為70%，灰砂比和輸送促流劑摻量為變量，共進(jìn)行9次試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，試驗(yàn)步驟如下：

(1) 充填料漿制備。輸送促流劑的摻加方法對(duì)其使用效果影響較大。輸送促流劑的摻加方法大體分為先摻法(在拌和水之前摻入)、同摻法(與拌和水同時(shí)摻入)、后摻法(在拌和后經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間摻入)。通過(guò)前期的試拌，確定本試驗(yàn)的輸送促流劑采用后摻法。首先按確定的試驗(yàn)方案稱量水、尾砂、水泥和輸送促流劑的質(zhì)量。

(2) 充填料制備。使用行星式攪拌機(jī)，將稱量水泥、水、尾砂、輸送促流劑按質(zhì)量比充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颉?/p>

(3) 試塊成型。充填料攪拌完畢后，倒入7.07 cm×7.07 cm×7.07 cm三聯(lián)試模，為了保證試塊澆筑過(guò)程中料漿不發(fā)生沉淀，采用邊攪拌、邊注模的澆筑方式。

(4) 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。將做好編號(hào)的三聯(lián)試模放人溫度(20±1)℃、濕度不低于90%的標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

(5) 試塊脫模。三聯(lián)試模在養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)48 h然后進(jìn)行脫模，脫模后對(duì)試塊編號(hào)繼續(xù)放入養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，直到養(yǎng)護(hù)齡期。

(6) 強(qiáng)度測(cè)試。首先用游標(biāo)卡尺測(cè)量每個(gè)試塊的長(zhǎng)和寬，然后利用壓力機(jī)連續(xù)勻速加荷進(jìn)行單軸抗壓強(qiáng)度的測(cè)定。每齡期強(qiáng)度測(cè)試3塊，取其平均值，作為該齡期充填體的單軸抗壓強(qiáng)度值[8]。

表4 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)方案及結(jié)果

3 結(jié)果討論

采用極差分析法，分析灰砂比和外加劑摻量對(duì)坍落度及抗壓強(qiáng)度的影響。極差分析法是通過(guò)對(duì)每一因素的平均極差來(lái)分析問(wèn)題。所謂極差就是平均效果中最大值和最小值的差，極差R的大小反映相應(yīng)因素作用的大小。有了極差，就可以比較各因素對(duì)考核指標(biāo)的影響順序和影響大小，從而確定因素的主次和最優(yōu)組合[9￣10]。坍落度的極差分析結(jié)果見(jiàn)表5，抗壓強(qiáng)度分析結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 坍落度的極差分析結(jié)果

從表5可以看出，外加劑摻量對(duì)充填料漿坍落度影響大于灰砂比的影響，外加劑摻量越大，坍落度越大，流動(dòng)性越好。

表6 抗壓強(qiáng)度的極差分析結(jié)果

從表6可以看到，灰砂比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響大于外加劑摻量的影響。同時(shí)，加入外加劑，其強(qiáng)度能夠滿足充填料后期強(qiáng)度為2 MPa的要求。

4 結(jié) 論

(1) 通過(guò)礦山充填輸送促流劑的使用，能顯著改善充填料漿的和易性、流動(dòng)性。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性考慮，選擇摻量為0.1%就可滿足泵送要求。

(2) 觀察坍落度測(cè)試試驗(yàn)可知，加入促流劑防止充填料漿輸送過(guò)程發(fā)生泌水，具體效果可在中試過(guò)程進(jìn)行進(jìn)一步論證。

(3) 此種新型促流劑同時(shí)可以減少水泥用量，不僅降低成本，還可同時(shí)達(dá)到節(jié)能減排的效果。

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李潔慧(1985-)，女，湖南衡陽(yáng)人，碩士，工程師，研究方向主要為采礦工藝和礦山安全，Email:99376196@qq.com。

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(50484058).

2016￣9￣22)