常規(guī)鹵化物和高分子材料抑制尾礦庫揚(yáng)塵的試驗(yàn)

趙筠康，魏作安?，楊永浩，路 停，王文松，李世龍

1)重慶大學(xué)煤礦災(zāi)害動力學(xué)與控制國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044

2)重慶大學(xué)資源與安全學(xué)院，重慶 400044

3)重慶交通大學(xué)省部共建山區(qū)橋梁及隧道工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400074

尾礦是礦石經(jīng)選礦甄別、提取有用礦物后剩余的固體殘?jiān)黐1]。尾礦通常以干式和濕式的方式被排放到尾礦庫內(nèi)堆存起來[2]。目前，我國有將近1.2 萬座尾礦庫分布在全國各地（除上海和天津）[3].由于排放的尾礦粒度比較細(xì)且二氧化硅含量高，顆粒間缺乏黏性，保水能力極差，在微風(fēng)作用下，尾礦顆粒很容易被揚(yáng)起，形成揚(yáng)塵揚(yáng)沙，造成環(huán)境污染[4?5]。揚(yáng)塵揚(yáng)沙是尾礦庫的主要環(huán)境問題之一[6].它不僅污染礦區(qū)周邊環(huán)境，嚴(yán)重影響周圍植被的生長[7]，還會威脅到礦區(qū)周邊居民的身體健康，有的還可能成為區(qū)域性沙塵暴的來源。因此，很有必要針對尾礦庫揚(yáng)塵揚(yáng)沙的防治開展研究.

目前，尾礦庫的揚(yáng)塵抑制方法分為灑水、復(fù)墾或覆土方法及化學(xué)抑塵法[5,8]。灑水抑塵法有效抑塵時間短、耗水量大，不適用水資源短缺的干旱地區(qū)。復(fù)墾或覆土方法主要針對已經(jīng)閉庫的尾礦庫，其治理徹底，防塵效果顯著，但需要大量的種植土，成本過高[9]?；瘜W(xué)抑塵法被認(rèn)為是解決開放性塵源揚(yáng)塵污染的最佳方法[10]。那瓊[4]通過室內(nèi)外試驗(yàn)，研究出一種無機(jī)固化劑，將其用于馬鋼姑山鐵礦尾礦庫防塵效果比較好。杜翠鳳等[11]研究出一種黏結(jié)型抑塵劑，通過室內(nèi)外測試，尤其半工業(yè)性試驗(yàn)，效果也比較好。但有關(guān)化學(xué)抑塵劑在尾礦庫防塵方面成功應(yīng)用的案例，至今少見報(bào)道。因此，有必要開展化學(xué)抑塵法在尾礦庫防塵中的試驗(yàn)研究.

文獻(xiàn)[12]對化學(xué)抑塵的基本原理和方法等進(jìn)行了翔實(shí)的介紹。化學(xué)抑塵方法的關(guān)鍵是尋找合適的化學(xué)抑塵劑。本文以有色金屬銅礦浮選尾礦為研究對象，選取3 種常規(guī)的鹵化物（NaCl、MgCl2、CaCl2）和3 種高分子材料（木質(zhì)素磺酸鈣(LS)、聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酰胺（PAM））作為抑塵劑，針對這些抑塵劑的抑塵效果進(jìn)行系統(tǒng)研究。研究成果可為礦山尾礦庫的揚(yáng)塵防治所應(yīng)用.

1 試驗(yàn)材料及方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 試驗(yàn)用尾礦

試驗(yàn)用尾礦為四川涼山礦業(yè)股份有限公司下屬小打鵝尾礦庫的銅礦尾礦（通過浮選工藝產(chǎn)生），屬尾粉土，其顆粒級配曲線如圖1 所示，化學(xué)成分如表1 所示。由顆粒分析結(jié)果可知，該銅尾礦的中值粒徑為78.64 μm，其顆粒級配不均勻系數(shù)Cu為6.577，顆粒級配曲率系數(shù)Cc為1.193，級配良好。示例圖片如圖1.

圖 1 銅尾礦粒徑分布曲線Fig.1 Particle size distribution curve of copper tailings

1.1.2 鹵化物抑塵劑

鹵化物具有良好的吸濕性、持水性，且能提高土顆粒間的張力等特點(diǎn)[13]。試驗(yàn)選取了3 種鹵化物（NaCl、MgCl2、CaCl2），其吸濕性是由于鹵化物及其結(jié)晶水合物均是易潮解的物質(zhì)，具有良好的吸濕性；而持水性則是由于其蒸汽壓力比水低，當(dāng)鹵化物的濃度較大，且蒸汽壓小于空氣中水蒸氣的分壓時，將不斷吸取周圍空氣中的水分，直至兩者的蒸汽壓相等。文獻(xiàn)[12]指出常見的3 種鹵化物水溶液的抗蒸發(fā)性順序依次為：MgCl2，CaCl2，NaCl.

表 1 銅尾礦的化學(xué)組成Table 1 Chemical composition of copper tailings %

許鑰[14]以海藻酸鈉和CaCl2為原料，研究了它們的抑塵效果。鹵化物能提高土顆粒之間的張力，原因是鹵化物溶解在土體的孔隙水中，其解離出的陽離子與土中的陽離子進(jìn)行交換，吸附于顆粒表面，使得顆粒聚集，并提供了增強(qiáng)相鄰顆粒間的靜電引力，進(jìn)而將顆粒黏結(jié)，粒徑變大，不易被風(fēng)揚(yáng)起，從而減小揚(yáng)塵量。但鹵化物的含量過高，則會影響水質(zhì)，并使土壤鹽堿化[15]。因此，在試驗(yàn)時要考慮控制鹵化物的含量.

1.1.3 高分子材料抑塵劑

試驗(yàn)用高分子材料分別為木質(zhì)素磺酸鈣（LS）、聚乙烯醇（PVA）和聚丙烯酰胺（PAM）。這3 種材料具有環(huán)境友好、化學(xué)性質(zhì)相對穩(wěn)定和成本低廉等特點(diǎn)[16?18]。黃河等[19]、劉瑾等[20]以高分子化學(xué)物（聚醋酸乙烯酯和聚氨酯）作為抑塵劑，針對它們的抑塵效果進(jìn)行了室內(nèi)測試與分析。Wang 等[21]研究了粉煤灰與聚丙烯酰胺的混合料對沙漠表面抗風(fēng)蝕性能的影響。高分子材料溶液具有較高的分子量以及各類分子長鏈[22?23]。例如，C—C 長鏈上連接有大量親水基團(tuán)，如羧基（COOH—）和羥基（—OH），它們能起到固定水分子的作用，而C—C 長鏈?zhǔn)鞘杷缘?，它能夠包裹沙粒，并起到吸附作用（物理作用）、架橋作用（絮凝作用），使得?xì)小沙粒聚集形成團(tuán)聚體，從而不易被風(fēng)揚(yáng)起，起到抑塵的效果。Teo 等[24]指出聚丙烯酰胺可以提高土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性.

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 抗風(fēng)蝕性能測試

風(fēng)力是揚(yáng)塵揚(yáng)沙產(chǎn)生的動力因子[25]。當(dāng)風(fēng)力對顆粒作用產(chǎn)生的浮力大于顆粒本身的重力時，顆粒便被揚(yáng)起，形成揚(yáng)塵揚(yáng)沙[26?27]。風(fēng)力的大小常用風(fēng)速來表征。為了更加貼合自然情況，選擇3 種風(fēng)力（3、4、5 級）做試驗(yàn)測試，并以這3 種風(fēng)力的風(fēng)速作為控制指標(biāo)（表2）.

表 2 試驗(yàn)風(fēng)速等級Table 2 Test wind levels

尾礦的抗風(fēng)蝕性能通常以單位時間吹風(fēng)前、后樣品單位面積的損失量作為判斷依據(jù)[28?29]，計(jì)算公式如下：

其中，mq為質(zhì)量損失，g；m0為初始質(zhì)量，g；m1為吹風(fēng)后剩余質(zhì)量，g；t為吹風(fēng)時間，min；s為培養(yǎng)皿底面積，約為0.0156 m2；q為尾礦單位時間、單位面積的質(zhì)量損失，g·m?2·min?1.

1.2.2 表面結(jié)殼抗破壞能力的試驗(yàn)

噴灑水或試劑溶液后，沙土表面會形成相對致密的硬殼，稱為結(jié)殼[11]。結(jié)殼強(qiáng)度越大、越完整，沙土顆粒越不易被風(fēng)揚(yáng)起。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用于檢測尾礦結(jié)殼抗破壞能力的方法主要有堆載法和硬度計(jì)法等[11,23]。本文基于土工試驗(yàn)中沙土承載強(qiáng)度測試方法，采用微型貫入儀來測試尾礦表面結(jié)殼的抗破壞能力的大小。試驗(yàn)設(shè)備為MPT 微型貫入儀.

1.3 試驗(yàn)方案

選用了3 種鹵化物和3 種高分子材料作為抑塵試劑。試驗(yàn)中，除了考慮了3 種風(fēng)速外，還考慮了抑塵試劑濃度和噴灑量對尾礦庫防塵的影響.

將抑塵劑噴灑量設(shè)置為1.5、3.0、4.5 L·m?2，鹵化物抑塵劑的質(zhì)量濃度設(shè)置為10、30、50 g·L?1，高分子材料抑塵劑的質(zhì)量濃度設(shè)置為0.1、0.3、0.5 g·L?1，將噴灑水的尾礦試樣作為空白對照.

2 尾礦樣品制備及試驗(yàn)過程

將由現(xiàn)場運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室的尾礦樣進(jìn)行自然風(fēng)干后，將結(jié)塊碾壓粉碎，并過2 mm 土工篩。然后將過篩的尾礦分別裝入皿器中（每個皿器中尾礦的質(zhì)量相等），用削土刀將皿器中的尾礦試樣表面做平整處理，使得尾礦均勻分布于培養(yǎng)皿中。之后，按照試驗(yàn)方案配制不同濃度的抑塵劑溶液，均勻噴灑于皿器中尾礦試樣的表面，靜置10 min，待溶液下滲穩(wěn)定后將皿器移至溫度為45 ℃的烘箱中，烘干24 h 后取出，最后進(jìn)行抗風(fēng)蝕能力測試和結(jié)殼抗破壞能力測試.

抗風(fēng)蝕能力試驗(yàn)設(shè)置的吹風(fēng)時間為10 min.為避免溫度及空氣相對濕度等因素對試驗(yàn)結(jié)果的影響，每組試驗(yàn)均在相同環(huán)境中進(jìn)行，即室溫為（25±1）℃、空氣相對濕度50%±2%。試驗(yàn)時，為了保證尾礦樣品受風(fēng)均勻，將樣品表面均分為6 份（圖2），每份吹風(fēng)時間為100 s。選取試樣表面的五個點(diǎn)進(jìn)行結(jié)殼抵抗破壞能力測試（圖3）.

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 抗風(fēng)蝕性能試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1.1 鹵化物抑塵劑的抗風(fēng)蝕性能效果

圖 2 抗風(fēng)性能試驗(yàn)圖Fig.2 Schematic of blow test

圖 3 5 個貫入測試點(diǎn)的位置Fig.3 Photograph of the locations of the five penetrating test points in the tailings samples

鹵化物抑塵劑的抗風(fēng)蝕性能試驗(yàn)結(jié)果如圖4和圖5 所示，由于試驗(yàn)結(jié)果較多且具有一定的規(guī)律性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果只展示噴灑量為1.5 L·m?2和4.5 L·m?2的情況。（為便于敘述與說明，3 種風(fēng)速分別記為4.5、7.5 和10 m·s?1）.

圖 4 鹵化物抑塵劑在不同風(fēng)速下的抗風(fēng)蝕性能試驗(yàn)結(jié)果（噴灑量為1.5 L·m?2）。（a）風(fēng)速為4.5 m·s?1；（b）風(fēng)速為7.5 m·s?1；（c）風(fēng)速為10 m·s?1Fig.4 Test result of wind erosion resistance of halide sprayed tailings (spraying amount of 1.5 L·m?2):(a)wind speed of 4.5 m·s?1; (b)wind speed of 7.5 m·s?1; (c)wind speed of 10 m·s?1

圖 5 鹵化物抑塵劑在不同風(fēng)速下的抗風(fēng)蝕性能試驗(yàn)結(jié)果（噴灑量為4.5 L·m?2）。（a）風(fēng)速為4.5 m·s?1；（b）風(fēng)速為7.5 m·s?1；（c）風(fēng)速為10 m·s?1Fig.5 Test result of wind erosion resistance of halide sprayed tailings (spraying amount of 4.5 L·m?2):(a)wind speed of 4.5 m·s?1; (b)wind speed of 7.5 m·s?1; (c)wind speed of 10 m·s?1

鹵化物對尾礦抗風(fēng)蝕性能具有較好的提升作用。如圖4（b）所示，取試劑噴灑量為1.5 L·m?2，試劑濃度為30 g·L?1，外界風(fēng)速取7.5 m·s?1，對比三種鹵化物及純水對尾礦吹風(fēng)試驗(yàn)的結(jié)果，其中，僅噴灑水（試劑濃度為0）的尾礦單位面積損失量最大，達(dá) 到15.13 g·m?2·min?1；噴 灑NaCl、MgCl2、CaCl2試劑的尾礦試樣單位面積損失量依次為2.76、2.63 和2.31 g·m?2·min?1，相比于只噴灑水的尾礦損失量有明顯降低的趨勢。綜合圖4 和圖5，在濃度、噴灑量以及風(fēng)速相同的情況下，噴灑CaCl2試劑的尾礦單位面積損失量最少，尾礦試樣抗風(fēng)蝕效果穩(wěn)定。為此選取CaCl2為鹵化物類的尾礦抑塵劑.

鹵化物試劑濃度對尾礦抗風(fēng)蝕性能具有較大的影響。以圖4（b）為例，取試劑噴灑量為1.5 L·m?2，當(dāng)風(fēng)速為7.5 m·s?1時，噴灑濃度分別為10、30 和50 g·L?1的CaCl2試劑的尾礦試樣單位面積損失量依次為2.50、2.31 和2.12 g·m?2·min?1。綜合圖4 和圖5，可以看出，濃度為50 g·L?1時，CaCl2試劑的抗風(fēng)蝕效果最好。為此，選取CaCl2試劑濃度為50 g·L?1.

試劑噴灑量對尾礦抗風(fēng)蝕性能有很大影響.將圖4（b）和圖5（b）作對比，以濃度為50 g·L?1的CaCl2試劑為例，當(dāng)噴灑量分別為1.5 L·m?2和4.5 L·m?2；風(fēng)速為7.5 m·s?1時，尾礦試樣單位面積損失量依次為2.31 g·(m2·min)?1、0.75 g·(m2·min)?1.對于除噴灑量以外的所有因素都相同的CaCl2試劑，噴灑量為4.5 L·m?2的尾礦試樣單位面積損失量最少，為此選取CaCl2試劑噴灑量為4.5 L·m?2.

綜上所述，針對抗風(fēng)蝕性能效果，優(yōu)選的鹵化物試劑為濃度是50 g·L?1，噴灑量是4.5 L·m?2的CaCl2試劑.

3.1.2 高分子材料抑塵劑的抗風(fēng)蝕性能效果

高分子材料抑塵劑的抗風(fēng)蝕性能試驗(yàn)結(jié)果如圖6 和圖7 所示，由于試驗(yàn)結(jié)果較多且具有一定的規(guī)律性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果只展示噴灑量為1.5 L·m?2和4.5 L·m?2的情況.

圖 6 高分子抑塵劑在不同風(fēng)速下的抗風(fēng)蝕性能試驗(yàn)結(jié)果（噴灑量為1.5 L·m?2）。（a）風(fēng)速為4.5 m·s?1；（b）風(fēng)速為7.5 m·s?1；（c）風(fēng)速為10 m·s?1Fig.6 Test result of wind erosion resistance of polymer sprayed tailings (spraying amount of 1.5 L·m?2):(a)wind speed of 4.5 m·s?1; (b)wind speed of 7.5 m·s?1; (c)wind speed of 10 m·s?1

圖 7 高分子抑塵劑在不同風(fēng)速下的抗風(fēng)蝕性能試驗(yàn)結(jié)果（噴灑量為4.5 L·m?2）。（a）風(fēng)速為4.5 m·s?1；（b）風(fēng)速為7.5 m·s?1；（c）風(fēng)速為10 m·s?1Fig.7 Test result of wind erosion resistance of polymer sprayed tailings (spraying amount of 4.5 L·m?2):(a)wind speed of 4.5 m·s?1; (b)wind speed of 7.5 m·s?1; (c)wind speed of 10 m·s?1

高分子材料對尾礦抗風(fēng)蝕性能具有明顯的改善作用。如圖6（b）所示，取試劑噴灑量為1.5 L·m?2，試劑濃度為0.3 g·L?1，外界風(fēng)速為7.5 m·s?1，對比三種高分子材料及純水對尾礦吹風(fēng)試驗(yàn)的結(jié)果，其中，僅噴灑水（試劑濃度為0 g·L?1）的尾礦單位面積損失量最大，達(dá)到15.13 g·m?2·min?1；噴灑聚乙烯醇、木質(zhì)素磺酸鈣、聚丙烯酰胺的尾礦試樣單位面積損失量依次為5.32、14.58 和0.53 g·m?2·min?1，相比于只噴灑水的尾礦損失量有相對明顯降低的趨勢。綜合圖6 和圖7，在濃度、噴灑量以及風(fēng)速相同的情況下，噴灑聚丙烯酰胺試劑的尾礦單位面積損失量最少，尾礦試樣抗風(fēng)蝕效果穩(wěn)定。為此選取聚丙烯酰胺為高分子材料類的尾礦抑塵劑.

高分子試劑濃度對尾礦抗風(fēng)蝕性能也有影響.以圖6（b）為例，試劑噴灑量為1.5 L·m?2，當(dāng)風(fēng)速為7.5 m·s?1時，噴灑濃度分別為0.1、0.3 和0.5 g·L?1的聚丙烯酰胺試劑的尾礦試樣的單位面積損失量依次為0.90、0.53 和0.41 g·m?2·min?1。綜合圖6 和圖7，可以看出，濃度為0.5 g·L?1的聚丙烯酰胺試劑的抗風(fēng)蝕效果最好。因此選取聚丙烯酰胺試劑濃度為0.5 g·L?1.

圖 8 噴灑3 種鹵化物抑塵劑溶液后的表面貫入阻力的測試結(jié)果。（a）噴灑量為1.5 L·m?2；（b）噴灑量為3.0 L·m?2；（c）噴灑量為4.5 L·m?2Fig.8 Test results of surface penetration resistance after spraying three halide dust-inhibitor solutions:(a)spraying amount of 1.5 L·m?2; (b)spraying amount of 3.0 L·m?2; (c)spraying amount of 4.5 L·m?2

高分子試劑噴灑量對尾礦抗風(fēng)蝕性能也有一定影響，以圖6（b）和圖7（b）作對比，取濃度為0.5 g·L?1的聚丙烯酰胺試劑為例，在風(fēng)速為7.5 m·s?1的條件下，噴灑量分別為1.5 和4.5 L·m?2的尾礦試樣的單位面積損失量依次為0.41 和0.30 g·m?2·min?1.對于除噴灑量以外的所有因素都相同的聚丙烯酰胺試劑，噴灑量為4.5 L·m?2的尾礦試樣單位面積損失量最少，為此選取聚丙烯酰胺試劑噴灑量為4.5 L·m?2.

綜上所述，針對抗風(fēng)蝕性能效果，優(yōu)選的高分子材料試劑為濃度是0.5 g·L?1，噴灑量是4.5 L·m?2的聚丙烯酰胺試劑.

3.1.3 兩類抑塵劑的抗風(fēng)蝕性能對比分析

由上述試驗(yàn)結(jié)果顯示，3 種鹵化物抑塵劑中優(yōu)選濃度為50 g·L?1，噴灑量為4.5 L·m?2的CaCl2試劑；3 種高分子材料抑塵劑中優(yōu)選濃度為0.5 g·L?1，噴灑量為4.5 L·m?2的聚丙烯酰胺試劑。兩種試劑對應(yīng)噴灑于尾礦的單位面積損失量如表3 所示.經(jīng)過兩者的對比，可以看出，噴灑聚丙烯酰胺的尾礦試樣抗風(fēng)蝕性能優(yōu)于噴灑CaCl2的尾礦試樣，尤其當(dāng)風(fēng)速較低時。究其原因，噴灑CaCl2試劑的尾礦顆粒受到CaCl2結(jié)晶后的黏結(jié)作用，雖然結(jié)晶后的CaCl2晶體可以黏結(jié)尾礦顆粒，但是其黏結(jié)的顆粒數(shù)較少，且顆粒團(tuán)之間孔隙較大，當(dāng)風(fēng)速變大時，形成的顆粒團(tuán)依然不能承受較大風(fēng)力的吹蝕.而聚丙烯酰胺為長鏈狀高分子材料，C—C 長鏈可以將尾礦顆粒包裹，形成更大的顆粒團(tuán)，且由于聚丙烯酰胺的C—C 長鏈較長，將聚丙烯酰胺加入水后形成的溶液黏性較大。使得尾礦顆粒相互黏結(jié)，形成的結(jié)殼變得均勻且致密。進(jìn)一步使得尾礦顆粒的黏結(jié)力增大，從而可以承受較大風(fēng)速的吹蝕.

表 3 CaCl2與聚丙烯酰胺試樣損失量對比Table 3 Comparison of losses of CaCl2 and polyacrylamide samples

3.2 尾礦表面結(jié)殼抗破壞性能的試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.2.1 鹵化物抑塵劑對尾礦表面結(jié)殼抗破壞性能的效果

噴灑鹵化物的尾礦貫入試驗(yàn)結(jié)果如圖8 所示.以圖8（b）為例，從圖中可以看出，在相同的噴灑量以及濃度下，噴灑鹵化物試劑的尾礦貫入讀數(shù)均比只噴灑水（濃度為0）的尾礦貫入讀數(shù)大，即噴灑鹵化物后的尾礦試樣形成的結(jié)殼抗破壞性增強(qiáng).以鹵化物試劑濃度為30 g·L?1為例，噴灑NaCl、MgCl2和CaCl2試劑的尾礦貫入阻力讀數(shù)分別為226、228 和243 kPa，相比于只噴灑水（濃度為0）的尾礦試樣的貫入阻力（214 kPa）增長率分別為5.6 %、6.5 %和13.55 %。通過鹵化物之間的對比可見，噴灑CaCl2試劑的尾礦試樣貫入阻力最大。為此選取CaCl2試劑為尾礦結(jié)殼抗破壞性試劑.

從圖8 中還可以看出尾礦試樣的貫入阻力還受鹵化物試劑濃度的影響，以圖8（b）為例（試劑噴灑量為3.0 L·m?2），噴灑不同濃度（10、30 和50 g·L?1）CaCl2試劑的尾礦試樣的貫入阻力讀數(shù)分別為221、243 和277 kPa，相比于只噴灑水（濃度為0 g·L?1）的尾礦試樣的貫入阻力（214 kPa），增長率分別為3.3 %、13.55 %和29.44 %。由圖8 可知，在噴灑量相同的情況下，試劑濃度越大，尾礦試樣的貫入阻力讀數(shù)越大，即尾礦結(jié)殼的抗破壞性越好。為此，選取濃度為50 g·L?1的CaCl2試劑為尾礦結(jié)殼抗破壞性試劑.

尾礦結(jié)殼的抗破壞性還與試劑噴灑量有較大關(guān)系。以濃度為50 g·L?1的CaCl2試劑為例，對比圖8（a）、8（b）和8（c），從圖中可以看出，只噴灑水（濃度為0 g·L?1）的尾礦試樣在三種噴灑量下的貫入阻力讀數(shù)依次為83、214 和250 kPa。而噴灑量分別為 1.5、3.0 和4.5 L·m?2的尾礦試樣（噴灑濃度為50 g·L?1的CaCl2試劑）的貫入阻力讀數(shù)依次為136、277 和466 kPa。其增長率依次為63.86%、29.44%和86.4%。為此選取CaCl2試劑噴灑量為4.5 L·m?2.

綜上，針對抑塵劑對尾礦表面結(jié)殼抗破壞性能，優(yōu)選的鹵化物抑塵劑為濃度是50 g·L?1，噴灑量為4.5 L·m?2的CaCl2試劑.

3.2.2 高分子材料抑塵劑對尾礦表面結(jié)殼抗破壞性能的影響

噴灑高分子材料的尾礦試樣貫入實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9 所示。從總體上來看噴灑高分子材料的尾礦試樣貫入阻力小于只噴灑水（濃度為0）的尾礦試樣。3 種高分子材料中，貫入阻力較大的是聚丙烯酰胺，為此，選取聚丙烯酰胺作為高分子材料中用于尾礦試樣結(jié)殼抗破壞性能的試劑.

圖 9 噴灑3 種高分子抑塵劑溶液后的表面貫入阻力的測試結(jié)果。（a）噴灑量為1.5 L·m?2；（b）噴灑量為3.0 L·m?2；（c）噴灑量為4.5 L·m?2Fig.9 Test results of surface penetration resistance after spraying with three kinds of polymer dust-inhibitor solution:(a)spraying amount of 1.5 L·m?2;(b)spraying amount of 3.0 L·m?2; (c)spraying amount of 4.5 L·m?2

試劑濃度對尾礦結(jié)殼抗破壞性能依然有影響，以圖9（b）為例，對于聚丙烯酰胺試劑來說，隨著濃度的增加，其貫入阻力越來越接近噴灑水（濃度為0）的尾礦試樣的貫入阻力，可見濃度因素的影響效果還在。為此，對于濃度而言，依然選取濃度為0.5 g·L?1的聚丙烯酰胺試劑作為尾礦試樣結(jié)殼抗破壞性能的試劑.

尾礦試樣的結(jié)殼抗破壞性與高分子試劑的噴灑量仍有關(guān)系，以濃度為0.5 g·L?1聚丙烯酰胺試劑為例，噴灑量分別為1.5、3.0 和4.5 L·m?2時，噴灑聚丙烯酰胺的貫入阻力讀數(shù)依次為120、212 和248 kPa。為此，確定聚丙烯酰胺試劑的噴灑量為4.5 L·m?2.

綜上，針對抑塵劑對尾礦表面結(jié)殼抗破壞性能，優(yōu)選的高分子材料試劑為濃度是0.5 g·L?1，噴灑量是4.5 L·m?2的聚丙烯酰胺試劑.

3.2.3 噴灑兩類化學(xué)試劑的尾礦表面抗破壞性能對比分析

從兩類化學(xué)試劑加入尾礦試樣的貫入試驗(yàn)結(jié)果來看，噴灑高分子試劑的尾礦的結(jié)殼抗破壞性能遠(yuǎn)不如噴灑鹵化物試劑的。以聚丙烯酰胺和CaCl2作為比較對象進(jìn)行對比分析，對比結(jié)果如表4所示.

表 4 CaCl2與聚丙烯酰胺試樣貫入阻力對比Table 4 Comparison of penetration resistances of CaCl2 and polyacrylamide samples

以噴灑水（濃度為0 g·L?1）為界線，對于鹵化物CaCl2試劑而言，由于其加入量較多（濃度50 g·L?1），且噴灑量增加，使得CaCl2試劑可以深入較深部的尾礦中，形成更厚的結(jié)殼層，使得貫入阻力變大.

聚丙烯酰胺試劑噴灑于尾礦表面后，尾礦結(jié)殼的抗破壞性不如只噴灑水的尾礦試樣。究其原因，初步分析是由于聚丙烯酰胺試劑的質(zhì)量濃度較小。雖然高分子材料具有較長的長鏈結(jié)構(gòu)，但是由于質(zhì)量濃度較小，對于下部的尾礦起不到較好的連接、包裹作用，以致形成的結(jié)殼非常薄.

4 結(jié)論

1）通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，尾礦的抗風(fēng)蝕能力以及結(jié)殼的抗破壞能力，均與抑塵劑加入量有關(guān)。抑塵劑濃度越大，噴灑量越多，尾礦的抗風(fēng)蝕能力越好，結(jié)殼的抗破壞性越強(qiáng).

2）3 種鹽溶液中，噴灑CaCl2的尾礦抗風(fēng)蝕性能最好；3 種高分子溶液中，噴灑聚丙烯酰胺的尾礦抗風(fēng)蝕性能最好。將兩者對比，得出聚丙烯酰胺的抗風(fēng)蝕性最好.

3）3 種鹽溶液中，噴灑CaCl2的尾礦表面結(jié)殼的抗破壞能力最佳，貫入阻力遠(yuǎn)大于只噴灑水的；3 種高分子材料中，噴灑聚丙烯酰胺的尾礦結(jié)殼的抗破壞能力較好，但由于質(zhì)量濃度較小，使得結(jié)殼較薄，貫入阻力與只噴灑水的接近.

4）聚丙烯酰胺的抗風(fēng)蝕效果最好，但由于其質(zhì)量濃度較?。?.5 g·L?1），使得結(jié)殼抗破壞性差.CaCl2抗風(fēng)蝕性較聚丙烯酰胺差，但由于其質(zhì)量濃度較大（50 g·L?1），使得結(jié)殼抗破壞性好。為此，抑塵劑的選取可依據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況來確定。年均風(fēng)速較低的地區(qū)，可選擇噴灑CaCl2，降低風(fēng)蝕的同時可滿足足夠的結(jié)殼抗破壞性；年均風(fēng)速較高時，則可以選擇聚丙烯酰胺作為抑塵劑.

本文的試驗(yàn)測試均是在室內(nèi)完成的，室內(nèi)試驗(yàn)條件很難與現(xiàn)場保持一致。在條件許可的情況下，后續(xù)可以開展半工業(yè)性試驗(yàn)測試.