尾砂粒级组成对膏体充填的影响研究

尾砂粒级组成对膏体充填的影响研究

0尾砂级配研究近年来，基于细粒尾砂的浓缩脱水和石膏系统准备技术的改进，以及长距离石膏材料的高流量输送技术，石膏体积填充技术得到了迅速发展。不同矿山因地质条件及选矿工艺不同，所产尾砂千差万别，关于尾砂级配研究也是不尽相同。目前国内对膏体充填尾砂级配的相关研究还很少，王洪江某矿山生产扩能后决定新建膏体充填系统，为寻求制备膏体充填料浆的最优级配尾砂，本研究对该矿山生产的不同级配尾砂进行粒级组成测定试验分析以及不同级配尾砂骨料料浆流变特性分析，最终选定该矿山膏体充填最优尾砂级配，且研究结果为同类型矿山进行膏体充填前的尾砂骨料选择提供了参考。1试验和分析了不同砂粒等级的组成1.1尾砂试样及分级尾砂材料分为全尾砂与分级尾砂。全尾砂试样来自矿山选厂，分级尾砂试样为经深锥浓密处理后的不同底流产率的A、B、C、D、E5种分级尾砂。1.2尾砂粒级测定以往实验室经验表明：激光粒度分析仪测定0.045mm以上尾砂粒径易出现精度不足问题，故采用筛分法结合激光分析法进行尾砂粒级组成测定。首先采用筛分法测定0.045mm以上粒径，试验设备为标准检验筛及湿式振筛机；筛分所得0.045mm以下粒径采用激光分析法测定，试验仪器为欧美克LS-POP(9）型激光粒度分析仪。1.3测量结果对筛分法测得0.045mm以上粒径及激光分析法测得0.045mm以下粒径进行数据整合，所测定粒径累计分布率结果见表1。1.4尾砂粒级测定(1）尾砂整体粒径大小关系分析。根据表1粒级测定数据，全尾砂与5种分级尾砂粒级组成的对比见图1。对比尾砂各粒径累积分布率，整体上6种尾砂的粒径大小关系表现为：底流产出A分级尾砂<底流产出B分级尾砂<底流产出C分级尾砂<底流产出D分级尾砂<底流产出E分级尾砂<全尾砂。即A分级尾砂颗粒最粗，全尾砂颗粒最细。(2）尾砂颗粒均匀程度分析。颗粒不均匀系数C对尾砂粒级测定结果进行数据拟合，所得尾砂粒径重要特征参数见表2。计算得6种尾砂颗粒不均匀系数见表3。表3表明，6种尾砂均C(3)-20μm粒径占比分析。膏体充填选择尾砂骨料，目前国内外普遍将-20μm粒径占比作为重要分析指标，认为其占比在15%～20%之间为合理参考区间。本次粒级测定的6种尾砂-20μm粒径占比见表4。表4表明，作为膏体充填料浆的尾砂骨料，A分级尾砂及全尾砂的-20μm粒径占比不在合理参考区间，不宜优先选择作为膏体充填尾砂骨料。2充填料浆流变特性膏体物料中含有大量的超细颗粒，这些颗粒在表面物理化学作用下形成具有一定抗剪强度的三维絮凝网状结构，使膏体料浆兼有固体和液体的特征，呈“半固体”状态、非牛顿流体流动。Bingham模型是表征膏体流变关系最常用且有效的模型之一，可以对膏体的流变规律进行较为精确的描述式中，τ为剪切应力，Pa；τ黏度表征剪切力与剪切速率的线性递增关系，屈服应力则更直观的表现表征膏体料浆流变特性，当剪切力超过屈服应力时，料浆开始流动。目前国内外研究普遍认为，充填料浆屈服应力大于（200±25)Pa时，可以视为膏体。本次流变特性试验主要对用6种尾砂做为骨料所制充填料浆的屈服应力指标进行研究分析。2.1试验材料粒级测定试验中的全尾砂及A、B、C、D、E5种分级尾砂；目前该矿山生产所用的P.O42.5型水泥；实验室内的自来水。2.2各配合比方案的确定参考该矿山之前生产阶段的充填情况，设计制备试验用充填料浆的配合比方案见表5。本次流变试验所用设备为R/S-SST软固体测试仪，其转子选用V3-40-20规格的十字型转子，选用400mL规格的烧杯盛装试验料浆，其内径为80mm。2.3测量结果对用全尾砂及5种分级尾砂所制成的不同浓度充填料浆进行流变测试试验，测试选用Bingham模型，测得试验料浆的屈服应力结果见表5。2.4尾砂料浆屈服应力随浓度的变化情况下，充填料浆屈服应力随粒径大小的变化而显著(1）浓度对料浆屈服应力的影响。从6种尾砂料浆流变试验数据可以明显得出，浓度作为料浆唯一变量时，屈服应力随浓度的提高而增大。(2）粒径大小对料浆屈服应力的影响。对浓度具有参考可比性的5种分级尾砂料浆测定数据绘图分析，如图2所示。分析可得越细粒径的尾砂作为骨料所制料浆在同一浓度下所达到的屈服应力值越高，即尾砂中细粒径较粗粒径对料浆屈服应力的提高，影响为正相关。2.5膏体充填料浆浓度前述已得，同一尾砂骨料料浆浓度作为唯一变量，浓度越大，料浆屈服应力越大。从流变角度分析，料浆屈服应力大于（200±25)Pa时，可视为膏体料浆，但屈服应力过大，则实际生产活动中料浆输送难度加大，提高生产成本。为便于输送，膏体充填料浆其屈服应力一般不宜大于225Pa。但对于井下充填而言，充填料浆浓度作为唯一变量，浓度越高，形成的充填体越稳定，越能最大程度利用尾砂。综上，对于膏体充填料浆浓度可总结为：屈服应力在（200±25)Pa范围内，相同尾砂不同浓度料浆的屈服应力最大值，其浓度即为适宜输送的膏体料浆极限浓度。那么对于不同尾砂来说，其制备的料浆极限充填浓度最高者，从流变学角度即为膏体充填最优选用的尾砂。分析本次6种尾砂骨料充填料浆可得：(1）首先从表5中容易分析得出，全尾砂作为骨料时，70%浓度料浆的屈服应力已达235.79Pa，即充填浓度上限只能达到70%，该值低于所有分级尾砂；(2)A分级尾砂作为骨料时，77%浓度料浆屈服应力只有102.17Pa，该骨料很难形成膏体料浆，基本不能实现膏体充填；(3)D及E分级尾砂作为骨料时，最高充填浓度可达74%,C分级尾砂作为骨料时，最高充填浓度可达75%,B分级尾砂作为骨料时，最高充填浓度可达77%。3尾砂级占比分析结合粒级组成分析及流变特性分析，针对本次研究的6种尾砂及用6种尾砂做为骨料所制的试验料浆，可得如下结论：(1）满足颗粒均匀程度，级配良好，且-20μm粒径占比在膏体充填料浆骨料合理参考区间的尾砂有C、D分级尾砂，E分级尾砂-20μm粒径占比为20.713%，也基本满足；(2）综合流变分析，C、D、E3种分级尾砂作为骨料的充填料浆，在满足膏体料浆前提下，用C分级尾砂为骨料的料浆其极限浓度可达75%，高于D、E分级尾砂；(3）本次研究的宗旨是在满足该矿山膏体充填的前提下，选用合理级配的尾砂，提高充填