港里铁矿1号矿体全尾砂胶凝材料试验研究

李 鑫，姚中亮，康瑞海，彭 亮

港里铁矿1号矿体全尾砂胶凝材料试验研究

李 鑫1, 2，姚中亮1, 2，康瑞海1, 2，彭 亮1, 2

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

港里铁矿1号矿体充填系统采用分级尾砂胶结充填工艺，因其能力不足、充填浓度低、充填体强度低等诸多问题，需升级改造。设计采用全尾砂结构流胶结充填工艺，而全尾矿粒度细且含泥量大严重影响充填体的强度。为此，矿山与长沙矿山研究院有限责任公司积极开展科研攻关，研制出了适用于该矿全尾砂充填的胶凝材料。

胶结剂;全尾砂充填;充填体强度

0 引 言

港里铁矿1号矿体设计规模为60×104t/a，充填系统采用分级尾砂胶结充填工艺。开采后，出现以下问题：

（1）系统充填能力不足。选矿厂产生的全尾矿粒度细且含泥量大，分级产生粗颗粒尾砂的速度达不到充填要求。

（2）充填浓度较低。充入井下的充填料浓度低且不稳定。

（3）充填体强度低。采场充填后，充填料长时间不凝固，影响采场回采进度。

为恢复港里铁矿1号矿的生产，必须对原充填系统进行改造升级。针对现有充填系统出现的问题，决定采用全尾砂结构流胶结充填工艺。而全尾矿粒度细且含泥量大严重影响充填体的强度，为此，矿山与长沙矿山研究院有限责任公司积极开展科研攻关，研制出适用于该矿充填系统的胶凝 材料。

1 试验材料取样

2018年3月1日～2018年3月10日，在港里铁矿所在地莱芜市现场完成对全尾砂、胶凝材料的取样工作。样品包括全尾砂浆，矿山现用胶结剂海易胶固粉，P·C 32.5水泥（取自张家洼矿）。

采集的样品运抵长沙矿山研究院充填实验室后，对尾砂料浆分别进行了烘干脱水，混合均匀制样（见图1）。

图1 四分法制样

2 试验内容及结果分析

2.1 物理化学性质试验结果

本次物理性质试验测试全尾砂的比重、容重、孔隙率等参数，且采用MASTERSIZER 2000型激光衍射粒度分析仪测定粒度分布。实验结果如表1和表2所示。

充填材料中的各种化学成分及其含量对充填体强度有一定的影响，测定结果如表3所示。

表1 全尾砂物理性质试验结果统计表

表2 全尾砂粒度测定试验结果

表3 全尾砂化学成分测定结果/%

根据表1~表3可以得出：

（1）全尾砂−75 μm累计含量达到78.614%，平均粒径67.5 μm，与国内类似矿山相比，该矿尾砂很细。

（2）尾砂−20 μm累计含量为31.348%，尾砂粒级组成有利于形成“结构流体”。

（3）充填物料中，“碱度系数”为0.67＜1，物料为酸性，不利于充填体后期强度。

2.2 强度配比试验方案

针对选矿厂全尾砂的性质，长沙矿山研究院有限责任公司研制出4种新型胶结剂，加之原充填用的海易胶固粉、张家洼铁矿的P·C32.5水泥，共6种胶结剂。根据尾砂性质及相关经验，初步配制出4种类型新型胶结剂分别进行强度配比探索试验，强度配比试验具体方案如下：

充填料：新型胶结剂A+全尾砂

充填料：新型胶结剂B+全尾砂

充填料：新型胶结剂C+全尾砂

充填料：新型胶结剂D+全尾砂

充填料：海易胶固粉+全尾砂

充填料：P·C32.5水泥+全尾砂

料浆浓度为60%、龄期3，7，28 d，灰砂比分别为1:4，1:6，1:8，1:12，1:15。

2.3 试验结果

充填强度试验结果见表4，强度对比如图2～图6所示。

图2 灰砂比1:4，各胶结剂强度增长曲线

2.4 试验结果分析

由表4及图2~图6可以分析得出：

（1）胶凝材料为P·C32.5水泥时各灰砂比的强度最低，28 d强度最高仅为0.37 MPa，不能满足采矿方法要求。

表4 各组强度配比试验结果汇总表

图3 灰砂比1:6，各胶结剂强度增长曲线

（2）其他几种胶结剂与尾砂各龄期强度高低整体趋势依次为：

高灰砂比（1:4）时：海易胶结剂＞新型胶结剂A≈新型胶结剂B＞新型胶结剂C＞新型胶结剂D，但28 d强度新型胶结剂A比海易胶结剂略高。

图4 灰砂比1:8，各胶结剂强度增长曲线

图5 灰砂比1:12，各胶结剂强度增长曲线

图6 灰砂比1:15，各胶结剂强度增长曲线

灰砂比为1:6时：新型胶结剂A＞新型胶结剂B≈海易胶结剂＞新型胶结剂C＞新型胶结剂D。

灰砂比为1:8时：新型胶结剂A＞海易胶结剂＞新型胶结剂B≈新型胶结剂C≈新型胶结剂D。

灰砂比为1:12时：新型胶结剂B＞新型胶结剂A＞新型胶结剂D≈海易胶结剂＞新型胶结剂C。

灰砂比为1:15时：新型胶结剂A≈新型胶结剂B＞新型胶结剂D≈海易胶结剂＞新型胶结剂C。

3 结论及建议

根据本次的充填材料实验室试验研究，可以得出：新型胶结剂A与尾砂的胶结性能最好，其次高灰砂比时海易胶结剂比胶结剂A、胶结剂B略好，低灰砂比时海易胶结剂比胶结剂A、胶结剂B都要差，胶结剂C与胶结剂D与尾砂的胶结性能最差。建议选择新型胶结剂A、新型胶结剂B和海易胶固粉做进一步研究。

[1] 彭 亮,焦志慧,袁 仲.分级尾砂+戈壁集料在杜达铅锌矿的工业应用试验研究[J].矿业研究与开发,2017,37(9):22-25.

[2] 邓代强,李夕兵,姚中亮,康瑞海,彭 亮,王 旭.尾砂胶结充填技术在西朝钼矿的应用[J].中国矿业,2016(3):81-82+92.

[3] 彭 亮,康瑞海,姚中亮,杨耀亮,王 旭,江 科.杜达铅锌矿充填骨料粒级组成分析研究[J].矿业研究与开发,2016,36(10):54-58.

[4] 邓代强,李夕兵,姚中亮,康瑞海,王 旭,彭 亮. 阿舍勒铜矿粗骨料充填料浆流动性能研究[J].有色金属工程,2016(1):54-57.

[5] 闻奎武,彭 亮,康瑞海,王 旭.高硫极细尾砂充填料强度配比试验研究[J].采矿技术,2016,16(4):40-42.

[6] 康瑞海,彭 亮,姚中亮.杜达铅锌矿粗骨料充填料浆流动性研究[J].矿业研究与开发,2017,37(3):14-18.

[7] 姚中亮.结构流体胶结充填技术应用及展望[J].矿业研究与开发,2016,36(10):39-45.

[8] 姚中亮.全尾砂结构流体胶结充填的理论与实践[J].矿业研究与开发,2006(S1):15-18+48.

(2019-01-06)

李 鑫(1990—),男,硕士,山东临沂人,主要从事胶结剂研发、充填系统工艺技术研究与设计、充填采矿方法设计等工作,Email: 1548960170@qq.com。