輸送促流劑在充填料中的應用研究*

張友軒，周愛民,2，宋嘉棟,2，袁雪梅,2，王長軍,2，宋 興,2

(1.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012；2.國家金屬采礦工程技術研究中心， 湖南 長沙 410012)

輸送促流劑在充填料中的應用研究*

張友軒1，周愛民1,2，宋嘉棟1,2，袁雪梅1,2，王長軍1,2，宋 興1,2

(1.長沙礦山研究院有限責任公司， 湖南 長沙 410012；2.國家金屬采礦工程技術研究中心， 湖南 長沙 410012)

采用正交試驗法自主研發充填料中使用的新型輸送促流劑，測試了輸送促流劑對充填料的坍落度和抗壓強度的影響。結果表明：此種輸送促流劑能顯著改善充填料的流動性和勻質性，同時可減少水泥的使用量，從而大大節約充填成本。

輸送促流劑；充填料；坍落度；抗壓強度

在有色金屬資源開采過程中，充填采礦法由于安全性高、環境破壞性小成為我國深井開采的最主要方法。在國內充填采礦由于水泥用量高，成本大，充填體強度不均勻，離析脫水嚴重，質量難以控制，制約了充填采礦法的發展和資源的高效回收[1]。研究充填新型外加劑，在保持后期強度的情況下，提高充填料的流動性、勻質性，就能大大節約充填成本[2￣4]。

近年來，充填外加劑方面的研究比較多。但是產品效果不理想，主要是后期強度達不到好的效果。根據這一現狀，本課題研制開發了一種新型充填輸送促流劑[5]。在尾砂充填過程中，加入一定量的輸送促流劑，可提高充填料的流動性、勻質性。不但解決了礦渣難以處理所引起的環境問題，變廢為寶，達到了資源綜合利用的目的，同時還能夠減少水泥的用量，達到節能減排的效果，實現其經濟性[6]。

1 輸送促流劑合成試驗

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。實驗儀器為2升玻璃反應釜。玻璃反應釜具有恒溫、攪拌、易觀察等特點。

根據不同配比(見表1)合成輸送促流劑。

表1 組分及配比(質量百分比)

1.2 制 法

先將水加入反應釜中，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中，攪拌、溶解2～6 h,即得所需產品。產品為棕褐色液體。

2 測試所配輸送促流劑的性能

2.1 尾 砂

本實驗所用尾砂為江西某鎢礦選礦后尾砂，其化學成分見表2，水泥為普通硅酸鹽水泥。根據外加劑和水泥的不同摻量，測試了其坍落度和強度。

表2 尾砂成分(質量百分比)

2.2 試驗方法

正交設計也稱為正交試驗設計，是研究材料性能方面一種較為常用的方法，本試驗為了分析輸送促流劑對充填料漿坍落度和強度的影響采用正交試驗設計方法。正交設計是從全部試驗的樣本點中挑選出部分有代表性的樣本點做試驗，這些代表點具有正交性。其作用是只用較少的試驗次數就可以找出因素水平間的最優搭配或由試驗結果通過計算推斷出最優搭配，是一種高效、快速、經濟的試驗設計方法[7]。

2.3 測試坍落度

固定料漿濃度為70%，灰砂比和輸送促流劑摻量為變量，共進行9次試驗，試驗過程中，可直接觀察充填料漿的流動性、粘聚性和泌水離析現象。試驗結果見表3，試驗步驟如下：

(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(坍落度桶內部尺寸為：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，整個過程不間斷進行，并在較短的時間(一般是150 s)內完成。其中，拔起坍落度筒的時間在5～10 s內完成。

(3) 測量坍落度。充填料漿由于自重將會產生坍落現象，由坍落度筒頂到坍落的料漿頂部的距離(單位cm或mm)就叫坍落度。

表3 坍落度試驗方案及結果

2.4 抗壓強度試驗測試

固定料漿濃度為70%，灰砂比和輸送促流劑摻量為變量，共進行9次試驗，試驗結果見表4，試驗步驟如下：

(1) 充填料漿制備。輸送促流劑的摻加方法對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(與拌和水同時摻入)、后摻法(在拌和后經過一定的時間摻入)。通過前期的試拌，確定本試驗的輸送促流劑采用后摻法。首先按確定的試驗方案稱量水、尾砂、水泥和輸送促流劑的質量。

(2) 充填料制備。使用行星式攪拌機，將稱量水泥、水、尾砂、輸送促流劑按質量比充分攪拌混合均勻。

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

(4) 標準養護。將做好編號的三聯試模放人溫度(20±1)℃、濕度不低于90%的標準恒溫恒濕養護箱中進行養護。

(5) 試塊脫模。三聯試模在養護箱養護48 h然后進行脫模，脫模后對試塊編號繼續放入養護箱中養護，直到養護齡期。

(6) 強度測試。首先用游標卡尺測量每個試塊的長和寬，然后利用壓力機連續勻速加荷進行單軸抗壓強度的測定。每齡期強度測試3塊，取其平均值，作為該齡期充填體的單軸抗壓強度值[8]。

表4 抗壓強度試驗方案及結果

3 結果討論

采用極差分析法，分析灰砂比和外加劑摻量對坍落度及抗壓強度的影響。極差分析法是通過對每一因素的平均極差來分析問題。所謂極差就是平均效果中最大值和最小值的差，極差R的大小反映相應因素作用的大小。有了極差，就可以比較各因素對考核指標的影響順序和影響大小，從而確定因素的主次和最優組合[9￣10]。坍落度的極差分析結果見表5，抗壓強度分析結果見表6。

表5 坍落度的極差分析結果

從表5可以看出，外加劑摻量對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，流動性越好。

表6 抗壓強度的極差分析結果

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

4 結 論

(1) 通過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、流動性。根據經濟性和實用性考慮，選擇摻量為0.1%就可滿足泵送要求。

(2) 觀察坍落度測試試驗可知，加入促流劑防止充填料漿輸送過程發生泌水，具體效果可在中試過程進行進一步論證。

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

[1]袁雪梅,張友軒.一種早強減水劑在礦山膠結充填中的試驗研究[J].礦業研究與開發,2016,36(10):62￣65.

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[4]鄭娟榮,谷 迪.減水劑對全尾砂膠結膏體充填材料性能的影響研究[J].有色金屬(礦山部分),2014(06):60￣65.

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李潔慧(1985-)，女，湖南衡陽人，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。

國家科技支撐計劃項目(50484058).

2016￣9￣22)