工程科学学报 Chinese Journal of Engineering 常规卤化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验 赵筠康魏作安杨永浩路停王文松李世龙 Control of dust from tailings pond using conventional halides and polymer materials ZHAO Jun-kang.WEI Zuo-an,YANG Yong-hao,LU Ting.WANG Wen-song.LI Shi-Long 引用本文： 赵筠康，魏作安，杨永浩，路停，王文松，李世龙.常规卤化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验.工程科学学报，2021， 43(4:486-494.doi:10.13374.issn2095-9389.2020.04.23.002 ZHAO Jun-kang.WEI Zuo-an,YANG Yong-hao,LU Ting,WANG Wen-song.LI Shi-Long.Control of dust from tailings pond using conventional halides and polymer materials[J].Chinese Journal of Engineering,2021,43(4):486-494.doi: 10.13374-issn2095-9389.2020.04.23.002 在线阅读View online:https::/doi.org10.13374j.issn2095-9389.2020.04.23.002 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 从选铜尾矿中选择性还原回收铁 Process of the selective reduction and recovery of iron from copper tailings 工程科学学报.2019,41(6：741 https:1doi.org/10.13374j.issn2095-9389.2019.06.005 铜尾矿流变特性与管道输送阻力计算 Study of the rheological characteristics of copper tailings and calculation of resistance in pipeline transportation 工程科学学报.2017,395)：663 https:/1doi.org10.13374.issn2095-9389.2017.05.003 卤化物钙钛矿量子点0D-2D混合维度异质结构光探测器的研究进展及挑战 Halide perovskite quantum dot based OD-2D mixed-dimensional heterostructure photodetectors:progress and challenges 工程科学学报.2019,41(3)：279 https:1doi.org/10.13374j.issn2095-9389.2019.03.001 尾矿库遗坝灾害防控现状及发展 Status and development for the prevention and management of tailings dam failure accidents 工程科学学报.2018,40(5：526htps:/1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2018.05.002 尾矿浆沉积室内模拟试验 Indoor scale-down test of tailings 工程科学学报.2017,3910)：1485 https:/loi.org/10.13374j.issn2095-9389.2017.10.004 复合激发剂对铜炉渣活性影响及充填材料制备 Effect of compound activator on copper slag activity and preparation of filling materials 工程科学学报.2017,399%：1305 https:1doi.org/10.13374.issn2095-9389.2017.09.002
常规卤化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验 赵筠康 魏作安 杨永浩 路停 王文松 李世龙 Control of dust from tailings pond using conventional halides and polymer materials ZHAO Jun-kang, WEI Zuo-an, YANG Yong-hao, LU Ting, WANG Wen-song, LI Shi-Long 引用本文: 赵筠康, 魏作安, 杨永浩, 路停, 王文松, 李世龙. 常规卤化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验[J]. 工程科学学报, 2021, 43(4): 486-494. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.23.002 ZHAO Jun-kang, WEI Zuo-an, YANG Yong-hao, LU Ting, WANG Wen-song, LI Shi-Long. Control of dust from tailings pond using conventional halides and polymer materials[J]. Chinese Journal of Engineering, 2021, 43(4): 486-494. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.23.002 在线阅读 View online: https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.23.002 您可能感兴趣的其他文章 Articles you may be interested in 从选铜尾矿中选择性还原回收铁 Process of the selective reduction and recovery of iron from copper tailings 工程科学学报. 2019, 41(6): 741 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.06.005 铜尾矿流变特性与管道输送阻力计算 Study of the rheological characteristics of copper tailings and calculation of resistance in pipeline transportation 工程科学学报. 2017, 39(5): 663 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.05.003 卤化物钙钛矿量子点0D-2D混合维度异质结构光探测器的研究进展及挑战 Halide perovskite quantum dot based 0D-2D mixed-dimensional heterostructure photodetectors:progress and challenges 工程科学学报. 2019, 41(3): 279 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2019.03.001 尾矿库溃坝灾害防控现状及发展 Status and development for the prevention and management of tailings dam failure accidents 工程科学学报. 2018, 40(5): 526 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2018.05.002 尾矿浆沉积室内模拟试验 Indoor scale-down test of tailings 工程科学学报. 2017, 39(10): 1485 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.10.004 复合激发剂对铜炉渣活性影响及充填材料制备 Effect of compound activator on copper slag activity and preparation of filling materials 工程科学学报. 2017, 39(9): 1305 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2017.09.002
工程科学学报.第43卷.第4期：486-494.2021年4月 Chinese Journal of Engineering,Vol.43,No.4:486-494,April 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.23.002;http://cje.ustb.edu.cn 常规卤化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验 赵筠康2)，魏作安1,2)四，杨永浩)，路停1,2)，王文松2)，李世龙2) 1)重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆4000442)重庆大学资源与安全学院.重庆4000443)重庆交通大学省部共建 山区桥梁及隧道工程国家重点实验室.重庆400074 ☒通信作者，E-mail:weiza@cqu.edu.cn 摘要选取溶液质量浓度、溶液喷洒量以及外部风速作为变量，通过室内试验考察了常规卤化物和高分子材料对扬尘控制 的效果。以抗风蚀能力和结壳抗破坏能力为响应变量.结果表明，随着抑尘剂浓度的增加和喷洒量的增加，结壳的抗风蚀性 和抗破坏性可以得到提高.在肉化物溶液中，CaCl2的抑尘性能最好.在风速为7.5ms的条件下，CCl2喷洒量为4.5Lm2 且其质量浓度为50gL-时，尾矿质量损失量为0.75gm2min,贯入阻力为466kPa在高分子材料中，聚丙烯酰胺的抑尘效 果最好.在风速为7.5ms的条件下，聚丙烯酰胺喷洒量为4.5Lm2,且其质量浓度为0.5gL时，尾矿质量损失量为 0.30gm2min,贯入阻力为248kPa抑尘剂的选取可根据当地年均风速确定，年均风速较大时，可选择聚丙烯酰胺作为尾矿 库抑尘剂，反之则可选择CC2为尾矿库抑尘剂. 关键词铜尾矿；卤化物：高分子材料：抗风蚀能力：贯人阻力 分类号TD862 Control of dust from tailings pond using conventional halides and polymer materials ZHAO Jun-kang2,WEI Zuo-an2 YANG Yong-hao LU Ting2,WANG Wen-song2),LI Shi-Long2 1)State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control,Chongqing University,Chongqing 400044,China 2)School of Resources and Safety Engineering,Chongqing University,Chongqing 400044,China 3)State Key Laboratory of Mountain Bridge and Tunnel Engineering,Chongqing Jiao Tong University,Chongqing 400074,China Corresponding author,E-mail:weiza@cqu.edu.cn ABSTRACT Mine tailings,the byproducts of mineral processing,are special solid wastes generally classified as loose sandy silts or silty sands that are vulnerable to wind erosion,especially in arid and semiarid regions.Mine tailings also contain potentially toxic elements such as Cd,Cr,Mn,Ni,Zn,Pb,and As.Thus,fugitive dust from mine tailings is associated with a number of environmental and safety concerns.In recent years,dust control has become a hot topic in the environmental management of tailings storage facilities. Using the response variables of wind erosion resistance and penetration resistance,the experimental variables of the solution concentration,spray amount,and external air speed,laboratory tests were conducted to investigate the effects of conventional halides and polymer materials on dust control.The results indicate that the wind erosion resistance and penetration resistance of the crust can be improved with increase in the concentration of the dust-depressor and the amount of spray used.In the halide solution,CaCl exhibited the best dust control effect.When the wind speed is 7.5 m-s and the spraying amount of CaCl2 is 4.5 L'm2 at a concentration of 50 gL,the loss quantity of tailings is 0.75 gm2min-and the penetration resistance is 466 kPa.Among the polymer materials, polyacrylamide exhibits the best dust control effect.The loss quantity of tailings is 0.30 g.m2min and the penetration resistance is 248 kPa when the wind speed is 7.5 ms and the spraying amount of polyacrylamide is 4.5 Lmat a concentration of 0.5 gL.This 收稿日期：2020-04-23 基金项目：国家重点研发计划资助项目(2017YFC0804609):重庆市自然科学基金资助项目(cstc2019jcyj-bshX0022):重庆市博士后科研项 目特别资助(XmT2018017)
常规卤化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验 赵筠康1,2)，魏作安1,2) 苣，杨永浩3)，路 停1,2)，王文松1,2)，李世龙1,2) 1) 重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆 400044 2) 重庆大学资源与安全学院，重庆 400044 3) 重庆交通大学省部共建 山区桥梁及隧道工程国家重点实验室，重庆 400074 苣通信作者，E-mail: weiza@cqu.edu.cn 摘 要 选取溶液质量浓度、溶液喷洒量以及外部风速作为变量，通过室内试验考察了常规卤化物和高分子材料对扬尘控制 的效果. 以抗风蚀能力和结壳抗破坏能力为响应变量. 结果表明，随着抑尘剂浓度的增加和喷洒量的增加，结壳的抗风蚀性 和抗破坏性可以得到提高. 在卤化物溶液中，CaCl2 的抑尘性能最好. 在风速为 7.5 m·s−1 的条件下，CaCl2 喷洒量为 4.5 L·m−2 ， 且其质量浓度为 50 g·L−1 时，尾矿质量损失量为 0.75 g·m−2·min−1，贯入阻力为 466 kPa. 在高分子材料中，聚丙烯酰胺的抑尘效 果最好. 在风速为 7.5 m·s−1 的条件下，聚丙烯酰胺喷洒量为 4.5 L·m−2，且其质量浓度为 0.5 g·L−1 时，尾矿质量损失量为 0.30 g·m−2·min−1，贯入阻力为 248 kPa. 抑尘剂的选取可根据当地年均风速确定，年均风速较大时，可选择聚丙烯酰胺作为尾矿 库抑尘剂，反之则可选择 CaCl2 为尾矿库抑尘剂. 关键词 铜尾矿；卤化物；高分子材料；抗风蚀能力；贯入阻力 分类号 TD862 Control of dust from tailings pond using conventional halides and polymer materials ZHAO Jun-kang1,2) ，WEI Zuo-an1,2) 苣 ，YANG Yong-hao3) ，LU Ting1,2) ，WANG Wen-song1,2) ，LI Shi-Long1,2) 1) State Key Laboratory of Coal Mine Disaster Dynamics and Control, Chongqing University, Chongqing 400044, China 2) School of Resources and Safety Engineering, Chongqing University, Chongqing 400044, China 3) State Key Laboratory of Mountain Bridge and Tunnel Engineering, Chongqing Jiao Tong University, Chongqing 400074, China 苣 Corresponding author, E-mail: weiza@cqu.edu.cn ABSTRACT Mine tailings, the byproducts of mineral processing, are special solid wastes generally classified as loose sandy silts or silty sands that are vulnerable to wind erosion, especially in arid and semiarid regions. Mine tailings also contain potentially toxic elements such as Cd, Cr, Mn, Ni, Zn, Pb, and As. Thus, fugitive dust from mine tailings is associated with a number of environmental and safety concerns. In recent years, dust control has become a hot topic in the environmental management of tailings storage facilities. Using the response variables of wind erosion resistance and penetration resistance, the experimental variables of the solution concentration, spray amount, and external air speed, laboratory tests were conducted to investigate the effects of conventional halides and polymer materials on dust control. The results indicate that the wind erosion resistance and penetration resistance of the crust can be improved with increase in the concentration of the dust-depressor and the amount of spray used. In the halide solution, CaCl2 exhibited the best dust control effect. When the wind speed is 7.5 m·s−1 and the spraying amount of CaCl2 is 4.5 L·m−2 at a concentration of 50 g·L−1, the loss quantity of tailings is 0.75 g·m−2·min−1 and the penetration resistance is 466 kPa. Among the polymer materials, polyacrylamide exhibits the best dust control effect. The loss quantity of tailings is 0.30 g·m−2·min−1 and the penetration resistance is 248 kPa when the wind speed is 7.5 m·s−1 and the spraying amount of polyacrylamide is 4.5 L·m−2 at a concentration of 0.5 g·L−1. This 收稿日期: 2020−04−23 基金项目: 国家重点研发计划资助项目（2017YFC0804609）；重庆市自然科学基金资助项目（cstc2019jcyj-bshX0022）；重庆市博士后科研项 目特别资助（XmT2018017） 工程科学学报，第 43 卷，第 4 期：486−494，2021 年 4 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 43, No. 4: 486−494, April 2021 https://doi.org/10.13374/j.issn2095-9389.2020.04.23.002; http://cje.ustb.edu.cn
赵筠康等：常规肉化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验 487 paper emphasizes that the selection of dust-depressor can be determined based on the local annual mean wind speed,whereby polyacrylamide should be selected as the dust suppressant for a tailings pond when the annual mean wind speed is high.Otherwise, CaCl should be selected as the dust-depressor for a tailings pond. KEY WORDS copper tailings;halides;polymer materials;wind erosion resistance;penetration resistance 尾矿是矿石经选矿甄别、提取有用矿物后剩 1 试验材料及方法 余的固体残渣四.尾矿通常以干式和湿式的方式被 1.1试验材料 排放到尾矿库内堆存起来回.目前，我国有将近 1.1.1试验用尾矿 1.2万座尾矿库分布在全国各地（除上海和天津）间 试验用尾矿为四川凉山矿业股份有限公司下 由于排放的尾矿粒度比较细且二氧化硅含量高， 属小打鹅尾矿库的铜矿尾矿（通过浮选工艺产 颗粒间缺乏黏性，保水能力极差，在微风作用下， 生)，属尾粉土，其颗粒级配曲线如图1所示，化学 尾矿颗粒很容易被扬起，形成扬尘扬沙，造成环境污 成分如表1所示.由颗粒分析结果可知，该铜尾矿 染)，扬尘扬沙是尾矿库的主要环境问题之一 的中值粒径为78.64um,其颗粒级配不均匀系数 它不仅污染矿区周边环境，严重影响周围植被的 Cu为6.577，颗粒级配曲率系数C。为1.193，级配良 生长门，还会威胁到矿区周边居民的身体健康，有 好.示例图片如图1 的还可能成为区域性沙尘暴的来源.因此，很有必 要针对尾矿库扬尘扬沙的防治开展研究 100 目前，尾矿库的扬尘抑制方法分为洒水、复垦 80 或覆土方法及化学抑尘法氏割洒水抑尘法有效抑 尘时间短、耗水量大，不适用水资源短缺的干旱地 60 区.复垦或覆土方法主要针对已经闭库的尾矿库， 其治理彻底，防尘效果显著，但需要大量的种植 0 土，成本过高例化学抑尘法被认为是解决开放性 尘源扬尘污染的最佳方法.那琼通过室内外 之 试验，研究出一种无机固化剂，将其用于马钢姑山 铁矿尾矿库防尘效果比较好.杜翠凤等山研究出 1.000 0.100 0.010 0.001 Particle size/mm 一种黏结型抑尘剂，通过室内外测试，尤其半工业 图1铜尾矿粒径分布曲线 性试验，效果也比较好.但有关化学抑尘剂在尾矿 Fig.1 Particle size distribution curve of copper tailings 库防尘方面成功应用的案例，至今少见报道.因 1.1.2卤化物抑尘剂 此，有必要开展化学抑尘法在尾矿库防尘中的试 卤化物具有良好的吸湿性、持水性，且能提高 验研究 土颗粒间的张力等特点]试验选取了3种卤化 文献[12]对化学抑尘的基本原理和方法等进 物(NaCl、MgCl2、CaCl,),其吸湿性是由于卤化物 行了翔实的介绍.化学抑尘方法的关键是寻找合 及其结晶水合物均是易潮解的物质，具有良好的 适的化学抑尘剂.本文以有色金属铜矿浮选尾矿 吸湿性：而持水性则是由于其蒸汽压力比水低，当 为研究对象，选取3种常规的卤化物(NaCI、MgCl2、 卤化物的浓度较大，且蒸汽压小于空气中水蒸气 CaCl2)和3种高分子材料（木质素磺酸钙(LS)、聚 的分压时，将不断吸取周围空气中的水分，直至两 乙烯醇(PVA)、聚丙烯酰胺(PAM))作为抑尘剂， 者的蒸汽压相等.文献[12]指出常见的3种卤化 针对这些抑尘剂的抑尘效果进行系统研究.研究 物水溶液的抗蒸发性顺序依次为：MgCl2,CaCl2, 成果可为矿山尾矿库的扬尘防治所应用 NaCl. 表1铜尾矿的化学组成 Table 1 Chemical composition of copper tailings Chemical element 易 Ca Fe Al Na Mg P Ti Other Mass fraction 46.84 16.84 13.32 9.813.792.562.06 1.871.02 1.89
paper emphasizes that the selection of dust-depressor can be determined based on the local annual mean wind speed, whereby polyacrylamide should be selected as the dust suppressant for a tailings pond when the annual mean wind speed is high. Otherwise, CaCl2 should be selected as the dust-depressor for a tailings pond. KEY WORDS copper tailings；halides；polymer materials；wind erosion resistance；penetration resistance 尾矿是矿石经选矿甄别、提取有用矿物后剩 余的固体残渣[1] . 尾矿通常以干式和湿式的方式被 排放到尾矿库内堆存起来[2] . 目前，我国有将近 1.2 万座尾矿库分布在全国各地（除上海和天津）[3] . 由于排放的尾矿粒度比较细且二氧化硅含量高， 颗粒间缺乏黏性，保水能力极差，在微风作用下， 尾矿颗粒很容易被扬起，形成扬尘扬沙，造成环境污 染[4−5] . 扬尘扬沙是尾矿库的主要环境问题之一[6] . 它不仅污染矿区周边环境，严重影响周围植被的 生长[7] ，还会威胁到矿区周边居民的身体健康，有 的还可能成为区域性沙尘暴的来源. 因此，很有必 要针对尾矿库扬尘扬沙的防治开展研究. 目前，尾矿库的扬尘抑制方法分为洒水、复垦 或覆土方法及化学抑尘法[5, 8] . 洒水抑尘法有效抑 尘时间短、耗水量大，不适用水资源短缺的干旱地 区. 复垦或覆土方法主要针对已经闭库的尾矿库， 其治理彻底，防尘效果显著，但需要大量的种植 土，成本过高[9] . 化学抑尘法被认为是解决开放性 尘源扬尘污染的最佳方法[10] . 那琼[4] 通过室内外 试验，研究出一种无机固化剂，将其用于马钢姑山 铁矿尾矿库防尘效果比较好. 杜翠凤等[11] 研究出 一种黏结型抑尘剂，通过室内外测试，尤其半工业 性试验，效果也比较好. 但有关化学抑尘剂在尾矿 库防尘方面成功应用的案例，至今少见报道. 因 此，有必要开展化学抑尘法在尾矿库防尘中的试 验研究. 文献 [12] 对化学抑尘的基本原理和方法等进 行了翔实的介绍. 化学抑尘方法的关键是寻找合 适的化学抑尘剂. 本文以有色金属铜矿浮选尾矿 为研究对象，选取 3 种常规的卤化物（NaCl、MgCl2、 CaCl2）和 3 种高分子材料（木质素磺酸钙 (LS)、聚 乙烯醇（PVA）、聚丙烯酰胺（PAM））作为抑尘剂， 针对这些抑尘剂的抑尘效果进行系统研究. 研究 成果可为矿山尾矿库的扬尘防治所应用. 1 试验材料及方法 1.1 试验材料 1.1.1 试验用尾矿 试验用尾矿为四川凉山矿业股份有限公司下 属小打鹅尾矿库的铜矿尾矿（通过浮选工艺产 生），属尾粉土，其颗粒级配曲线如图 1 所示，化学 成分如表 1 所示. 由颗粒分析结果可知，该铜尾矿 的中值粒径为 78.64 μm，其颗粒级配不均匀系数 Cu 为 6.577，颗粒级配曲率系数 Cc 为 1.193，级配良 好. 示例图片如图 1. 1.000 0.100 0.010 0.001 0 20 40 60 80 100 Percentage smaller/ % Particle size/mm 图 1 铜尾矿粒径分布曲线 Fig.1 Particle size distribution curve of copper tailings 1.1.2 卤化物抑尘剂 卤化物具有良好的吸湿性、持水性，且能提高 土颗粒间的张力等特点[13] . 试验选取了 3 种卤化 物（NaCl、MgCl2、CaCl2），其吸湿性是由于卤化物 及其结晶水合物均是易潮解的物质，具有良好的 吸湿性；而持水性则是由于其蒸汽压力比水低，当 卤化物的浓度较大，且蒸汽压小于空气中水蒸气 的分压时，将不断吸取周围空气中的水分，直至两 者的蒸汽压相等. 文献 [12] 指出常见的 3 种卤化 物水溶液的抗蒸发性顺序依次为：MgCl2，CaCl2， NaCl. 表 1 铜尾矿的化学组成 Table 1 Chemical composition of copper tailings % Chemical element Si Ca Fe Al Na Mg P S Ti Other Mass fraction 46.84 16.84 13.32 9.81 3.79 2.56 2.06 1.87 1.02 1.89 赵筠康等： 常规卤化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验 · 487 ·
488 工程科学学报，第43卷，第4期 许钥以海藻酸钠和CaCl2为原料，研究了它 q=mg.(s.t)-1 (2) 们的抑尘效果.卤化物能提高土颗粒之间的张力， 其中，mg为质量损失，g:mo为初始质量，g:m1为吹 原因是卤化物溶解在土体的孔隙水中，其解离出 风后剩余质量，g:t为吹风时间，min;s为培养皿底 的阳离子与土中的阳离子进行交换，吸附于颗粒 面积，约为0.0156m2;g为尾矿单位时间、单位面 表面，使得颗粒聚集，并提供了增强相邻颗粒间的 积的质量损失，gm2-min 静电引力，进而将颗粒黏结，粒径变大，不易被风 1.2.2表面结壳抗破坏能力的试验 扬起，从而减小扬尘量.但卤化物的含量过高，则 喷洒水或试剂溶液后，沙土表面会形成相对 会影响水质，并使土壤盐碱化因此，在试验时 致密的硬壳，称为结壳结壳强度越大、越完 要考虑控制卤化物的含量 整，沙土颗粒越不易被风扬起.实验室内用于检测 1.1.3高分子材料抑尘剂 尾矿结壳抗破坏能力的方法主要有堆载法和硬度 试验用高分子材料分别为木质素磺酸钙 计法等山，2)本文基于土工试验中沙土承载强度测 (LS)、聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酰胺(PAM).这 试方法，采用微型贯入仪来测试尾矿表面结壳的 3种材料具有环境友好、化学性质相对稳定和成 抗破坏能力的大小.试验设备为MPT微型贯入仪. 本低廉等特点16-1黄河等、刘瑾等20以高分 1.3试验方案 子化学物（聚醋酸乙烯酯和聚氨酯）作为抑尘剂， 选用了3种卤化物和3种高分子材料作为抑 针对它们的抑尘效果进行了室内测试与分析.Wang等2 尘试剂.试验中，除了考虑了3种风速外，还考虑 研究了粉煤灰与聚丙烯酰胺的混合料对沙漠表面 了抑尘试剂浓度和喷洒量对尾矿库防尘的影响. 抗风蚀性能的影响.高分子材料溶液具有较高的 将抑尘剂喷洒量设置为1.5、3.0、4.5Lm2, 分子量以及各类分子长链2-1例如，C-一C长链 卤化物抑尘剂的质量浓度设置为10、30、50gL, 上连接有大量亲水基团，如羧基(COOH一)和羟 高分子材料抑尘剂的质量浓度设置为0.1、0.3、 基（一OH),它们能起到固定水分子的作用，而 0.5gL,将喷洒水的尾矿试样作为空白对照. C一C长链是疏水性的，它能够包裹沙粒，并起到 吸附作用（物理作用）、架桥作用（絮凝作用），使得 2尾矿样品制备及试验过程 细小沙粒聚集形成团聚体，从而不易被风扬起，起 将由现场运至实验室的尾矿样进行自然风干 到抑尘的效果.Teo等2指出聚丙烯酰胺可以提 后，将结块碾压粉碎，并过2mm土工筛.然后将过 高土壤团聚体稳定性 筛的尾矿分别装人皿器中（每个皿器中尾矿的质 1.2试验方法 量相等)，用削土刀将皿器中的尾矿试样表面做平 1.2.1抗风蚀性能测试 整处理，使得尾矿均匀分布于培养皿中.之后，按 风力是扬尘扬沙产生的动力因子2阿.当风力 照试验方案配制不同浓度的抑尘剂溶液，均匀喷 对颗粒作用产生的浮力大于颗粒本身的重力时， 洒于皿器中尾矿试样的表面，静置10min,待溶液 颗粒便被扬起，形成扬尘扬沙26-2刃.风力的大小常 下渗稳定后将皿器移至温度为45℃的烘箱中，烘 用风速来表征.为了更加贴合自然情况，选择3种 干24h后取出，最后进行抗风蚀能力测试和结壳 风力(3、4、5级)做试验测试，并以这3种风力的 抗破坏能力测试 风速作为控制指标（表2） 抗风蚀能力试验设置的吹风时间为10min 表2试验风速等级 为避免温度及空气相对湿度等因素对试验结果的 Table 2 Test wind levels 影响，每组试验均在相同环境中进行，即室温为 Test wind levels Wind speed /(m's) Wind class (25±1)℃、空气相对湿度50%士2%.试验时，为了 1 3.4-5.4 3 保证尾矿样品受风均匀，将样品表面均分为6份 2 5.5-7.9 4 (图2)，每份吹风时间为100s.选取试样表面的五 8.0-10.7 J 个点进行结壳抵抗破坏能力测试（图3） 尾矿的抗风蚀性能通常以单位时间吹风前、 3试验结果及分析 后样品单位面积的损失量作为判断依据-2，计 31抗风蚀性能试验结果及分析 算公式如下： 3.1.1卤化物抑尘剂的抗风蚀性能效果 ma mo-m (1) 卤化物抑尘剂的抗风蚀性能试验结果如图4
许钥[14] 以海藻酸钠和 CaCl2 为原料，研究了它 们的抑尘效果. 卤化物能提高土颗粒之间的张力， 原因是卤化物溶解在土体的孔隙水中，其解离出 的阳离子与土中的阳离子进行交换，吸附于颗粒 表面，使得颗粒聚集，并提供了增强相邻颗粒间的 静电引力，进而将颗粒黏结，粒径变大，不易被风 扬起，从而减小扬尘量. 但卤化物的含量过高，则 会影响水质，并使土壤盐碱化[15] . 因此，在试验时 要考虑控制卤化物的含量. 1.1.3 高分子材料抑尘剂 试验用高分子材料分别为木质素磺酸钙 （LS）、聚乙烯醇（PVA）和聚丙烯酰胺（PAM）. 这 3 种材料具有环境友好、化学性质相对稳定和成 本低廉等特点[16−18] . 黄河等[19]、刘瑾等[20] 以高分 子化学物（聚醋酸乙烯酯和聚氨酯）作为抑尘剂， 针对它们的抑尘效果进行了室内测试与分析. Wang 等[21] 研究了粉煤灰与聚丙烯酰胺的混合料对沙漠表面 抗风蚀性能的影响. 高分子材料溶液具有较高的 分子量以及各类分子长链[22−23] . 例如，C—C 长链 上连接有大量亲水基团，如羧基（COOH—）和羟 基 （—OH） ，它们能起到固定水分子的作用 ，而 C—C 长链是疏水性的，它能够包裹沙粒，并起到 吸附作用（物理作用）、架桥作用（絮凝作用），使得 细小沙粒聚集形成团聚体，从而不易被风扬起，起 到抑尘的效果. Teo 等[24] 指出聚丙烯酰胺可以提 高土壤团聚体稳定性. 1.2 试验方法 1.2.1 抗风蚀性能测试 风力是扬尘扬沙产生的动力因子[25] . 当风力 对颗粒作用产生的浮力大于颗粒本身的重力时， 颗粒便被扬起，形成扬尘扬沙[26−27] . 风力的大小常 用风速来表征. 为了更加贴合自然情况，选择 3 种 风力（3、4、5 级）做试验测试，并以这 3 种风力的 风速作为控制指标（表 2）. 表 2 试验风速等级 Table 2 Test wind levels Test wind levels Wind speed / (m·s−1) Wind class 1 3.4–5.4 3 2 5.5–7.9 4 3 8.0–10.7 5 尾矿的抗风蚀性能通常以单位时间吹风前、 后样品单位面积的损失量作为判断依据[28−29] ，计 算公式如下： mq = m0 −m1 （1） q = mq ·(s·t) −1 （2） 其中，mq 为质量损失，g；m0 为初始质量，g；m1 为吹 风后剩余质量，g；t 为吹风时间，min；s 为培养皿底 面积，约为 0.0156 m 2 ；q 为尾矿单位时间、单位面 积的质量损失，g·m−2·min−1 . 1.2.2 表面结壳抗破坏能力的试验 喷洒水或试剂溶液后，沙土表面会形成相对 致密的硬壳，称为结壳[11] . 结壳强度越大、越完 整，沙土颗粒越不易被风扬起. 实验室内用于检测 尾矿结壳抗破坏能力的方法主要有堆载法和硬度 计法等[11, 23] . 本文基于土工试验中沙土承载强度测 试方法，采用微型贯入仪来测试尾矿表面结壳的 抗破坏能力的大小. 试验设备为 MPT 微型贯入仪. 1.3 试验方案 选用了 3 种卤化物和 3 种高分子材料作为抑 尘试剂. 试验中，除了考虑了 3 种风速外，还考虑 了抑尘试剂浓度和喷洒量对尾矿库防尘的影响. 将抑尘剂喷洒量设置 为 1.5、 3.0、 4.5 L·m−2 ， 卤化物抑尘剂的质量浓度设置为 10、30、50 g·L−1 ， 高分子材料抑尘剂的质量浓度设置为 0.1、 0.3、 0.5 g·L−1，将喷洒水的尾矿试样作为空白对照. 2 尾矿样品制备及试验过程 将由现场运至实验室的尾矿样进行自然风干 后，将结块碾压粉碎，并过 2 mm 土工筛. 然后将过 筛的尾矿分别装入皿器中（每个皿器中尾矿的质 量相等），用削土刀将皿器中的尾矿试样表面做平 整处理，使得尾矿均匀分布于培养皿中. 之后，按 照试验方案配制不同浓度的抑尘剂溶液，均匀喷 洒于皿器中尾矿试样的表面，静置 10 min，待溶液 下渗稳定后将皿器移至温度为 45 ℃ 的烘箱中，烘 干 24 h 后取出，最后进行抗风蚀能力测试和结壳 抗破坏能力测试. 抗风蚀能力试验设置的吹风时间为 10 min. 为避免温度及空气相对湿度等因素对试验结果的 影响，每组试验均在相同环境中进行，即室温为 （25±1）℃、空气相对湿度 50%±2%. 试验时，为了 保证尾矿样品受风均匀，将样品表面均分为 6 份 （图 2），每份吹风时间为 100 s. 选取试样表面的五 个点进行结壳抵抗破坏能力测试（图 3）. 3 试验结果及分析 3.1 抗风蚀性能试验结果及分析 3.1.1 卤化物抑尘剂的抗风蚀性能效果 卤化物抑尘剂的抗风蚀性能试验结果如图 4 · 488 · 工程科学学报，第 43 卷，第 4 期
赵筠康等：常规肉化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验 489. Wind Tailings samples 卤化物对尾矿抗风蚀性能具有较好的提升作 用.如图4(b)所示，取试剂喷洒量为1.5Lm2,试 剂浓度为30gL,外界风速取7.5ms,对比三种 卤化物及纯水对尾矿吹风试验的结果，其中，仅喷 洒水（试剂浓度为0）的尾矿单位面积损失量最大， 图2抗风性能试验图 达到l5.13gm2min:喷洒NaCl、MgCl2、CaCl2 Fig.2 Schematic of blow test 试剂的尾矿试样单位面积损失量依次为2.76、 2.63和2.31gm2min,相比于只喷洒水的尾矿损 失量有明显降低的趋势.综合图4和图5，在浓 度、喷洒量以及风速相同的情况下，喷洒CaCl2试 剂的尾矿单位面积损失量最少，尾矿试样抗风蚀 效果稳定.为此选取CaCl2为卤化物类的尾矿抑 尘剂. 卤化物试剂浓度对尾矿抗风蚀性能具有较大 的影响.以图4(b)为例，取试剂喷洒量为1.5Lm2, 当风速为7.5ms时，喷洒浓度分别为10、30和 图35个贯人测试点的位置 50gL'的CaCl2试剂的尾矿试样单位面积损失量 Fig.3 Photograph of the locations of the five penetrating test points in 依次为2.50、2.31和2.12gm2min.综合图4和 the tailings samples 图5，可以看出，浓度为50gL时，CaCl2试剂的 和图5所示，由于试验结果较多且具有一定的规律 抗风蚀效果最好.为此，选取CaCl2试剂浓度为 性，实验结果只展示喷洒量为1.5Lm2和4.5Lm2 50gL- 的情况.（为便于叙述与说明，3种风速分别记为 试剂喷洒量对尾矿抗风蚀性能有很大影响 4.5、7.5和10ms). 将图4(b)和图5(b)作对比，以浓度为50gL的 16 115 (a) Dust suppressant concentration (b) ( (c) Dust ☐0 10g-L- 30g-L50gL-t 14 110 10g-Lm 30g-L50g-L 四30gL50gL 105 4 10 2 三 0 0 NaCl MgCl,CaCl, 三 Water NaCl MgCl,CaCl, 0 Water Water NaCl MgCl CaCl, Name of dust suppressant Name of dust suppressant Name of dust suppressant 图4卤化物抑尘剂在不同风速下的抗风蚀性能试验结果（喷洒量为1.5Lm2).(a)风速为4.5ms,(b)风速为7.5ms:(c)风速为10ms Fig.4 Test result of wind erosion resistance of halide sprayed tailings (spraying amount of 1.5 L'm):(a)wind speed of 4.5 m's;(b)wind speed of 7.5 m's;(c)wind speed of 10 m's 1.2 3.0 (a) Dust suppressant concentratior (b) Du ☐0 10gL- st suppressant ntratioe 1.0 30g-L50gL □0 ☑10gL - ☑10g-L 30 g-L 50 gL- S30 g-L-828 50 g-L" 0.8 2.0 0.6 1.5 0.4 1.0 .)/ssol eam 3 2 02 0.5 0 Water NaCl MgCl, 0 CaCl, Water NaCl MgCl, CaCl, Water NaCl MgCl, CaCl, Name of dust suppressant Name of dust suppressant Name of dust suppressant 图5卤化物抑尘剂在不同风速下的抗风蚀性能试验结果（喷洒量为4.5Lm2).(a)风速为4.5ms:(b)风速为7.5ms:(c)风速为10ms1 Fig.5 Test result of wind erosion resistance of halide sprayed tailings(spraying amount of 4.5 Lm)(a)wind speed of 4.5ms(b)wind speed of 7.5 m's;(c)wind speed of 10 m's
和图 5 所示，由于试验结果较多且具有一定的规律 性，实验结果只展示喷洒量为 1.5 L·m−2 和 4.5 L·m−2 的情况. （为便于叙述与说明，3 种风速分别记为 4.5、7.5 和 10 m·s−1）. 卤化物对尾矿抗风蚀性能具有较好的提升作 用. 如图 4（b）所示，取试剂喷洒量为 1.5 L·m−2，试 剂浓度为 30 g·L−1，外界风速取 7.5 m·s−1，对比三种 卤化物及纯水对尾矿吹风试验的结果，其中，仅喷 洒水（试剂浓度为 0）的尾矿单位面积损失量最大， 达 到 15.13 g·m−2·min−1； 喷 洒 NaCl、 MgCl2、 CaCl2 试剂的尾矿试样单位面积损失量依次 为 2.76、 2.63 和 2.31 g·m−2·min−1，相比于只喷洒水的尾矿损 失量有明显降低的趋势. 综合图 4 和图 5，在浓 度、喷洒量以及风速相同的情况下，喷洒 CaCl2 试 剂的尾矿单位面积损失量最少，尾矿试样抗风蚀 效果稳定. 为此选取 CaCl2 为卤化物类的尾矿抑 尘剂. 卤化物试剂浓度对尾矿抗风蚀性能具有较大 的影响. 以图 4（b）为例，取试剂喷洒量为 1.5 L·m−2 ， 当风速为 7.5 m·s−1 时，喷洒浓度分别为 10、30 和 50 g·L−1 的 CaCl2 试剂的尾矿试样单位面积损失量 依次为 2.50、2.31 和 2.12 g·m−2·min−1 . 综合图 4 和 图 5，可以看出，浓度为 50 g·L−1 时 ，CaCl2 试剂的 抗风蚀效果最好. 为此，选取 CaCl2 试剂浓度为 50 g·L−1 . 试剂喷洒量对尾矿抗风蚀性能有很大影响. 将图 4（b）和图 5（b）作对比，以浓度为 50 g·L−1 的 Wind Tailings samples 图 2 抗风性能试验图 Fig.2 Schematic of blow test 图 3 5 个贯入测试点的位置 Fig.3 Photograph of the locations of the five penetrating test points in the tailings samples 0 1 2 3 4 5 CaCl NaCl MgCl2 2 Per unit area loss/(g·m−2·min−1 ) Water (a) Name of dust suppressant 0 30 g·L−1 10 g·L−1 50 g·L−1 Dust suppressant concentration CaCl NaCl MgCl2 2 Per unit area loss/(g·m−2·min−1 ) Water (b) Name of dust suppressant 0 2 4 12 14 16 0 30 g·L−1 10 g·L−1 50 g·L−1 Dust suppressant concentration CaCl NaCl MgCl2 2 Per unit area loss/(g·m−2·min−1 ) Water (c) Name of dust suppressant 0 5 10 105 110 115 0 30 g·L−1 10 g·L−1 50 g·L−1 Dust suppressant concentration 图 4 卤化物抑尘剂在不同风速下的抗风蚀性能试验结果（喷洒量为 1.5 L·m−2）. （a）风速为 4.5 m·s−1；（b）风速为 7.5 m·s−1；（c）风速为 10 m·s−1 Fig.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 CaCl NaCl MgCl2 2 Per unit area loss/(g·m−2·min−1 ) Water (a) Name of dust suppressant 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 0 30 g·L−1 10 g·L−1 50 g·L−1 Dust suppressant concentration CaCl NaCl MgCl2 2 Per unit area loss/(g·m−2·min−1 ) Water (b) Name of dust suppressant 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 0 30 g·L−1 10 g·L−1 50 g·L−1 Dust suppressant concentration CaCl NaCl MgCl2 2 Per unit area loss/(g·m−2·min−1 ) Water (c) Name of dust suppressant 0 1 2 3 4 5 6 0 30 g·L−1 10 g·L−1 50 g·L−1 Dust suppressant concentration 图 5 卤化物抑尘剂在不同风速下的抗风蚀性能试验结果（喷洒量为 4.5 L·m−2）. （a）风速为 4.5 m·s−1；（b）风速为 7.5 m·s−1；（c）风速为 10 m·s−1 Fig.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 赵筠康等： 常规卤化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验 · 489 ·
490 工程科学学报，第43卷，第4期 CaCl2试剂为例，当喷洒量分别为1.5Lm2和 物试剂为浓度是50gL,喷洒量是4.5Lm2的 4.5Lm2;风速为7.5ms时，尾矿试样单位面积 CaCl2试剂. 损失量依次为2.31g(m2min、0.75g(m2min). 3.1.2高分子材料抑尘剂的抗风蚀性能效果 对于除喷洒量以外的所有因素都相同的CaCl2试 高分子材料抑尘剂的抗风蚀性能试验结果如 剂，喷洒量为4.5Lm2的尾矿试样单位面积损失 图6和图7所示，由于试验结果较多且具有一定的 量最少，为此选取CaC2试剂喷洒量为4.5Lm2 规律性，实验结果只展示喷洒量为1.5Lm2和 综上所述，针对抗风蚀性能效果，优选的卤化 4.5Lm2的情况 50 16 120 L(a Dust suppressant concentration b) Dust suppressant concentration 110 L(C)r 0 0.1g-L 0 ☑0.1gL Dust 0 4.0 ☑0.1gL" 0.3gL10.5gL 0.3g-L 10.5g-L 100 35 图0.3g-L网05g-L 3.0 .)/ssol 87654321 0 2.5 .0 15 0 0.5 8 0 Polyacrylamide Calcium lfonate Water Cal lamide ac Calcium Polyacrylamide Name of dust suppressant Name of dust suppressant Name of dust suppressant 图6高分子抑尘剂在不同风速下的抗风蚀性能试验结果（喷洒量为1.5Lm2).(a)风速为4.5ms:(b)风速为7.5ms:(c)风速为10ms Fig.6 Test result of wind erosion resistance of polymer sprayed tailings(spraying amount of 1.5 L'm):(a)wind speed of 4.5 m's;(b)wind speed of 7.5 m's-;(c)wind speed of 10 m's 214 3.0 concentration (a) Dust suppressant concentration (b) Dust suppres (c) Dust suppres concentration 12 ▣0 ☑0.1g-L 2.5 0 0.1g-L ☐0 1a0.1g-L 图05gL” 1.0 0.3g-1 0.5g-L 0.3g-L 0.3gL 0.5g-L 20 4 0.6 15 0.4 0.2 ea1iun 05 Calcium nide e 臣0 图 ulfonate Calcium fonate acrylam Water alcoh Calcium acrylamide poly Name of dust suppressant Name of dust suppressant Name of dust suppressant 图7高分子抑尘剂在不同风速下的抗风蚀性能试验结果（喷洒量为4.5Lm).(a)风速为4.5ms;(b)风速为7.5ms:(c)风速为10ms Fig.7 Test result of wind erosion resistance of polymer sprayed tailings(spraying amount of 4.5Lm):(a)wind speed of 4.5ms(b)wind speed of 7.5 m's;(c)wind speed of 10 m's 高分子材料对尾矿抗风蚀性能具有明显的改 面积损失量最少，尾矿试样抗风蚀效果稳定.为此 善作用.如图6(b)所示，取试剂喷洒量为1.5Lm2, 选取聚丙烯酰胺为高分子材料类的尾矿抑尘剂 试剂浓度为0.3gL,外界风速为7.5ms,对比三 高分子试剂浓度对尾矿抗风蚀性能也有影响 种高分子材料及纯水对尾矿吹风试验的结果，其 以图6(b)为例，试剂喷洒量为1.5Lm2,当风速为 中，仅喷洒水（试剂浓度为0gL)的尾矿单位面 7.5ms时，喷洒浓度分别为0.1、0.3和0.5gL1 积损失量最大，达到15.13gm2min:喷洒聚乙烯 的聚丙烯酰胺试剂的尾矿试样的单位面积损失量 醇、木质素磺酸钙、聚丙烯酰胺的尾矿试样单位 依次为0.90、0.53和0.41gm2min.综合图6和 面积损失量依次为5.32、14.58和0.53gm2min, 图7，可以看出，浓度为0.5gL的聚丙烯酰胺试 相比于只喷洒水的尾矿损失量有相对明显降低的 剂的抗风蚀效果最好.因此选取聚丙烯酰胺试剂 趋势.综合图6和图7，在浓度、喷洒量以及风速 浓度为0.5gL 相同的情况下，喷洒聚丙烯酰胺试剂的尾矿单位 高分子试剂喷洒量对尾矿抗风蚀性能也有
CaCl2 试 剂 为 例 ， 当 喷 洒 量 分 别 为 1.5 L·m−2 和 4.5 L·m−2；风速为 7.5 m·s−1 时，尾矿试样单位面积 损失量依次为 2.31 g·(m2 ·min)−1、0.75 g·(m2 ·min)−1 . 对于除喷洒量以外的所有因素都相同的 CaCl2 试 剂，喷洒量为 4.5 L·m−2 的尾矿试样单位面积损失 量最少，为此选取 CaCl2 试剂喷洒量为 4.5 L·m−2 . 综上所述，针对抗风蚀性能效果，优选的卤化 物试剂为浓度是 50 g·L−1，喷洒量是 4.5 L·m−2 的 CaCl2 试剂. 3.1.2 高分子材料抑尘剂的抗风蚀性能效果 高分子材料抑尘剂的抗风蚀性能试验结果如 图 6 和图 7 所示，由于试验结果较多且具有一定的 规律性 ，实验结果只展示喷洒量为 1.5 L·m−2 和 4.5 L·m−2 的情况. Per unit area loss/(g·m−2·min−1 ) (a) Name of dust suppressant 0 0.3 g·L−1 0.1 g·L−1 0.5 g·L−1 Dust suppressant concentration 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 Polyacrylamide Calcium lignosulfonate Polyvinyl alcohol Water Per unit area loss/(g·m−2·min−1 ) (b) Name of dust suppressant Polyacrylamide Calcium lignosulfonate Polyvinyl alcohol Water 0 1 2 3 4 5 6 7 8 14 15 16 0 0.3 g·L−1 0.1 g·L−1 0.5 g·L−1 Dust suppressant concentration Per unit area loss/(g·m−2·min−1 ) (c) 0 0.3 g·L−1 0.1 g·L−1 0.5 g·L−1 Dust suppressant concentration 0 10 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Name of dust suppressant Polyacrylamide Calcium lignosulfonate Polyvinyl alcohol Water 图 6 高分子抑尘剂在不同风速下的抗风蚀性能试验结果（喷洒量为 1.5 L·m−2）. （a）风速为 4.5 m·s−1；（b）风速为 7.5 m·s−1；（c）风速为 10 m·s−1 Fig.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 Per unit area loss/(g·m−2·min−1 ) (a) Name of dust suppressant 0 0.3 g·L−1 0.1 g·L−1 0.5 g·L−1 Dust suppressant concentration Polyacrylamide Calcium lignosulfonate Polyvinyl alcohol Water 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 Per unit area loss/(g·m−2·min−1 ) (b) Name of dust suppressant Polyacrylamide Calcium lignosulfonate Polyvinyl alcohol Water 0 0.3 g·L−1 0.1 g·L−1 0.5 g·L−1 Dust suppressant concentration 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 Per unit area loss/(g·m−2·min−1 ) (c) 0 0.3 g·L−1 0.1 g·L−1 0.5 g·L−1 Dust suppressant concentration Name of dust suppressant Polyacrylamide Calcium lignosulfonate Polyvinyl alcohol Water 0 1 2 3 4 5 6 7 8 图 7 高分子抑尘剂在不同风速下的抗风蚀性能试验结果（喷洒量为 4.5 L·m−2）. （a）风速为 4.5 m·s−1；（b）风速为 7.5 m·s−1；（c）风速为 10 m·s−1 Fig.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 高分子材料对尾矿抗风蚀性能具有明显的改 善作用. 如图 6（b）所示，取试剂喷洒量为 1.5 L·m−2 ， 试剂浓度为 0.3 g·L−1，外界风速为 7.5 m·s−1，对比三 种高分子材料及纯水对尾矿吹风试验的结果，其 中，仅喷洒水（试剂浓度为 0 g·L−1）的尾矿单位面 积损失量最大，达到 15.13 g·m−2·min−1；喷洒聚乙烯 醇、木质素磺酸钙、聚丙烯酰胺的尾矿试样单位 面积损失量依次为 5.32、14.58 和 0.53 g·m−2·min−1 ， 相比于只喷洒水的尾矿损失量有相对明显降低的 趋势. 综合图 6 和图 7，在浓度、喷洒量以及风速 相同的情况下，喷洒聚丙烯酰胺试剂的尾矿单位 面积损失量最少，尾矿试样抗风蚀效果稳定. 为此 选取聚丙烯酰胺为高分子材料类的尾矿抑尘剂. 高分子试剂浓度对尾矿抗风蚀性能也有影响. 以图 6（b）为例，试剂喷洒量为 1.5 L·m−2，当风速为 7.5 m·s−1 时，喷洒浓度分别为 0.1、0.3 和 0.5 g·L−1 的聚丙烯酰胺试剂的尾矿试样的单位面积损失量 依次为 0.90、0.53 和 0.41 g·m−2·min−1 . 综合图 6 和 图 7，可以看出，浓度为 0.5 g·L−1 的聚丙烯酰胺试 剂的抗风蚀效果最好. 因此选取聚丙烯酰胺试剂 浓度为 0.5 g·L−1 . 高分子试剂喷洒量对尾矿抗风蚀性能也有 · 490 · 工程科学学报，第 43 卷，第 4 期
赵筠康等：常规肉化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验 491· 140 280 500 (a) 270 6 130 450 (c) 26 Wa 400 110 50 350 240 100 230 300 90 220 250 80 210 200 10 30 50 10 30 50 10 30 50 Dust suppressant concentration/(gL) Dust suppressant concentration/(g-L-) Dust suppressant concentration/(g-L-) 图8喷酒3种卤化物抑尘剂溶液后的表面贯人阻力的测试结果.(a)喷洒量为1.5Lm:(b)喷洒量为3.0Lm之：(c)喷洒量为4.5Lm2 Fig.8 Test results of surface penetration resistance after spraying three halide dust-inhibitor solutions:(a)spraying amount of 1.5 L.m;(b)spraying amount of 3.0 L'm (c)spraying amount of 4.5 L.m 一定影响.以图6(b)和图7(b)作对比，取浓度为 喷酒量为4.5Lm2的聚丙烯酰胺试剂.两种试剂 0.5gL1的聚丙烯酰胺试剂为例，在风速为7.5ms1 对应喷洒于尾矿的单位面积损失量如表3所示 的条件下，喷洒量分别为1.5和4.5Lm2的尾矿试 经过两者的对比，可以看出，喷洒聚丙烯酰胺的尾 样的单位面积损失量依次为0.41和0.30gm2min. 矿试样抗风蚀性能优于喷洒CaCl2的尾矿试样，尤 对于除喷洒量以外的所有因素都相同的聚丙烯酰 其当风速较低时.究其原因，喷洒CaCl2试剂的尾 胺试剂，喷酒量为4.5L2的尾矿试样单位面积 矿颗粒受到CCl2结晶后的黏结作用.虽然结晶后 损失量最少，为此选取聚丙烯酰胺试剂喷洒量为 的CaCl2晶体可以黏结尾矿颗粒，但是其黏结的颗 4.5Lm2 粒数较少，且颗粒团之间孔隙较大，当风速变大 综上所述，针对抗风蚀性能效果，优选的高分 时，形成的颗粒团依然不能承受较大风力的吹蚀， 子材料试剂为浓度是0.5gL,喷洒量是4.5Lm2 而聚丙烯酰胺为长链状高分子材料，C一C长链可 的聚丙烯酰胺试剂 以将尾矿颗粒包裹，形成更大的颗粒团，且由于聚 3.1.3两类抑尘剂的抗风蚀性能对比分析 丙烯酰胺的C一C长链较长，将聚丙烯酰胺加入水 由上述试验结果显示，3种卤化物抑尘剂中优 后形成的溶液黏性较大.使得尾矿颗粒相互黏结， 选浓度为50gL,喷洒量为4.5Lm2的CaCl2试 形成的结壳变得均匀且致密.进一步使得尾矿颗 剂：3种高分子材料抑尘剂中优选浓度为0.5gL, 粒的黏结力增大，从而可以承受较大风速的吹蚀. 表3CaC2与聚丙烯酰胺试样损失量对比 Table 3 Comparison of losses of CaCl,and polyacrylamide samples Reagent Concentration/ Spraying amount Tailings loss at wind speed Tailings loss at wind speed Tailings loss at wind speed of4.5 m's/ of 7.5m's/ of 10.0 m's/ name (gL-) (L'm) (g'mmin) (g'mmin) (g'mmin) Water 4.5 1 2.69 5.33 CaCl2 % 4.5 0.51 0.71 0.90 Polyacrylamide 0.5 4.5 0.19 0.30 0.79 3.2尾矿表面结壳抗破坏性能的试验结果与分析 228和243kPa,相比于只喷洒水（浓度为0）的尾矿 3.2.1卤化物抑尘剂对尾矿表面结壳抗破坏性能 试样的贯入阻力(214kPa)增长率分别为5.6%、 的效果 6.5%和13.55%.通过卤化物之间的对比可见，喷 喷洒卤化物的尾矿贯入试验结果如图8所示 洒CaCl2试剂的尾矿试样贯入阻力最大.为此选 以图8(b)为例，从图中可以看出，在相同的喷洒量 取CaCl2试剂为尾矿结壳抗破坏性试剂 以及浓度下，喷洒卤化物试剂的尾矿贯入读数均 从图8中还可以看出尾矿试样的贯入阻力还 比只喷洒水（浓度为0）的尾矿贯入读数大，即喷洒 受卤化物试剂浓度的影响，以图8(b)为例（试剂喷 卤化物后的尾矿试样形成的结壳抗破坏性增强. 洒量为3.0Lm2),喷洒不同浓度(10、30和50gL-) 以卤化物试剂浓度为30gL为例，喷洒NaCl、 Cacl2试剂的尾矿试样的贯入阻力读数分别为 MgCl2和CaCL2试剂的尾矿贯入阻力读数分别为226、 221、243和277kPa,相比于只喷洒水（浓度为0gL)
一定影响，以图 6（b）和图 7（b）作对比，取浓度为 0.5 g·L−1 的聚丙烯酰胺试剂为例，在风速为 7.5 m·s−1 的条件下，喷洒量分别为 1.5 和 4.5 L·m−2 的尾矿试 样的单位面积损失量依次为 0.41 和 0.30 g·m−2·min−1 . 对于除喷洒量以外的所有因素都相同的聚丙烯酰 胺试剂，喷洒量为 4.5 L·m−2 的尾矿试样单位面积 损失量最少，为此选取聚丙烯酰胺试剂喷洒量为 4.5 L·m−2 . 综上所述，针对抗风蚀性能效果，优选的高分 子材料试剂为浓度是 0.5 g·L−1，喷洒量是 4.5 L·m−2 的聚丙烯酰胺试剂. 3.1.3 两类抑尘剂的抗风蚀性能对比分析 由上述试验结果显示，3 种卤化物抑尘剂中优 选浓度为 50 g·L−1，喷洒量为 4.5 L·m−2 的 CaCl2 试 剂；3 种高分子材料抑尘剂中优选浓度为 0.5 g·L−1 ， 喷洒量为 4.5 L·m−2 的聚丙烯酰胺试剂. 两种试剂 对应喷洒于尾矿的单位面积损失量如表 3 所示. 经过两者的对比，可以看出，喷洒聚丙烯酰胺的尾 矿试样抗风蚀性能优于喷洒 CaCl2 的尾矿试样，尤 其当风速较低时. 究其原因，喷洒 CaCl2 试剂的尾 矿颗粒受到 CaCl2 结晶后的黏结作用，虽然结晶后 的 CaCl2 晶体可以黏结尾矿颗粒，但是其黏结的颗 粒数较少，且颗粒团之间孔隙较大，当风速变大 时，形成的颗粒团依然不能承受较大风力的吹蚀. 而聚丙烯酰胺为长链状高分子材料，C—C 长链可 以将尾矿颗粒包裹，形成更大的颗粒团，且由于聚 丙烯酰胺的 C—C 长链较长，将聚丙烯酰胺加入水 后形成的溶液黏性较大. 使得尾矿颗粒相互黏结， 形成的结壳变得均匀且致密. 进一步使得尾矿颗 粒的黏结力增大，从而可以承受较大风速的吹蚀. 表 3 CaCl2 与聚丙烯酰胺试样损失量对比 Table 3 Comparison of losses of CaCl2 and polyacrylamide samples Reagent name Concentration / (g·L−1) Spraying amount / (L·m−2) Tailings loss at wind speed of 4.5 m·s−1/ (g·m−2·min −1) Tailings loss at wind speed of 7.5 m·s−1 / (g·m−2·min −1) Tailings loss at wind speed of 10.0 m·s−1/ (g·m−2·min −1) Water 0 4.5 1 2.69 5.33 CaCl2 50 4.5 0.51 0.71 0.90 Polyacrylamide 0.5 4.5 0.19 0.30 0.79 3.2 尾矿表面结壳抗破坏性能的试验结果与分析 3.2.1 卤化物抑尘剂对尾矿表面结壳抗破坏性能 的效果 喷洒卤化物的尾矿贯入试验结果如图 8 所示. 以图 8（b）为例，从图中可以看出，在相同的喷洒量 以及浓度下，喷洒卤化物试剂的尾矿贯入读数均 比只喷洒水（浓度为 0）的尾矿贯入读数大，即喷洒 卤化物后的尾矿试样形成的结壳抗破坏性增强. 以卤化物试剂浓度 为 30 g·L−1 为例 ，喷 洒 NaCl、 MgCl2 和 CaCl2 试剂的尾矿贯入阻力读数分别为 226、 228 和 243 kPa，相比于只喷洒水（浓度为 0）的尾矿 试样的贯入阻力（ 214 kPa）增长率分别为 5.6 %、 6.5 % 和 13.55 %. 通过卤化物之间的对比可见，喷 洒 CaCl2 试剂的尾矿试样贯入阻力最大. 为此选 取 CaCl2 试剂为尾矿结壳抗破坏性试剂. 从图 8 中还可以看出尾矿试样的贯入阻力还 受卤化物试剂浓度的影响，以图 8（b）为例（试剂喷 洒量为 3.0 L·m−2），喷洒不同浓度（10、30 和 50 g·L−1） CaCl2 试剂的尾矿试样的贯入阻力读数分别 为 221、243 和 277 kPa，相比于只喷洒水（浓度为 0 g·L−1） 80 90 100 110 120 130 140 30 50 Penetration resistance/kPa Dust suppressant concentration/(g·L−1) Water NaCl MgCl2 CaCl2 10 (a) Water NaCl MgCl2 CaCl2 30 50 Penetration resistance/kPa Dust suppressant concentration/(g·L−1) 10 210 220 230 240 250 260 270 280 (b) Water NaCl MgCl2 CaCl2 30 50 Penetration resistance/kPa Dust suppressant concentration/(g·L−1) 10 200 250 300 350 400 450 500 (c) 图 8 喷洒 3 种卤化物抑尘剂溶液后的表面贯入阻力的测试结果. （a）喷洒量为 1.5 L·m−2；（b）喷洒量为 3.0 L·m−2；（c）喷洒量为 4.5 L·m−2 Fig.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 赵筠康等： 常规卤化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验 · 491 ·
492 工程科学学报，第43卷，第4期 的尾矿试样的贯入阻力(214kPa),增长率分别为 136、277和466kPa.其增长率依次为63.86%、29.44% 3.3%、13.55%和29.44%.由图8可知，在喷洒量 和86.4%.为此选取CaC12试剂喷洒量为4.5Lm2 相同的情况下，试剂浓度越大，尾矿试样的贯入阻 综上，针对抑尘剂对尾矿表面结壳抗破坏性 力读数越大，即尾矿结壳的抗破坏性越好。为此， 能，优选的卤化物抑尘剂为浓度是50gL,喷洒 选取浓度为50gL的CaCl2试剂为尾矿结壳抗破 量为4.5Lm2的CaCl2试剂 坏性试剂 3.2.2高分子材料抑尘剂对尾矿表面结壳抗破坏 尾矿结壳的抗破坏性还与试剂喷洒量有较大 性能的影响 关系.以浓度为50gL的CaCl2试剂为例，对比 喷洒高分子材料的尾矿试样贯入实验结果如 图8(a)、8(b)和8(c).从图中可以看出，只喷酒水 图9所示.从总体上来看喷洒高分子材料的尾矿 (浓度为0gL)的尾矿试样在三种喷洒量下的贯 试样贯入阻力小于只喷洒水（浓度为0）的尾矿试 入阻力读数依次为83、214和250kPa.而喷洒量 样.3种高分子材料中，贯入阻力较大的是聚丙烯 分别为1.5、3.0和4.5Lm2的尾矿试样（喷洒浓度 酰胺，为此，选取聚丙烯酰胺作为高分子材料中用 为50gL的CaCl2试剂)的贯入阻力读数依次为 于尾矿试样结壳抗破坏性能的试剂 130 220 260 (a) (b) (c) 兰120 210 -Water 250 -Polvvinvl alcobol 200 Calcium lignosulfonate Polyacrylamide 240 190 90 80 70 150 200 0.1 0.3 0.5 0.1 0.3 0.5 0.1 0.3 0.5 Dust suppressant concentration/(gL-) Dust suppressant concentration/(g-L-) Dust suppressant concentration/(gL-) 图9喷洒3种高分子抑尘剂溶液后的表面贯入阻力的测试结果.(a)喷洒量为1.5Lm2:(b)喷洒量为3.0Lm子：(c)喷洒量为4.5Lm2 Fig.9 Test results of surface penetration resistance after spraying with three kinds of polymer dust-inhibitor solution:(a)spraying amount of 1.5 Lm, (b)spraying amount of 3.0 Lm (c)spraying amount of 4.5 Lm 试剂浓度对尾矿结壳抗破坏性能依然有影 能远不如喷洒卤化物试剂的.以聚丙烯酰胺和 响，以图9(b)为例，对于聚丙烯酰胺试剂来说，随 CaCl2作为比较对象进行对比分析，对比结果如表4 着浓度的增加，其贯入阻力越来越接近喷洒水（浓 所示 度为0)的尾矿试样的贯入阻力，可见浓度因素的 表4CaCl2与聚丙烯酰胺试样贯入阻力对比 影响效果还在.为此，对于浓度而言，依然选取浓 Table 4 Comparison of penetration resistances of CaCl and 度为0.5gL的聚丙烯酰胺试剂作为尾矿试样结 polyacrylamide samples 壳抗破坏性能的试剂 Concentration Spraving amount/Penetration Reagent name (gL) (Lm) resistance/kPa 尾矿试样的结壳抗破坏性与高分子试剂的喷 Water 0 4.5 250 洒量仍有关系，以浓度为0.5gL聚丙烯酰胺试 CaCl 50 4.5 466 剂为例，喷洒量分别为1.5、3.0和4.5Lm2时，喷 Polyacrylamide 0.5 4.5 248 洒聚丙烯酰胺的贯入阻力读数依次为120、212和 248kPa.为此，确定聚丙烯酰胺试剂的喷洒量为 以喷洒水（浓度为0gL)为界线，对于卤化物 4.5Lm2 CaCl2试剂而言，由于其加入量较多（浓度50gL), 综上，针对抑尘剂对尾矿表面结壳抗破坏性 且喷洒量增加，使得CaCl2试剂可以深入较深部的 能，优选的高分子材料试剂为浓度是0.5gL,喷 尾矿中，形成更厚的结壳层，使得贯入阻力变大 洒量是4.5Lm2的聚丙烯酰胺试剂. 聚丙烯酰胺试剂喷洒于尾矿表面后，尾矿结 3.2.3喷洒两类化学试剂的尾矿表面抗破坏性能 壳的抗破坏性不如只喷洒水的尾矿试样.究其原 对比分析 因，初步分析是由于聚丙烯酰胺试剂的质量浓度 从两类化学试剂加入尾矿试样的贯入试验结 较小.虽然高分子材料具有较长的长链结构，但是 果来看，喷洒高分子试剂的尾矿的结壳抗破坏性 由于质量浓度较小，对于下部的尾矿起不到较好
的尾矿试样的贯入阻力（214 kPa），增长率分别为 3.3 %、13.55 % 和 29.44 %. 由图 8 可知，在喷洒量 相同的情况下，试剂浓度越大，尾矿试样的贯入阻 力读数越大，即尾矿结壳的抗破坏性越好. 为此， 选取浓度为 50 g·L−1 的 CaCl2 试剂为尾矿结壳抗破 坏性试剂. 尾矿结壳的抗破坏性还与试剂喷洒量有较大 关系. 以浓度为 50 g·L−1 的 CaCl2 试剂为例，对比 图 8（a）、8（b）和 8（c），从图中可以看出，只喷洒水 （浓度为 0 g·L−1）的尾矿试样在三种喷洒量下的贯 入阻力读数依次为 83、214 和 250 kPa. 而喷洒量 分别为 1.5、3.0 和 4.5 L·m−2 的尾矿试样（喷洒浓度 为 50 g·L−1 的 CaCl2 试剂）的贯入阻力读数依次为 136、277 和466 kPa. 其增长率依次为63.86%、29.44% 和 86.4%. 为此选取 CaCl2 试剂喷洒量为 4.5 L·m−2 . 综上，针对抑尘剂对尾矿表面结壳抗破坏性 能，优选的卤化物抑尘剂为浓度是 50 g·L−1，喷洒 量为 4.5 L·m−2 的 CaCl2 试剂. 3.2.2 高分子材料抑尘剂对尾矿表面结壳抗破坏 性能的影响 喷洒高分子材料的尾矿试样贯入实验结果如 图 9 所示. 从总体上来看喷洒高分子材料的尾矿 试样贯入阻力小于只喷洒水（浓度为 0）的尾矿试 样. 3 种高分子材料中，贯入阻力较大的是聚丙烯 酰胺，为此，选取聚丙烯酰胺作为高分子材料中用 于尾矿试样结壳抗破坏性能的试剂. 70 80 90 100 110 120 130 0.3 0.5 Penetration resistance/kPa Dust suppressant concentration/(g·L−1) 0.1 (a) Water Polyvinyl alcohol Calcium lignosulfonate Polyacrylamide 150 160 170 180 190 200 210 220 0.3 0.5 Penetration resistance/kPa Dust suppressant concentration/(g·L−1) 0.1 (b) Water Polyvinyl alcohol Calcium lignosulfonate Polyacrylamide 200 210 220 230 240 250 260 0.3 0.5 Penetration resistance/kPa Dust suppressant concentration/(g·L−1) 0.1 (c) Water Polyvinyl alcohol Calcium lignosulfonate Polyacrylamide 图 9 喷洒 3 种高分子抑尘剂溶液后的表面贯入阻力的测试结果. （a）喷洒量为 1.5 L·m−2；（b）喷洒量为 3.0 L·m−2；（c）喷洒量为 4.5 L·m−2 Fig.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 试剂浓度对尾矿结壳抗破坏性能依然有影 响，以图 9（b）为例，对于聚丙烯酰胺试剂来说，随 着浓度的增加，其贯入阻力越来越接近喷洒水（浓 度为 0）的尾矿试样的贯入阻力，可见浓度因素的 影响效果还在. 为此，对于浓度而言，依然选取浓 度为 0.5 g·L−1 的聚丙烯酰胺试剂作为尾矿试样结 壳抗破坏性能的试剂. 尾矿试样的结壳抗破坏性与高分子试剂的喷 洒量仍有关系，以浓度为 0.5 g·L−1 聚丙烯酰胺试 剂为例，喷洒量分别为 1.5、3.0 和 4.5 L·m−2 时，喷 洒聚丙烯酰胺的贯入阻力读数依次为 120、212 和 248 kPa. 为此，确定聚丙烯酰胺试剂的喷洒量为 4.5 L·m−2 . 综上，针对抑尘剂对尾矿表面结壳抗破坏性 能，优选的高分子材料试剂为浓度是 0.5 g·L−1，喷 洒量是 4.5 L·m−2 的聚丙烯酰胺试剂. 3.2.3 喷洒两类化学试剂的尾矿表面抗破坏性能 对比分析 从两类化学试剂加入尾矿试样的贯入试验结 果来看，喷洒高分子试剂的尾矿的结壳抗破坏性 能远不如喷洒卤化物试剂的. 以聚丙烯酰胺和 CaCl2 作为比较对象进行对比分析，对比结果如表 4 所示. 表 4 CaCl2 与聚丙烯酰胺试样贯入阻力对比 Table 4 Comparison of penetration resistances of CaCl2 and polyacrylamide samples Reagent name Concentration / (g·L−1) Spraying amount / (L·m−2) Penetration resistance / kPa Water 0 4.5 250 CaCl2 50 4.5 466 Polyacrylamide 0.5 4.5 248 以喷洒水（浓度为 0 g·L−1）为界线，对于卤化物 CaCl2 试剂而言，由于其加入量较多（浓度 50 g·L−1）， 且喷洒量增加，使得 CaCl2 试剂可以深入较深部的 尾矿中，形成更厚的结壳层，使得贯入阻力变大. 聚丙烯酰胺试剂喷洒于尾矿表面后，尾矿结 壳的抗破坏性不如只喷洒水的尾矿试样. 究其原 因，初步分析是由于聚丙烯酰胺试剂的质量浓度 较小. 虽然高分子材料具有较长的长链结构，但是 由于质量浓度较小，对于下部的尾矿起不到较好 · 492 · 工程科学学报，第 43 卷，第 4 期
赵筠康等：常规肉化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验 493 的连接、包裹作用，以致形成的结壳非常薄 [5]Cai S J,Yang P.Tailings problems and tailings utilization and treatments in the metal mines.Eng Sci,2000,2(4):89 4结论 (蔡嗣经，杨鹏.金属矿山尾矿问题及其综合利用与治理.中国 工程科学，2000,2(4)：89) 1)通过试验发现，尾矿的抗风蚀能力以及结 [6] Zhou H L.Problems to be concerned in environmental impact 壳的抗破坏能力，均与抑尘剂加入量有关.抑尘剂 assessment of tailings reservoir.Min Eng,2013,11(5):65 浓度越大，喷洒量越多，尾矿的抗风蚀能力越好， (周海林.尾矿库环境彩响评价中应注意的问题.矿业工程， 结壳的抗破坏性越强 2013,11(5):65) 2)3种盐溶液中，喷洒CaCl2的尾矿抗风蚀性 [7] Gao Y,Lan D M,Huang X Q,et al.Effects of tailings pond on 能最好：3种高分子溶液中，喷洒聚丙烯酰胺的尾 vegetation in Baiyinnuoer lead-zinc mine.J Inner Mongolia Agric 矿抗风蚀性能最好.将两者对比，得出聚丙烯酰胺 Univ Nat Sci,2016,37(4):60 的抗风蚀性最好. (高原，蓝登明，黄晓强，等.白音诺尔铅锌矿尾矿库扬尘风积物 对植被生长的影响.内蒙古农业大学学报（自然科学版），2016， 3)3种盐溶液中，喷洒CaCl2的尾矿表面结壳 37(4):60) 的抗破坏能力最佳，贯入阻力远大于只喷洒水的； [8]Zhang G B.Tailings ponds to make soil.Nonferrous Mer (Mine 3种高分子材料中，喷洒聚丙烯酰胺的尾矿结壳的 Sect,2002,54(4):40 抗破坏能力较好，但由于质量浓度较小，使得结壳 (张国斌.尾矿库复土造田.有色金属（矿山部分），2002,54(4)： 较薄，贯入阻力与只喷洒水的接近 40) 4)聚丙烯酰胺的抗风蚀效果最好，但由于其 [9]Jiao Z Q.Study on comprehensive prevention and treatment 质量浓度较小(0.5gL),使得结壳抗破坏性差 technique for secondary dust escape in fly ash storage areas of thermal of thermal power plants.Hous Mater Appl,2000,28(1): CaCl2抗风蚀性较聚丙烯酰胺差，但由于其质量浓 23 度较大(50gL),使得结壳抗破坏性好.为此，抑 (焦志强.火电厂灰场二次扬尘综合防治技术研究.房材与应用， 尘剂的选取可依据当地的实际情况来确定.年均 2000,28(1):23) 风速较低的地区，可选择喷洒CaCl2,降低风蚀的 [10]Li Y Q,Zhao B W,Dong B.Research progress of chemical dust 同时可满足足够的结壳抗破坏性：年均风速较高 suppression technology to control dust pollution from unorganized 时，则可以选择聚丙烯酰胺作为抑尘剂 sources.Environ Sci Manage,2019,44(6):76 本文的试验测试均是在室内完成的，室内试 (李颖泉，赵保卫，董波.化学抑尘技术治理无组织源扬尘污染 研究进展.环境科学与管理，2019,44(6)：76) 验条件很难与现场保持一致.在条件许可的情况 [11]Du C F,Du J H.Wang T.Cohesive dust suppressant used in 下，后续可以开展半工业性试验测试 tailings dams and its environmental adaptability.J Univ Sci Technol Beijing,2009,31(8):951 参考文献 (杜翠凤，杜建华，王婷.黏结型尾矿库抑尘剂及环境适应性.北 [1]Wang K,Yang P,Hudson-Edwards K,et al.Status and 京科技大学学报，2009,31(8)：951) development for the prevention and management of tailings dam [12]Wu C.Chemical Suppression Dust.Changsha:Central South failure accidents.Chin J Eng,2018,40(5):526 University Press,2003 (王昆，杨鹏，Karen Hudson-Edwards,等.尾矿库溃坝灾害防控 (吴超.化学抑尘.长沙：中南大学出版社，2003) 现状及发展.工程科学学报，2018,40(5)：526) [13]Ouyang Y J.Study on effect of surface tension of the inorganic [2]Chen D Z.Analysis and research of stacking process and saline solution.China Sci Technol Inform,2009(22):42 comprehensive utilization of solid mine-tailings.Hunan (欧阳跃军.无机盐溶液表面张力的影响研究.中国科技信息， Nonferrous Met,2016,32(4):5 2009(22):42) (陈典助.固体矿山尾矿堆存技术与综合利用分析与研究.湖南 [14]Xu Y.Development of membrane-cover dust suppressor for 有色金属，2016.32(4)：5) earthwork.Guang-hou Chem Ind,2019,47(10):59 [3]Yuan Y Q.Analysis and suggestions on current safety status of (许玥.土方施工阶段膜型扬尘抑制剂研制及其性能研究.广州 domestic tailings ponds.Nonferrous Met Eng Res,2010,31(1):32 化工，2019,47(10)：59) (袁永强.我国尾矿库安全现状分析及建议.有色冶金设计与研 [15]Liu M L.Brief review for effect of chloride on environment 究，2010,31(1)：32) Sichuan Environ,1993,12(3):74 [4]Na Q.Test study on the dust preventives for the dry sands of (刘明礼.浅谈氯化物对环境的影响.四川环境，1993,12(3)：74) tailings reservoir.Mer Mine,2002(6):45 [16]Liu S Y,Zhang T,Cai G J,et al.Research progress of soil (那琼.尾矿库干滩防尘抑尘剂的试验研究.金属矿山，2002(6)： stabilization with lignin from bio-energy by-products.ChimaJ 45) Higlway Transport,2014,27(8):1
的连接、包裹作用，以致形成的结壳非常薄. 4 结论 1）通过试验发现，尾矿的抗风蚀能力以及结 壳的抗破坏能力，均与抑尘剂加入量有关. 抑尘剂 浓度越大，喷洒量越多，尾矿的抗风蚀能力越好， 结壳的抗破坏性越强. 2）3 种盐溶液中，喷洒 CaCl2 的尾矿抗风蚀性 能最好；3 种高分子溶液中，喷洒聚丙烯酰胺的尾 矿抗风蚀性能最好. 将两者对比，得出聚丙烯酰胺 的抗风蚀性最好. 3）3 种盐溶液中，喷洒 CaCl2 的尾矿表面结壳 的抗破坏能力最佳，贯入阻力远大于只喷洒水的； 3 种高分子材料中，喷洒聚丙烯酰胺的尾矿结壳的 抗破坏能力较好，但由于质量浓度较小，使得结壳 较薄，贯入阻力与只喷洒水的接近. 4）聚丙烯酰胺的抗风蚀效果最好，但由于其 质量浓度较小（0.5 g·L−1），使得结壳抗破坏性差. CaCl2 抗风蚀性较聚丙烯酰胺差，但由于其质量浓 度较大（50 g·L−1），使得结壳抗破坏性好. 为此，抑 尘剂的选取可依据当地的实际情况来确定. 年均 风速较低的地区，可选择喷洒 CaCl2，降低风蚀的 同时可满足足够的结壳抗破坏性；年均风速较高 时，则可以选择聚丙烯酰胺作为抑尘剂. 本文的试验测试均是在室内完成的，室内试 验条件很难与现场保持一致. 在条件许可的情况 下，后续可以开展半工业性试验测试. 参 考 文 献 Wang K, Yang P, Hudson-Edwards K, et al. Status and development for the prevention and management of tailings dam failure accidents. Chin J Eng, 2018, 40（5）: 526 （王昆, 杨鹏, Karen Hudson-Edwards, 等. 尾矿库溃坝灾害防控 现状及发展. 工程科学学报, 2018, 40（5）：526） [1] Chen D Z. Analysis and research of stacking process and comprehensive utilization of solid mine-tailings. Hunan Nonferrous Met, 2016, 32（4）: 5 （陈典助. 固体矿山尾矿堆存技术与综合利用分析与研究. 湖南 有色金属, 2016, 32（4）：5） [2] Yuan Y Q. Analysis and suggestions on current safety status of domestic tailings ponds. Nonferrous Met Eng Res, 2010, 31（1）: 32 （袁永强. 我国尾矿库安全现状分析及建议. 有色冶金设计与研 究, 2010, 31（1）：32） [3] Na Q. Test study on the dust preventives for the dry sands of tailings reservoir. Met Mine, 2002（6）: 45 （那琼. 尾矿库干滩防尘抑尘剂的试验研究. 金属矿山, 2002（6）： 45） [4] Cai S J, Yang P. Tailings problems and tailings utilization and treatments in the metal mines. Eng Sci, 2000, 2（4）: 89 （蔡嗣经, 杨鹏. 金属矿山尾矿问题及其综合利用与治理. 中国 工程科学, 2000, 2（4）：89） [5] Zhou H L. Problems to be concerned in environmental impact assessment of tailings reservoir. Min Eng, 2013, 11（5）: 65 （周海林. 尾矿库环境影响评价中应注意的问题. 矿业工程, 2013, 11（5）：65） [6] Gao Y, Lan D M, Huang X Q, et al. Effects of tailings pond on vegetation in Baiyinnuoer lead-zinc mine. J Inner Mongolia Agric Univ Nat Sci, 2016, 37（4）: 60 （高原, 蓝登明, 黄晓强, 等. 白音诺尔铅锌矿尾矿库扬尘风积物 对植被生长的影响. 内蒙古农业大学学报(自然科学版), 2016, 37（4）：60） [7] Zhang G B. Tailings ponds to make soil. Nonferrous Met (Mine Sect), 2002, 54（4）: 40 （张国斌. 尾矿库复土造田. 有色金属(矿山部分), 2002, 54（4）： 40） [8] Jiao Z Q. Study on comprehensive prevention and treatment technique for secondary dust escape in fly ash storage areas of thermal of thermal power plants. Hous Mater Appl, 2000, 28（1）: 23 （焦志强. 火电厂灰场二次扬尘综合防治技术研究. 房材与应用, 2000, 28（1）：23） [9] Li Y Q, Zhao B W, Dong B. Research progress of chemical dust suppression technology to control dust pollution from unorganized sources. Environ Sci Manage, 2019, 44（6）: 76 （李颖泉, 赵保卫, 董波. 化学抑尘技术治理无组织源扬尘污染 研究进展. 环境科学与管理, 2019, 44（6）：76） [10] Du C F, Du J H, Wang T. Cohesive dust suppressant used in tailings dams and its environmental adaptability. J Univ Sci Technol Beijing, 2009, 31（8）: 951 （杜翠凤, 杜建华, 王婷. 黏结型尾矿库抑尘剂及环境适应性. 北 京科技大学学报, 2009, 31（8）：951） [11] Wu C. Chemical Suppression Dust. Changsha: Central South University Press, 2003 （ 吴超. 化学抑尘. 长沙: 中南大学出版社, 2003） [12] Ouyang Y J. Study on effect of surface tension of the inorganic saline solution. China Sci Technol Inform, 2009（22）: 42 （欧阳跃军. 无机盐溶液表面张力的影响研究. 中国科技信息, 2009（22）：42） [13] Xu Y. Development of membrane-cover dust suppressor for earthwork. Guangzhou Chem Ind, 2019, 47（10）: 59 （许玥. 土方施工阶段膜型扬尘抑制剂研制及其性能研究. 广州 化工, 2019, 47（10）：59） [14] Liu M L. Brief review for effect of chloride on environment. Sichuan Environ, 1993, 12（3）: 74 （刘明礼. 浅谈氯化物对环境的影响. 四川环境, 1993, 12（3）：74） [15] Liu S Y, Zhang T, Cai G J, et al. Research progress of soil stabilization with lignin from bio-energy by-products. China J Highway Transport, 2014, 27（8）: 1 [16] 赵筠康等： 常规卤化物和高分子材料抑制尾矿库扬尘的试验 · 493 ·
494 工程科学学报，第43卷，第4期 (刘松玉，张涛，蔡国军，等.生物能源副产品木质素加固土体研 2883 究进展.中国公路学报，2014,27(8)：1) (王银梅，孙冠平，谌文武，等.SH固沙剂固化沙体的强度特征 [17]Yang XX,Wen D J.Development on environmental influence of 岩石力学与工程学报，2003,22（增刊2）：2883) PVA.J Univ Sci Technol Suhou Eng Technol,2005,18(1):9 [24]Teo J A,Ray C,El-Swaify S A.Screening of polymers on selected (杨晓雄，闻荻江.聚乙烯醇对环境影响的研究进展.苏州科技 Hawaii soils for erosion reduction and particle settling.Hydrol 学院学报（工程技术版），2005,18(1)：9) Processes,2006,20(1):109 [18]Cui HY,Ren S M.Research status of applying polyacrylamide to [25]Zhao Y,Mu X M,Wang F,et al.Impact of conservation tillage on control soil erosion.Sci Tech Inform Soil Water Consery,2005(2): soil wind erosion of farmland based on wind tunnel test.Res Soil 25 Wa1 er Conserv,2012,19(3):16 (崔海英，任树梅.应用聚丙烯酰胺防治水土流失的研究现状 (赵云，穆兴民，王飞，等.保护性耕作对农田土壤风蚀影响的室 水土保持科技情报，2005(2)：25) 内风洞实验研究.水土保持研究，2012,19(3)：16) [19]Huang H,Shi B,Liu J,et al.Experimental study on the strength of [26]Du L.Analysis of dust raising mechanism and dust suppression soil modified by STW ecotypic soil stabilizer.J Disaster Prevent technology in highway engineering.Higlnways Autom Appl, Mitigat Eng,2008,28(1):87 2019(6):148 (黄河，施斌，刘瑾，等，STW型生态土壤稳定剂改性土强度试验 (杜丽.公路工程施工扬尘机理及抑尘技术分析.公路与汽运， 研究.防灾减灾工程学报，2008.28(1)：87) 2019(6):148) [20]Liu J,Shi B,Jiang H T,et al.Experimental study on the water- [27]Wu D.Polymer Type Chemical Dust Suppression Agent and Its stability property of clay aggregates stabilized by STW polymer Properties[Dissertation].Tianjin:Hebei University of Technology, soil stabilizer.Hydrogeol Eng Geol,2009,36(2):77 2017 (刘瑾，施斌，姜洪涛，等.STW型高分子土壤稳定剂改良粘性土 (吴丹.聚合物型化学抑尘剂及其性能[学位论文]天津：河北工 团聚体水稳性实验研究.水文地质工程地质，2009,36(2)：77) 业大学，2017) [21]Wang YT,Yang K,Tang Z J,et al.The effectiveness of the con- [28]Liu D,Ren S M,Yang P L.Influence of PAM to capability of anti- solidated desert surface by mixing of fly ash and polyacrylamide in wind erosion of soil.Soil Water Conser China,2006(12):33 wind erosion control.Water Air Soil Pollut,2016,227(12):429 (刘东，任树梅，杨培岭.PAM对土壤抗风蚀能力的影响.中国水 [22]Wang Y M,Chen WW,Han W F.Microstudy on mechanism of 土保持，2006(12)：33) sand fixation with SH.Rock Soil Mech,2005,26(4):650 [29]Dong Z.Li H L.Zuo H J,et al.Wind tunnel test on sand- (王银梅，湛文武，韩文峰.SH固沙机理的微观探讨.岩土力学 preventing mechanism of soil coagulant sand-barrier.JAridLand 2005,26(4):650) Resour Environ,2004,18(3):154 [23]Wang Y M,Sun G P,Chen WW,et al.Strength characteristics of (董智，李红丽，左合君，等.土壤凝结剂沙障防沙机理的风洞模 sand fixated by SH.Chin J Rock Mech Eng,2003,22(Suppl 2): 拟实验研究.干早区资源与环境，2004,18(3)：154)
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