工程科学学报.第41卷，第11期：1405-1411.2019年11月 Chinese Journal of Engineering,Vol.41,No.11:1405-1411,November 2019 D0L:10.13374.issn2095-9389.2019.01.16.002,http:/ournals.ustb.cdu.cn 浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理 周茜，刘娟红2，)四，吴爱祥，)，王洪江)，付士峰，谷峪) 1)北京科技大学土木与资源工程学院，北京1000832)北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室，北京1000833)北京科技大 学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京1000834)河北省建筑科学研究院有限公司，石家庄0500215)河北建研科技有限 公司.石家庄050021 ☒通信作者，E-mail:juanhong1966@hotmail.com 摘要针对膏体充填技术中添加絮凝剂对尾砂浓密后浓度提高有限，且屈服应力增大，流动性降低等问题，研究了絮凝剂 -浓密增效剂共同作用，进一步提高全尾砂膏体充填料浆浓度，降低料浆屈服应力，并从微观角度进行机理分析.结果表明：通 过沉降与流变试验发现，最佳添加工艺为加入絮凝剂沉降完毕后再加入浓密增效剂，固相质量分数可提高8.57%~10.13%. 同时屈服应力降低6.68~12.85P:多组分浓密增效剂不仅能降低单耗与成本，还可以提高膏体充填材料的抗压强度：灰砂质 量比1：12并添加浓密增效剂的膏体充填材料28d抗压强度为2.5MPa,与灰砂质量比1：6未添加浓密增效剂的膏体充填 材料强度相差小于20%：通过总有机碳(TOC)吸附试验与Zta电位试验发现，浓密增效剂具有吸附与分散的作用，会打开絮 凝结构，释放絮团间水，从而提高尾砂浓度，并改善尾砂颗粒的流动性. 关键词膏体充填：料浆浓密：浓密增效剂：机理：吸附与分散 分类号TD853 Effect and mechanism of synergist on tailings slurry thickening performance ZHOU Qian.LIU Juan-hong,WU Ai-xiang WANG Hong-jiang,FU Shi-feng.GU Yu 1)School of Civil and Resource Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Beijing Key Laboratory of Urban Underground Space Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 3)Key Laboratory of the Ministry of Education of China High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 4)Hebei Academy of Building Research Co.,Ltd.,Shijiazhuang 050021,China 5)Hebei Institute of Technology Co.,Ltd.Shijiazhuang50021,China Corresponding author,E-mail:juanhong1966@hotmail.com ABSTRACT The mine tailings generated from metallic ore not only occupies a large area of surface resources but also easily causes mud-rock flow and tailings dam failure.Moreover,the existence of a large number of underground voids threatens the safety of underground mining operations and can induce mines earthquake and surface subsidence.The paste filling technology involves thickening the mine tailings into paste and placing the paste in underground voids.The technology has been widely accepted and applied around the world for its advantages in safety,environmental protection,economy,and high efficiency.The dewatering of mine tailings is a prerequisite for the paste filling process.In the paste backfill,after tailings thickening,the concentration increase is limited,the yield stress is increased,and fluidity is reduced with flocculant dosage.The flocculant dosage and thickening synergist work together to further increase unclassified tailings paste concentration and reduce slurry yield stress.The mechanism of the thickening synergist was researched from a microscopic point of view.The results show that the best addition method is to add thickening synergist after tailings 收稿日期：2019-01-16 基金项目：国家自然科学基金资助项目(51834001)
浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理 周 茜1)，刘娟红1,2,3) 苣，吴爱祥1,3)，王洪江1,3)，付士峰4)，谷 峪5) 1) 北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083 2) 北京科技大学城市地下空间工程北京市重点实验室，北京 100083 3) 北京科技大 学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京 100083 4) 河北省建筑科学研究院有限公司，石家庄 050021 5) 河北建研科技有限 公司，石家庄 050021 苣通信作者，E-mail: juanhong1966@hotmail.com 摘 要 针对膏体充填技术中添加絮凝剂对尾砂浓密后浓度提高有限，且屈服应力增大，流动性降低等问题，研究了絮凝剂 −浓密增效剂共同作用，进一步提高全尾砂膏体充填料浆浓度，降低料浆屈服应力，并从微观角度进行机理分析. 结果表明：通 过沉降与流变试验发现，最佳添加工艺为加入絮凝剂沉降完毕后再加入浓密增效剂，固相质量分数可提高 8.57%～10.13%， 同时屈服应力降低 6.68～12.85 Pa；多组分浓密增效剂不仅能降低单耗与成本，还可以提高膏体充填材料的抗压强度；灰砂质 量比 1∶12 并添加浓密增效剂的膏体充填材料 28 d 抗压强度为 2.5 MPa，与灰砂质量比 1∶6 未添加浓密增效剂的膏体充填 材料强度相差小于 20%；通过总有机碳（TOC）吸附试验与 Zeta 电位试验发现，浓密增效剂具有吸附与分散的作用，会打开絮 凝结构，释放絮团间水，从而提高尾砂浓度，并改善尾砂颗粒的流动性. 关键词 膏体充填；料浆浓密；浓密增效剂；机理；吸附与分散 分类号 TD853 Effect and mechanism of synergist on tailings slurry thickening performance ZHOU Qian1) ，LIU Juan-hong1,2,3) 苣 ，WU Ai-xiang1,3) ，WANG Hong-jiang1,3) ，FU Shi-feng4) ，GU Yu5) 1) School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Beijing Key Laboratory of Urban Underground Space Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 3) Key Laboratory of the Ministry of Education of China High-Efficient Mining and Safety of Metal Mines, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 4) Hebei Academy of Building Research Co., Ltd., Shijiazhuang 050021, China 5) Hebei Institute of Technology Co., Ltd., Shijiazhuang 050021, China 苣 Corresponding author, E-mail: juanhong1966@hotmail.com ABSTRACT The mine tailings generated from metallic ore not only occupies a large area of surface resources but also easily causes mud-rock flow and tailings dam failure. Moreover, the existence of a large number of underground voids threatens the safety of underground mining operations and can induce mines earthquake and surface subsidence. The paste filling technology involves thickening the mine tailings into paste and placing the paste in underground voids. The technology has been widely accepted and applied around the world for its advantages in safety, environmental protection, economy, and high efficiency. The dewatering of mine tailings is a prerequisite for the paste filling process. In the paste backfill, after tailings thickening, the concentration increase is limited, the yield stress is increased, and fluidity is reduced with flocculant dosage. The flocculant dosage and thickening synergist work together to further increase unclassified tailings paste concentration and reduce slurry yield stress. The mechanism of the thickening synergist was researched from a microscopic point of view. The results show that the best addition method is to add thickening synergist after tailings 收稿日期: 2019−01−16 基金项目: 国家自然科学基金资助项目 (51834001) 工程科学学报，第 41 卷，第 11 期：1405−1411，2019 年 11 月 Chinese Journal of Engineering, Vol. 41, No. 11: 1405−1411, November 2019 DOI：10.13374/j.issn2095-9389.2019.01.16.002; http://journals.ustb.edu.cn
·1406 工程科学学报，第41卷，第11期 settlement with flocculant dosage by settlement and rheological test.The solid mass fraction can be increased by 8.57%-10.13%,and the yield stress can be reduced by 6.68-12.85 Pa.The multi-component thickening synergist can not only reduce unit consumption and cost but also improve the compressive strength of the paste backfill material.The compressive strength of paste backfill material with thickening synergist and cement-tailings mass ratio of 1 12 is 2.5 MPa at the age of 28 d.The difference is less than 20%compared with the compressive strength of the material with cement-tailings mass ratio of 1 6 and without thickening synergist.By total organic carbon adsorption test and Zeta potential test,the synergist is found to have functions of adsorption and dispersion.It can destroy the flocculation structure and release the contained water,thereby increasing the tailings concentration and improving the fluidity of tailings particles. KEY WORDS paste backfill;slurry thickening;thickening synergist;mechanism;adsorption and dispersion 金属矿开采过程中伴随着大量的尾矿砂，不 验与Zeta电位试验探讨浓密增效剂的作用机理 仅占用地表资源，而且容易诱发尾矿库溃坝事故 1 原材料与试验方法 同时，大量采空区的存在，既威胁井下作业的安 全，又易诱发矿震和地表塌陷山随着我国经济的 1.1试验原材料 发展和对环境的要求，资源开发必须与环境协调， 尾砂：采用某矿全尾砂，其粒径分布如图1所 绿色开采技术必将受到充分重视四，而膏体充填技 示，-75m的颗粒占比为44.89%；其化学成分见 术在安全、环保、经济、高效等方面具有综合优势- 表1，氧化硅与氧化铝的含量较多，其中烧失量为 浓密脱水是膏体充填工艺的前提.现场多采 1.16% 用深锥浓密机-对尾砂进行脱水浓密，添加絮凝 10 剂可以提高尾砂的沉降速度.吴爱祥等研究了 累积分布、 100 多因素耦合作用下尾砂絮凝沉降规律，焦华喆等山、 80 李辉等2研究相同絮凝剂单耗下，给料浓度与沉 微分分布 降速度的相关性，王勇等研究絮凝剂稀释倍 6 60 数与添加时间对尾砂沉降的影响，杨柳华等研 4 % 究了絮凝剂种类与单耗对尾砂料浆流变特性的影 响.总体而言，目前国内外对全尾砂膏体浓密添加 2 20 剂的研究方面只停留在絮凝剂，絮凝剂的添加有 0 助于提高尾砂沉降速度，但同时也会增加液体渗 01 10 100 1000 流阻力，增加浆体屈服应力.并且由于絮凝剂与尾 粒径/μm 砂颗粒形成紧密的絮团结构，现有方法无法使絮 图1尾砂粒径分布图 团内部的水全部排出，限制了底流浓度的进一步 Fig.I Particle size distribution of tailings 增高 絮凝剂：采用德国巴斯夫股份公司(BASF)生 针对尾砂脱水浓密工艺存在底流浓度提高程 度受限、流动性差等弊端，本文设想采取絮凝剂- 产的絮凝剂，溶解为溶质质量分数为1%的溶液. 浓密增效剂共同作用的方法，进一步提高全尾砂 浓密增效剂：单组分浓密增效剂由一种物质 膏体充填料浆浓度，并能达到管道输送的流动性 组成：多组分浓密增效剂由3种或4种物质组成， 本文采用某矿全尾砂制备低浓度尾砂料浆，进行 将几种物质的粉体按照一定比例混合均匀后，溶 尾砂沉降与流变试验，研究浓密增效剂对尾砂料 解为溶质质量分数为10%的溶液.多组分浓密增 浆沉降后浓度、流变性能以及不同灰砂比的硬化 效剂包含络合组分、胺类组分与水溶性高分子聚 体抗压强度的影响；通过总有机碳(TOC)吸附试 合物组分 表1尾砂的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of tailings % SiOz Al203 Fe,O: K20 Mgo Cao MnO Na,O TiO, S03 P2Os 65.83 16.89 2.30 7.46 0.31 3.46 0.08 1.53 0.29 0.60 0.09
settlement with flocculant dosage by settlement and rheological test. The solid mass fraction can be increased by 8.57%‒10.13%, and the yield stress can be reduced by 6.68‒12.85 Pa. The multi-component thickening synergist can not only reduce unit consumption and cost but also improve the compressive strength of the paste backfill material. The compressive strength of paste backfill material with thickening synergist and cement-tailings mass ratio of 1∶12 is 2.5 MPa at the age of 28 d. The difference is less than 20% compared with the compressive strength of the material with cement-tailings mass ratio of 1∶6 and without thickening synergist. By total organic carbon adsorption test and Zeta potential test, the synergist is found to have functions of adsorption and dispersion. It can destroy the flocculation structure and release the contained water, thereby increasing the tailings concentration and improving the fluidity of tailings particles. KEY WORDS paste backfill；slurry thickening；thickening synergist；mechanism；adsorption and dispersion 金属矿开采过程中伴随着大量的尾矿砂，不 仅占用地表资源，而且容易诱发尾矿库溃坝事故. 同时，大量采空区的存在，既威胁井下作业的安 全，又易诱发矿震和地表塌陷[1] . 随着我国经济的 发展和对环境的要求，资源开发必须与环境协调， 绿色开采技术必将受到充分重视[2] ，而膏体充填技 术在安全、环保、经济、高效等方面具有综合优势[3−6] . 浓密脱水是膏体充填工艺的前提. 现场多采 用深锥浓密机[7−9] 对尾砂进行脱水浓密，添加絮凝 剂可以提高尾砂的沉降速度. 吴爱祥等[10] 研究了 多因素耦合作用下尾砂絮凝沉降规律，焦华喆等[11]、 李辉等[12] 研究相同絮凝剂单耗下，给料浓度与沉 降速度的相关性，王勇等[13−14] 研究絮凝剂稀释倍 数与添加时间对尾砂沉降的影响，杨柳华等[15] 研 究了絮凝剂种类与单耗对尾砂料浆流变特性的影 响. 总体而言，目前国内外对全尾砂膏体浓密添加 剂的研究方面只停留在絮凝剂，絮凝剂的添加有 助于提高尾砂沉降速度，但同时也会增加液体渗 流阻力，增加浆体屈服应力. 并且由于絮凝剂与尾 砂颗粒形成紧密的絮团结构，现有方法无法使絮 团内部的水全部排出，限制了底流浓度的进一步 增高. 针对尾砂脱水浓密工艺存在底流浓度提高程 度受限、流动性差等弊端，本文设想采取絮凝剂− 浓密增效剂共同作用的方法，进一步提高全尾砂 膏体充填料浆浓度，并能达到管道输送的流动性. 本文采用某矿全尾砂制备低浓度尾砂料浆，进行 尾砂沉降与流变试验，研究浓密增效剂对尾砂料 浆沉降后浓度、流变性能以及不同灰砂比的硬化 体抗压强度的影响；通过总有机碳（TOC）吸附试 验与 Zeta 电位试验探讨浓密增效剂的作用机理. 1 原材料与试验方法 1.1 试验原材料 尾砂：采用某矿全尾砂，其粒径分布如图 1 所 示 ，−75 μm 的颗粒占比为 44.89%；其化学成分见 表 1，氧化硅与氧化铝的含量较多，其中烧失量为 1.16%. 絮凝剂：采用德国巴斯夫股份公司（BASF）生 产的絮凝剂，溶解为溶质质量分数为 1% 的溶液. 浓密增效剂：单组分浓密增效剂由一种物质 组成；多组分浓密增效剂由 3 种或 4 种物质组成， 将几种物质的粉体按照一定比例混合均匀后，溶 解为溶质质量分数为 10% 的溶液. 多组分浓密增 效剂包含络合组分、胺类组分与水溶性高分子聚 合物组分. 表 1 尾砂的化学成分（质量分数） Table 1 Chemical composition of tailings % SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O MgO CaO MnO Na2O TiO2 SO3 P2O5 65.83 16.89 2.30 7.46 0.31 3.46 0.08 1.53 0.29 0.60 0.09 0.1 1 10 100 1000 0 2 4 6 8 10 微分分布 累积分布 粒径/μm 微分分布/% 0 20 40 60 80 100 累积分布/% 图 1 尾砂粒径分布图 Fig.1 Particle size distribution of tailings · 1406 · 工程科学学报，第 41 卷，第 11 期
周茜等：浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理 ·1407 水：实验室自来水，温度为20吐2℃ 尾砂沉降过程中量筒出现3个区域，自上而下 1.2试验方法 分别为澄清区、沉降区和沉淀区，澄清区越来越 沉降试验：将尾砂制作成低浓度料浆，倒入 大，沉淀区越来越小，稳定后沉降区消失.尾砂料 1000mL的量筒中，加入外加剂并匀速搅拌，记录 浆从1000mL刻度，即对应量筒高度为300mm 不同时刻固液分离面高度与沉降速度变化.其中 处，降到最终刻度过程中固液分离面高度随时间 外加剂的添加方式根据外加剂的种类与添加顺序 变化的曲线如图2所示.单独添加絮凝剂后，前两 不同分为3种：第一种为单掺絮凝剂，将絮凝剂加 组尾砂从300降到90mm所用时间均为2min,沉 入量筒中，与尾砂料浆共同匀速搅拌；第二种为加 降较快，90mm高度之后沉降较慢，第2组的浓密 入絮凝剂沉降完毕后加人浓密增效剂.量筒中的 增效剂在72mm高度时加入.由图2可以看出，加 尾砂料浆在絮凝剂的作用下沉降完毕后，使用吸 入浓密增效剂后，固液分离面高度继续下降，下降 管将上清液去除，再加入浓密增效剂，并与量筒中 幅度为6mm.第3组的絮凝剂与浓密增效剂同时 的尾砂料浆共同匀速搅拌；第三种为絮凝剂与浓 加入，则尾砂沉降较慢，沉降时间是第二组的 密增效剂同时加入，即先将絮凝剂加入量筒中，紧 1.5倍 接着加入浓密增效剂，两种外加剂与尾砂料浆共 同匀速搅拌 300 流变性能：采用Brookfield的RST型流变仪， E250 将四叶桨式转子浸入料浆中，以变化剪切速率旋 转，转子规格为V40-20型桨式转子. 抗压强度：采用WDW-50型微机控制电子万 能试验机测试试块不同龄期的抗压强度值，试块 三100 尺寸为70.7mm的立方体 碳吸附试验：采用美国IONICS公司生产的 50 TOC分析仪.按比例配制浆体并加入添加剂，搅 10002000300040005000 沉降时间/s 拌3min.再静置5min,浆体达到吸附平衡后，用离 图2固液分离面高度随时间变化曲线 心机（转速为4000rmin)分离10min,取上层清 Fig.2 Change of solid-liquid separation interface height with time 液再次离心分离，加入去离子水稀释，并测定滤液 中有机碳的含量：配制相同比例的添加剂溶液做 通过计算得到3组试验尾砂料浆沉降的最终 对比组，搅拌3min,再静置5min,加入去离子水稀 固相质量分数分别为72.29%、76.92%、74.07%，如 释，并测定溶液中有机碳的含量 图3所示.添加浓密增效剂后浓度分别增加了 Zeta电位试验：采用上海中晨数字技术设备有 4.63%与1.78%，且水柱澄清，说明浓密增效剂发 限公司生产的JS94H型微电泳仪.按比例配制浆 挥了作用，且加入絮凝剂沉降完毕后再加入浓密 体并加入添加剂，搅拌均匀，取少许净浆用去离子 增效剂的浓度增加较多且沉降时间增加较少，效 水稀释500倍，在磁力搅拌器中搅拌5min,然后测 试Zeta电位 90 90 80 最终固相质量分数 屈服应力 80 2结果分析 70 60 60 2.1单组分浓密增效剂对全尾砂料浆浓密性能的 50 50 影响 % % 将尾砂制作成低浓度（固相质量分数为25%） 30 料浆，倒入1000mL的量筒中，试验分为3组.(1)单 20 掺絮凝剂，絮凝剂单耗为20gt,记为1：(2)加入 10 絮凝剂沉降完毕后加入浓密增效剂，浓密增效剂 2# 单耗为1400gt,记为2；(3)絮凝剂与浓密增效 组别 剂同时加入，絮凝剂与浓密增效剂的掺量不变，记 困3尾砂沉降最终固相质量分数与屈服应力 为3.处理1t尾砂，浓密增效剂的成本为28元. Fig.3 Final solid mass fraction and yield stress of tailings sediments
水：实验室自来水，温度为 20±2 ℃. 1.2 试验方法 沉降试验：将尾砂制作成低浓度料浆，倒入 1000 mL 的量筒中，加入外加剂并匀速搅拌，记录 不同时刻固液分离面高度与沉降速度变化. 其中 外加剂的添加方式根据外加剂的种类与添加顺序 不同分为 3 种：第一种为单掺絮凝剂，将絮凝剂加 入量筒中，与尾砂料浆共同匀速搅拌；第二种为加 入絮凝剂沉降完毕后加入浓密增效剂，量筒中的 尾砂料浆在絮凝剂的作用下沉降完毕后，使用吸 管将上清液去除，再加入浓密增效剂，并与量筒中 的尾砂料浆共同匀速搅拌；第三种为絮凝剂与浓 密增效剂同时加入，即先将絮凝剂加入量筒中，紧 接着加入浓密增效剂，两种外加剂与尾砂料浆共 同匀速搅拌. 流变性能：采用 Brookfield 的 RST 型流变仪， 将四叶桨式转子浸入料浆中，以变化剪切速率旋 转，转子规格为 V40-20 型桨式转子. 抗压强度：采用 WDW-50 型微机控制电子万 能试验机测试试块不同龄期的抗压强度值，试块 尺寸为 70.7 mm 的立方体. 碳吸附试验 ：采用美国 IONICS 公司生产的 TOC 分析仪. 按比例配制浆体并加入添加剂，搅 拌 3 min，再静置 5 min，浆体达到吸附平衡后，用离 心机（转速为 4000 r·min−1）分离 10 min，取上层清 液再次离心分离，加入去离子水稀释，并测定滤液 中有机碳的含量；配制相同比例的添加剂溶液做 对比组，搅拌 3 min，再静置 5 min，加入去离子水稀 释，并测定溶液中有机碳的含量. Zeta 电位试验：采用上海中晨数字技术设备有 限公司生产的 JS94H 型微电泳仪. 按比例配制浆 体并加入添加剂，搅拌均匀，取少许净浆用去离子 水稀释 500 倍，在磁力搅拌器中搅拌 5 min，然后测 试 Zeta 电位. 2 结果分析 2.1 单组分浓密增效剂对全尾砂料浆浓密性能的 影响 将尾砂制作成低浓度（固相质量分数为 25%） 料浆，倒入 1000 mL 的量筒中，试验分为 3 组. （1）单 掺絮凝剂，絮凝剂单耗为 20 g·t−1，记为 1 # ；（2）加入 絮凝剂沉降完毕后加入浓密增效剂，浓密增效剂 单耗为 1400 g·t−1，记为 2 # ；（3） 絮凝剂与浓密增效 剂同时加入，絮凝剂与浓密增效剂的掺量不变,记 为 3 # . 处理 1 t 尾砂，浓密增效剂的成本为 28 元. 尾砂沉降过程中量筒出现 3 个区域，自上而下 分别为澄清区、沉降区和沉淀区，澄清区越来越 大，沉淀区越来越小，稳定后沉降区消失. 尾砂料 浆从 1000 mL 刻度 ，即对应量筒高度为 300 mm 处，降到最终刻度过程中固液分离面高度随时间 变化的曲线如图 2 所示. 单独添加絮凝剂后，前两 组尾砂从 300 降到 90 mm 所用时间均为 2 min，沉 降较快，90 mm 高度之后沉降较慢，第 2 组的浓密 增效剂在 72 mm 高度时加入. 由图 2 可以看出，加 入浓密增效剂后，固液分离面高度继续下降，下降 幅度为 6 mm. 第 3 组的絮凝剂与浓密增效剂同时 加入 ，则尾砂沉降较慢 ，沉降时间是第二组 的 1.5 倍. 通过计算得到 3 组试验尾砂料浆沉降的最终 固相质量分数分别为 72.29%、76.92%、74.07%，如 图 3 所示. 添加浓密增效剂后浓度分别增加了 4.63% 与 1.78%，且水柱澄清，说明浓密增效剂发 挥了作用，且加入絮凝剂沉降完毕后再加入浓密 增效剂的浓度增加较多且沉降时间增加较少，效 0 1000 2000 3000 4000 5000 50 100 150 200 250 300 2 # 1 # 3 # 固液分离面高度/mm 沉降时间/s 图 2 固液分离面高度随时间变化曲线 Fig.2 Change of solid-liquid separation interface height with time 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 3 # 2 # 屈服应力/Pa 最终固相质量分数/% 组别 最终固相质量分数 屈服应力 1 # 图 3 尾砂沉降最终固相质量分数与屈服应力 Fig.3 Final solid mass fraction and yield stress of tailings sediments 周 茜等： 浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理 · 1407 ·
·1408 工程科学学报，第41卷，第11期 果较好，因此可以确定其为最佳添加工艺 加入絮凝剂各组别的最终固相质量分数与屈服应 通过流变仪测试尾砂料浆浓密后的流变性 力如图5所示，与只加絮凝剂的尾砂料浆对比，添加 能，得到屈服应力与塑性黏度两个流变参数，屈服 多组分浓密增效剂后尾砂料浆最终固相质量分数增 应力分别为46.21、11.58和28.05Pa,如图3所示 加了8.57%~10.13%，屈服应力降低了6.68~12.85Pa, 塑性黏度分别为0.23、0.90和0.44Pas.其中第 塑性黏度分别为0.54、0.51、0.38和1.12Pas,变化 2种添加方式，添加浓密增效剂后尾砂料浆屈服应 较小.说明多组分浓密增效剂与单组分浓密增效 力降低了34.63Pa,塑性黏度变化较小.说明浓密 剂相比不仅能降低单耗与成本，而且还能够发挥 增效剂可以改善尾砂浓密后的流变性能，从而有 更大的作用，对尾砂浓密与管道输送起到较好的 利于管道输送 效果 2.2多组分浓密增效剂对全尾砂料浆浓密性能的 100 100 影响 @最终固相质量分数 90 四屈服应力 90 单组分浓密增效剂的单耗与成本较高，为进 80 80 一步降低浓密增效剂的单耗与成本，笔者尝试了 70 60 多种不同种类、不同配比和不同摻量的添加剂，从 60 50 中选择效果最佳的多组分浓密增效剂.将尾砂制 40 % 作成低浓度（固相质量分数25%）料浆，倒入1000mL 30 30 的量筒中，进行多组试验，均为加入絮凝剂沉降完 20 毕后加人浓密增效剂，絮凝剂掺量不变，浓密增效 0 10 剂单耗为500~1100gt1.处理1t尾砂，浓密增效 2 3 组别 剂的成本为6.2~16元. 图5尾砂沉降最终固相质量分数与屈服应力 加入絮凝剂后，各组尾砂均从1000mL(300mm Fig.5 Final solid mass fraction and yield stress of tailings sediment 高度)降到240mL刻度(72mm高度)刻度后不再 沉降，此时加入浓密增效剂，匀速搅拌后尾砂料浆 2.3膏体充填材料抗压强度与成本分析 继续沉降.选取效果较好的4组试验结果，分别记 选出两组不同配比效果较好的浓密增效剂， 为1、2、3、4，加入浓密增效剂后各组尾砂从 分别为浓密增效剂I与浓密增效剂Ⅱ.将浓密后 240ml(72mm高度)的刻度，降到最终刻度过程中 的尾砂料浆与水泥(P.042.5)制成膏体充填材料， 固液分离面高度随时间变化的曲线如图4所示 灰砂质量比分别为1：6、1：12与1：24，对比添 由图4可以看出，加入浓密增效剂后，固液分离面 加浓密增效剂前后膏体充填材料的3、7与28d抗 高度继续下降，最大下降幅度为I2mm.沉降时间 压强度变化，如图6所示，其中1为只加絮凝剂， 增加8~17min 浆体固相质量分数为72%：2与3分别为加入浓密 增效剂I与浓密增效剂Ⅱ，2与3浆体固相质量分 72 数均为79%. -1 70 由图6可以看出，浓密增效剂添加后，由于料 3 盘68 浆浓度的提高，相同灰砂质量比的膏体充填材料 66 抗压强度显著提高；灰砂质量比1：12并添加浓密 增效剂的膏体充填材料28d抗压强度与灰砂质量 比1：6未添加浓密增效剂的膏体充填材料强度的 62 差值在20%以内.因此在满足强度要求的前提下 60 可以降低灰砂比，即用灰砂比1：12并添加浓密增 2000 220024002600280030003200 效剂的膏体充填材料替代灰砂比1：6未添加浓密 沉降时间/s 增效剂的音体充填材料；用灰砂比1：24并添加浓 图4固液分离界面高度随时间变化曲线 Fig.4 Change of solid-liquid separation interface height with time 密增效剂的膏体充填材料替代灰砂比1：12未添 加浓密增效剂的膏体充填材料，减少水泥用量，进 只加絮凝剂的尾砂沉降的最终固相质量分数 而节约成本，对添加浓密增效剂前后进行成本分 为72.29%，屈服应力为46.21Pa,塑性黏度为0.23Pas. 析，见表2.由表2可知，虽然灰砂比1：12并添加
果较好，因此可以确定其为最佳添加工艺. 通过流变仪测试尾砂料浆浓密后的流变性 能，得到屈服应力与塑性黏度两个流变参数，屈服 应力分别为 46.21、11.58 和 28.05 Pa，如图 3 所示. 塑性黏度分别为 0.23、 0.90 和 0.44 Pa·s. 其中第 2 种添加方式，添加浓密增效剂后尾砂料浆屈服应 力降低了 34.63 Pa，塑性黏度变化较小. 说明浓密 增效剂可以改善尾砂浓密后的流变性能，从而有 利于管道输送. 2.2 多组分浓密增效剂对全尾砂料浆浓密性能的 影响 单组分浓密增效剂的单耗与成本较高，为进 一步降低浓密增效剂的单耗与成本，笔者尝试了 多种不同种类、不同配比和不同掺量的添加剂，从 中选择效果最佳的多组分浓密增效剂. 将尾砂制 作成低浓度（固相质量分数 25%）料浆，倒入 1000 mL 的量筒中，进行多组试验，均为加入絮凝剂沉降完 毕后加入浓密增效剂，絮凝剂掺量不变，浓密增效 剂单耗为 500～1100 g·t−1 . 处理 1 t 尾砂，浓密增效 剂的成本为 6.2～16 元. 加入絮凝剂后，各组尾砂均从 1000 mL（300 mm 高度）降到 240 mL 刻度（72 mm 高度）刻度后不再 沉降，此时加入浓密增效剂，匀速搅拌后尾砂料浆 继续沉降. 选取效果较好的 4 组试验结果，分别记 为 1 #、 2 #、 3 #、 4 # ，加入浓密增效剂后各组尾砂从 240 ml（72 mm 高度）的刻度，降到最终刻度过程中 固液分离面高度随时间变化的曲线如图 4 所示. 由图 4 可以看出，加入浓密增效剂后，固液分离面 高度继续下降，最大下降幅度为 12 mm. 沉降时间 增加 8～17 min. 只加絮凝剂的尾砂沉降的最终固相质量分数 为72.29%，屈服应力为46.21 Pa，塑性黏度为0.23 Pa·s. 加入絮凝剂各组别的最终固相质量分数与屈服应 力如图 5 所示，与只加絮凝剂的尾砂料浆对比，添加 多组分浓密增效剂后尾砂料浆最终固相质量分数增 加了8.57%～10.13%，屈服应力降低了6.68～12.85 Pa， 塑性黏度分别为 0.54、0.51、0.38 和 1.12 Pa·s，变化 较小. 说明多组分浓密增效剂与单组分浓密增效 剂相比不仅能降低单耗与成本，而且还能够发挥 更大的作用，对尾砂浓密与管道输送起到较好的 效果. 2.3 膏体充填材料抗压强度与成本分析 选出两组不同配比效果较好的浓密增效剂， 分别为浓密增效剂Ⅰ与浓密增效剂Ⅱ. 将浓密后 的尾砂料浆与水泥（P.O 42.5）制成膏体充填材料， 灰砂质量比分别为 1∶6、1∶12 与 1∶24，对比添 加浓密增效剂前后膏体充填材料的 3、7 与 28 d 抗 压强度变化，如图 6 所示，其中 1 #为只加絮凝剂， 浆体固相质量分数为 72%；2 #与 3 #分别为加入浓密 增效剂Ⅰ与浓密增效剂Ⅱ，2 #与 3 #浆体固相质量分 数均为 79%. 由图 6 可以看出，浓密增效剂添加后，由于料 浆浓度的提高，相同灰砂质量比的膏体充填材料 抗压强度显著提高；灰砂质量比 1∶12 并添加浓密 增效剂的膏体充填材料 28 d 抗压强度与灰砂质量 比 1∶6 未添加浓密增效剂的膏体充填材料强度的 差值在 20% 以内. 因此在满足强度要求的前提下 可以降低灰砂比，即用灰砂比 1∶12 并添加浓密增 效剂的膏体充填材料替代灰砂比 1∶6 未添加浓密 增效剂的膏体充填材料；用灰砂比 1∶24 并添加浓 密增效剂的膏体充填材料替代灰砂比 1∶12 未添 加浓密增效剂的膏体充填材料，减少水泥用量，进 而节约成本. 对添加浓密增效剂前后进行成本分 析，见表 2. 由表 2 可知，虽然灰砂比 1∶12 并添加 4 # 3 # 2 # 1 # 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 60 62 64 66 68 70 72 固液分离面高度/mm 沉降时间/s 图 4 固液分离界面高度随时间变化曲线 Fig.4 Change of solid-liquid separation interface height with time 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 4 # 3 # 2 # 屈服应力/Pa 最终固相质量分数/% 组别 最终固相质量分数 屈服应力 1 # 图 5 尾砂沉降最终固相质量分数与屈服应力 Fig.5 Final solid mass fraction and yield stress of tailings sediment · 1408 · 工程科学学报，第 41 卷，第 11 期
周茜等：浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理 ·1409 6.0F (a) 加浓密增效剂的膏体降低了将近20%，但是成本 5.5 5.0 减少了40%；灰砂比1：24并添加浓密增效剂的膏 7d 4.5 28d 体抗压强度与灰砂比1：12未添加浓密增效剂的 4.0 50 膏体抗压强度相当，并且成本节约了30%. 3浓密增效剂作用机理分析 2.0 1.5 3.1碳吸附与电位试验分析 1.0 0.5 选取最佳配比的浓密增效剂，采用TOC吸附 试验分析其吸附作用.配制A、B两种膏体与C、 组别 D两种溶液进行对比.A、B两种膏体由尾砂与水 2.5 (b) 制成的固相质量分数为72%的浆体和絮凝剂或/ 晨品， 和浓密增效剂组成的添加剂构成；C、D两种溶液 2.0 由适量水和添加剂构成.添加剂具体组成如表3 所示.通过TOC试验得出4种浆体与溶液的碳吸 附结果见表4.其中A与C的差值m为尾砂料浆 1.0 对絮凝剂中碳的吸附量，B与D的差值n为尾砂 0.5 对絮凝剂与浓密增效剂的碳总吸附量，则m与 n的差值r即为尾砂料浆对浓密增效剂的吸附量 由表4可以看出，浓密增效剂加入后，被尾砂所吸 组别 附，并使尾砂颗粒分散，释放出絮团中包裹的水. 选取最佳配比的浓密增效剂，采用Zeta电位 1.0 0.9 试验分析其吸附作用.采用上述A与B两种浆体 d 0.8 图28d 进行对比试验.通过电位试验得出两种浆体的试 0.7 验结果分别为-0.7301与-1.7288mV,添加了浓密 0.5 增效剂的浆体其电位绝对值高于只加絮凝剂的浆 体，说明浓密增效剂会吸附于尾砂颗粒表面使颗 0.3 粒带电，颗粒间由于带相同电荷而相互排斥、加速 0.2 0.1 颗粒间的分散，即浓密增效剂通过一定的静电斥 2 力作用使得尾砂颗粒分散，从而打开絮凝结构，释 组别 放絮团间自由水. 图6不同灰砂质量比膏体充填材料的抗压强度.(a)1:6:(b) 32浓密机理分析 1:12:(c)1:24 浓密增效剂各组分的比重从大到小依次为水 Fig.6 Compressive strengths of paste backfill material with different 溶性高分子聚合物组分、络合组分与胺类组分，各 cement-tailings mass ratios:(a)1 6:(b)1 12:(c)1:24 组分通过不同的吸附与分散机理共同作用于絮团 浓密增效剂的膏体抗压强度相比灰砂比1：6未添 颗粒，改善浓密效果 表2成本分析 Table 2 Cost analysis result 浓密增效剂灰砂质量比28d抗压强度MPa 浓密增效剂成本（元t) 浓密增效剂、水泥、运输等总成本（元） 节约成本八元t) 无 1:6 3.04 0 125 0 1:12 2.45 85 75 50 女 1:12 2.50 6.5 53 无 1:12 1.01 0 62.5 0 1:24 1.03 8.5 44 18.5 1:24 0.98 6.5 41 21.5
浓密增效剂的膏体抗压强度相比灰砂比 1∶6 未添 加浓密增效剂的膏体降低了将近 20%，但是成本 减少了 40%；灰砂比 1∶24 并添加浓密增效剂的膏 体抗压强度与灰砂比 1∶12 未添加浓密增效剂的 膏体抗压强度相当，并且成本节约了 30%. 3 浓密增效剂作用机理分析 3.1 碳吸附与电位试验分析 选取最佳配比的浓密增效剂，采用 TOC 吸附 试验分析其吸附作用. 配制 A、B 两种膏体与 C、 D 两种溶液进行对比. A、B 两种膏体由尾砂与水 制成的固相质量分数为 72% 的浆体和絮凝剂或/ 和浓密增效剂组成的添加剂构成；C、D 两种溶液 由适量水和添加剂构成. 添加剂具体组成如表 3 所示. 通过 TOC 试验得出 4 种浆体与溶液的碳吸 附结果见表 4. 其中 A 与 C 的差值 m 为尾砂料浆 对絮凝剂中碳的吸附量，B 与 D 的差值 n 为尾砂 对絮凝剂与浓密增效剂的碳总吸附量 ，则 m 与 n 的差值 r 即为尾砂料浆对浓密增效剂的吸附量. 由表 4 可以看出，浓密增效剂加入后，被尾砂所吸 附，并使尾砂颗粒分散，释放出絮团中包裹的水. 选取最佳配比的浓密增效剂，采用 Zeta 电位 试验分析其吸附作用. 采用上述 A 与 B 两种浆体 进行对比试验. 通过电位试验得出两种浆体的试 验结果分别为−0.7301 与−1.7288 mV，添加了浓密 增效剂的浆体其电位绝对值高于只加絮凝剂的浆 体，说明浓密增效剂会吸附于尾砂颗粒表面使颗 粒带电，颗粒间由于带相同电荷而相互排斥、加速 颗粒间的分散. 即浓密增效剂通过一定的静电斥 力作用使得尾砂颗粒分散，从而打开絮凝结构，释 放絮团间自由水. 3.2 浓密机理分析 浓密增效剂各组分的比重从大到小依次为水 溶性高分子聚合物组分、络合组分与胺类组分，各 组分通过不同的吸附与分散机理共同作用于絮团 颗粒，改善浓密效果. 表 2 成本分析 Table 2 Cost analysis result 浓密增效剂 灰砂质量比 28 d抗压强度/MPa 浓密增效剂成本/（元·t−1） 浓密增效剂、水泥、运输等总成本/（元·t−1） 节约成本/（元·t−1） 无 1∶6 3.04 0 125 0 Ⅰ 1∶12 2.45 8.5 75 50 Ⅱ 1∶12 2.50 6.5 72 53 无 1∶12 1.01 0 62.5 0 Ⅰ 1∶24 1.03 8.5 44 18.5 Ⅱ 1∶24 0.98 6.5 41 21.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 6.0 5.5 3 # 2 # 抗压强度/MPa 组别 3 d 7 d 28 d (a) 1 # 3 # 2 # 组别 1 # 3 # 2 # 组别 1 # 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 抗压强度/MPa 3 d 7 d 28 d (b) 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 抗压强度/MPa 3 d 7 d 28 d (c) 图 6 不同灰砂质量比膏体充填材料的抗压强度. （a）1∶6； （b） 1∶12；（c）1∶24 Fig.6 Compressive strengths of paste backfill material with different cement-tailings mass ratios:（a）1∶6; （b）1∶12; （c）1∶24 周 茜等： 浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理 · 1409 ·
1410 工程科学学报，第41卷，第11期 表3添加剂的组成 化膜，同样起到润滑作用，改善流动性.故浓密增 Table 3 Composition of additive 效剂的分散作用是通过各组分的空间位阻斥力作 絮凝剂 浓密增效剂 用、静电斥力作用和水化膜润滑作用共同实现的. 试样 量分数%占试样质量分数%质量分数%占试样质量分数% 絮凝剂为高分子长链状结构，高分子链会网 A 0.2 一 一 捕尾砂颗粒，进行“架桥作用”，随着网捕颗粒数量 B 1 02 10 0.6 的增加，逐渐形成絮团，其作用机理示意图如图8 C 0.2 一 所示.将一定浓度的絮凝剂溶液加入浓密机中与 D 0.2 10 0.6 低浓度的尾砂料浆充分混合后，絮凝剂会使尾砂 料浆中的微细颗粒凝聚、吸附成团，形成紧密接触 表4碳吸附试验结果 的大颗粒絮团，靠自重而迅速沉降直至浓密机底 部，因此沉降速度提高 Table 4 Carbon adsorption test results mg.g A B C D 尾砂颗粒 70.3670.5681.0993.2610.7322.711.97 浓密增效剂的主要组分水溶性高分子聚合物 之一是通过选择带有羧酸基、羟基、醚基、磺酸基 等极性基的多种不饱和单体，在引发剂的作用下 产生接枝共聚反应，形成具有梳型枝链结构的高 分子共聚物.这种共聚物的主链与尾砂颗粒表面 絮团水 相连，而枝链延伸进入液相形成较厚的聚合物分 子吸附层，当尾砂颗粒靠近，吸附层开始重叠，颗 絮凝剂 粒之间产生斥力作用，这种机械分离作用力即为 图8絮凝剂作用机理示意图 空间位阻斥力作用.因此这种组分主要通过空间 Fig.8 Action mechanism of flocculation 位阻斥力发挥作用，其分散作用机理如图7所示 沉降至浓密机底部的尾砂颗粒之间存在着絮 团水，待尾砂沉降完毕后，在浓密机底部泥层添加 一定浓度的浓密增效剂溶液并搅拌，使浓密增效 剂均的混合在泥层中与絮团颗粒充分结合.浓 密增效剂通过吸附和分散，会打开絮凝结构，降低 尾砂颗粒 尾砂颗粒 颗粒固液界面能，释放絮团间的自由水，水通过导 水杆被排出，从而可以进一步提高尾砂浓密后的 PP 浓度.通过浓密增效剂的作用可将底流固相质量 图7空间位阻斥力分散机理示意图 分数较未添加浓密增效剂时提高8.57%~10.13%， Fig.7 Dispersion mechanism of space steric hindrance repulsion 同时，能够降低屈服应力，改善尾砂颗粒的流动 性.并且制成膏体后，浓密增效剂的分散作用又会 浓密增效剂的另一水溶性高分子聚合物组分 使水泥水化程度提高，进而可以提高膏体充填材 为线性离子聚合物，由于亲水极性基团的电离作 料的抗压强度 用，其静电斥力作用较强.浓密增效剂的络合组分 含有羧酸基、羟基等可与水形成氢键的极性基团， 4结论 具有较强的亲水作用，因此吸附在尾砂颗粒表面 (1)通过单组分浓密增效剂试验发现，加入絮 后会形成一层水化膜，水化膜会破坏絮团结构，释 凝剂沉降完毕后再加人浓密增效剂的浓度显著提 放絮团间的自由水，使颗粒表面更加湿润，起到润 高且沉降时间增加较少，效果好，可以确定其为最 滑作用，从而改善尾砂浓密后的流动性.浓密增效 佳添加工艺.并且浓密增效剂可以改善尾砂浓密 剂的胺类组分具有一定的引气作用，能够降低液 后的流变性能，料浆固相质量分数可提高8.57%~ 气界面张力，因此可以吸附在液气界面上形成水 10.13%.同时屈服应力降低6.68~12.85Pa.从而有
浓密增效剂的主要组分水溶性高分子聚合物 之一是通过选择带有羧酸基、羟基、醚基、磺酸基 等极性基的多种不饱和单体，在引发剂的作用下 产生接枝共聚反应，形成具有梳型枝链结构的高 分子共聚物. 这种共聚物的主链与尾砂颗粒表面 相连，而枝链延伸进入液相形成较厚的聚合物分 子吸附层，当尾砂颗粒靠近，吸附层开始重叠，颗 粒之间产生斥力作用，这种机械分离作用力即为 空间位阻斥力作用. 因此这种组分主要通过空间 位阻斥力发挥作用，其分散作用机理如图 7 所示. 浓密增效剂的另一水溶性高分子聚合物组分 为线性离子聚合物，由于亲水极性基团的电离作 用，其静电斥力作用较强. 浓密增效剂的络合组分 含有羧酸基、羟基等可与水形成氢键的极性基团， 具有较强的亲水作用，因此吸附在尾砂颗粒表面 后会形成一层水化膜，水化膜会破坏絮团结构，释 放絮团间的自由水，使颗粒表面更加湿润，起到润 滑作用，从而改善尾砂浓密后的流动性. 浓密增效 剂的胺类组分具有一定的引气作用，能够降低液 气界面张力，因此可以吸附在液气界面上形成水 化膜，同样起到润滑作用，改善流动性. 故浓密增 效剂的分散作用是通过各组分的空间位阻斥力作 用、静电斥力作用和水化膜润滑作用共同实现的. 絮凝剂为高分子长链状结构，高分子链会网 捕尾砂颗粒，进行“架桥作用”，随着网捕颗粒数量 的增加，逐渐形成絮团，其作用机理示意图如图 8 所示. 将一定浓度的絮凝剂溶液加入浓密机中与 低浓度的尾砂料浆充分混合后，絮凝剂会使尾砂 料浆中的微细颗粒凝聚、吸附成团，形成紧密接触 的大颗粒絮团，靠自重而迅速沉降直至浓密机底 部，因此沉降速度提高. 沉降至浓密机底部的尾砂颗粒之间存在着絮 团水，待尾砂沉降完毕后，在浓密机底部泥层添加 一定浓度的浓密增效剂溶液并搅拌，使浓密增效 剂均匀的混合在泥层中与絮团颗粒充分结合. 浓 密增效剂通过吸附和分散，会打开絮凝结构，降低 颗粒固液界面能，释放絮团间的自由水，水通过导 水杆被排出，从而可以进一步提高尾砂浓密后的 浓度. 通过浓密增效剂的作用可将底流固相质量 分数较未添加浓密增效剂时提高 8.57%～10.13%， 同时，能够降低屈服应力，改善尾砂颗粒的流动 性. 并且制成膏体后，浓密增效剂的分散作用又会 使水泥水化程度提高，进而可以提高膏体充填材 料的抗压强度. 4 结论 （1）通过单组分浓密增效剂试验发现，加入絮 凝剂沉降完毕后再加入浓密增效剂的浓度显著提 高且沉降时间增加较少，效果好，可以确定其为最 佳添加工艺. 并且浓密增效剂可以改善尾砂浓密 后的流变性能，料浆固相质量分数可提高 8.57%～ 10.13%，同时屈服应力降低 6.68～12.85 Pa，从而有 表 3 添加剂的组成 Table 3 Composition of additive 试样 絮凝剂 浓密增效剂 质量分数/%占试样质量分数/% 质量分数/%占试样质量分数/% A 1 0.2 — — B 1 0.2 10 0.6 C 1 0.2 — — D 1 0.2 10 0.6 表 4 碳吸附试验结果 Table 4 Carbon adsorption test results mg·g−1 A B C D m n r 70.36 70.56 81.09 93.26 10.73 22.7 11.97 尾砂颗粒 尾砂颗粒 图 7 空间位阻斥力分散机理示意图 Fig.7 Dispersion mechanism of space steric hindrance repulsion 尾砂颗粒 絮凝剂 絮团水 图 8 絮凝剂作用机理示意图 Fig.8 Action mechanism of flocculation · 1410 · 工程科学学报，第 41 卷，第 11 期
周茜等：浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理 ·1411 利于管道输送 of deep cone thickener based on dynamical settling and (2)多组分浓密增效剂与单组分浓密增效剂 compaction experiments.Chin J Nonferrous Met,2017,27(8): 1693 相比不仅能降低单耗与成本，而且还能够发挥更 (李公成，王洪江，吴爱祥，等.基于动态沉降压密实验的深锥浓 大的作用，多组分浓密增效剂可以提高膏体充填 密机关键参数确定.中国有色金属学报，2017,27(8)：1693) 材料的抗压强度，即灰砂质量比1：12并添加浓密 [8J Wu A X,Yang Y,Wang Y M,et al.Mathematical modelling of 增效剂的膏体充填材料28d抗压强度为2.5MPa, underflow concentration in a deep cone thickener and analysis of 与灰砂质量比1：6未添加浓密增效剂的膏体充填 the dynamic compaction mechanism.Chin J Eng,2018,40(2): 材料强度相差小于20%. 152 (3)通过碳吸附与电位试验发现，浓密增效剂 (吴爱祥，杨莹，王贻明，等.深锥浓密机底流浓度模型及动态压 密机理分析.工程科学学报，2018,40(2)：152) 具有吸附与分散的作用，会打开絮凝结构，降低颗 [9]Wang H J,Wang Y,Wu A X,et al.Dynamic compaction and 粒固液界面能，并释放絮团水，从而提高尾砂浓 static compaction mechanism of fine unclassified tailings.JUniv 度，并改善尾砂颗粒的流动性.浓密增效剂的分散 Sci Technol Beijing,2013,35(5):566 作用是通过各组分的空间位阻斥力作用、静电斥 (王洪江，王勇，吴爱祥，等.细粒全尾动态压密与静态压密机理 力作用和水化膜润滑作用共同实现的 北京科技大学学报，2013,35(5)：566) [10]Wu A X,Zhou J,Yin S H,et al.Influence factors on flocculation 参考文献 sedimentation of unclassified tailings.Chin J Nonferrous Met, 2016,26(2):439 [Wu A X,Yang Y,Cheng H Y,et al.Status and prospects of paste (吴爱样，周靓，尹升华，等.全尾砂絮凝沉降的影响因素.中国 technology in China.ChinJEng,018,40(5):517 有色金属学报，2016,26(2)：439) (吴爱祥，杨莹，程海勇，等.中国膏体技术发展现状与趋势.工 [11]Jiao H Z,Wang H J.Wu A X,et al.Rule and mechanism of 程科学学报，2018,40(5)：517) flocculation sedimentation of unclassified tailings.JUniv Sci [2]Miao XX,Qian M G.Research on green mining of coal resources Technol Beijing,2010,32(6):702 in China:current status and future prospects.J Min Saf Eng,2009 (焦华枯，王洪江，吴爱祥，等.全尾砂絮凝沉降规律及其机理 26(1):1 北京科技大学学报，2010,32(6)：702) (缪协兴，钱鸣高.中国煤炭资源绿色开采研究现状与展望.采 [12]Li H,Wang H J,Wu A X,et al.Pressure rake analysis of deep 矿与安全工程学报，2009,26(1)：1) cone thickeners based on tailings'settlement and rheological [3]Wang L H,Bao A H,Luo YY.Development and outlook on the characteristics.J Univ Sci Technol Beijing,2013,35(12):1553 filling method in China.Min Res Dev,2017,37(3):1 (李辉，王洪江，吴爱祥，等.基于尾砂沉降与流变特性的深锥浓 (王丽红，鲍爱华，罗园园.中国充填技术应用与展望矿业研究 密机压粑分析.北京科技大学学报，2013,35(12)：1553) 与开发，2017,37(3)：1) [13]Wang Y,Wu A X,Wang H J,et al.Influence mechanism of [4]Chang QL,Zhou H Q,Bai J B,et al.Stability study and practice flocculant dosage on tailings thickening.J Univ Sci Technol of overlying strata with paste backfilling.J Min Saf Eng,2011, Beijing,2013,35(11):1419 28(2):279 (王勇，吴爱祥，王洪江，等.絮凝剂用量对尾矿浓密的影响机理 (常庆粮，周华强，柏建彪，等，膏体充填开采覆岩稳定性研究与 北京科技大学学报，2013,35(11)：1419) 实践采矿与安全工程学报，2011,28(2)：279） [14]Wang Y,Wu A X,Wang H J,et al.Effect of flocculation and [5]Wu A X,Wang Y,Wang H J.Status and prospects of the paste dilution on the tailings setting performance and project proposal. backfill technology.Metal Mine,2016(7):1 Wuhan Uniy Technol,2014,36(9):114 (吴爱样，王勇，王洪江.膏体充填技术现状及趋势.金属矿山， (王勇，吴爱祥，王洪江，等.絮凝和稀释对尾矿沉降性能的影响 2016(7):1) 及工程建议.武汉理工大学学报，2014,36(9)：114) [6]Liu Q,Zhang X W.Overview of the research progress of the paste [15]Yang L H,Wang H J,Wu A X,et al.Effect of flocculation settling backfill technology in China.Mod Min,2016(5):1 on rheological characteristics of full tailing slurry.J Cent South (刘琼，张希巍.中国膏体充填技术研究进展概述.现代矿业， Uniy Sci Technol,2016,47(10):3523 2016(5):1） (杨柳华，王洪江，吴爱祥，等.絮凝沉降对全尾砂料浆流变特性 [7]Li G C,Wang H J,Wu A X,et al.Key parameters determination 的影响.中南大学学报（自然科学版），2016,47(10)：3523)
利于管道输送. （2）多组分浓密增效剂与单组分浓密增效剂 相比不仅能降低单耗与成本，而且还能够发挥更 大的作用，多组分浓密增效剂可以提高膏体充填 材料的抗压强度，即灰砂质量比 1∶12 并添加浓密 增效剂的膏体充填材料 28 d 抗压强度为 2.5 MPa， 与灰砂质量比 1∶6 未添加浓密增效剂的膏体充填 材料强度相差小于 20%. （3）通过碳吸附与电位试验发现，浓密增效剂 具有吸附与分散的作用，会打开絮凝结构，降低颗 粒固液界面能，并释放絮团水，从而提高尾砂浓 度，并改善尾砂颗粒的流动性. 浓密增效剂的分散 作用是通过各组分的空间位阻斥力作用、静电斥 力作用和水化膜润滑作用共同实现的. 参 考 文 献 Wu A X, Yang Y, Cheng H Y, et al. Status and prospects of paste technology in China. Chin J Eng, 2018, 40（5）: 517 （吴爱祥, 杨莹, 程海勇, 等. 中国膏体技术发展现状与趋势. 工 程科学学报, 2018, 40（5）：517 ） [1] Miao X X, Qian M G. Research on green mining of coal resources in China: current status and future prospects. J Min Saf Eng, 2009, 26（1）: 1 （缪协兴, 钱鸣高. 中国煤炭资源绿色开采研究现状与展望. 采 矿与安全工程学报, 2009, 26（1）：1 ） [2] Wang L H, Bao A H, Luo Y Y. Development and outlook on the filling method in China. Min Res Dev, 2017, 37（3）: 1 （王丽红, 鲍爱华, 罗园园. 中国充填技术应用与展望. 矿业研究 与开发, 2017, 37（3）：1 ） [3] Chang Q L, Zhou H Q, Bai J B, et al. Stability study and practice of overlying strata with paste backfilling. J Min Saf Eng, 2011, 28（2）: 279 （常庆粮, 周华强, 柏建彪, 等. 膏体充填开采覆岩稳定性研究与 实践. 采矿与安全工程学报, 2011, 28（2）：279 ） [4] Wu A X, Wang Y, Wang H J. Status and prospects of the paste backfill technology. Metal Mine, 2016（7）: 1 （吴爱祥, 王勇, 王洪江. 膏体充填技术现状及趋势. 金属矿山, 2016（7）：1 ） [5] Liu Q, Zhang X W. Overview of the research progress of the paste backfill technology in China. Mod Min, 2016（5）: 1 （刘琼, 张希巍. 中国膏体充填技术研究进展概述. 现代矿业, 2016（5）：1 ） [6] [7] Li G C, Wang H J, Wu A X, et al. Key parameters determination of deep cone thickener based on dynamical settling and compaction experiments. Chin J Nonferrous Met, 2017, 27（8）: 1693 （李公成, 王洪江, 吴爱祥, 等. 基于动态沉降压密实验的深锥浓 密机关键参数确定. 中国有色金属学报, 2017, 27（8）：1693 ） Wu A X, Yang Y, Wang Y M, et al. Mathematical modelling of underflow concentration in a deep cone thickener and analysis of the dynamic compaction mechanism. Chin J Eng, 2018, 40（2）: 152 （吴爱祥, 杨莹, 王贻明, 等. 深锥浓密机底流浓度模型及动态压 密机理分析. 工程科学学报, 2018, 40（2）：152 ） [8] Wang H J, Wang Y, Wu A X, et al. Dynamic compaction and static compaction mechanism of fine unclassified tailings. J Univ Sci Technol Beijing, 2013, 35（5）: 566 （王洪江, 王勇, 吴爱祥, 等. 细粒全尾动态压密与静态压密机理. 北京科技大学学报, 2013, 35（5）：566 ） [9] Wu A X, Zhou J, Yin S H, et al. Influence factors on flocculation sedimentation of unclassified tailings. Chin J Nonferrous Met, 2016, 26（2）: 439 （吴爱祥, 周靓, 尹升华, 等. 全尾砂絮凝沉降的影响因素. 中国 有色金属学报, 2016, 26（2）：439 ） [10] Jiao H Z, Wang H J, Wu A X, et al. Rule and mechanism of flocculation sedimentation of unclassified tailings. J Univ Sci Technol Beijing, 2010, 32（6）: 702 （焦华喆, 王洪江, 吴爱祥, 等. 全尾砂絮凝沉降规律及其机理. 北京科技大学学报, 2010, 32（6）：702 ） [11] Li H, Wang H J, Wu A X, et al. Pressure rake analysis of deep cone thickeners based on tailings ’ settlement and rheological characteristics. J Univ Sci Technol Beijing, 2013, 35（12）: 1553 （李辉, 王洪江, 吴爱祥, 等. 基于尾砂沉降与流变特性的深锥浓 密机压耙分析. 北京科技大学学报, 2013, 35（12）：1553 ） [12] Wang Y, Wu A X, Wang H J, et al. Influence mechanism of flocculant dosage on tailings thickening. J Univ Sci Technol Beijing, 2013, 35（11）: 1419 （王勇, 吴爱祥, 王洪江, 等. 絮凝剂用量对尾矿浓密的影响机理. 北京科技大学学报, 2013, 35（11）：1419 ） [13] Wang Y, Wu A X, Wang H J, et al. Effect of flocculation and dilution on the tailings setting performance and project proposal. J Wuhan Univ Technol, 2014, 36（9）: 114 （王勇, 吴爱祥, 王洪江, 等. 絮凝和稀释对尾矿沉降性能的影响 及工程建议. 武汉理工大学学报, 2014, 36（9）：114 ） [14] Yang L H, Wang H J, Wu A X, et al. Effect of flocculation settling on rheological characteristics of full tailing slurry. J Cent South Univ Sci Technol, 2016, 47（10）: 3523 （杨柳华, 王洪江, 吴爱祥, 等. 絮凝沉降对全尾砂料浆流变特性 的影响. 中南大学学报(自然科学版), 2016, 47（10）：3523 ） [15] 周 茜等： 浓密增效剂对尾砂料浆浓密性能的影响及机理 · 1411 ·