第3期 黄迪等：烧结法赤泥全尾砂胶结充填料 ·249· 在赤泥掺量46%~80%这一范围内实验，最终 之间的强度差距也在逐渐增大.全尾砂的加入只是 优化配比为赤泥掺量48%，矿渣掺量32%（即赤泥： 起到骨架作用和减少胶结剂在硬化过程中干缩湿涨 矿渣为3：2).此时试块1d和3d的抗压强度达到了 所引起的体积变化.综合考虑强度性能和最大限度 最大值，分别为1.789MPa和2.494MPa,7d强度达 利用全尾砂这两点，实验最终选取全尾砂的优化掺 到2.88MPa,相对于空白实验（未掺加矿渣）有了大 量为1700g,相应的胶结剂掺量为300g,灰砂比为 幅度提到.该配比方案下的充填体早期强度性能 0.176,此时充填料试块1d、3d和7d的抗压强度分 好，能提高充填采矿作业效率 别为0.964、1.661和2.673MPa.金川镍矿音体充 2.2全尾砂掺量对充填材料强度性能的影响 填系统中充填材料（全尾砂+水泥）在80%的料浆 实验的第二个目的就是最大限度地利用全尾 浓度下3d和7d抗压强度分别为1.108MPa和 砂，故考察全尾砂掺量对充填体强度的影响.实验 1.640MPa,说明在80%的料浆浓度下，0.176的 中胶结剂主要配比根据前面的实验结论而定，即赤 灰砂比完全满足金属矿山的膏体充填要求. 泥与矿渣的优化配比为3：2：笔者通过进一步对激 发剂进行优化配比实验，得出熟料与石膏的优化掺 3 赤泥充填材料胶结机理 量分别为10%和8%，由此得出实验最终配比为烧 3.1试样制备 结法赤泥49.2%+矿渣32.8%+熟料10%+石膏 取烧结法赤泥、矿渣、熟料和脱硫石膏，均按 8%,充填材料由胶结剂与骨料全尾砂共同组成.实 1.2所述方法烘干磨细，按赤泥49.2%+矿渣 验中每个样品总量取固定值，均为2000g,料浆中胶 32.8%+熟料10%+石膏8%，灰沙比为0.176制 结剂和全尾砂的质量分数为80%.实验配料方案见 成胶结剂净浆试块：试块期龄分为1、3、7d,成型的 表4，实验结果见图5 试块在规定期龄内将样品表面的碳化层除去，立即 表4不同全尾砂掺量的配料方案 浸入无水乙醇中，以中止其水化，烘干后进行测试 Table 4 Dosage schemes of different unclassified tailings 分析. 编号 胶结剂/g 全尾砂1g 灰砂比 3.2水化产物的X射线衍射分析 A 350 1650 0.212 图6是试块1d、3d和7d水化产物的X射线 B 300 1700 0.176 衍射谱.从图6可以看出，试块水化1d即可生成大 C 250 1750 0.143 量的钙矾石及C-S-H凝胶，此外还有硅灰石膏、沸 D 200 1800 0.111 石等复盐类水化产物，同时试块中还有CaCO,的存 在.钙矾石对试块早期强度的增长有积极作用，主 4.0r 要是原料中铝酸钙水化后与脱硫石音发生反应而生 35 7d 成的.硅灰石音是伴随着钙矾石的生成而产生的， 3.0 25 是具有一定强度的水化产物.硅灰石膏的产生一方 3d. 20 面消耗了原料中的CO号，加速了CaC03的分解，另 1.5 I d 一方面快速消耗O和S0,加速了熟料及石膏 1.0 0.5 水化反应的进行.钙矾石与硅灰石膏均是高结晶水 16501700175018001850 5000 尾甜擦量g 4500 硅灰石膏 4000 浊沸石 图5全尾砂掺量对充填料试块抗压强度的影响 3500 透镁铝石 Fig.5 Effect of the dosage of unclassified tailings on the com- 83000 碳硅钙石 pressive strength of test blocks 三2500 骊2000 从图5可以看出，随着全尾砂掺量的增加，充填 1500 3d 料试块1d、3d和7d的抗压强度是急剧下降的，全 1000 500 尾砂掺量为1800g时试块1d抗压强度比全尾砂掺 10 量1650g时试块的1d抗压强度降低69%，由此可 20304050607080 20() 见全尾砂增加与充填材料强度的提高是负相关关 图6水化产物的X射线衍射谱 系.且随着养护期龄的增加，不同全尾砂掺量试块 Fig.6 XRD patterns of harden samples第 3 期 黄 迪等: 烧结法赤泥全尾砂胶结充填料 在赤泥掺量 46% ～ 80% 这一范围内实验，最终 优化配比为赤泥掺量 48% ，矿渣掺量 32% ( 即赤泥∶ 矿渣为3∶ 2) ． 此时试块1 d 和3 d 的抗压强度达到了 最大值，分别为 1. 789 MPa 和 2. 494 MPa，7 d 强度达 到 2. 88 MPa，相对于空白实验( 未掺加矿渣) 有了大 幅度提到． 该配比方案下的充填体早期强度性能 好，能提高充填采矿作业效率． 2. 2 全尾砂掺量对充填材料强度性能的影响 实验的第二个目的就是最大限度地利用全尾 砂，故考察全尾砂掺量对充填体强度的影响． 实验 中胶结剂主要配比根据前面的实验结论而定，即赤 泥与矿渣的优化配比为 3∶ 2; 笔者通过进一步对激 发剂进行优化配比实验，得出熟料与石膏的优化掺 量分别为 10% 和 8% ，由此得出实验最终配比为烧 结法赤泥 49. 2% + 矿渣 32. 8% + 熟料 10% + 石膏 8% ，充填材料由胶结剂与骨料全尾砂共同组成． 实 验中每个样品总量取固定值，均为 2 000 g，料浆中胶 结剂和全尾砂的质量分数为 80% ． 实验配料方案见 表 4，实验结果见图 5． 表 4 不同全尾砂掺量的配料方案 Table 4 Dosage schemes of different unclassified tailings 编号 胶结剂/g 全尾砂/g 灰砂比 A 350 1 650 0. 212 B 300 1 700 0. 176 C 250 1 750 0. 143 D 200 1 800 0. 111 图 5 全尾砂掺量对充填料试块抗压强度的影响 Fig． 5 Effect of the dosage of unclassified tailings on the com￾pressive strength of test blocks 从图 5 可以看出，随着全尾砂掺量的增加，充填 料试块 1 d、3 d 和 7 d 的抗压强度是急剧下降的，全 尾砂掺量为 1 800 g 时试块 1 d 抗压强度比全尾砂掺 量 1 650 g 时试块的 1 d 抗压强度降低 69% ，由此可 见全尾砂增加与充填材料强度的提高是负相关关 系． 且随着养护期龄的增加，不同全尾砂掺量试块 之间的强度差距也在逐渐增大． 全尾砂的加入只是 起到骨架作用和减少胶结剂在硬化过程中干缩湿涨 所引起的体积变化． 综合考虑强度性能和最大限度 利用全尾砂这两点，实验最终选取全尾砂的优化掺 量为 1 700 g，相应的胶结剂掺量为 300 g，灰砂比为 0. 176，此时充填料试块 1 d、3 d 和 7 d 的抗压强度分 别为 0. 964、1. 661 和 2. 673 MPa． 金川镍矿膏体充 填系统中充填材料( 全尾砂 + 水泥) 在 80% 的料浆 浓度下 3 d 和 7 d 抗压强度分别为 1. 108 MPa 和 1. 640 MPa ［13］，说明在 80% 的料浆浓度下，0. 176 的 灰砂比完全满足金属矿山的膏体充填要求． 3 赤泥充填材料胶结机理 3. 1 试样制备 取烧结法赤泥、矿渣、熟料和脱硫石膏，均按 1. 2 所述方法烘干磨细，按 赤 泥 49. 2% + 矿 渣 32. 8% + 熟料 10% + 石膏 8% ，灰沙比为 0. 176 制 成胶结剂净浆试块; 试块期龄分为 1、3、7 d，成型的 试块在规定期龄内将样品表面的碳化层除去，立即 浸入无水乙醇中，以中止其水化，烘干后进行测试 分析． 图 6 水化产物的 X 射线衍射谱 Fig． 6 XRD patterns of harden samples 3. 2 水化产物的 X 射线衍射分析 图 6 是试块 1 d、3 d 和 7 d 水化产物的 X 射线 衍射谱． 从图 6 可以看出，试块水化 1 d 即可生成大 量的钙矾石及 C--S--H 凝胶，此外还有硅灰石膏、沸 石等复盐类水化产物，同时试块中还有 CaCO3的存 在． 钙矾石对试块早期强度的增长有积极作用，主 要是原料中铝酸钙水化后与脱硫石膏发生反应而生 成的． 硅灰石膏是伴随着钙矾石的生成而产生的， 是具有一定强度的水化产物． 硅灰石膏的产生一方 面消耗了原料中的 CO2 － 3 ，加速了 CaCO3的分解，另 一方面快速消耗 OH － 和 SO2 － 4 ，加速了熟料及石膏 水化反应的进行． 钙矾石与硅灰石膏均是高结晶水 ·249·