·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 0.09settlement 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