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