第8期 杜翠凤等：黏结型尾矿库抑尘剂及环境适应性 ·953。 按正交表配置好的抑尘剂溶液喷洒在培养皿尾 (B3M3TIF1)样品硬度值为49.8HA,较6配方硬 矿表面，每个培养皿内均匀喷洒31mL溶液，喷洒量 度大.因此选定该配方为最优配方，其组成为成膜 为25Lm-2 剂012%、黏结剂6%、填料0.5%、表面活性剂 将制作好的样品放在自然条件下晾干、结壳. 0.08%. 评价结壳性能的指标包括结壳完整性、强度、硬度和 3抑尘剂的环境适应性室内模拟实验 韧性等.为实现快速测定，本次正交试验主要用硬 度指标来评价配方优劣.测量时，用手持LX一A 3.1实验内容及测试方法 型邵氏硬度计.平压于制备好的尾矿样上，直至表面 尾矿表面喷洒黏结型抑尘剂后，固结的壳体要 破裂，记录数据.每次测定均应在不同的位置选测 经受风吹、雨淋、冻融及人为走动等多方面破坏.为 六点，取这六点硬度的算术平均值为该样品的硬度 考察该抑尘剂在环境中的适应性，在实验室对壳体 值.各样品的硬度值如表2所示 抗压强度、耐水性能、抗冻融性能和抗风吹性能等进 从表2可以看出，在1#~9样品中，各样品表 行了测定， 面硬度差别很大，1样品最小，为5.8HA,6样品 3.1.1抗压强度实验 最大，为46.5HA.硬度最大值样品对应的配方是 本次实验采用堆载法来测量表面壳层的抗压强 M2B3T1F2.此配方即为直观法分析得到的最优 度一坶.按照正交试验所得的配方配制溶液，喷洒 配方， 在40cm×40cm试样表面，制成三个样品，待其干 根据表2数据，计算九个配方中各因素不同水 燥后，在表面上放置刚性受力块，依次增加重量，直 平下的硬度值之和，记为K:值，进而计算极差值R 至表面硬壳变形破裂，对刚性受力块称重、测试受力 值，计算结果如表3所示， 面积，计算表面抗压强度，取三次平均值，即为样品 表3各因素极差计算值 的抗压强度.该指标反映的是在壳体表层一定面积 Table3 Calculated mange values of the factors 上施加一定外力时保持壳层完整性的能力，与配方 因素 优化实验中所用硬度指标有所区别，后者主要反映 极差计算值 成膜剂M黏结剂B填料T表面活性剂F 壳体表层某点经受点荷载时所体现出的保持壳体完 K 435 344 934 80.4 整性的能力 K2 87.4 87.4 69.7 80.5 3.1.2耐水性能实验 K3 1034 1125 71.2 73.4 在尾矿样品表面喷洒抑尘剂，待其干燥后测量 R 59.9 781 234 7.1 其表面硬度，然后对样品浸泡4h后取出，待其自然 干燥后，观察其结壳情况，并测定其表面硬度.依次 从表3可以看出，各因素R值由大到小排列依 再进行第2次、第3次、第4次浸泡，测定其硬度损 次是黏结剂B、成膜剂M、填料T和表面活性剂F. 失情况. 这说明用硬度指标来评价结壳硬度时，黏结剂影响 3.1.3抗冻融实验 最大，其次是成膜剂，而表面活性剂极差值最小.为 将制备好的抑尘剂溶液喷洒在盛有尾矿的培养 了使样品达到较高硬度配方中黏结剂和成膜剂应 皿表面，立即放入一20士0.5℃的冰柜中冷冻4h,再 取较大值.各因素的Km值由大到小排列次序为 放入20士05℃的培养箱里融化4h,即完成一个循 黏结剂BK3=112.5)、成膜剂M(K3=103.4)、填 环4可.到规定的循环次数时，放入70℃的烘箱进 料T(K1=93.4)和表面活性剂F(K2=80.5),因此 行烘干，时间为12h,从烘箱中取出，待温度恢复至 最佳配方理论上应为B3M3TIF2.对于表面活性剂 室温时测量其抗压强度，计算不同的冻融循环次数 F来说，由于二水平与一水平K:值几乎一样，为节 时试样抗压强度的损失.循环次数分别设为1,3,6. 省抑尘成本，将最佳配方调整成B3M3T1F1,标记为 8,10个循环. 10配方. 3.1.4抗风吹性能 通过正交试验，从直观分析法和极差分析法分 将配制的抑尘剂溶液喷洒在装有尾矿的培养皿 别得到两个配方，但极差分析法所得配方在正交试 表面，待干燥后，用电子天平称量样品的质量.使样 验中没有出现，因此将10配方与6配方一起进行 品表面与风吹方向成30角进行吹风实验，风速设 重复试验.6配方重复试验时硬度值为468HA, 为5,7,10,15,18ms,吹风时间设定为10mim. 与表2中6#样品数值基本一致.10配方 用天平称量试样吹风前后质量，计算质量损尖17，按正交表配置好的抑尘剂溶液喷洒在培养皿尾 矿表面, 每个培养皿内均匀喷洒31mL 溶液, 喷洒量 为 2.5 L·m -2 . 将制作好的样品放在自然条件下晾干 、结壳 . 评价结壳性能的指标包括结壳完整性、强度、硬度和 韧性等 .为实现快速测定, 本次正交试验主要用硬 度指标来评价配方优劣[ 13] .测量时, 用手持 LX-A 型邵氏硬度计, 平压于制备好的尾矿样上, 直至表面 破裂, 记录数据 .每次测定均应在不同的位置选测 六点, 取这六点硬度的算术平均值为该样品的硬度 值.各样品的硬度值如表 2 所示 . 从表 2 可以看出, 在 1 #～ 9 #样品中, 各样品表 面硬度差别很大, 1 #样品最小, 为 5.8 HA, 6 #样品 最大, 为 46.5 HA .硬度最大值样品对应的配方是 M 2B3T1F2 .此配方即为直观法分析得到的最优 配方 . 根据表 2 数据, 计算九个配方中各因素不同水 平下的硬度值之和, 记为 Ki 值, 进而计算极差值 R 值, 计算结果如表 3 所示 . 表 3 各因素极差计算值 Table 3 Calculated range values of the f act ors 极差计算值 因素 成膜剂 M 黏结剂 B 填料 T 表面活性剂 F K 1 43.5 34.4 93.4 80.4 K 2 87.4 87.4 69.7 80.5 K 3 103.4 112.5 71.2 73.4 R 59.9 78.1 23.4 7.1 从表 3 可以看出, 各因素 R 值由大到小排列依 次是黏结剂 B 、成膜剂 M 、填料 T 和表面活性剂 F . 这说明用硬度指标来评价结壳硬度时, 黏结剂影响 最大, 其次是成膜剂, 而表面活性剂极差值最小 .为 了使样品达到较高硬度, 配方中黏结剂和成膜剂应 取较大值.各因素的 K imax值由大到小排列次序为 黏结剂 B( K 3 =112.5) 、成膜剂 M ( K 3 =103.4) 、填 料 T( K 1 =93.4) 和表面活性剂 F( K 2 =80.5) , 因此 最佳配方理论上应为 B3M3T1F2 .对于表面活性剂 F 来说, 由于二水平与一水平 K i 值几乎一样, 为节 省抑尘成本, 将最佳配方调整成B3M3T1F1, 标记为 10 #配方. 通过正交试验, 从直观分析法和极差分析法分 别得到两个配方, 但极差分析法所得配方在正交试 验中没有出现, 因此将 10 #配方与 6 #配方一起进行 重复试验.6 #配方重复试验时硬度值为 46.8 HA, 与表 2 中 6 # 样 品 数 值 基 本 一 致.10 # 配 方 ( B3M3T1F1) 样品硬度值为 49.8 HA, 较 6 #配方硬 度大 .因此选定该配方为最优配方, 其组成为成膜 剂 0.12 %、黏结剂 6 %、填料 0.5 %、表面活性剂 0.08 %. 3 抑尘剂的环境适应性室内模拟实验 3.1 实验内容及测试方法 尾矿表面喷洒黏结型抑尘剂后, 固结的壳体要 经受风吹 、雨淋、冻融及人为走动等多方面破坏.为 考察该抑尘剂在环境中的适应性, 在实验室对壳体 抗压强度、耐水性能、抗冻融性能和抗风吹性能等进 行了测定. 3.1.1 抗压强度实验 本次实验采用堆载法来测量表面壳层的抗压强 度[ 14-16] .按照正交试验所得的配方配制溶液, 喷洒 在 40 cm ×40 cm 试样表面, 制成三个样品, 待其干 燥后, 在表面上放置刚性受力块, 依次增加重量, 直 至表面硬壳变形破裂, 对刚性受力块称重 、测试受力 面积, 计算表面抗压强度, 取三次平均值, 即为样品 的抗压强度 .该指标反映的是在壳体表层一定面积 上施加一定外力时保持壳层完整性的能力, 与配方 优化实验中所用硬度指标有所区别, 后者主要反映 壳体表层某点经受点荷载时所体现出的保持壳体完 整性的能力 . 3.1.2 耐水性能实验 在尾矿样品表面喷洒抑尘剂, 待其干燥后测量 其表面硬度, 然后对样品浸泡 4 h 后取出, 待其自然 干燥后, 观察其结壳情况, 并测定其表面硬度.依次 再进行第 2 次 、第 3 次、第 4 次浸泡, 测定其硬度损 失情况 . 3.1.3 抗冻融实验 将制备好的抑尘剂溶液喷洒在盛有尾矿的培养 皿表面, 立即放入 -20 ±0.5 ℃的冰柜中冷冻 4h, 再 放入 20 ±0.5 ℃的培养箱里融化 4 h, 即完成一个循 环[ 4, 15] .到规定的循环次数时, 放入 70 ℃的烘箱进 行烘干, 时间为 12 h, 从烘箱中取出, 待温度恢复至 室温时测量其抗压强度, 计算不同的冻融循环次数 时试样抗压强度的损失.循环次数分别设为1, 3, 6, 8, 10 个循环. 3.1.4 抗风吹性能 将配制的抑尘剂溶液喷洒在装有尾矿的培养皿 表面, 待干燥后, 用电子天平称量样品的质量.使样 品表面与风吹方向成 30°角进行吹风实验, 风速设 为 5, 7, 10, 15, 18 m·s -1 , 吹风时间设定为10min . 用天平称量试样吹风前后质量, 计算质量损失[ 17] , 第 8 期 杜翠凤等:黏结型尾矿库抑尘剂及环境适应性 · 953 ·