张连富等：泵送剂对高含泥膏体流变特性影响及机理 .919· 膏体充填技术由于其不分层、不离析、不沉淀的 径颗粒对料浆的流变性能影响最为显著)，本实验 特点[山，受到矿山企业的青睐.膏体充填不仅能够 中所用尾砂中泵送剂的掺量应比普通尾砂有所提 降低水泥的消耗，还能够有效接顶，减少排水，并使 高，试验设计时泵送剂掺量的变化范围要足够大，所 得矿山产生的尾砂得到充分利用2-)].这不仅显著 以最大泵送剂掺量设定为8%，其中泵送剂掺量按 控制了充填采空区的成本，还能够改善环境污染问 照胶结剂的质量分数计算.胶结材料采用早强型复 题，促进了矿山的可持续发展).新疆某铜矿尾矿 合硅酸盐水泥(P.C32.5R),粗骨料采用废石，最大 含泥量高，制成的膏体管道输送困难，为了改善膏体 粒径为10mm.泵送剂型号为JK-5,聚羧酸系，粉 的流动性，拟借鉴混凝土输送技术，在制备过程中加 末状 入泵送剂.国内外学者对泵送剂改善膏体性能作了 100 -些深人研究.Zhao等[)认为膏体中的水存在塑 性临界点和液态临界点，水含量超过塑性临界点时 80 水泥颗粒开始分散，超过液态临界点时膏体实现自 流，而添加泵送剂通过影响颗粒团状态和水吸收能 60 力达到改善流动性的目的.吴爱祥等]从膏体絮团 40 结构入手，认为絮团结构是导致膏体流动性差的主 要原因，泵送剂可以破坏絮团.Ercikdi等)研究多 20 种泵送剂对膏体流变性能的影响，提出泵送剂的添 加既可保证膏体的良好流动性，又可大幅度提高浆 10 100 1000 体浓度.刘斯忠等)通过流变实验得到泵送剂可有 粒径m 效改善膏体流变特性，并将泵送剂推广到某膏体充 图1全尾砂粒级组成分析 填矿山.杨鹏等)和饶运章等o]通过电镜扫描观 Fig.1 Particle size analysis of unclassified tailings 察，定性探讨了泵送剂掺量对膏体流动性能的影响， 由X射线衍射分析可知，全尾砂主要成分为 认为泵送剂显著改善料浆流变特性本质在于泵送剂 SiO2,其次为少量含铝、镁的含水硅酸盐矿物，见图 优化了浆体微观结构 2.以铝、镁等为主的硅酸盐是构成黏粒的主要成 综上所述，泵送剂改善膏体料浆的现象引起了 分，也是控制黏性土物理特性的主要矿物.由于黏 学者们的关注与研究，但泵送剂作用的机理仍未得 土矿物颗粒细小，具有胶体特性，与水发生活跃的物 到完全阐明，泵送剂用量的确定及对膏体流变特性 理化学作用致使黏土矿物具有较高的屈服应力及黏 的影响尚未得到量化研究，目前可见的研究多为定 度[2-].X射线衍射实验结果表明，高含泥尾矿中 性分析，并未深入探讨其影响机理.这不仅不利于 含有大量的镁铝硅酸盐矿物，它们是影响高含泥尾 膏体流动性的精确控制，更会造成泵送剂的浪费，增 矿特殊物理性质的关键成分. 加矿山的充填成本.开展泵送剂在膏体充填中的应 30000 用研究，阐明改善膏体流动性的机理，有助于改善膏 25000 体的流变性能，能够促进膏体技术的推广应用.本 1-Si02 文将研究泵送剂对不同浓度的膏体料浆流变特性的 20000 2一含铝硅酸盐矿物 3一含镁硅酸盐矿物 影响，探讨其对膏体流动性的影响机理. 15000 7-CaCO; 1试验设计 10000 1.1试验材料及仪器 5000 1.1.1试验材料 A 选取来自某铜矿的全尾砂作为本次试验的样 60 80 20i) 品.筛分试验表明，该全尾砂粒级组成曲线如图1 图2全尾砂X射线衍射分析结果 所示，其中，尾砂不均匀系数C.为18.36，曲率系数 Fig.2 XRD analysis results of unclassified tailings C.为1.62.全尾砂中-20μm的细颗粒质量分数 29.8%,74um以下尾矿占64.32%，在同类矿山中 1.1.2试验仪器 细颗粒含量相对较高.有关研究表明，0~30m粒 由于能够降低壁面滑移效应的影响，桨式流变张连富等: 泵送剂对高含泥膏体流变特性影响及机理 膏体充填技术由于其不分层、不离析、不沉淀的 特点[1] ,受到矿山企业的青睐. 膏体充填不仅能够 降低水泥的消耗,还能够有效接顶,减少排水,并使 得矿山产生的尾砂得到充分利用[2鄄鄄3] . 这不仅显著 控制了充填采空区的成本,还能够改善环境污染问 题,促进了矿山的可持续发展[4] . 新疆某铜矿尾矿 含泥量高,制成的膏体管道输送困难,为了改善膏体 的流动性,拟借鉴混凝土输送技术,在制备过程中加 入泵送剂. 国内外学者对泵送剂改善膏体性能作了 一些深入研究. Zhao 等[5] 认为膏体中的水存在塑 性临界点和液态临界点,水含量超过塑性临界点时 水泥颗粒开始分散,超过液态临界点时膏体实现自 流,而添加泵送剂通过影响颗粒团状态和水吸收能 力达到改善流动性的目的. 吴爱祥等[6]从膏体絮团 结构入手,认为絮团结构是导致膏体流动性差的主 要原因,泵送剂可以破坏絮团. Ercikdi 等[7] 研究多 种泵送剂对膏体流变性能的影响,提出泵送剂的添 加既可保证膏体的良好流动性,又可大幅度提高浆 体浓度. 刘斯忠等[8]通过流变实验得到泵送剂可有 效改善膏体流变特性,并将泵送剂推广到某膏体充 填矿山. 杨鹏等[9] 和饶运章等[10] 通过电镜扫描观 察,定性探讨了泵送剂掺量对膏体流动性能的影响, 认为泵送剂显著改善料浆流变特性本质在于泵送剂 优化了浆体微观结构. 综上所述,泵送剂改善膏体料浆的现象引起了 学者们的关注与研究,但泵送剂作用的机理仍未得 到完全阐明,泵送剂用量的确定及对膏体流变特性 的影响尚未得到量化研究,目前可见的研究多为定 性分析,并未深入探讨其影响机理. 这不仅不利于 膏体流动性的精确控制,更会造成泵送剂的浪费,增 加矿山的充填成本. 开展泵送剂在膏体充填中的应 用研究,阐明改善膏体流动性的机理,有助于改善膏 体的流变性能,能够促进膏体技术的推广应用. 本 文将研究泵送剂对不同浓度的膏体料浆流变特性的 影响,探讨其对膏体流动性的影响机理. 1 试验设计 1郾 1 试验材料及仪器 1郾 1郾 1 试验材料 选取来自某铜矿的全尾砂作为本次试验的样 品. 筛分试验表明,该全尾砂粒级组成曲线如图 1 所示,其中,尾砂不均匀系数 Cu为 18郾 36,曲率系数 Cc为 1郾 62. 全尾砂中 - 20 滋m 的细颗粒质量分数 29郾 8% ,74 滋m 以下尾矿占 64郾 32% ,在同类矿山中 细颗粒含量相对较高. 有关研究表明,0 ~ 30 滋m 粒 径颗粒对料浆的流变性能影响最为显著[11] ,本实验 中所用尾砂中泵送剂的掺量应比普通尾砂有所提 高,试验设计时泵送剂掺量的变化范围要足够大,所 以最大泵送剂掺量设定为 8% ,其中泵送剂掺量按 照胶结剂的质量分数计算. 胶结材料采用早强型复 合硅酸盐水泥(P. C32郾 5R),粗骨料采用废石,最大 粒径为 10 mm. 泵送剂型号为 JK鄄鄄 5,聚羧酸系,粉 末状. 图 1 全尾砂粒级组成分析 Fig. 1 Particle size analysis of unclassified tailings 由 X 射线衍射分析可知,全尾砂主要成分为 SiO2 ,其次为少量含铝、镁的含水硅酸盐矿物,见图 2. 以铝、镁等为主的硅酸盐是构成黏粒的主要成 分,也是控制黏性土物理特性的主要矿物. 由于黏 土矿物颗粒细小,具有胶体特性,与水发生活跃的物 理化学作用致使黏土矿物具有较高的屈服应力及黏 度[12鄄鄄13] . X 射线衍射实验结果表明,高含泥尾矿中 含有大量的镁铝硅酸盐矿物,它们是影响高含泥尾 矿特殊物理性质的关键成分. 图 2 全尾砂 X 射线衍射分析结果 Fig. 2 XRD analysis results of unclassified tailings 1郾 1郾 2 试验仪器 由于能够降低壁面滑移效应的影响,桨式流变 ·919·