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摘要：以铅锌矿尾矿为原料，开展全尾砂胶结充填技术研究。通过对尾矿性质分析、尾矿胶结试验、料浆流动性试验等试验研究，确定出适宜的胶凝材料种类、胶结工艺参数和输送工艺条件，同时对全尾胶结充填系统进行了设计建造，适合于在有色及地下矿山中推广应用。
关键词：全尾砂;胶结充填;试验研究;工艺流程
1 概况
核桃坪铅锌矿区位于保山市350°方向，平距37km处，属保山市隆阳区瓦窑镇所辖。采矿权面积为5.0096km2，开采标高为2830m至1500m，开采矿种为铅矿、锌矿。矿山经过多年的生产，尾矿库即将堆满，附近也没有新建尾矿库的合适位置，而且大量尾矿在地表堆存而引发的环境污染、生态破坏、安全事故和占用土地等诸多问题。
为了解决上述问题，我们进行了全尾胶结充填技术与工艺流程的试验研究工作。
2 全尾砂胶结充填试验研究
2.1 尾矿样品的制备
试验用的尾砂全部来自选矿厂脱水后的半干尾矿，采用混匀、缩分的方法取出供各种分析检测（粒度组成、密度和沉降试验等）用的样品，其余的作为胶结试验和流变性试验样品。
2.2尾砂粒径、粒级组成及化学成分分析
2.2.1 尾砂粒径、粒级组成分析
全尾砂粒径和粒级组成采用筛分法对粗尾砂进行粒度分析，采用激光测定仪对细尾砂进行粒度分析，通过平均粒径和粒度分布参数描述粒度的特性。全尾砂粒级组成分别采用筛分法分析（分析结果如表 1）和 Cilas激光测定仪分析（测定结果如图1）。
由全尾砂粒径、粒级分析结果得出
（1）尾砂中 10%颗粒能通过的筛孔直径 d10=1.63um，能够满足充填料对尾砂细颗粒含量的要求。
（2）粒级组成的不均匀系数Cu=d6o/d10=3.5
（3）颗粒加权平均粒径dav=60um;尾砂颗粒粒径集中在18—200um。
2.2.2 尾砂化学成分分析
尾砂的化学成分对充填料的物态特性和胶结性能均有影响，核桃坪尾砂的化学成分见表2。
实验结果表明：
（1）尾砂中 Na、P、S、K含量低，尾砂具有良好的化学稳定性能;
（2）当水泥中含有大量过烧或欠少的 MgO、CaO 时，其水化作用可能导致充填体膨胀和开裂，对充填体的强度造成较大不利影响。但对化学性质和岩石属性分析，尾砂基本适合用于胶结充填料骨料。
2.3 尾砂自然沉降性能分析
根据选矿厂尾砂直接排放浓度的实际生产情况，试验分别测试了重量浓度为 20%、25%、30% 的全尾砂的自然沉降浓度随时间的变化情况，每个浓度做六组实验取其平均值，以数据离散度小于 10%的有效，结果见图2。
实验结果表明，尾砂在不加絮凝剂情况下自然沉降2～3小时，重量浓度可以达到72% ～76%，12小时后重量浓度可以达到 80%左右，完全可以满足高浓度全尾砂充填料浆制备的要求。
2.4 塌落度试验
塌落度大小主要取决于料浆中固体颗的级配和料浆浓度，直接反映料浆流动性的好坏与流动阻力的大小。通过测试，不同灰砂比重量浓度与塌落度关系如图3 所示。
从图3可以看出：灰砂比为 1：8和1：16的配比中，随着浓度的增大，塌落度呈递减趋势;随着料浆不断地被稀释，料浆塌坍度不断增大。
2.5 泌水率测试
试验时灰砂比按 1：8和 1：16两组进行，每组设计浓度分别为 75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、83%。将料浆搅拌均匀用塌落度仪测其塌落度，并用烧杯取部分料将测其重量，4h后倒掉料浆析出的清水称其重量（实验表明该尾砂料浆 4h后自然沉降趋于稳定），求出析水率。通过试验，不同灰砂比重量浓度与析水率关系如图4 所示。
图4可以看出：尾砂浆的泌水率随着砂浆浓度的增大而减小，但随着灰砂比的增大而增大。
2.6 全尾砂充填体抗压强度试验
强度试验采用 7.07*7.07*7.07cm的标准试块进行，测量其不同龄期（7、l4、28d）的单轴抗压强度（如表3），以分析能否满足采矿工艺需要，研究分析灰砂比、料浆重量浓度和龄期对充填体强度的影响规律。
3 试验结论
通过对核桃坪铅锌矿山选厂全尾砂及全尾砂膏体的试验研究表明：
（1）全尾砂料浆的坍落度随浓度的增大而减小，重量浓度在 77%～80%影响较为显著，即流动性随料浆重量浓度的增大而减小，在重量浓度为 77%～80%时，流动性随料浆浓度的增大而减小。
（2）充填料浆重量浓度为 75%～77%时，充填料流动性较好，但析水量较大，对充填体强度影响较大。
（3）充填料重量浓度为78%～79%时全尾砂料将为膏体料将，坍落度在 24～17 cm，基本无析水（1%～0.6%），不会产生沉降、离析，适合长距离输送，但输送阻力较大，可以采用正排量泵压力输送。
（4）充填料重量浓度大于80%，为干硬性物料，流动性极差，不适合管道输送;
（5）从尾砂的矿物组分和化学性质分析，全尾砂中Na、P、S、K含量低，充填体性能稳定可用于胶结充填料骨料。
（6）尾砂自然沉降性能试验分析结果显示，尾砂在不加絮凝剂情况下自然沉降2～3小时，重量浓度可以达到72%～76%，12小时后重量浓度可达80%左右。
（7）当灰砂比为1：12，浓度为76%～79%时，d14 在0.89～1.12mpa之间，d28 在1.2～1.1.63mpa。当灰砂比为1：16，浓度为76%～79%时，d14 在0.62～0.76mpa之间，d28在0.97～1.33mpa。通过灰砂比强度试验可以看出，1：12和1：16两种灰砂比后期充填体强度差别不大。
4 结语
核桃坪铅锌矿全尾砂胶结充填工业实验研究和结果，在该矿得到成功的应用，保证了生产采矿安全高效，降低采空区的地压活动，维持围若稳定性，有效控制地表移动和沉陷;同时降低地表尾矿排放量，减少尾矿库的占地，筑坝等费用，减少尾砂对环境的污染，在当地具有示范和推广作用，矿山"无废开采”、“零排放”、“绿色”环保的理念得到了创新。
参考文献
[1] 吕宪俊;崔学奇.全尾矿胶结充填技术的研究与应用[J] .有色矿冶2006（8）：22-24.
[2] 李冬青.我国金属矿山充填技术的研究與应用[J] .采矿技术 2001，1（2）：16-19，52.
[3] 言军跃.全尾砂胶结充填工艺在金属矿山的应用[J] .有色矿山1998.（4）：16-19.
（作者单位：悦达矿业保山市飞龙有色金属有限责任公司）
关键词：全尾砂;胶结充填;试验研究;工艺流程
1 概况
核桃坪铅锌矿区位于保山市350°方向，平距37km处，属保山市隆阳区瓦窑镇所辖。采矿权面积为5.0096km2，开采标高为2830m至1500m，开采矿种为铅矿、锌矿。矿山经过多年的生产，尾矿库即将堆满，附近也没有新建尾矿库的合适位置，而且大量尾矿在地表堆存而引发的环境污染、生态破坏、安全事故和占用土地等诸多问题。
为了解决上述问题，我们进行了全尾胶结充填技术与工艺流程的试验研究工作。
2 全尾砂胶结充填试验研究
2.1 尾矿样品的制备
试验用的尾砂全部来自选矿厂脱水后的半干尾矿，采用混匀、缩分的方法取出供各种分析检测（粒度组成、密度和沉降试验等）用的样品，其余的作为胶结试验和流变性试验样品。
2.2尾砂粒径、粒级组成及化学成分分析
2.2.1 尾砂粒径、粒级组成分析
全尾砂粒径和粒级组成采用筛分法对粗尾砂进行粒度分析，采用激光测定仪对细尾砂进行粒度分析，通过平均粒径和粒度分布参数描述粒度的特性。全尾砂粒级组成分别采用筛分法分析（分析结果如表 1）和 Cilas激光测定仪分析（测定结果如图1）。
由全尾砂粒径、粒级分析结果得出
（1）尾砂中 10%颗粒能通过的筛孔直径 d10=1.63um，能够满足充填料对尾砂细颗粒含量的要求。
（2）粒级组成的不均匀系数Cu=d6o/d10=3.5
（3）颗粒加权平均粒径dav=60um;尾砂颗粒粒径集中在18—200um。
2.2.2 尾砂化学成分分析
尾砂的化学成分对充填料的物态特性和胶结性能均有影响，核桃坪尾砂的化学成分见表2。
实验结果表明：
（1）尾砂中 Na、P、S、K含量低，尾砂具有良好的化学稳定性能;
（2）当水泥中含有大量过烧或欠少的 MgO、CaO 时，其水化作用可能导致充填体膨胀和开裂，对充填体的强度造成较大不利影响。但对化学性质和岩石属性分析，尾砂基本适合用于胶结充填料骨料。
2.3 尾砂自然沉降性能分析
根据选矿厂尾砂直接排放浓度的实际生产情况，试验分别测试了重量浓度为 20%、25%、30% 的全尾砂的自然沉降浓度随时间的变化情况，每个浓度做六组实验取其平均值，以数据离散度小于 10%的有效，结果见图2。
实验结果表明，尾砂在不加絮凝剂情况下自然沉降2～3小时，重量浓度可以达到72% ～76%，12小时后重量浓度可以达到 80%左右，完全可以满足高浓度全尾砂充填料浆制备的要求。
2.4 塌落度试验
塌落度大小主要取决于料浆中固体颗的级配和料浆浓度，直接反映料浆流动性的好坏与流动阻力的大小。通过测试，不同灰砂比重量浓度与塌落度关系如图3 所示。
从图3可以看出：灰砂比为 1：8和1：16的配比中，随着浓度的增大，塌落度呈递减趋势;随着料浆不断地被稀释，料浆塌坍度不断增大。
2.5 泌水率测试
试验时灰砂比按 1：8和 1：16两组进行，每组设计浓度分别为 75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、83%。将料浆搅拌均匀用塌落度仪测其塌落度，并用烧杯取部分料将测其重量，4h后倒掉料浆析出的清水称其重量（实验表明该尾砂料浆 4h后自然沉降趋于稳定），求出析水率。通过试验，不同灰砂比重量浓度与析水率关系如图4 所示。
图4可以看出：尾砂浆的泌水率随着砂浆浓度的增大而减小，但随着灰砂比的增大而增大。
2.6 全尾砂充填体抗压强度试验
强度试验采用 7.07*7.07*7.07cm的标准试块进行，测量其不同龄期（7、l4、28d）的单轴抗压强度（如表3），以分析能否满足采矿工艺需要，研究分析灰砂比、料浆重量浓度和龄期对充填体强度的影响规律。
3 试验结论
通过对核桃坪铅锌矿山选厂全尾砂及全尾砂膏体的试验研究表明：
（1）全尾砂料浆的坍落度随浓度的增大而减小，重量浓度在 77%～80%影响较为显著，即流动性随料浆重量浓度的增大而减小，在重量浓度为 77%～80%时，流动性随料浆浓度的增大而减小。
（2）充填料浆重量浓度为 75%～77%时，充填料流动性较好，但析水量较大，对充填体强度影响较大。
（3）充填料重量浓度为78%～79%时全尾砂料将为膏体料将，坍落度在 24～17 cm，基本无析水（1%～0.6%），不会产生沉降、离析，适合长距离输送，但输送阻力较大，可以采用正排量泵压力输送。
（4）充填料重量浓度大于80%，为干硬性物料，流动性极差，不适合管道输送;
（5）从尾砂的矿物组分和化学性质分析，全尾砂中Na、P、S、K含量低，充填体性能稳定可用于胶结充填料骨料。
（6）尾砂自然沉降性能试验分析结果显示，尾砂在不加絮凝剂情况下自然沉降2～3小时，重量浓度可以达到72%～76%，12小时后重量浓度可达80%左右。
（7）当灰砂比为1：12，浓度为76%～79%时，d14 在0.89～1.12mpa之间，d28 在1.2～1.1.63mpa。当灰砂比为1：16，浓度为76%～79%时，d14 在0.62～0.76mpa之间，d28在0.97～1.33mpa。通过灰砂比强度试验可以看出，1：12和1：16两种灰砂比后期充填体强度差别不大。
4 结语
核桃坪铅锌矿全尾砂胶结充填工业实验研究和结果，在该矿得到成功的应用，保证了生产采矿安全高效，降低采空区的地压活动，维持围若稳定性，有效控制地表移动和沉陷;同时降低地表尾矿排放量，减少尾矿库的占地，筑坝等费用，减少尾砂对环境的污染，在当地具有示范和推广作用，矿山"无废开采”、“零排放”、“绿色”环保的理念得到了创新。
参考文献
[1] 吕宪俊;崔学奇.全尾矿胶结充填技术的研究与应用[J] .有色矿冶2006（8）：22-24.
[2] 李冬青.我国金属矿山充填技术的研究與应用[J] .采矿技术 2001，1（2）：16-19，52.
[3] 言军跃.全尾砂胶结充填工艺在金属矿山的应用[J] .有色矿山1998.（4）：16-19.
（作者单位：悦达矿业保山市飞龙有色金属有限责任公司）