全尾砂固结排放料浆流变特性实验研究

采用全尾砂固结剂TC-Ⅰ,通过全面试验、数据拟合、多元回归分析和理论计算等方法,对李楼铁矿未分级全尾砂固结排放料浆的流变特性及其影响因素进行了研究。结果表明,砂浆的剪切应力随着剪切速率增加而增大,呈线性相关;表观黏度随着剪切速率增加而减小,呈乘幂相关;测试范围内全尾砂固结排放料浆近似于宾汉塑性体模型,在管路输送中呈层流流态;浓度对全尾砂料浆的流变特性影响显著,灰砂比次之;同一灰砂比条件下,砂浆的屈服应力和黏度均随着浓度增加而增大;同一浓度条件下,灰砂比对砂浆的屈服应力和黏度影响不大;确定了适宜的砂浆浓度范围为76%~78%;建立了砂浆屈服应力、黏度关于浓度和灰砂比的回归模型。     

新型胶凝材料在某铁矿配比方案优化中的应用

为解决国内某铁矿充填成本高,充填体早期强度低,充填料浆堵管等问题,基于正交试验展开了充填配比方案优化设计。试验以胶凝材料类型(A)、质量浓度(B)、灰砂比(C)为影响因素,以尾砂料浆塌落度、尾砂胶结体3d、7d、28d单轴抗压强度为评价指标,运用极差和方差分析法对比研究了各因素对试验指标的敏感性。极差分析表明:对胶结体3d、7d强度影响顺序为ACB,对胶结体28d强度的影响顺序CAB,对全尾砂料浆塌落度的影响顺序为BAC。方差分析表明:胶凝材料类型对胶结体3d强度影响显著;灰砂比及胶凝材料类型对胶结体7d强度影响显著;各因素对胶结体28d强度均无显著影响;料浆浓度对全尾砂料浆塌落度影响显著。最终,根据充填工程实际需求,推荐的最优方案胶凝材料类型为TC-Ⅱ,料浆质量浓度为76%,灰砂比为1∶6。     

冻融循环对全尾砂固结体强度的影响

为探究冻融循环对全尾砂固结体强度的影响，以不同冻结温度下的固结体为研究对象，采用冻融循环、单轴压缩和扫描电镜（SEM）等试验方法，研究了不同养护龄期及冻结温度下的固结体强度变化规律，分析了不同冻融循环次数及冻结温度下固结体内部水化产物及微观结构特征演化规律。结果表明：同一冻结温度、不同养护龄期下，固结体强度随冻融次数增加呈先增加后减少的趋势，基本遵循二次幂函数的定量关系；同一养护龄期、不同冻结温度下，固结体强度随冻结温度的降低呈下降趋势；相同冻结温度和养护龄期下，随冻融次数增加，固结体内部结构呈稀疏→致密→松散的发展趋势；相同养护龄期和冻融循环次数下，冻结温度越低，C-S-H凝胶和晶体状的钙矾石（AFt）等水化产物的生成量越少，固结体内部结构越稀疏、松散。     

新型胶凝材料对全尾砂固结堆体稳定性的影响

通过实验室正交试验、数值模拟等方法,对全尾砂固结排放过程中掺入的新型胶凝材料T.C的合理配比及其对堆体稳定性影响进行研究。以矿渣、石灰、石膏、硫铝水泥、孰料作为胶凝材料的原材料,通过正交试验得到各因素对固结体强度的影响大小依次为矿渣、石灰、硫铝水泥、石膏,并得到全尾砂新型胶凝材料T.C的最佳配比:矿渣∶石灰∶石膏∶硫铝水泥∶孰料=70∶6∶10∶4∶10。借助全面试验,对比普通硅酸盐水泥(P.O.42.5)、矿渣水泥(P.S.32.5)以及新型全尾砂胶凝材料T.C作用下固结体强度变化趋势,发现无论是早期强度还是后期强度,新型全尾砂胶凝材料T.C的固结效果要明显优于普通硅酸盐水泥与矿渣水泥。基于强度折减法并借助FLAC3D对堆体的稳定性进行分析,从而建议堆体的高度应小于50 m、堆排角小于60°、料浆浓度取76%~78%、灰砂比为1∶12~1∶9。     

冻融循环对全尾砂固结体力学性能影响及无损检测研究

尾砂固结排放能有效解决尾砂的处置问题，然而固结后的尾砂堆体多处于地表，其性能受自然环境影响较大。我国北方地区存在广泛的冻融循环现象，冻融作用会影响固结体的强度和声电特性，为探究冻融循环条件下全尾砂固结体损伤状态和机制，以李楼铁矿全尾砂固结体为研究对象，对经历不同冻融循环次数的全尾砂固结体试样进行无侧限抗压强度试验、扫描电镜（SEM）试验、电阻率试验和超声波波速试验，借助Matlab软件二值化数字图像处理技术对试样的表面裂隙进行定量分析，并利用电阻率和超声波检测技术对固结体试样冻融循环损伤进行联合检测。结果表明:随冻融循环次数的增加，固结体的无侧限抗压强度呈指数型减小趋势，冻融循环早期（0～5次）固结体的强度减少量最多；冻融循环对固结体的损伤是逐渐累积的过程，全尾砂固结体表观劣化特征发展过程为:微裂隙萌生→裂隙延伸发展→外表层破坏→内部结构破坏；固结体初始强度越大，表面裂纹数越少；内部微观结构由密实状态向疏松状态转变；固结体无侧限抗压强度与电阻率、超声波纵波波速呈正相关，遵循对数函数关系，建立了强度?电阻率和强度?超声波波速无损检测模型；电阻率和超声波波速能准确全面地评价冻融循环条件下全尾砂固结体的损伤状态。      

冻融循环对全尾砂固结体电阻率影响研究

冻融循环作用对全尾砂固结体造成一定损伤,电阻率作为固结体的重要物理参数必然发生变化,因此可以用电阻率的变化来衡量固结体的损伤。为研究冻融循环次数和固结体电阻率的定量关系,制作(灰砂比为1∶4,1∶8,1∶10共3种配比;每种配比包含3,7,28d三个养护龄期,)共九组18个试件。每组试件经过0,5,10,15,20次冻融循环后,测定固结体试件电阻率变化情况。建立了固结体电阻率与冻融循环次数的关系;基于三元导电模型建立固结体电阻率模型。研究结果表明:固结体试件电阻率与冻融循环次数呈明显的指数关系,且随着冻融循环次数的增加不断减小,前5次冻融循环过程中电阻率减小量最大,其后逐渐减小。通过电阻率模型,可以计算出经过不同冻融循环次数后固结体的电阻率。研究成果对固结体损伤探测有重要参考价值。     

尾砂固结排放的重金属固化效应研究

为了解决尾砂地面排放的重金属污染和堆排体稳定性的问题,提出采用掺水泥的方法排放尾砂。分析了尾砂排放中污染物来源和重金属迁移原理:尾砂中重金属污染主要通过堆排场浸滤液和排放初期泌出水释放,其迁移动力主要有对流、分子扩散、机械弥散三方面作用。采用电镜扫描研究了尾砂固结过程中微观结构演化规律,发现水泥水化会使固结体结构致密、渗透系数降低。开展了浸滤实验研究固结体在水环境中结构稳定性,研究结果表明,尾砂固结体中水泥掺量较小时遇水会发生崩解;随着水泥掺量增加,固结体抗崩解性能增强;水泥掺量大于3%不易崩解,固结体稳定性提高。单轴抗压强度试验表明,水泥掺量大于4%时固结体强度随水泥掺量急剧增长,说明水泥掺量4%是固结改性的临界掺量,大于此值尾砂排放体发生了改性。通过电感耦合等离子发射光谱仪(ICP-AES)测定了固结体浸滤液中重金属含量并与《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)进行了对照。实验表明,添加水泥不会影响泌出水中重金属含量,但会显著降低浸滤液中重金属含量,且随着水泥掺量增加浸滤液中重金属含量减小。当掺量大于3%时,浸滤液中重金属含量急剧减小,达到能够符合国家相关排放的标准。综上可知,重金属的迁移与固结体微观结构、渗透性和抗崩解性能有很大关系,渗透性越好、抗崩解性能越差,浸滤液与水接触程度越大,重金属浸出越多。     

冻融循环对全尾砂固结体超声波特性的影响研究

在不同养护龄期(3,7,28d)和冻融循环次数(0,5,10,15,20次)条件下,对不同灰砂比(1∶4,1∶8,1∶10)的全尾砂固结体进行了超声波特性测试,对不同影响因素下超声波特性的变化规律以及冻融循环次数和超声波速度之间的关联性进行了研究。研究结果表明:冻融循环过程中,波速和波形有明显的变化规律,振幅特征较为杂乱;灰砂比、冻融循环次数相同时,养护龄期越长的固结体超声波波速越大;养护龄期、冻融循环次数相同时,灰砂比越大的固结体超声波波速越大;养护龄期为28d时,未进行冻融循环的固结体在各灰砂比条件下超声波波速相差不大;全尾砂固结体超声波波速与冻融循环次数呈负相关,基本遵循对数函数关系,随着冻融循环次数的增加,超声波波速不断减小,且前5次减小量较大。     

冻融循环对全尾砂固结体强度与微观孔结构的影响

通过实验室试验,对冻融循环作用下全尾砂固结体强度与孔结构演化规律进行了研究。以含有自制胶凝材料TC-Ⅰ的全尾砂固结体为试验对象,运用抗折抗压试验机与压汞仪分别对标准养护条件下与冻融20次后的试件进行了力学与压汞试验,并通过理论推导得出损伤量D。研究结果表明:养护3d时的强度低于其冻融20次的强度,7d后的强度有所反超;标准养护条件下的孔隙率、总孔隙量、孔总面积、平均孔径4个全尾砂固结体内部孔结构参数均随养护时间的增长而减小,冻融循环20次后的孔结构参数变化规律与之相反,且其推导出的损伤量D与强度关系为:D=-0.184σ+0.5479;从强度与孔结构参数变化规律可以看出,35g/L的防冻剂掺量降低了冻融循环对全尾砂固结体的破坏作用。