尾矿回填砂浆工作性的研究.doc

尾矿回填砂浆工作性的研究第一章 绪论1.1 研究的背景及意义 1.1.1矿山的现状矿产资源是人类生存和发展的重要物质基础之一。我国95% 的能源和85% 的原材料来自矿产资源。随着生产力的发展, 科学技术水平的提高, 人类利用矿产资源的种类, 数量愈来愈广。（赖才书）近十年来，我国矿山开发发展迅猛，矿业在国民经济中的地位和作用直线上升，生产的多种金属成品量不少品种跃居或稳居世界前茅。作为国民经济的基础产业矿山开采业的经济贡献令人注目。然而，矿产资源开采是迄今最大规模改变地球表面景观和破坏地表生态系统的有组织的人类活动。营矿山企业8 000 多个，个体矿山企业达到23 万多个。如此大规模的矿山开采对我国土地和环境的破坏是惊人的，使原本已稀缺的土地资源呈加速减少的趋势。（杨金燕）矿山的安全是采矿产业可持续发展得重要组成部分，做好矿山安全方面工作，对于发展经济和保持社会的稳定具有双重意义。然而近年来随着矿产资源在开发强度上的加大，以及开采水平有限，从而导致了矿山事故的不断发生，给矿山的安全生产带来了隐患。我国当前不断发生的矿山安全事故造成了很大的人员伤亡和经济损失，我国现正处于快速发展时期，资源需求日益增加，要求更多的开采矿山，可矿山的安全方面却相对落后，这便导致位于矿山周围的环境不断得遭到破坏，事故发生频率也越来越多。我国矿山事故多发，频率高，伤亡数量很大，每年发生的重大特大事故有缓慢上升的趋势，每年至少有上千起，导致的实际死亡人数每年都在万人左右。(吴 宝)在开采的矿山中, 大多数矿山企业技术和生产设备落后, 特别是个体矿山企业, 多只重视自身利益, 对矿山的维护和环境建设不够重视, 对废弃矿山的生态恢复工作更是由于种种原因而被搁置。据统计, 全国矿区累计被破坏的土地面积达2.8xl06km2 ，并且每年以大约467km2扩的速度增长。不仅如此, 采矿及其废弃物的任意处置给周边地区带来极为严重的环境污染。目前, 我国因尾矿造成的直接污染面积已达6万余公顷, 间接污染土地面积60 余万公顷。此外,矿业固体废弃物的污染持续时间相当长, 有关模型测算表明, 废石堆的污染会持续50年之。未经处置的尾矿污染也在10年以上，带来严重的经济损失。（牛一乐）矿山开发对生态环境影响具有明显的时空变化特征，随着时间的推移，矿山开发对生态环境影响逐渐形成，在矿山整个生产期是动态变化的。最明显的是露天采场、废石场(排土场、排矸场)、尾矿库、地下采空区、塌陷地、地下水降落漏斗，影响范围、影响程度逐步扩大，对地表水、地下水、土地的污染也是逐步形成的。（杨金燕第11篇参考文献）矿山开采引起的生态破坏有3 个过程:（1）开采活动对土地的直接破坏，如露天开采会直接破坏地表层与植被，造成地表裸露，土质疏松，水土流失加剧，尤其在山区更为严重；地下开采可导致地层塌陷等。（2）矿山开采过程中产生大量的尾矿等固体废弃物，尾矿和采矿产生的废石废渣是矿产资源开发利用过程中产生的两大类废弃物，它们的堆积需占用大面积的堆置场地，从而导致对原有生态系统的破坏。（3）矿山开采过程中的废水、废气和固体废弃物中的有害成分，通过径流、大气交流等方式，可对矿山周围地区的大气、水体和土地造成污染，其污染影响空间远远超过矿区本身。（杨金燕第12篇参考文献） 矿石的大量开采使得当前的矿石品位逐渐降低，在采矿和加工过程中要排放40%-60%的尾矿，这导致各类尾矿的产生和堆积量逐年增长。矿山中蕴含着大量能源物质，特别是煤炭，我国未来的发展对其的依赖还很巨大。矿山开采在带来矿产资源的同时，也产生了大量的采空区和尾矿，这些未处理的采空区和形成于地表的尾矿库给企业和社会带来了大量的重大安全隐患，是非煤矿山最主要的危险源。我国许多矿山都存在大量的采空区，致使矿山开采条件恶化，造成矿柱变形破坏，相邻作业区采场和巷道维护困难等地压现象，同时引发大面积冒落和岩移，引起地表塌陷，山体滑坡，空区突然垮塌的冲击波造成人员伤亡和设备破坏，采空区老窿的积水，形成突水隐患等，严重威胁人民生命、财产安全。如：2008年山西襄汾“98”尾矿库溃坝事故造成267人遇难。矿山坍塌事件频繁，这需要人们高度的重视，如何用可利用的尾矿资源对开采过的矿山进行填埋修补十分重要。1.1.2尾矿的现状尾矿, 就是选矿厂在特定经济技术条件下, 将矿石碎磨、选取/有用组分0后所排放的废弃物, 也就是矿石经选别出精矿后剩余的固体废料, 是工业固体废物的主要组成部分, 其中含有一定数量的有用金属、非金属矿物, 可视为一种复合的硅酸盐、碳酸盐等矿物材料, 并具有粒度细、数量大、污染和危害环境的特点, 但同时又是一种潜在的二次资源。换言之, 尾矿具有二次资源与环境污染双重特性。（常前发）伴随着采矿产业的发展，全国工业固体废物80% 以上来自矿山, 每年矿山产生尾矿6 亿多,t 矿山尾矿累计现已达到45亿t（赖才书第一篇文献）。这些尾矿堆积不仅占用大量的土地, 还对土壤和水源造成污染。 尾矿突出表现在侵占土地、植被破坏、土地退化、沙漠化以及粉尘污染、水体污染等。尾矿中含有重金属离子, 有毒的残留浮选药剂以及剥离废石中含硫矿物引发的酸性废水, 对矿山及其周边地区环境污染和生态破坏, 其影响将是持久的。尾矿堆存占用大量的土地资源,对土地的侵占和污染制约了当地的社会经济发展并危害到人体的健康等。目前, 全国每年铁矿尾矿排放量约6. 3亿,t 以全铁11%计算, 如果仅回收铁含量为61% 的铁精矿, 产率按2% 3%, 全国每年就可以从新产生的尾矿中回收1 260 1 680万t的铁精矿, 相当于投资建设4 6个大型采选联合企业。（常前发）尾矿的危害极大，如何有效安全的对其进行处理十分重要。1.1.3尾矿库 矿产资源是国民经济重要的物质基础, 随着工业化过程的加快, 国民经济的发展对能源和原材料的需求越来越大。然而, 随着矿山不断采深, 矿石品位日趋下降, 尾矿量和相应投资逐步增大,我国现有的尾矿库, 直接污染土地上百万亩, 间接污染土地约一千万亩, 每年运费高达715亿元。（金末梅）我国目前建有几千座尾矿库, 星罗棋布于矿区沟壑山谷之中, 数量多、分布广, 占地面积、库容规模相差很大. 初步统计, 具有一定规模的尾矿库约1500座, 库容超过1 亿m3的有10座。近年来,随着私营企业进入矿山采、选矿领域, 小规模尾矿库数量增长很快。（林玉山第1篇文献） 尾矿库作为矿山选矿生产的主要设施, 是事故易发部位, 也是隐伏巨大安全隐患的危险源。尾矿库占用大量土地, 改变和破坏原有生态环境;尾矿中的污染物, 通过径流和渗透, 污染周围的土地、水体;最严重的当属溃坝事故, 尾矿库下游通常是人口稠密的居民区. 溃坝时, 尾矿砂、废水倾泻而下, 农田、村镇顷刻间遭受灭顶之灾,其危害比水库更为严重, 造成人员伤亡、淤塞河道、严重污染土地和水体, 而且这种污染灾害将是长期的, 难以恢复. 美国克拉克大学公害评定小组的研究表明, 尾矿库事故的危害, 在世界93种事故、公害隐患中, 名列第18位. 它仅次于核爆炸、神经毒气、核幅射等灾害, 而比航空失事、火灾等其他灾害严重。（林玉山）极具威胁的污染源，尾矿砂通常含有酸性、碱性、毒性污染物及镉、砷、铅、锌、银、汞等有害重金属, 是一个隐伏巨大隐患的“毒场”, 其污染影响面远远超过尾矿库本身。（林玉山第7篇文献）我国尾矿年排量近10亿吨，现有尾矿库12718座，尾矿的大量堆存带来安全等诸多问题。截至2010年底，全国仍有1477座危、险、病库尚待治理，这些隐患治理投入高、难度大、周期长，给人民生命财产及环境安全带来严重威胁。建国以来，我国多次发生过尾矿库溃坝事故，造成大量人员伤亡。2008年“98”山西襄汾新塔矿业有限公司尾矿库溃坝，造成270多人死亡，更是一次血的教训。 尾矿库有土复垦的生态恢复技术和无土复垦生态恢复技术，在矿区修复领域是相对先进、成熟的技术。该技术是针对有色金属矿山尾矿的专业技术，具有针对性符合所在地自然特点、场地及边坡稳定性好、复垦后场地稳定符合安全要求，植被覆盖度高，在缺乏土壤的地区可实施无土覆盖复垦生态恢复工程尾矿库的安全和尾矿的整体利用是密切相关的。（杨金燕第1篇参考文献）另一种方法就是利用混凝土泵将浆状尾矿输送到井下进行采空区回填, 分水砂充填和胶结充填, 后者加入水泥或其他胶凝材料,使松散的尾矿凝聚成具有一定强度的整体，这样既可以减少尾矿的堆积，也有防止矿山坍塌的作用。如何处理尾矿对解决矿山存在的威胁问题相当重要，本文就对尾矿回填矿山技术进行研究探讨。1.1.3矿山填充研究进展 矿山充填是治理矿山开采沉陷的有效手段，国内外学者对其进行了大量研究，提出了许多行之有效的方法。自20世纪50年代以来，我国矿山充填技术的发展大致经历了四个阶段：50年代为废石干式充填的全盛时期；60年代发展应用分级尾砂水力充填、碎石水力充填和混凝土胶结充填；7080年代广泛应用以分级尾砂和天然砂作为充填料的细砂胶结充填技术；90年代全面发展了全尾砂胶结充填、块石砂浆胶结充填、碎石水泥浆胶结充填和膏体泵压输送胶结充填等新技术，促进了我国采矿技术的进步和采矿工业的发展。进入21世纪，矿山开采将转向深部矿体、“三下矿体”以及其它复杂难采矿体。地压控制问题将日益突出，并成为深部高效、安全作业的主要障碍。胶结充填是深部及复杂应力环境下地压控制的有效途径之一，因此，充填采矿法和充填工艺技术越来越受到人们的重视，且在充填采矿法不断改造与发展的过程中得到创新与进步。一方面通过对充填材料和充填体物理力学性质的认识，研究开发来源广泛、成本低廉、便于制浆和输送、充填体强度高的新型充填材料；另一方面，通过对充填体力学作用机理的探讨，结合采矿作业要求，研究新的充填工艺和方式。 尾矿利用是矿产综合利用的重要内容之一, 它关系着我国矿产资源的合理开发和保护, 更关系着我国矿产资源的永续从而充分保证国民经济发展的需求, 同时还关系着节约土地，改善自然环境质量等一系列当今我国面临的重大问题。因此深入开展尾矿利用研究, 并在尾矿产生部门推广尾矿利用技术,使尾矿利用成为矿业部门的支柱产业之一,对促进我国21 世纪宏伟目标的实现, 具有重要的战略意义。（丁其光）1.2 尾矿回填技术的发展1.2.1 国外尾矿回填技术的发展 20世纪50年代，加拿大矿山采用细颗粒浮选尾砂水力充填，由于非胶结充填体缺乏内聚特性，不能形成稳固自立的充填体，1962年加拿大Food矿首次采用尾砂和水泥胶结充填；1969年澳大利亚的芒特艾萨矿开始采用尾砂胶结充填工艺回采底柱，同时进行铅锌铜冶炼炉渣代替水泥的研究；20世纪70年代，随着胶结充填技术的发展，围绕充填材料、充填料浆的制备、充填体力学性能及承载特性、充填水力输送流体力学等进行了大量的试验研究，从而使得尾砂充填工艺在金属矿山推广应用；20世纪80到90年代，随着采矿工业的发展，原充填工艺不能满足回采工艺的要求和进一步降低采矿成本或环境保护的需要。澳大利亚的坎宁顿矿，加拿大的基德克里克矿、洛维考特矿，德国的格德隆铅锌矿开始采用了全尾砂胶结充填的新技术；膏体泵送充填技术首先在德国的格隆德矿应用成功，随后又在美国、英国、澳大利亚、加拿大、土耳其和葡萄牙等主要采矿国家的金属矿山得到了广泛应用。1.2.2 国内尾矿回填技术的发展我国尾砂充填工艺是20世纪60年代开始采用，1965年在锡矿山南矿为了控制大面积地压活动，首次采用了尾砂水力充填采空区工艺。由于非胶结充填体无自立能力，难以满足采矿工艺高回采率和低贫化率的要求，20世纪70年代，我国开始开发和利用尾砂胶结充填技术。在这一阶段，尾砂胶结充填技术的研究内容主要包括充填骨料的物理化学性质和化学成分对充填体的影响，充填体与围岩的相互作用、充填体的稳定性和充填胶凝材料等。这一时期的胶结充填均为传统的混凝土充填，即完全按照建筑混凝土的要求工艺制备和输送胶结充填料，这种传统的粗骨料胶结充填输送工艺复杂，且对物料的级配要求较高，因而一直未获得大规模的推广使用，后来几乎被细砂胶结充填完全取代，细砂胶结充填以尾砂和棒磨砂等材料作为充填骨料，以水泥作为胶结剂，集料与胶结剂通过搅拌备成料浆后，以两相流管道输送方式输入采场进行充填，因细砂胶结充填具有胶结性强和适于管道水力输送的特点，自80年代开始在凡口铅锌矿应用并得到推广，20世纪90年代初在凡口铅锌矿建成我国第一个全尾砂胶结充填系统，其后随着活化搅拌技术和全尾砂高效浓密、贮仓沉降脱水技术的开发和不断成熟，全尾砂胶结充填的应用不断增加，如张马屯铁矿、武山铜矿、铜录山铜矿、湘西金矿和南京铅锌矿等。1.2.3前景尾矿综合利用的发展受国内外资源形势、经济、形势、相关领域的技术进步以及政策、法律和社会意识形态等多因素的影响。以铁尾矿再选铁为例，在2000年以前，由于我国钢铁需求量较长时间处于低迷状态，国产铁精矿和进口铁矿石的价格也长期处于低迷状态，铁尾矿再选无利可图，国内矿山企业基本上不从事大规模的铁尾矿再选的生产活动。在2007年后，由于我国经济建设对钢铁的需求迅猛增加，导致国内外铁矿石的价格上涨了25倍。在这种背景下，国内几乎所有的铁矿山企业都以不同规模开展了铁尾矿再选的生产活动或技术研究。金、银矿山和大多数有色、稀有金属矿山的尾矿再选都经历了与铁尾矿类似的过程。由于尾矿再选产业的发展也极大地促进了技术的进步，使尾矿再选的工艺和设备不断完善，成本不断降低，反过来又进一步促进了可选尾矿资源的迅速扩大。因此可以预测，到“十二五”末我国尾矿再选产业的规模将持续快速增长，经济规模将比现在增加1倍以上。 （一）合理开发矿产资源从可持续发展的观点出发，矿产资源的合理开发应该是针对人类总体资源，即现有技术水平和经济环境下可以开发利用的当代资源和现有技术水平下还不能开采、利用或者即使能开采利用，但在经济上不合理的远景资源。矿山充填，特别是矿山胶结充填能使当代人在不能确定远景资源的条件下，为将来开发远景资源提供良好的开采环境，甚至可以说为综合开发和利用人类总体资源奠定了技术基础，是合理开发人类总体矿产资源的最佳技术途径。 （二）矿产资源二次利用在当代所废弃的废料中，大量的属于远景资源，因缺乏足够认识而往往难以激发人们的保护意识。事实上，在地面难以长期安全保存的这些废料，特别是选矿尾砂充填在井下采空区，将是一种最可靠、最经济的储存保护方式，使人类在发展过程中可随时利用这些矿产资源，以实现矿产资源的二次利用。 （三）人类环境保护矿山充填最显著的效果是保护地表不受破坏和储存工业废料。采矿活动使大量农田和植被遭受破坏，如每年因采煤导致地表塌陷面积达3.35万hm2，而大量的采选废料堆置地表又占用3万5万km2的土地。将矿山采选废料充填到井下，不但可以得到妥善保存以利于二次利用，而且可以达到保护自然环境的目的。另外，矿山充填还是处理除核废料以外的其他工业废料的一条既安全又经济的有效途径。如奥地利的布莱堡矿就将已建成的泵送充填系统，专门应用于充填处理工业废料。（孟跃辉）1.3尾矿的概述1.3.1尾矿的定义及分类 尾矿就是选矿厂在一定经济条件下，把踩出的矿石磨细后选取了“有用的成分”，然后排放出的废弃物，也就是选出精矿后剩余的固体废料。大多数是由选矿厂排放的矿浆经自然脱水后形成的固体矿业废料。尾矿中含有一定量的有用金属矿物，可以被看作是一种“复合”的硅酸盐矿物材料，并具有一系列的特点。如：粒度细、数量大、成本低、可利用性大等。尾矿在具有二次资源特性的同时，也是环境污染的重要来源。（常前发）一 ：按行业划分，主要可以分为有色金属尾矿、黑色金属尾矿、稀贵金属尾矿和非金属矿尾矿。稀贵金属尾矿主要有黄金尾矿、钨尾矿、银尾矿、铌钽尾矿等。有色金属尾矿主要包括铜尾矿、铅锌尾矿、镍尾矿、锡尾矿等。黑色金属尾矿包括铁尾矿、锰尾矿和铬尾矿。而非金属矿尾矿种类非常多，主要包括石灰石尾矿、高岭土尾矿、石英岩尾矿（又叫做玻璃尾矿）、花岗岩尾矿、石墨尾矿、滑石尾矿、石棉尾矿、大理石尾矿、膨润土尾矿、珍珠岩尾矿、蛭石尾矿、云母尾矿、铝矾土尾矿等。（孟跃辉）二： 按选矿工艺流程分，尾矿可以分成一下这几类，手选尾矿、磁选尾矿、化学选矿尾矿、重选尾矿、电选及光选尾矿、浮选尾矿。三 ：按照尾矿的矿物组成及组合搭配情况，可以把尾矿分为以下的八种类型：镁铁硅酸盐型尾矿、长英岩型尾矿、高铝硅酸盐型尾矿、高钙硅酸盐型尾矿、钙铝硅酸盐型尾矿、碱性硅酸盐型尾矿、硅质岩型尾矿、碳酸盐型尾矿。1.3.3 尾矿的性质1、 尾矿的化学成分与矿物成分尾矿是由矿体的部分围岩和夹石，以及矿石中的脉石矿物所构成的，因此，其化学成分和矿物成分一方面受矿体主岩岩性的控制，另一方面，又受到矿化类型与围岩蚀变的制约。一般来说，岩浆堆积型、火山喷溢型、同生沉积型、区域变质型矿床的尾矿，其化学成分与主岩成分基本近似；而接触交代型、热液型、风华型矿床的尾矿，则主要取决于矿化和围岩蚀变类型。此外，选矿回收率，也对尾矿成分具有一定影响。无论何种类型的尾矿，其主要组成元素，不外乎O、Si、Ti、Al、Fe、Mn、Mg、Ca、Na、K、P、H等几种，但它们在不同类型的尾矿中，其含量差别很大，且具有不同的结晶化学行为。在镁铁硅酸盐型尾矿中，Si以SiO4四面体形式组成岛状、链状、层状硅酸盐骨干，形成橄榄石、辉石、蛇纹石、水镁石、蒙脱石、海泡石、凹凸棒石等镁、铁硅酸盐矿物；Ti除一部分以类质同像形式进如辉石晶格外，主要形成钛铁矿；少量的Al此时主要以AlO6 六面体形式取代Fe、Mg，共同组成硅酸盐矿物，Mn有时也可取代部分Fe；Ca主要组成少量斜长石；Na、K含量很低；P一般以磷灰石形式存在；H在蚀变矿物中以OH1及H3O1进入矿物晶格。 在钙铝硅酸盐型尾矿中，Ca一方面与Fe、Mg一道组成辉石、角闪石、石榴石等硅酸盐矿物，一方面与Na、Al一起形成斜长石等铝硅酸盐矿物。当这些矿物遭受蚀变时，上述12种元索均可进入矿物晶格，并有CO2、H2S等组分加入，形成绿帘石、绿泥石、绢云母等含水矿物。 在长英岩型尾矿中，Si不仅与Ca、Na、K、Al组成碱性长石和与Fe、Mn、Mg组成云母等层状硅酸盐矿物，还常形成独立的SiO2。在未遭受蚀变和风化的尾矿中，独立的SiO2多为结晶态的石英，在沉积型矿床中，有时以无定型的蛋白石、燧石、硅藻土等形式存在。蚀变严重的这类尾矿，主要具有绿泥石绢云母石英或高岭石石英蚀变组合。外生条件下，常以石英长石、石英粘土组合出现。在某些酸性火山岩型矿床中，还常见到沸石类矿物，Ca、Na、K以不稳定的吸附状态，赋存于SiA1O骨架的空穴中。 在碱性硅酸盐型尾矿中，Na、K含量比长英岩型尾矿高得多，它们既可以与Fe、Mg、Si组成碱性辉石、碱性角闪石、霓石等暗色矿物，也常与Si、Al一起形成霞石、白榴石等似长石矿物，此时，无独立的SiO2矿物出现。由于建材中主要是利用其第三亚类碱性酸性硅酸盐型尾矿，霞石、白榴石、钾长石、碱性斜长石等是其主要组成矿物。当矿床受到蚀变时，碱性似长石类矿物常形成方钠石、方沸石、钾沸石等，碱性长石蚀变为绢云母、高岭石等。在高铝硅酸盐型尾矿中，Si、Al往往结合成无水或含水的硅酸铝，赋存于粘土矿物或红柱石族矿物中，Si呈四面体配位，Al多呈六面体配位。Fe、Mg、Na、K进入八面体孔穴，以黑云母、白云母、水云母、伊利石等形式存在。Ca一般很少进入硅酸盐晶格，而以独立的碳酸盐形式存在。 在高钙硅酸盐型尾矿中，Ca一方面与Si结合成透辉石、透闪石、硅灰石、钙铝榴石等，另一方面以方解石形式残留于碳酸盐中。Fe、Mg、Na、K等主要赋存于绿帘石、绿泥石、阳起石等含水硅酸盐中。其中，有些Fe以氧化物或硫化物形式存在。硅质岩型尾矿中，Si的主要赋存方式为结晶状态的氧化物一石英，有些以燧石、蛋白石等微晶或不定型氧化物形式存在。Al、Fe、Ca、Mg、Na、K等以杂质矿物形式赋存于胶结物中。 碳酸盐型尾矿中，Ca可进入方解石、白云石晶格，Mg可形成白云石、菱镁矿。但在一些成分不纯或遭遇蚀变的碳酸盐型尾矿中，也不免有Si、Al、Fe、Mn元素的混入。尾矿的化学成分，可用全分析结果表示，但一般常以SiO2、TiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、GaO、Na2O、K2O、H2O、CO2、SO3等主要造岩元素的含量来标度。各种未选净的金属元素，可从选矿工艺参数中获得。一般选矿厂都有尾矿品位的记录。只有当确定某种金属元素对建材生产工艺或产品性能具有重大影响时，才要求作全分析。 尾矿的矿物成分，一般以各种矿物的质量分数表述，但由于岩矿鉴定多在显微镜下进行，不便于称量，因此，有时也采用镜下统计矿物颗粒数目的办法，间接地推算各矿物的大致含量。2、 尾矿的物理性质尾矿的物理性质一般以饱和度、空袭比、比重、天然密度、天然含水量、干密等指标来进行分析。同意性质尾矿砂中不同分类（尾粉砂、尾粉土、尾粉质粘土）的比重差异较小；而同一尾矿分类中，不同性质尾矿的比重差异较大，尾矿沙土的比重受矿物成分的控制，而与尾矿颗粒大小关系较小。尾粉质粘土大多处于尾矿库深部或库尾浅表层，其天然含水量较高，故其干密度相对较小。相同分类尾矿砂土的干密度差异大；同一性质尾矿中，尾粉砂的干密度较大，尾粉土次之，尾粉质粘土最小；尾粉质粘土的天然含水量大。抗剪强度一般以内摩擦角及内聚力作为表征值，在实际中结合尾矿的沉积规律，一般近似认为尾矿沙土的内聚力越小。剪切方法不同，内摩擦角总呈现出“尾粉砂尾粉土尾粉质粘土”的规律；同一性质尾矿在快剪条件下，尾粉矿与尾粉土内摩擦角超别较小，而尾粉质粘土的内摩擦角相对晓得多；同一性质尾矿进行固结后直接剪切方式下，尾粉质粘土的内摩擦角有所提高，但也仅为尾粉砂及尾粉土的60%-80%。尾粉砂、尾粉土的垂直向渗透系数比尾粉质粘土的垂直向渗透系数要高很多，而尾粉土与尾粉砂的则低的有限，其差异不大；尾粉砂、尾粉土、尾粉系数相差不大。尾矿砂土的比重只要受物成分的控制，与尾砂矿土的颗粒大小等因素关系较小；尾矿砂土的干密度受矿物成分影响外，还受尾矿放矿方式、沉积规律、颗粒级配的控制；尾矿砂土一般均属于次固结土，其固接特性主要受矿放矿方式、沉积规律、颗粒级配的影响；尾矿砂土虽然有别于正常沉积砂土，但其抗剪强度，特别是内摩擦角较正常沉积砂土要高很多；尾矿砂土具有不均一性和各向异性，其垂直向渗透系数变化大，同一类砂土水平向变化比垂直向变化要小的多。1.3.4尾矿利用的潜在价值我国累积堆存和正在产出的尾矿具有巨大的潜在利用价值。例如我国铁矿尾矿的铁品位平均为12%，有的甚至高达27%。以当前可选铁尾矿总堆存量45亿t计算，尾矿中相当于存有5.4亿t铁。在我国目前堆存的黄金尾矿中，以可选尾矿5亿t计算，其中尚含有黄金300t以上。目前我国共(伴)生组分综合回收率在4070的国有矿山企业不足40，我国国有矿山完全没有进行综合利用的占45，全国20多万个非国有中小型矿山基本上没有进行综合利用。尾矿中的非金属矿物不但存量巨大，而且有些已经具备高附加值应用的潜在特性。随着技术的进步，其潜在价值将远远超过金属元素的价值。以尾矿作为充填骨料的胶结充填采矿法将是我国“十二五”期间大力发展的采矿技术，与崩落法及其他传统采矿技术相比，可提高回采率30%左右，具有巨大的资源效益。在严格的环境评估前提下，因地制宜推广尾矿农用技术，将取得巨大的环境生态效益和经济效益。1.4尾矿的综合利用尾矿再选从尾矿中回收有价成分尾矿资源的综合开发利用是矿山可持续发展和从根本上治理矿山环境的重要途径。矿山尾矿的资源化、减量化和无害化是尾矿综合利用与治理的基本原则。开发利用矿山尾矿资源无疑对矿山经济环境是有益的，尽管尾矿中有价组分的再回收能减少一定尾矿数量，但要真正实现尾矿减量化，主要出路还是尾矿的整体利用。我国矿产资源的突出特点是，矿产种类齐全，但贫矿多；单一矿少，共伴生矿多；矿石组成复杂，难选冶矿多。据统计，我国现有矿山15.3万个，其中80%的矿产资源为共伴生矿。但是，长期以来，由于计划经济体制下的部门行业分割管理和破坏性开采，对矿产资源的综合利用缺乏认识，只偏重于数量增长，而忽视资源的合理开发和综合利用，采取了以牺牲环境为代价的经济发展模式。加之，过去我国较落后的经济状况、生产技术水平和管理条件，矿山生产工艺落后，设备陈旧，致使我国大量有价矿产资源未得到充分勘探、评价和合理开发利用，资源破坏浪费严重。我国共伴生矿产资源的综合利用率不到20%，矿产资源总回收率只有30%，与国外先进国家相比差距较大。即使在一些大型国有矿山企业开展了资源的综合利用，也只占国有矿山的10%，而且其中只有2%的矿山综合回收率达70%以上，75%的矿山资源综合利用率都低于25%，资源浪费是相当惊人的。(张金青)开展尾矿再选是提高资源利用率的重要措施,也有利于减少尾矿的排放。马鞍山矿山研究院是国内最早开展尾矿资源综合利用的单位之一, 先后完成了30多项尾矿资源利用的研究项目。研究并采用重选、磁选联合流程回收马钢南山铁矿尾矿中硫、铁, 每年可回收30% 品位的硫精矿5万多t 铁精矿7万多t 对济源钢厂选厂尾矿采用同样工艺, 可获产率2. 5%, 钴品位0. 59% 的一级硫钴精矿和品位64% 66%的铁精矿; 对山西临钢二峰山铁矿尾矿进行了多种选别流程的对比试验研究, 分别获得铁精矿品位62% 67% , 磁性铁回收率80%以的技术指标。马钢桃冲铁尾矿中含有85.36% 的钙铁石榴石, 且储量大。为充分利用这一资源, 马鞍山矿山研究院与桃冲铁矿研究成功了强磁选一次粗选、二次精选、一次分级摇床选别流程, 选出了石榴石含量97.39% , 回收率41.00% 以上, 磁性物含量0. 54%的石榴石精矿。一 尾矿用作建筑材料对于尾矿建材的开发研究, 国外起步较早。早在20世纪60年代初, 前苏联就开始了尾矿建材的研究和生产, 如克里沃罗格铁矿除将尾矿进行适当分级后用作混凝土的粗细骨料外, 还用细粒级的尾矿生产硅酸盐建筑制品; 库尔斯克则建起了以尾矿为主要原料的水泥厂和玻璃厂; 科夫多尔和卡齐卡纳尔采选公司还用含大量硅酸镁的选矿尾矿, 研制出镁质水泥和水泥制品。加拿大以尾矿研究墙体材料, 魁北克矿山还用磨细的尾矿烧制出耐火硅砖。美国除从废石中回收萤石、长石、石英等外, 目前绝大多数尾矿被用作混凝土填料和铺路材料, 也有人用铁燧石岩尾矿制成密度可调的轻质砖。日本有人将铁尾矿与10% 的硅藻土混合, 烧制成轻质骨料。乌克兰则将石英岩尾矿加以分级, 0. 14 mm 的作为建筑用砂, 0. 04 mm 的用来生产气孔玻璃和泡沫玻璃, 0. 14 0. 04 mm 的用作混凝土填充料和制作泡沫混凝土材料。国外许多金属矿山都将二次资源进行了优化处理, 并将剩余的尾矿用于制造尾矿砖和建筑材料等。二 尾矿用作土壤改良剂及磁化复合肥绝大多数尾矿肥料属于微量元素肥料, 一般从无污染组分, 富含有利于植物生长, 促进土壤营养组分转化吸收和质量优化的微量元素的尾矿获得, 部分属于复合矿物肥料或土壤改良剂, 通常从含钙、镁、锰、磷等组分较高的尾矿获得。矿物在农业上的应用, 国外的研究工作起步较早。前苏联利用含钙、镁、硅尾矿改良酸性土壤, 还利用铜选厂尾矿未经处理直接制作农用微量元素化学肥料, 皆取得了良好的增产效果。三 尾矿充填矿山采空区矿山采空区的回填是直接利用尾矿最行之有效的途径之一。有些矿山由于种种原因, 无处设置尾矿库, 而利用尾矿回填采空区意义就非常重大。如安徽省太平矿业有限公司前常铜铁矿位于淮北平原, 由于地理因素无处设置尾矿库, 选矿厂排放的尾矿经过技术处理后, 全部用于填充采空区; 济南钢城矿业公司采用胶结充填采矿法, 提高矿石回采率20% 以上; 莱芜矿业公司利用尾矿充填越庄铁矿露天采坑, 再造了土地, 治理了环境; 凡口铅锌矿利用尾矿作采空区充填料, 其尾矿利用率达95%。(常前发)1.5 尾矿砂浆（阎国华）1.5.1尾矿砂浆配制尾矿砂浆与普通砂浆的方法基本一样，但要注意以下几点。1、由于尾矿与普通砂相比细度模数小、密度大，使得拌和砂浆用水量和砂浆分层度大于普通砂浆。为了调整砂浆拌合物性能，可以按比例掺加尾矿或采用掺加外加剂的方法。2、在计算配合比时要注意，尾矿密度大，因此在相同体积下，尾矿掺量大于普通砂。3、与普通砂相比，尾矿较细，因此在保证砂浆强度不变的条件下，尾矿砂浆的水泥用量稍大。但与细度模数相近的普通砂配制的基准砂浆比较，尾矿砂浆的28天强度和强度发展与基准砂浆一致。4、对于水泥砂浆，采用尾矿比采用普通砂的收缩要大； 对于混合砂浆，两者基本相同。5、当尾矿技术指标超标时，可用不同比例的尾矿取代等量的普通砂配制砂浆，以保证细骨料质量合格。6、尾矿中粒径小于0.8mm 的石粉较多，但其与天然砂中的泥成分不同，在使用中所起的作用也不同。天然砂中的泥对砂浆是有害的，要严格控制其含量；而尾矿中的石粉对砂浆的和易性是有利的，它的掺入有益于提高砂浆的和易性和密实性。7、各地的尾矿性能差别较大，主要与矿石成分和加工方法有关，所以在配制砂浆时应做好尾矿的质量检查，并根据其特性设计好配合比。8、对于其他种类砂浆，其应用方法基本相同。总之，用尾矿取代普通砂可以配制出质量合格的建筑砂浆，而且能改善砂浆性能，降低材料成本；因此，应用尾矿不仅具有深远的社会效益，而且具有较高的经济价值。第2章 实验原材料分析2.1 实验材料2.1.1 胶凝材料 水泥本次试验所用熟水泥为P42.5普通硅酸盐水泥。1、 物理性能 细度与比表面积： 普通硅酸盐水泥用比表面积表示，要求不小于300m2/kg， 稠度： 没有指标，只有一个标准稠度用水量，是对检验强度、凝结时间等作一个标准的要求。 凝结时间： 普通硅酸盐水泥初凝不小于45分钟，终凝不大于600分钟。 强度： PO 42.5普通硅酸盐水泥3天强度：17MPa；28天强度：42.5 MPa2、 化学成份 不溶物： 不作要求 三氧化硫： 含量：3.50% 氧化镁： 普通硅酸盐水泥含量：5.00% 氯离子： 含量0.06 烧失量（质量分数）： 普通硅酸盐水泥：5.00% 。2.1.2 钢渣粉炼钢炉在冶炼过程中置换出来的杂质，经冷却粉化或破碎而成的粉状物，含有氧化钙、氧化铝、氧化硅等成分。2.1.3 尾矿本次试验尾矿是由老师提供的黑色铁尾矿。该尾矿比普通细沙更细，活性较低，有一定的需水量。2.1.4 钢渣砂2.1.5外加剂1、 萘系减水剂萘系高效减水剂是由广西南宁卓雨建材有限责任公司引进并研发的一种高性能减水剂，其主要成分是基萘磺酸盐甲醛缩合物，是一种非引气型减水剂。其形态为粉剂和液体。该剂对各种水泥适应性好，改善混凝土的可操作性，广泛应用于公路、铁路、桥梁、隧道、电站、大坝、高层建筑等工程。外观:粉剂褐黄色粉末。液体棕褐色粘稠液。 含固量:粉剂92%;液体40%。 PH值(5%水溶液):7-9。 硫酸钠含量:粉剂16%-19%;液体7%-9% 水泥净浆流动度:200mm. 在相同水灰比情况下，可增大砼坍落度10cm以上。 在保持坍落度不变时，减水率可达12%-20%。 对混凝土有显著的早强、增效效果，其强度提高幅度为15%-40%。 能全面改善和提高砼的物理力学性能，在保持强度相同时可节约水泥10%-20%。 对钢筋无锈蚀作用。2、 聚羧酸减水剂聚羧酸减水剂（Polycarboxylate Superplasticizer）是一种高性能减水剂，是水泥混凝土运用中的一种水泥分散剂，化学上可以分为两类，以主链为甲基丙烯酸，侧链为羧酸基团和MPEG(Methoxy polyethylene glycol)，聚酯型结构。另外一种为主链为聚丙烯酸，侧链为Vinyl alcohol polyethylene glycol，聚醚型结构。它与各种水泥的相容性好，混凝土的坍落度保持性能好，延长混凝土的施工时间。掺量低，减水率高，收缩小。大幅度提高混凝土的早期、后期强度。氯离子含量低、碱含量低，有利于混凝土的耐久性。生产过程无污染，不含甲醛，符合ISO14000环境保护管理国际标准，是一种绿色环保产品。3、 羟丙基甲基纤维素丙基甲基纤维素羟丙基甲基纤维素别名为羟丙甲纤维素；纤维素羟丙基甲基醚；该外加剂选用高度纯净的棉纤维素作为原料，在碱性条件下经专门醚化而制得，全过程在自动化监控下完成，不含任何动物器官和油脂等活性成分。本品为非离子型纤维素醚，外观为白色的粉末，无嗅无味。 它透明度高、性能稳定。HPMC具有热凝胶性质，产品水溶液加热后形成凝胶析出，冷却后又溶解，不同规格的产品凝胶温度不同。溶解度随粘度而变化，粘度越低，溶解度越大，不同规格的HPMC其性质有一定差异，HPMC在水中溶解不受PH值影响。颗粒度：100目通过率大于98.5%。堆密度：0.25-0.70g/ (通常0.4g/ 左右)，比重1.26-1.31。变色温度：180-200,炭化温度：280-300。甲氧基值19.0%一30.0%，羟丙基值4%12%。黏度(22，2%)5200000mPa .s。凝胶温度(0.2%)50一90。HPMC具有增稠能力，排盐性、PH稳定性、保水性、尺寸稳定性、优良的成膜性以及广泛的耐酶性、分散性和粘结性等特点。1、外观：白色或类白色粉末。2、颗粒度；100目通过率大于98.5%；80目通过率100%。特殊规格的径4060目。3、炭化温度：280-3004、视密度：0.25-0.70g/cm(通常在0.5g/cm左右)，比重1.26-1.31。5、变色温度：190-2006、表面张力：2%水溶液为42-56dyn/cm.7、溶解性能：溶于水及部分溶剂，如适当比例的乙醇/水、丙醇/水等。水溶液具有表面活性。透明性高，性能稳定，不同规格的产品凝胶温度不同，溶解度随粘度而变化，粘度愈低，溶解度愈大，不同规格HPMC其性能有一定差异，HPMC在水中的溶解不受pH值影响。8、HPMC随甲氧基含量减少、凝胶点升高、水溶解度下降，表面活性也下降。9、HPMC还具有增稠能力，耐盐性低灰粉、pH稳定性、保水性、尺寸稳定性、优良的成膜性、以及广泛的耐酶性、分散性和粘结性等特点。2.2 实验设备2.2.1 试模一、规格（长宽高）：70.770.770.7mm3模腔公差 高：70.7三、构造与使用 本模型是由底模板（1）、侧模板（2）隔板（3）轴（4）、支架（5）活节螺栓（6）和蝶形螺母（7）等零件组成（见附图所示）底模板是由高强度的铸铁制成，侧模板，隔板是用较硬的碳结钢支撑，支架固定在低模板上，活节螺栓用圆柱销联结在支架上，并可饶圆柱销轴线转动 装配时，先将两块侧模板（2）相对垂直放在底模板（1）平面上，用套在活节螺栓（6）上的轴（4）插入侧模板（2）两端槽内，稍加固定，然后将隔板（3）插入侧模板（2）的槽内，对正两块侧模板，保证模腔成正方形，再边拧紧轴（4）上的蝶形螺母，边用木榔头轻击各板上侧面，使其下侧再在同一平面上，然后再拧紧活节螺栓上的蝶形螺母，保证各板下侧面与低模板平面贴近。二2.2.2 JJ-5水泥胶砂搅拌机搅拌叶宽度搅拌锅容量搅拌叶自传低速挡高速挡135mm5L1405r/min2810r/min搅拌叶公转低速挡高速挡包装尺寸毛重/净重电压功率625r/min1210r/min764372cm95/70kg380V/550W将JJ-5型水泥胶砂搅拌机电源插头插入电源插座接通电源，红色指示灯亮表示电源接通，再将程控器插头插入本机程控器插座，程控器数码管显示为0，砂罐内装入1350g标准砂，搅拌锅内装入水225g、水泥450g，将搅拌锅装入支座定位孔中，顺时针转动锅至锁紧，再扳动手柄使搅拌锅向上移动处于搅拌工作定位位置。将旋钮开关1K拨至自动位置，按下程控器启动按钮，即自动完成一次低速30秒再低速30秒，同时自动加砂高速30秒停90秒高速60秒停止转动的工作程序。整个过程240秒1秒。然后，扳动手柄使搅拌锅向下移，逆时针转搅拌锅至松开位置，取下搅拌锅。注意：插座三相电源接线一定要保证叶片公转方向与机体上所标方向一致，否则极易损坏搅拌机构，如方向相反，可将三相电源线中任意二线对调连接即可。2.2.3微机控制电子万能试验机功能介绍 自动停机：试样断裂后，移动横梁自动停止移动；自动换档：根据负荷大小自动切换到适当的量程，以确保测量数据的准确性；条件模块：试验过程控制数据和试样条件可制成模块，方便了批量试验的进行；自动变速：试验过程中移动横梁的速度可按预先设定的程序自动变化，也可手动变化任意设定；自动标定：系统可自动实现示值准确度的标定；自动保存：试验结束，试验数据和曲线自动保存；过程实现：试验过程、测量、显示和分析等均由微机完成；批量试验：对相同参数的试样，一次设定后可顺次完成；试验软件：中文界面，菜单提示，鼠标操作；显示方式：数据和曲线随试验过程动态显示；曲线遍历：试验完成后，可对曲线进行再分析，用鼠标可找到曲线上任一点所对应的试验数据；曲线选择：可根据需要选择