胶结充填电渗脱水试验研究.pdf

① 2 7 乃 胶结充填 电渗脱水试验研究 ． 南 方 冶 金 学 院扬 建 永黄 文 钿 T D e o z -, A 一‘ ” 【 摘要】 本文介绍了皮结充填电渗脱水的违度特性， 殛电 渗脱水形成腔诂充填体的强度特性 的试验研究情提．结果表明-与自熟脱水法相比，电渗脱7 K 涪 加快融水违 -提高胶结充填试班的 ． 嚣 腔 嚣 姜 的 性 膨斑 ，，、／ ／ 山 关 键 词 电 渗 脱 水脱 水 速 度强 度 特 性 手 一 九 P ⋯ ／ J 哮～J ． * j 一 强度 I 时 ，可 产生相应 的 电渗流 动 速 度。试 刖 验 中把充填 料浆近似 地看成胶体 。 现 代矿 山腔结充填普 遍采用管道输送， 为了增加充填料浆的可输送性，减少堵管次 数。常常 在充填料浆 中加 入大 量的水。这些 水只有极 少部分被水泥水化时 吸收，而 大部 分成为对 凝结硬化有 害的水 。生产中必须及 时将有害水脱出。常见脱水方法有 自然渗滤 法和溢流法。这两种脱水法又叫 自然 脱 水 法，水依靠 自重 自动从滤水设施中渗出，或 固体 颗粒 自然 沉降后 ，水从溢流 设 施 中 流 出，这两种方法的脱水速度很慢，往往不能 满足安垒、高教生产的要求。本试验的电渗 脱水法是在充填体中如上适当的 电 压 和 电 流 ，利用胶体粒子带 电和带 电粒子在 电压 作 用下作定向运动的特点，强行加快脱水速度 的脱 水方法。 2 试验原理 1 8 0 3 年俄国科学家将两根玻璃管插到湿 的粘土匝里，在玻璃管里加一些水并插上电 极，通 电后发现粘土粒子朝正极方 向运动。 后来的实验证明，不仅粘土，其它悬浮粒子 也有这种在电场中作定向运动的现象。而且 还发现若设法将固相 粘土固定，则可观 察到液体 水在 电场作用下向负极移动， 他将这种现象称为电渗。 根据胶体化学理论，在胶体中加入电流 3试验 3 ． 1 试验 目的 通过试验对电渗脱水和 自然 渗 滤 脱 水 以下简称 自渗脱水的脱水速度， 以及两 种不同的脱水方法形成的充填体试块的强度 特性进行分析比较。 3 ． 2 试验准备 为 了便 于比较，计划 浇注 2个 大小 、浓 度和组成成分完全相同的试块，试块用内空 为2 2 c m 2 2 c ml O O c m的木模 浇 注，浇 注 试块 料浆 的灰砂 比为l 8 。 4 ，重 量 浓 度 为 f 7 ． 5 ％， 各组分的重量 分别为 水泥 1 0 ． 6 8 k [ ， 细磨铜炉 渣 4 ． 7 6 k g ， 粉 煤 灰 4 ． 7 6 k g ， 黄 土1 5 ． 9 6 k g ，尾砂6 3 ． 8 4 k g ，水4 8 ． i s k g 。浇 注试块 时，其 中一 个试块用 电渗法脱 水，另 一 个用 自渗法脱水。用电渗法脱水的试模中 需 布置 阴极和 阳极， 阴极采用 内径为 1 ． 0 e ra 的黄铜管制作，并兼作脱水管，布置时先在 阴极铜管上沿轴向每隔 2 c m钻 2 个 直 径 为 3 ． 5 ram的脱水孔，并在外表 面 包 上 4 层纱 布 。然后将阴极铜管沿铅垂方向布置在木摸 中央与术模的轴线重台。阳极采 用 直 径 为 1 ram的铁丝制作，沿木模的轴线 方 向每 隔 2 5 c m在木模的内表面布置一圈，一共布 置4 囤，用导 线并联在一起，如图所示。 玻鲔充填电 洛脱水试蹬研究一 杨建永 一 2 9 维普资讯 盘 谢 电渗脱水示意图 自渗脱水试模中只按上述方法布置同样 的脱水铜管，但不布置阳极线圈。 浇注时，先将称好的千科千拌均匀，再 按设计的浓度6 7 ． 5 ％分批将千料加水湿拌均 匀后浇注到木模中，直到浇浦木模为止 。电 渗法脱水试模中，当浇注到料浆淹没第一层 最下一层阳极线圈时，开始用直流弧焊 机给试块加上电压。在浇注过程中，电压变 化范围为5 0 ～7 5 V，相应的电流 强 度 为5 ． 2 ～ 1 5 ． I A 。试块浇注好后 第 4 d 拆 模。拆 模 后的试块直立相当好，特别是 电渗脱水法形 成的试块，浇注好后约5 h ，用手指按压袭面 即感觉到有较大的强度，估计能承受人在上 面行 走。 3 ． 3 脱水 试验 在浇往试块过程中，从开始浇注起，每 0 ． 5 h 测量一次脱水量，测量结果见表 1 。 从袭 1 可见，开始脱水后的 前4 h 3 5 mi n 表l 电渗与白渗脱水速度比较 试块 编号 I l 2 30 3 0 7 4O l 6 O 4 5 I 8 0 1 9 8 l T 0 脱水违度，c m。 ／ s 电渗 Vd o ． 2 4 6 0 ． 7 3 4 o ． 9 3 9 o ． 7 1 4 0 ． 7 4 4 0 ． 2 ∞0 ． 3 0 8 0 ． 1 l 0 ． 0 8 9 0 ． 0 2 5 自渗 Vz 0 ． 1 6 2 0 ． 4 2 8 0 ． 4 7 7 o ． 4 g O 0 ． 6 6 l 0 ． 2 4 2 0 ． 3 1 7 0 ． 1 7 6 0 ． 1 l o ． 0 9 4 KVc c ／ V z 1 ． 5 1 9 1 ． 7 1 5 1 ． 9 6 9 1 ． 4 8 8 1 ． 1 2 6 I ． 0 5 8 o ． 9 7 2 0 ． 6 2 5 o ． 8 0 9 d ． 2 6 6 内，电渗脱水速度大于 自渗脱水速度，速度 比k 1 。在这段时间内，k 值的变化区间 是 1 ． 0 6 ～1 ． 9 7 ，其时间加权平均值为1 ． 3 9 ，此 后的k 值小于 1，且越来越小，这是因 为 电 渗脱水试模中的水此时已基本脱千，而 自渗 脱水试模 中还剩大量的水。例如最后 4 栏约 3 h 3 2 mi n ，电渗脱水 试 模 中 只 脱 出 水 量 1 6 8 5 c m。 ，仅 占总脱水量 的1 7 ． 4 ％，而 白 渗 脱水试模 中在这段时 间 内 脱 出 的 水 量 为 2 3 0 8 c m ， 占总脱水 量 的2 8 ． 6 ％。另外 ，在 测量最后一次脱水量后的l O h 内，电渗 试 模 中脱出的水只够这l o b 挥发 室温常压下 ， l O h 后接水容器是千的。但 白渗试模在这l O b 内脱出的水除挥发外尚剩余3 1 0 c m 。 。 3 ． 4 强度试验 对脱水后形成的充填体进行养 护 取样 和单轴压 缩试验。在室温常压 即l 6 ． 6 ℃、 ， 1大气压 的条件 下养护2 8 d 。 取样是用岩石切片机切取试块 。先 将每 个2 2 c mx 2 2 c m1 0 0 c m的试模分 为 上 层、 中上层、中下层和下层 4 十分层，然后 在每 十分层中切取 3 个有代袭性的试块进行压缩 一 罨 。 一 青色矿山1 0 日 三 兰 m 0 O 0 。 m ⋯ 嘶叭 帅 哪 主三 Ⅲ n ． m 树杜雌盼 脱 脱 维普资讯 试验 。试块 尺寸 为5 c m5 c ml O e m 长 宽 高，加压方 向与铅 垂方 向一致， 测得 的备力学参 数见表 2。 从表 2 可看出。与自渗脱水相比，电渗 寰2 电渗与 白渗脱水试块的力学参数比较 脱水提高了试块的抗压强度和杨 氏模量。降 低了试块的泊松比。首先电渗脱水试块的抗 压强度比白渗脱水平均大0 ． 1 2 MP a ，而且除 中上层外，其余 3 层均大于 同层白渗脱水试 块的抗压强度。中上层抗压强度 出现非正常 现象的原因可能是取样和测试误差日 I 超的。 其次各层电渗脱水试块的杨氏模量均大于同 层 自渗脱水的杨 氏模量，且其平均值前者比 后者大1 7 5 0 ． 9 MP a 。最后各层 电渗脱水试块 的泊松比均小于同层 白渗脱水试 块 的 泊 松 比，且其平均值前者比后者小O 。 0 8 下面对电渗脱水提高了充填试块强度的 原因作一扼要分析。 出于 浇 注 试 块 的 料 浆 浓 度 较 低 为 6 7 ． 5 ，浇注时大量的水与充填料一起被注 入试模，其中除极小部分被胶结剂水化时吸 收外，大部分成为对凝结硬化有害的水。电 渗脱水速度快，能尽早地将有害水脱出，因 而提高了试块的强度。 ※ ※ ※ ※ 曼 乏 ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ 另外，在电渗脱水过程 中，电流的加入 会引起充填体发热。开始加 电压 后l h 3 O mi n 和7 h 5 O mi n 得脱水的水温是1 6 。 6 ℃，这 表 明输入充填体的电能，除对充填体进行了电 渗脱水外，还对充填体进行 了电热 养护，而 电热养护也是提高充填体强度的原因之_ - 。 4 结论与建议 1 电渗脱水可加快胶结充填脱水速 度，从而可缩短胶结充填采矿法 的 回 采 周 期，强化矿块开采，提高矿块的生产能力。 2 电渗脱水可提高胶结充填试块的 单轴抗压强度和杨氏模量，降低胶结充填试 块的泊松比，从而可节约水泥用量，降低充 填成本 。 3 建议进行电渗脱水的工业试验， 尽早 将此 技术 用于 矿山生产。 参考文献 略 责任编辑周致勤 ※ ※ ※ ※ 察尊 充 填电 渗 啦水 试 砖研究 一 ’ 扬建球 ※ ※ ※ ※ 一 3 l 一 维普资讯