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姜照顾;吴爱祥;李红
【摘 要】金属矿尾矿中通常含有较高的硫,充填尾砂中硫含量过高,,争论含硫尾砂对充填体分散时间和强度的影响,并依据争论结果提出添加硅酸钠和柠檬酸两种调控措施. 试验结果说明,随着尾砂含硫量增加,充填料浆分散时间延长, 18%的尾砂充填体 28 d 强度大于 MPa, 4%时,促凝效果明显,但由于次生膨胀相的生成,充填体 28 d %时,充填料浆分散时间增加不明显,此时充填体 28 d 强度到达 MPa,且随养护时间增加未消灭降低,,导致其构造疏松,不断生成的次生膨胀相产物可以填充水化产物之间空隙, 使充填体内部更加密实.%The high sulfur content will reduce the strength of backfill. Adopting pyrite concentrate and sulfur tailings to control the sulfur content of tailings,the sulfur tailings effect on setting time and strength of filling body is studied,and accord-ing to the research results,two control measures of adding sodium silicate and citric acid are put forward. The results show that with sulfur content of tailings increasing,slurry setting time is longer,filling body strength reducing. The strength of backfill with less than 18% sulfur content is more than 1. 2 MPa and the tailings can be used as filling aggregates. The sodium silicate is less than 4%,the accelerating effect is obvious. However,due to the formation of secondary expansion phase,the filling body 28d strength reduces gradually. When the citric acid is 0. 3%,the increase of the setting
time of the slurry is not obvious,and the body 28d strength reaches 1. 0
MPa,and not decrease with the extension of curing time and meets filling requirements. Be-cause the body early strength is restrained,its structure is loose,the secondary expansion phase is formed continuously to fill the pore between hydration product,making the body interior further dense.
【期刊名称】《金属矿山》
【年(卷),期】2025(000)010
【总页数】5 页(P171-175)
【关键词】高硫尾砂;含硫量;充填体性能;硅酸钠;柠檬酸
【作 者】姜照顾;吴爱祥;李红
【作者单位】金属矿山高效开采与安全教育部重点试验室,北京 100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083;金属矿山高效开采与安全教育部重点试验室,北京 100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京 100083;金属矿山高效开采与安全教育部重点试验室,北京 100083;北京科技大学土木与环境工程学院,北京100083
【正文语种】中 文
【中图分类】
全尾砂胶结充填一方面可以治理井下采空区，另一方面可以削减地表尾矿库的安全隐患，实现金属矿山无废化开采。金属矿山尾砂中常含有各种硫化物，争论说明[1-2]，硫化物含量较高会降低充填体后期强度。针对含硫尾砂充填体后期强度损失的调控措施，国内学者开展了相关试验。铜陵化工集团桥矿业承受水
泥和粉煤灰胶结含硫量低于 8%的全尾砂，制备出了后期强度较高的充填材料，进
而解决了矿山含硫尾砂堆存问题[3]；田均兵等[4]争论觉察承受 KL 固化剂取代水泥固结含硫尾砂，可以保证充填体后期强度不消灭倒缩；王怀勇等[5]争论说明提高充填体灰砂比至 1∶4 时，可以降低硫化物氧化反响生成的硫酸盐对水泥的侵蚀作用。
试验以一般硅酸盐水泥和含硫全尾砂为主要原料制备充填材料，争论不同含硫量尾砂充填体性能。同时，探讨高硫尾砂充填体性能调控措施，争论硅酸钠和柠檬酸两种化学外加剂对高硫尾砂充填体性能的影响，为高硫尾砂井下充填供给借鉴。
试验材料
试验用胶凝材料为 425#一般硅酸盐水泥，市售；含硫全尾砂来自安徽金牛矿业大包庄硫铁矿，使用硫精矿调整全尾砂中的硫含量。尾砂和硫精矿物理性质见表 1， 全尾砂和硫精矿主要化学多元素分析结果见表 2。
由表 1 可知，全尾砂-20 μm 的超细颗粒含量到达 75%，平均粒径仅为 μm， 不均匀系数大于 5，因此含硫尾砂为级配较好的超细全尾砂。硫精矿密度大于全尾砂，超细颗粒含量较少，颗粒级配稍差于全尾砂。由表 2 可知，全尾砂中 S 含量为 %。尾砂中 Ca、Mg、Al 元素含量较低，不会对充填体稳定性产生不良影响。硫精矿中 Ca、Mg、Al 含量与全尾砂相差不大，硫元素含量为 %。
试验设计和方法
通过硫精矿调整全尾砂中含硫量，争论不同含硫量对充填体分散性能和强度的影响， 然后基于含硫量为 25%的高硫尾砂，开展硅酸钠和柠檬酸对尾砂充填体的性能影
响试验。试验料浆浓度为 72%，灰砂比 1∶8。
首先将相应质量的水和外加剂混合均匀，然后将水泥、尾砂和外加剂水溶液依据上述配比倒入砂浆搅拌锅内，按 GB/T50080—2025 标准进展搅拌，取局部料浆测定分散时间，剩余料浆注入 mm× mm× mm 标准三联试模中并振
捣刮平，将试模放入养护箱中进展标准养护(温度 20±1℃、湿度≥90%)，脱模后
连续养护，测定试块不同龄期强度。分散时间测定参考《GB/T1346—2025 水泥标准稠度用水量、分散时间、安定性检验方法》进展，强度测定依据
《GB/T17671—1999 水泥胶砂强度检验方法》进展。
尾砂含硫量对充填体性能影响
调整尾砂含硫量分别为 %、12%、18%、25%，充填体初凝时间、终凝时间和单轴抗压强度变化见图 1。
由图 1 可知：随着尾砂含硫量的增加，充填体分散时间渐渐延长；当尾砂含硫量增加到 25%时，与 %含硫量相比，充填体初凝时间增加 %，终凝时间增加 %。当含硫量小于 12%时，随着硫化物含量增加，充填体 7、14 d 强度降低，28 d 强度上升。含硫量大于 12%时，充填体各龄期强度随尾砂含硫量增加而下降，含硫量 12%～18%时，强度下降最快。尾砂含硫量为 25%时，%的尾砂充填体相比，充填体 28 d 强度下降 %，仅为 MPa。随着养护时间的增加，尾砂含硫量为 %、12%时，充填体 28 d 强度比 14 d 强度分别下降 %、%。当含硫量为 18%时，充填体 28 d 强度大于 MPa，满足对充填体强度的最低要求[6]。因此，含硫量小于 18%的尾砂可以直接用作充填骨料。
外加剂对高硫尾砂充填体分散性能的影响
硅酸钠添加量分别为 2%、4%、6%，柠檬酸添加量分别为 %、%、%时， 充填体初凝时间、终凝时间变化见图 2，外加剂掺量为 0 时设为空白比照组。
由图 2 可知：低于 4%的硅酸钠可以明显缩短充填体的分散时间，与比照组相比， 硅酸钠添加量为 4%时，充填体初凝和终凝时间分别缩短 14%和 18%；连续增加
其含量至 6%时，充填体分散时间略有上升，说明硅酸钠过量不利于充填体的分散； 柠檬酸添加量小于 %时，对充填体的缓凝作用较小；添加量大于 %时，充
填体分散时间渐渐增加，当柠檬酸添加量为 %时，与比照组相比，初凝时间、
终凝时间分别延长 %和 %。
外加剂对高硫尾砂充填体强度性能的影响
硅酸钠添加量分别为 0、2%、4%、6%，柠檬酸添加量分别为 0、%、%、%时，充填体强度变化见图 3。
由图 3 可知，随着硅酸钠添加量增加，充填体 7、14 d 强度上升，而 28 d 强度消灭下降。硅酸钠添加量为 4%、6%时，随着养护时间的增加，充填体 28 d 强度出 现损失，且损失量随着充填体早期强度的增加而增大。与比照组相比，柠檬酸添加 量为 %时，充填体 14、28 d 强度分别提升 %和 %；%、%时，虽然充填体 28 d 强度连续增加，但是 7 d 和 14 d 强度消灭下降。添加柠檬酸后，随着养护时间的增加，充填体 28 d 强度均未消灭损失。当柠檬酸
添加量为 %～%时，充填体 28d 强度高于 MPa，可以满足充填要求。对含硫量为 %、25%的尾砂充填体，添加 6%硅酸钠和 %柠檬酸的高硫尾砂充填体分别进展 SEM 分析，结果见图 4 和图 5。
由图 4 可知，充填体中水化产物主要为无定形 C-S-H 凝胶。尾砂含硫量 %时， 充填体微观构造更为致密；尾砂含硫量 25%时，充填体内部空隙较多，微观构造
疏松。这是由于高硫尾砂中硫化物氧化会生成酸，过多酸的形成将降低四周环境的pH 值，使 C-S-H 凝胶消灭脱钙现象，同时局部 C-S-H 凝胶发生构造解离[7]，进而使充填体内部构造疏松，在宏观上表现为充填体强度降低。
由图 5 可知，硅酸钠充填体内部构造致密，而柠檬酸充填体内部 C-S-H 凝胶较少， 构造疏松。这是由于硅酸钠在水溶液中水解生成硅酸溶胶和 NaOH，这两者加速
了 C-S-H 的形成，从而缩短了充填体的分散时间，提高了其早期强度[8]。与硅酸钠相反，柠檬酸会在 C3S 外表形成吸附膜抑制其转化，延长充填体的分散时间， 降低其早期强度[9]。
由于尾砂中硫化物被氧化后生成而会与 Ca(OH)2 和水泥中 C3A 发生发应，形成
次生膨胀相，即次生石膏和次生钙矾石。一方面，当尾砂含硫量较高和柠檬酸含量较高时，充填体内部构造疏松(如图 4(b)和图 5(b)所示)，次生膨胀相不断填充 C- S-H 之间空隙，使充填体后期强度随养护时间增加(如图 1(b)和图 3(b)所示)；另一方面，当尾砂含硫量低和添加硅酸钠较多时，充填体内部构造致密(如图 4(a)和图5(a)所示)，次生膨胀相不断破坏 C-S-H 构造，从而造成充填体后期强度的下降[1,10](如图 1(b)和图 3(a)所示)。
(1)随着尾砂含硫量的增加，充填体分散时间渐渐增加，强度明显下降。当含硫量
低于 18%时，充填体 28 d 强度大于 MPa，此时尾砂可以直接用作充填骨料。(2)添加 %的柠檬酸对高硫尾砂充填体缓凝作用较小，同时充填体 28 d 强度提
高 %，可以满足充填要求，是提高高硫尾砂充填体性能的最正确措施。
硅酸钠水解生成硅酸，可以促进水泥中 C-S-H 的生成，缩短料浆分散时间，提高充填体早期强度。但是添加硅酸钠后会增大充填体后期强度损失，且强度损失与硅酸钠添加量正相关。
柠檬酸使充填料浆分散时间增加，但有利于充填体后期强度的进展，缘由是次生膨胀相可以填充 C-S-H 之间空隙，使充填体内部更加密实。
【相关文献】
[1] 刘允秋，[J].现代矿业，2025(11):195-196.
Liu Yunqiu，Hou of sulfur tailings backfill strength[J].Modern Mining ， 2025(11):195-196.
周 宇，孙 达，谢顺来,[J].采矿技术，2025(3):22-24. Zhou Yu，Sun Da，Xie Shunlai，et on high sulfur tailings cementing material[J].Mining Technology，2025(3):22-24.
[J].有色金属(矿山局部)，2025， 66(3):9-11.
Gao and practice on the application of sulfur tailings in the cement filling of the underground goaf[J].Nonferrous Metals(Mine Section) ，2025，66(3):9-11.
田均兵，陈昌礼，邓晓轩,[J].中国矿业，2025，25(4):103-107. Tian Junbing，Chen Changli，Deng Xiaoxuan，et experimental study of the cemented filling of high sulfur tailings[J].China Mining Magazine ，2025，25(4):103-107.
王怀勇，张爱民，[J].中国矿山工程， 2025，43(6):1-4.
Wang Huaiyong，Zhang Aimin，He study on unclassified tailing backfill materials proportion and pipeline transportation property with high sulphur and superfine particle[J].China Mine Engineering ，2025，43(6):1-4.
张富民，[M].北京：中国建筑工业出版社，1986.
Zhang Fumin，et Design Manual[M].Beijing ：China Architecture and Building Press，1986.
何 真，王 磊，邵一心， C-S-H 凝胶构造的影响[J].建筑材料学报，2025， 14(3)：293-298.
He Zhen，Wang Lei，Shao Yixin，et of decalcification on C-S-H gel microstructure in cement paste[J].Journal of Building Materials ，2025，14(3)：293-298.
[J].江西煤炭科技，1999(2):47-50.
Zhang of water glass on cement slurry hardening[J].Jiangxi Coal Science & Technology，1999(2):47-50.
张 [D].武汉：武汉理工大学，2025. Zhang and mechanism of chemical admixtures on cement hydration process[D].Wuhan：Wuhan University of Technology，2025.
张钦礼，康 虔，肖富国，[J].金属矿山，2025(11):39-42. Zhang Qinli，Kang Qian，Xiao Fuguo，et technology of cemented backfilling with high viscosity sulfur-content tailings[J].Metal Mine ，2025(11):39-42.