基于正交实验的废石-磷尾砂充填材料配比优化研究

宋俊杰, 张卫中, 王孟来, 何勤理, 康钦容. 基于正交实验的废石-磷尾砂充填材料配比优化研究[J]. 矿产综合利用, 2022, 43(6): 55-60. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.06.010
引用本文: 宋俊杰, 张卫中, 王孟来, 何勤理, 康钦容. 基于正交实验的废石-磷尾砂充填材料配比优化研究[J]. 矿产综合利用, 2022, 43(6): 55-60. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.06.010
Song Junjie, Zhang Weizhong, Wang Menglai, He Qinli, Kang Qinrong. Reasearch on Optimum Mix Proportion Waste Rock-tailings Backfill Materials Based on Orthogonal Tests[J]. Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2022, 43(6): 55-60. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.06.010
Citation: Song Junjie, Zhang Weizhong, Wang Menglai, He Qinli, Kang Qinrong. Reasearch on Optimum Mix Proportion Waste Rock-tailings Backfill Materials Based on Orthogonal Tests[J]. Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2022, 43(6): 55-60. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2022.06.010

基于正交实验的废石-磷尾砂充填材料配比优化研究

  • 基金项目: 国家自然科学基金青年基金项目(51804222);武汉工程大学人才专项经费资助项目(K201727,K201736);湖北省中央引导地方科技发展专项(2017ZYYD007);武汉工程大学第十一届研究生教育创新基金(CX2019095)
详细信息
    作者简介: 宋俊杰(1996-),男,硕士研究生,主要研究方向为磷矿资源综合利用研究
    通讯作者: 康钦容(1980-),女,博士,副教授,主要从事采矿技术和矿山安全方面的教学和科研工作
  • 中图分类号: TD95

Reasearch on Optimum Mix Proportion Waste Rock-tailings Backfill Materials Based on Orthogonal Tests

More Information
  • 为改善磷矿山固废物的赋存问题,采用正交实验法,开展了废石、磷尾砂充填配比研究。基于SPSS多元非线性回归分析,研究充填体单轴抗压强度、泌水率及坍落度的影响因素,确定较优配比并开展半工业实验进行可靠性分析。实验结果表明:当废石尾砂比为6∶4时,充填性能达到较优;当充填料浆的质量浓度为78%、水泥掺量为280 kg/m3时,充填体泌水率达到较优并满足高流态的泵送要求,符合矿山充填工艺要求。

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  • 图 1  平均抗压强度随3因素变化趋势

    Figure 1. 

    图 2  泌水率、坍落度随3因素变化趋势

    Figure 2. 

    表 1  尾砂矿物组分结果/%

    Table 1.  Main chemical composition of tailings

    P2O5MgOCaOK2ONa2OSiO2Fe2O3其他
    14.486.7637.681.9410.1816.371.0111.58
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    表 2  废石、尾砂基本物理参数

    Table 2.  Basic physical parameters of waste rock and taliings

    样品堆积密度/(t·m-3密度/(t·m-3密实度/%孔隙率/%
    废石1.7502.75463.5536.45
    尾砂1.3282.84146.7753.23
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    表 3  因素与水平

    Table 3.  Factors and levels

    水平因素
    ABC
    1725:5220
    2756:4250
    3787:3280
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    表 4  废石尾砂充填实验正交设计

    Table 4.  Orthogonal design of filling test of waste rock and tailings

    实验组号实验方案ABC
    1A1B1C1725∶5220
    2A1B2C2726∶4250
    3A1B3C3727∶3280
    4A2B1C2755∶5250
    5A2B2C3756∶4280
    6A2B3C1757∶3220
    7A3B1C3785∶5280
    8A3B2C1786∶4220
    9A3B3C2787∶3250
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    表 5  正交实验结果

    Table 5.  Orthogonal experiment results

    实验方案单轴抗压强度泌水率/%塌落度/cm
    7 d28 d
    A1B1C11.523.055.1329.6
    A1B2C22.474.774.6829.1
    A1B3C32.795.373.5629.8
    A2B1C22.224.321.2528.9
    A2B2C33.586.612.3728.4
    A2B3C12.224.385.1429.2
    A3B1C33.276.140.5426.7
    A3B2C12.885.501.2828.2
    A3B3C23.316.331.5927.7
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    表 6  7 d、28 d平均抗压强度结果分析

    Table 6.  Analysis of 7 d and 28 d average compressive strength

    指标7 d平均抗压强度/MPa 7 d平均抗压强度/MPa
    ABCABC
    k12.262.342.21 4.404.504.31
    k22.672.982.675.105.635.14
    k33.152.773.215.995.366.04
    极差R0.890.6411.590.861.73
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    表 7  平均泌水率结果分析

    Table 7.  Analysis of average bleeding rate

    指标ABC
    k14.462.313.85
    k22.922.782.51
    k31.143.642.25
    极差R3.321.331.60
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    表 8  平均坍落度结果分析

    Table 8.  Analysis of average slump constant results

    指标ABC
    k129.528.429
    k228.828.628.6
    k327.528.928.3
    极差R20.50.7
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    表 9  稠度等级与坍落度范围

    Table 9.  Consistency grade and slump range

    稠度等级坍落度/cm状态
    S11~4干硬
    S25~9塑性
    S310~15半流态
    S416~21流态
    S5>21高流态
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    表 10  回归方程统计学参数

    Table 10.  Statistical parameters of regression equation

    R2F
    R7 d0.984370
    R28 d0.988370
    泌水率0.945150
    坍落度0.93178
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    表 11  半工业实验

    Table 11.  Pilot-plant test

    实验号废石:尾砂料浆浓度/%水泥掺量/(kg·m-3倍线
    15∶5782804
    25∶5782805
    35∶5782806
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    表 12  半工业实验结果

    Table 12.  Results of pilot-plant test

    实验号流速/(m·s-1)7 d充填强度/MPa平整度/(°)
    12.831.80.54
    22.481.80.62
    32.211.90.51
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  • [1]

    赵鑫, 蔡慢弟, 董倩倩, 等. 中低品位磷矿资源高效利用机制与途径研究进展[J]. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(4):1121-1130. doi: 10.11674/zwyf.17418

    ZHAO X, CAI M D, DONG Q Q, et al. Advances of mechanisms andtechnology pathway of efficient utilizationof medium—low grade phosphate rock resources[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2018, 24(4):1121-1130. doi: 10.11674/zwyf.17418

    [2]

    张汉泉, 周峰, 许鑫, 等. 中国磷矿开发利用现状[J]. 武汉工程大学学报, 2020, 42(2):159-164.

    ZHANG H Q, ZHOU F, XU X, et al. Development and utilization of phosphate ore in China[J]. Journal of Wuhan Institute of Technology, 2020, 42(2):159-164.

    [3]

    《中国矿产资源报告2019》发布[J]. 地质装备, 2019, 20(6): 3-4.

    《China Mineral Resources Report 2019》 released[J]. Equipment for Geotechnical Engineering, 2019, 20(6): 3-4.

    [4]

    王圳, 张均, 陈芳, 等. 贵州省磷矿固体废弃物治理现状与建议[J]. 矿产综合利用, 2019(1):11-15.

    WANG Z, ZHANG J, CHEN F, et al. Present situation and suggestion of management of phosphate rock solid waste[J]. Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2019(1):11-15.

    [5]

    黄贵臣, 谢冬冬, 韩呈, 等. 基于正交试验的赤铁矿浮选试验研究[J]. 矿产综合利用, 2019(4):63-67. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2019.04.013

    HUANG G C, XIE D D, HAN C, et al. Experimental study on flotation of hematite based on orthogonal test[J]. Multipurpose Utilization of Mineral Resources, 2019(4):63-67. doi: 10.3969/j.issn.1000-6532.2019.04.013

    [6]

    曹晓凡, 唐亦川, 邓念东, 等. 基于重复正交试验的风积砂膏体充填材料配比[J]. 煤矿安全, 2020, 51(1):1-6.

    CAO X F, TANG Y C, DENG N D, et al. Aeolian sand paste filling material ratio based on repeated orthogonal Test[J]. Safety in Coal Mines, 2020, 51(1):1-6.

    [7]

    李阳阳, 陈得信, 杨晓炳, 等. 基于BP神经网络模型充填体粉煤灰基胶凝材料早强激发剂优化研究[J]. 化工矿物与加工, 2018, 47(12):44-49.

    LI Y Y, CHEN D X, YANG X B, et al. Optimization of early strength activator of fly ash based on BP neural network model[J]. Industrial Minerals & Processing, 2018, 47(12):44-49.

    [8]

    赵才智. 煤矿新型膏体充填材料性能及其应用研究[D]. 徐州: 中国矿业大学, 2008.

    ZHAO C Z. Study on coal mine new paste filling material properties and its application [D]. Xuzhou: China University of Mining and Technology, 2008.

    [9]

    巴蕾, 韦寒波, 温震江, 等. 废石-铜渣尾砂混合骨料配比优化试验[J]. 矿业研究与开发, 2020, 40(2):31-37.

    BA L, WEI H B, WEN Z J, et al. Optimization proportioning test on mixed aggregate of waste rock and copper slag tailings[J]. Mining Research and Development, 2020, 40(2):31-37.

    [10]

    易先良, 李松, 倪帮荣, 等. 废石胶结充填物料优化配比的工业试验[J]. 化工矿物与加工, 2014, 43(4):37-39.

    YI X L, LIU S, NI B R, et al. Pilot tests on optimal ratio of waste rock cemented filling materials[J]. Industrial Minerals & Processing, 2014, 43(4):37-39.

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出版历程
收稿日期:  2020-11-23
刊出日期:  2022-12-25

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