全尾砂旋流分級濃縮制備膠結(jié)料漿工藝

本文重點論述了高濃度全尾砂膠結(jié)充填料的膠結(jié)機理和料漿濃度確定方法，分析了高濃度全尾砂膠結(jié)充填料的膠結(jié)過程和特點，闡明了高濃度全尾砂膠結(jié)充填的現(xiàn)實可行性和廣闊的推廣應(yīng)用前景。

試驗研究了赤泥對礦渣少熟料全尾砂膏體膠結(jié)充填料性能的影響。結(jié)果表明赤泥能有效激發(fā)該體系的活性,解決了礦渣少熟料全尾砂膏體膠結(jié)充填料早期強度低的問題,赤泥的優(yōu)化摻量為24%(占膠凝材料總量),1d抗壓強度約為3.6mpa是不摻赤泥的抗壓強度的6.5倍,3d與7d強度分別能達到5.3,7.2mpa,滿足礦山充填的要求。

以鋼渣和尾砂為主要充填材料,綜合分析料漿流動性能和膠結(jié)充填體強度,確定膠結(jié)充填料的優(yōu)化配比,并通過x射線衍射(xrd)和掃描電鏡(sem)微觀分析觀察其微觀結(jié)構(gòu)和水化產(chǎn)物。試驗結(jié)果表明,當鋼渣摻量為63%、脫硫石膏摻量為12%、礦渣摻量為25%時,料漿流動性能滿足自流型膠結(jié)充填的流動性要求,充填體28d抗壓強度為3.73mpa,滿足礦山充填強度要求。

在摻入由聚羧酸系超塑化劑和引氣劑復(fù)合而成的泵送劑的情況下,通過改變復(fù)合泵送劑中引氣劑的用量來調(diào)整全尾砂膏體膠結(jié)充填料漿中的含氣量,研究含氣量對全尾砂膏體膠結(jié)充填料漿各項性能(坍落度、分層度、泌水率,硬化后的抗壓強度等)的影響。結(jié)果表明:料漿中含氣量的增加可以明顯改善料漿的分層度和泌水性,并提高料漿的坍落度;但同時引氣含量過高則會導(dǎo)致料漿硬化后的抗壓強度的急劇下降。采用文中的原材料和泵送劑,全尾砂膏體膠結(jié)充填料漿最佳含氣量為7.5%~9.5%。

全尾砂膠結(jié)充填工藝在馬莊鐵礦的應(yīng)用,提高了鐵礦石回采率,降低了貧化率,保護了原始的地質(zhì)環(huán)境。

尾砂膠結(jié)充填新材料新工藝

研究了以粉煤灰為主要組分的膠結(jié)充填料,得到粉煤灰作為膠結(jié)充填材料的最佳配合比,其強度和工作性能滿足礦山開采充填使用要求。粉煤灰膠結(jié)充填材料的強度主要由以未反應(yīng)的粉煤灰微粒為骨架,團簇狀和無定形絲狀凝膠類物質(zhì)充填到骨架中,片狀氫氧化鈣和絲狀物彼此交叉搭接,使得整個體系具有一定強度。

實驗選取了ⅰ級和ⅱ級兩種粉煤灰,以石灰和脫硫石膏為激發(fā)劑制備的膠凝材料完全取代傳統(tǒng)的膠結(jié)劑水泥,以膠砂比為1∶4,水膠比為1∶1左右制備的粉煤灰全尾砂充填料在45±1℃下養(yǎng)護3d,強度可達5.432mpa,在20±1℃下養(yǎng)護28d強度可達3～7mpa,滿足一般礦山對充填料的要求.根據(jù)料漿質(zhì)量分數(shù)和坍落度關(guān)系曲線,得到了該材料制備成的可泵送膏體質(zhì)量分數(shù)范圍為80.5%～83.0%.通過x射線衍射和掃描電鏡分析,膠凝材料的水化產(chǎn)物主要為凝膠類物質(zhì)、鈣礬石和方解石.

某礦現(xiàn)有分級尾砂充填系統(tǒng)效率低、尾砂供應(yīng)不足、工藝復(fù)雜。對該礦全尾砂作為充填骨料的可行性進行研究,配制濃度為66%6、8%、70%和72%,灰砂比為1∶4、1∶81、∶12的全尾砂膠結(jié)充填物料,并檢測物料的沉降、滲透、凝結(jié)、強度等性能。檢測表明,全尾礦孔隙率為39.71%,自然安息角為40°,平均粒徑為0.0497mm,尾砂較細。試驗結(jié)果表明,料漿的沉降作用產(chǎn)生的泌水率為6.39%～23.76%,濃度提高幅度為1.81%～8.77%,滲透速度為0.25～0.36cm/h;灰砂比1∶4時,充填料漿終凝時間為26.2～23.9h;灰砂比1∶8時,終凝時間41.4～40h,初終凝時間差不超過2h;各組膠結(jié)料漿塌落度為24.9～26.8cm,流動性較好。各組試樣28d強度在0.38～1.9mpa,且濃度、水泥量與強度呈正相關(guān)的關(guān)系。結(jié)合礦山采礦方法對凝結(jié)時間、強度等的要求,推薦配比為灰砂比1∶8,濃度70%～72%。研究成果可為同類礦山全尾砂膠結(jié)充填物力學(xué)性能的確定提供參考。

對阿舍勒銅礦全尾砂、各采砂場戈壁集料、鋼渣水泥分別取樣進行了全尾砂化學(xué)成份、全尾砂及戈壁集料全粒級組成、基本物理參數(shù)等的測定,對不同全尾砂及戈壁集料比例、不同灰砂比及料漿濃度進行了配比優(yōu)化試驗研究,試驗得出了充填料漿的合理制備參數(shù)及充填試塊的強度特征,為充填系統(tǒng)的改造及工業(yè)試驗提供了依據(jù)。

充填料漿的流變特性是反映料漿流動性和穩(wěn)定性的重要指標。為實現(xiàn)全尾砂膠凝料漿的自流穩(wěn)定輸送,在石人溝鐵礦現(xiàn)場開展了水泥全尾砂料漿的試驗研究。通過對水泥全尾砂料漿流變特性的分析,揭示影響全尾砂膠凝料漿流變性的因素,并建立砂漿流動性和穩(wěn)定性分別與影響因素的關(guān)系,為充填工藝提供理論依據(jù)。

某礦采用階段空場嗣后充填采礦法,具有尾砂粒級細、含硫高、粘性大等特點,若用分級尾砂充填礦山充填材料缺口很大,同時在充填料漿中含有一定的有害氣體。因此采用全尾砂高濃度連續(xù)充填和選擇適宜的高強度充填膠結(jié)材料是冬瓜山銅礦實現(xiàn)安全文明生產(chǎn),保證礦山生產(chǎn)能力的前提。

張馬屯鐵礦全尾砂膠結(jié)充填系統(tǒng)采用選礦廠兩段脫水后的尾礦,通過攪拌將全尾砂與水泥、水混合制成高濃度均質(zhì)膠結(jié)充填料,以管道全自流輸送方式充入采空區(qū),形成整體性強的大體積低標號膠結(jié)體。試驗證明,全尾礦膠結(jié)充填體的整體性較好,其強度能滿足膠結(jié)充填需要;采用全尾礦膠結(jié)充填封堵效果好,脫水能滿足要求,且易實現(xiàn)接頂充填

新型尾砂膠結(jié)材料在礦山充填中應(yīng)用

阿舍勒銅礦充填采用戈壁料作為粗骨料,尾砂作為細骨料,經(jīng)添加水泥攪拌均勻后通過管道自流輸送至充填采場,與粗骨料細磨和泵壓輸送工藝相比,其流程大為簡化且運營成本低,系統(tǒng)生產(chǎn)能力大,充填料漿在管道及采場中呈結(jié)構(gòu)流動,不產(chǎn)生分層、離析等不良現(xiàn)象,避免了管道堵塞,減小了管道磨損。該充填工藝技術(shù)制作的灰砂比為1∶8,1∶3的充填體,28d強度分別達到1.027,3.83mpa,滿足阿舍勒銅礦不同采礦方法的生產(chǎn)要求,為礦山取得了良好的經(jīng)濟效益和技術(shù)支撐。

針對金屬礦山膠結(jié)充填材料凝結(jié)時間長、強度增長慢、材料成本高等問題,研發(fā)了一種高強快凝尾砂膠結(jié)材料。該膠結(jié)材料以粒化高爐礦渣為主要原材料,加入一定比例的工業(yè)副產(chǎn)品、水泥熟料及少量活性激發(fā)劑研磨而成。結(jié)果表明在相同條件下,該材料與水泥相比,充填體凝結(jié)時間短,強度高,抗寒性好,可極大降低灰砂比,節(jié)約充填成本,提高生產(chǎn)效率。

高濃度全尾砂-水淬渣膠結(jié)充填料漿必須添加石灰作為添加劑才能使料漿正常凝固,而當充填料漿的濃度達到膏體時,在沒有石灰添加劑的情況下能夠正常凝固,采用膏體充填技術(shù)可以減少充填材料的組分,簡化了充填料漿制備工藝。

考慮灰砂比、料漿濃度為充填料強度的主要影響因素,以播卡金礦全尾砂為骨料,通過設(shè)計試驗方案,并對試驗結(jié)果進行分析和處理,得出播卡金礦全尾砂膠結(jié)充填采礦所需的配比。

以礦渣、水泥、半水石膏、脫硫石膏與生石灰作為膠凝材料,并且加入少量萘系高效減水劑,制備全尾砂膠結(jié)充填材料。采用正交試驗,進行極差分析和方差分析,分析出影響3d抗壓強度與膨脹性能的最主要因素為半水石膏與脫硫石膏的比例,影響流動性最主要因素為生石灰摻量,其次為半水石膏和二水石膏比例和石膏總摻量,確定出最佳配合比為a3b2c3。結(jié)果表明,采用最佳配合比,全尾砂膠結(jié)充填材料3d抗壓強度可達到0.75mpa,28d抗壓強度可達到2.92mpa,料漿流動性為173mm,充填體高度為64.47mm。

實驗以赤泥、水淬高爐礦渣、脫硫石膏、全尾砂和少量水泥熟料制備出一種新型的膏體和似膏體全尾砂膠結(jié)充填材料,通過對體系質(zhì)量濃度的考察,得出了質(zhì)量濃度(水膠比)-坍落度、坍落度-強度關(guān)系曲線。膏體全尾砂膠結(jié)充填料的合適的質(zhì)量濃度為79.4%~81.9%,所制備的試塊60d強度達到4~6mpa;似膏體膠結(jié)充填料的合適的質(zhì)量濃度為78.0%左右,所制備的試塊60d強度為4mpa左右。通過sem分析表明,該充填料固化后形成絮狀和團簇狀的膠體以及針棒狀的石膏和鈣礬石,它們團聚交織在一起形成小仙人球狀的結(jié)構(gòu)填充在尾砂顆粒間,增強相和基體相的界面的結(jié)合。該充填料具有工作性能好、成本低和強度高的特點。

針對傳統(tǒng)尾礦膠結(jié)材料存在用量大、成本高及性能差等問題,試驗以水淬渣和其它幾種激發(fā)劑為膠結(jié)劑,以司家營鐵礦全尾砂為骨料,制備新型膠結(jié)充填材料。在前期大量實驗總結(jié)的膠結(jié)材料配比基礎(chǔ)上,加入幾種不同類型的減水劑,研究加入減水劑之后的新型膠結(jié)材料強度與流變特性的變化。結(jié)果表明:加入減水劑的膠結(jié)材料與之前的膠結(jié)材料相比,強度提高,流變特性增強,可以使礦山二步回采的充填更加高效和安全。

針對鏡鐵山礦銅礦的開采現(xiàn)狀及生產(chǎn)要求,通過研究采用全尾砂結(jié)構(gòu)流體膠結(jié)充填工藝,并進行充填系統(tǒng)的設(shè)計及建設(shè)。通過運行,充填料漿的濃度穩(wěn)定在68%～69%,充填料漿的灰砂比1:4～1:20靈活可調(diào),充填料漿制備輸送能力達到60～80m3/h,采礦揭露的一步驟充填體的強度達到了3.0mpa以上,能夠滿足二步驟礦柱回收的要求,為鏡鐵山礦銅礦二步驟礦柱的回采提供了有力的保障。