全尾砂旋流分級(jí)濃縮制備膠結(jié)料漿工藝

本文重點(diǎn)論述了高濃度全尾砂膠結(jié)充填料的膠結(jié)機(jī)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(guò)程和特點(diǎn)，闡明了高濃度全尾砂膠結(jié)充填的現(xiàn)實(shí)可行性和廣闊的推廣應(yīng)用前景。

試驗(yàn)研究了赤泥對(duì)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(qiáng)度低的問(wèn)題,赤泥的優(yōu)化摻量為24%(占膠凝材料總量),1d抗壓強(qiáng)度約為3.6mpa是不摻赤泥的抗壓強(qiáng)度的6.5倍,3d與7d強(qiáng)度分別能達(dá)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(dòng)性能和膠結(jié)充填體強(qiáng)度,確定膠結(jié)充填料的優(yōu)化配比,并通過(guò)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(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)鋼渣摻量為63%、脫硫石膏摻量為12%、礦渣摻量為25%時(shí),料漿流動(dòng)性能滿足自流型膠結(jié)充填的流動(dòng)性要求,充填體28d抗壓強(qiáng)度為3.73mpa,滿足礦山充填強(qiáng)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(guò)改變復(fù)合泵送劑中引氣劑的用量來(lái)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(duì)全尾砂膏體膠結(jié)充填料漿各項(xiàng)性能(坍落度、分層度、泌水率,硬化后的抗壓強(qiáng)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(shí)引氣含量過(guò)高則會(huì)導(dǎo)致料漿硬化后的抗壓強(qiáng)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(hù)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(qiáng)度和工作性能滿足礦山開(kāi)采充填使用要求。粉煤灰膠結(jié)充填材料的強(qiáng)度主要由以未反應(yīng)的粉煤灰微粒為骨架,團(tuán)簇狀和無(wú)定形絲狀凝膠類(lèi)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(gè)體系具有一定強(qiáng)度。

實(shí)驗(yàn)選取了ⅰ級(jí)和ⅱ級(jí)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(hù)3d,強(qiáng)度可達(dá)5.432mpa,在20±1℃下養(yǎng)護(hù)28d強(qiáng)度可達(dá)3～7mpa,滿足一般礦山對(duì)充填料的要求.根據(jù)料漿質(zhì)量分?jǐn)?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?jǐn)?shù)范圍為80.5%～83.0%.通過(guò)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(lèi)物質(zhì)、鈣礬石和方解石.

某礦現(xiàn)有分級(jí)尾砂充填系統(tǒng)效率低、尾砂供應(yīng)不足、工藝復(fù)雜。對(duì)該礦全尾砂作為充填骨料的可行性進(jìn)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(cè)物料的沉降、滲透、凝結(jié)、強(qiáng)度等性能。檢測(cè)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(xì)。試驗(yàn)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(shí),充填料漿終凝時(shí)間為26.2～23.9h;灰砂比1∶8時(shí),終凝時(shí)間41.4～40h,初終凝時(shí)間差不超過(guò)2h;各組膠結(jié)料漿塌落度為24.9～26.8cm,流動(dòng)性較好。各組試樣28d強(qiáng)度在0.38～1.9mpa,且濃度、水泥量與強(qiáng)度呈正相關(guān)的關(guān)系。結(jié)合礦山采礦方法對(duì)凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)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(lèi)礦山全尾砂膠結(jié)充填物力學(xué)性能的確定提供參考。

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

充填料漿的流變特性是反映料漿流動(dòng)性和穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。為實(shí)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(chǎng)開(kāi)展了水泥全尾砂料漿的試驗(yàn)研究。通過(guò)對(duì)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(dòng)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?qǐng)鏊煤蟪涮畈傻V法,具有尾砂粒級(jí)細(xì)、含硫高、粘性大等特點(diǎn),若用分級(jí)尾砂充填礦山充填材料缺口很大,同時(shí)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(qiáng)度充填膠結(jié)材料是冬瓜山銅礦實(shí)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(guò)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(qiáng)的大體積低標(biāo)號(hào)膠結(jié)體。試驗(yàn)證明,全尾礦膠結(jié)充填體的整體性較好,其強(qiáng)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(shí)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(xì)骨料,經(jīng)添加水泥攪拌均勻后通過(guò)管道自流輸送至充填采場(chǎng),與粗骨料細(xì)磨和泵壓輸送工藝相比,其流程大為簡(jiǎn)化且運(yùn)營(yíng)成本低,系統(tǒng)生產(chǎn)能力大,充填料漿在管道及采場(chǎng)中呈結(jié)構(gòu)流動(dòng),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(qiáng)度分別達(dá)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(jì)效益和技術(shù)支撐。

針對(duì)金屬礦山膠結(jié)充填材料凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、強(qiáng)度增長(zhǎng)慢、材料成本高等問(wèn)題,研發(fā)了一種高強(qiáng)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(shí)間短,強(qiáng)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(dāng)充填料漿的濃度達(dá)到膏體時(shí),在沒(méi)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(jiǎn)化了充填料漿制備工藝。

考慮灰砂比、料漿濃度為充填料強(qiáng)度的主要影響因素,以播卡金礦全尾砂為骨料,通過(guò)設(shè)計(jì)試驗(yàn)方案,并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)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(yàn),進(jìn)行極差分析和方差分析,分析出影響3d抗壓強(qiáng)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(dòng)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(qiáng)度可達(dá)到0.75mpa,28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)到2.92mpa,料漿流動(dòng)性為173mm,充填體高度為64.47mm。

實(shí)驗(yàn)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(guò)對(duì)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(qiáng)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(qiáng)度達(dá)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(qiáng)度為4mpa左右。通過(guò)sem分析表明,該充填料固化后形成絮狀和團(tuán)簇狀的膠體以及針棒狀的石膏和鈣礬石,它們團(tuán)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(qiáng)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(qiáng)度高的特點(diǎn)。

針對(duì)傳統(tǒng)尾礦膠結(jié)材料存在用量大、成本高及性能差等問(wèn)題,試驗(yàn)以水淬渣和其它幾種激發(fā)劑為膠結(jié)劑,以司家營(yíng)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(shí)驗(yàn)總結(jié)的膠結(jié)材料配比基礎(chǔ)上,加入幾種不同類(lèi)型的減水劑,研究加入減水劑之后的新型膠結(jié)材料強(qiáng)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(qiáng)度提高,流變特性增強(qiáng),可以使礦山二步回采的充填更加高效和安全。

針對(duì)鏡鐵山礦銅礦的開(kāi)采現(xiàn)狀及生產(chǎn)要求,通過(guò)研究采用全尾砂結(jié)構(gòu)流體膠結(jié)充填工藝,并進(jìn)行充填系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及建設(shè)。通過(guò)運(yùn)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(dá)到60～80m3/h,采礦揭露的一步驟充填體的強(qiáng)度達(dá)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。