全尾砂连续充填工艺及胶结材料技术的研究
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇全尾砂连续充填工艺及胶结材料技术的研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘要： 某矿采用阶段空场嗣后充填采矿法，具有尾砂粒级细、含硫高、粘性大等特点，若用分级尾砂充填矿山充填材料缺口很大，同时在充填料浆中含有一定的有害气体。因此采用全尾砂高浓度连续充填和选择适宜的高强度充填胶结材料是冬瓜山铜矿实现安全文明生产，保证矿山生产能力的前提。
Abstract： Dongguashan copper adopts stage of open stope filling mining method， with fine grade of tail sand， high sulfur content， viscosity and other characteristics. The gap would be great if the classified tailings filling mining filling materials， also contain harmful gas in filling pulp. Therefore， high concentrations of tailings with full continuous filling and the appropriate choice of high-strength filler cementing material is the premise to achieve safe and civilized production， ensuring mine production capacity of Dongguashan copper mine.
关键词： 浓度；切向进料；多点絮凝；进出平衡；抑制悬浮；矿渣胶结
Key words： concentration；tangential feed；multi point flocculation；feed-discharge balance；inhibition of suspension；slag cement
中图分类号：TD8 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）36-0089-02
0 引言
某矿选矿排出尾砂极细，其细度在国内同行业矿山中是罕见的，同时由于大量的蛇纹岩矿石，尾砂中泥性物质含量多，通过对相关参数的测定和试验及尾矿的特性进行了研究分析，尾矿难以沉降，对冬瓜山铜矿的全尾充填要想做到高质量、高浓度的充填能力难度是相当大的，因此，必须进行充填科研攻关，具体尾矿基础参数[1-4]详见表1。
1 进料与沉降速度技术研究
矿浆沉降速度与物料的粒径、比重、沉降时间、沉降距离、温度等有关。沉降面积等在比重恒定的条件下，对沉降速度有很大的影响[5-7]。冬瓜山立式砂仓类似选厂的浓缩池或沉降槽，与之相比，其高度增加、直径变小，给仓顶尾砂的固液分离增加了难度，通过试验冬瓜山尾砂在立式砂仓中最适宜的沉降浓度为20%-25%，尾砂沉降面在距仓顶8m以下。否则由于立式砂仓仓顶沉淀面积大大减小，仓顶周边溢流中常含有大量细颗粒，特别是当沉降面逐渐上升后，溢流浓度将越来越高，严重污染影响仓顶溢流的排放。尾矿在进入立式砂仓前为便于尾矿快速沉降，进料口应于进料桶相切，这主要是消耗泵送料浆的冲、动能，容易在成再次翻起，使仓内尾砂处在运动状态中就会阻碍进仓尾砂和仓内己有的细尾砂沉降。同时尾砂在沉降过程中由于粒径不同，受重力作用尾砂在砂仓内粗颗粒尾砂先沉，细粒级后沉，一部分细粒级通过溢流进入西山空区和24米浓密池，容易产生自然分级影响充填体强度。因此，为解决上述问题，本次试验根据立式砂仓的特点，特别设计仓顶溢流澄清脱水系统。
对于自然沉降而言，随着矿浆PH值的降低，颗粒沉降速度减慢，澄清层浑浊不清，这是由于浮选分离铜硫时使用了大量的石灰作为黄铁矿的抑制剂，使黄铁矿表面因氧化作用生成硫酸钙，同时还可能生成氢氧化铁，在酸性矿浆中，因氧化作用减弱和酸洗作用，使矿物暴露出更多的新鲜表面，并使氢氧化铁吸附其上，颗粒表面因氢氧化铁电离出大量的氢氧根离子而带正电荷，致使矿物细颗粒带正电而互相排斥，难以沉降[8-10]。
絮凝沉降和自然沉降的差别就是添加了絮凝剂，利用“架桥”机理，高分子同时在两个以上的颗粒表面吸附，借助自身的长链结构而把颗粒联结在一起[11]。这种高分子絮凝桥联作用的必要条件是：①高分子在颗粒表面的吸附不紧密，有足够数量的链环，链尾向颗粒周围自由伸出；②高分子在颗粒表面的吸附比较稀松，颗粒表面有足够的可供进一步吸附的空位。此外，高分子桥联作用有一重要特点，就是在适当条件下，吸附的高分子可以跨越两样颗粒的双电层而发生桥联，从而起絮凝作用。在有助凝剂的絮凝沉降中，助凝剂起到了优先絮凝的作用，特别是对微细粒级物料有很好的絮凝作用，从而给絮凝剂提供了良好的絮凝基础[12-13]。根据试验絮凝剂与助凝剂配合使用对冬瓜山沉降较为有利，在选定药剂组合之后，我们进行了组合的用量试验。试验结果表明，絮凝剂的用量应适当，用量很少时，显示有选择性，超过一定用量，就失去了选择性，而成为无选择性絮凝，用量再大，将呈现保护溶胶作用而不能絮凝。试验表明，该铜矿的尾矿絮凝剂的用量在15克/吨为宜，助凝剂的二次用药比一次用药的效果要优于一次用药的效果，助凝剂的用量在300克/吨左右为宜，在立式砂仓絮凝剂的添加前一次性添加。
除此之外，絮凝沉降最好的优势是同时尾砂在自然沉降过程中仓内尾砂受重力作用尾砂在砂仓内粗颗粒尾砂先沉，细粒级后沉，自然分级，对充填体强度有很大影响。而絮凝沉降将尾砂内细粒粒级尾砂胶合在一起，消降了粒级分布不均的问题，使充填体成为均质体，有效的保证了全尾砂各粒级之间的级配，在同一灰砂比条件下，大大的提高了充填体强度。
3 进出平衡技术研究
在连续充填过程中，根据浓度和相处层位的不同，立式砂仓根据各层位的尾砂大致分为四层：一是清水层，在絮凝和助凝剂的作用下清水层一般是2-3m，距顶面2-3m；二是过渡层，过渡层层位2-3m，距顶面4-6m，尾砂浓度在25-60%不等；三是沉降与压宿混合层，层位高度4m-6m，距顶面高度8-12m，浓度在60-68%；四是浓缩层，层位高度4-5m，距顶面高度12m以上，浓度在68-82%。
要实现全尾砂高浓度连续充填就必须保证放出的全尾砂在高浓度压宿区内，保证砂位的相对恒定，要尽量保持尾砂在砂仓内沉降时间，压宿时间、进料量、进料浓度的相对稳定，保证砂仓内的尾砂始终保持着一个动态平衡。
4 高浓度输送的研究
通过试验结果的分析，环管的平均阻力损失与输送流量（流速）、料浆浓度和灰砂比有关。平均阻力损失随着浓度增大而增大，随着流速加快而增大（在所测流速范围内），随着水泥添加量的加大而增大。因本次环管试验管路参考了井下铺设的管路管径，没有设置变径管路段，所以对管路阻力损失的影响暂没考虑管径的因素。环管管路的平均阻力损失在本次试验的最高灰砂比最高浓度最高流速（1：4，78%，95m3/h）时接近0.55MPa/100m，此时料浆的流动性能较差，而且稠度很高。
5 新型胶结材料在全尾充填的研究
新型胶结材料是以工业冶炼废渣为基本原料，配以活化剂或高效激发剂进行加式而成的粉末的主要化学成分为SiO2、Al2O3和CaO，具有高活性，如果把掺合料替代水泥掺入混合土中，通过化学反应，就会进一步形成水化硅酸钙产物，填充到水泥混凝土空隙中，就会提高密度，使水泥混凝土得到显著改善[14-16]。使用红旗渠矿渣微粉配制水泥混凝土，具有如下特点：①它具有工作性好：料浆塌落度高，流动性，保水性、可塑性好，泌水少，灰砂比降低，在采场充填过程中可将充填灰砂比可与（425#水泥）从1-1：4～1：8，降至1：15至1：30，充填体强度与同一灰砂比相比强度提高2倍以上，与水泥相比成本可降至一半。②因冬瓜山尾砂中含硫量较高，料浆中含有有害气体，因此矿渣胶结剂有良好抗硫酸盐侵蚀，抗微缩性能。③水化热低：水化析热速度慢，有利于防止大体积充填体内部温升引起的裂缝，同时可降低坑下作业温度，可用于大体积充填体。④充填体早期和晚期强度均高，耐磨性能好。⑤环境性能优异：替代水泥，可大大节约能源，减少二氧化碳排放，减少冬瓜山运输压力。
6 结论
6.1 比较系统地测定和分析了冬瓜山全尾砂充填料的输送特性，并将其结果用于指导了冬瓜山铜矿千米深井的大规模全尾砂充填料管路输送生产实践。得出的全尾砂充填料输送特性可以作为其他类似矿山的参考。
6.2 进一步降低了生产成本，无论是制备成本还是胶结材料成本都较传统工艺降低30-50%。
6.3 消降了有害气体的影响，净化了坑下作业环境。
参考文献：
[1]采矿手册编委会，采矿手册（第6卷）[M].北京：冶金工业出版社，1991.
[2]编委会.充填采矿工程设计手册[M].北京：矿山工业科技出版社，2008，2.
[3]刘有同等.充填采矿技术与应用[M].北京：冶金工业出版社，2001.