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本发明具体涉及一种全尾矿井下充填方法。

背景技术

我国的充填工艺和技术的发展,自19世纪50年代以来,经历了废干 石式填充、分级尾矿水力砂充填、碎石水力充填、混凝土胶结充填、尾砂 和细砂胶结充填的发展过程。传统的尾矿充填多采用分级脱泥砂作为胶结 充填的主要材料,尾砂利用率一般只有50%左右。目前,有的科研团队对不 脱泥尾砂做充填材料的可能性进行了试验研究,取得了一些成果,并在一 些矿山试验应用,全尾砂在井下脱水后,砂浆浓度达到了70%以上。

目前,关于尾砂充填方法多采用分级脱泥砂作为胶结充填的主要材料。 因为尾矿中含有的成分不同,会对尾砂浆的脱模时间产生不同的影响。大 量实验研究表明,影响尾砂脱模时间的关键因素在细砂部分,主要是由于 菱锌矿在细砂中略有富集,且菱锌矿会发生完全解离。由于锌离子的大量 存在会使水泥发生缓凝现象,因此大多数公司都会分级尾砂充填工艺(目 的是去除细砂)。但是,这样的充填工艺需要对尾砂进行旋流分级,尾砂利用率一般只有50%左右,不仅造成尾砂的大量浪费,而且造成充填成本的上 升。

有鉴于此,本发明提出一种新的全尾矿井下充填方法,在不要求分级 脱泥砂的情况下,实现了无需复杂的充填工艺。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全尾矿井下充填方法,该方法解决了现有 技术中存在的尾砂需分级处理、尾砂损耗高、全尾砂凝结速度慢甚至不凝 结、充填质量差、充填成本高、灰砂比高等弊端。

为了实现上述目的,所采用的技术方案为:

一种全尾矿井下充填方法,所述的全尾矿井下充填方法为:向全尾砂 中加入水泥、硫化物和水,分别配制成高强度充填、中强度充填和非胶结 充填的充填料浆,按照壁柱式上向分层采矿法,分别填充采场底部、采场 各分层下部和采场各分层上部;

所述的硫化物为硫氢化钠或硫化钠。

进一步地,所述的水泥为P.O、42.5的水泥。

进一步地,所述的硫化物为硫氢化钠。

再进一步地,所述的高强度充填的充填料浆中,水泥和全尾砂的质量 比为1:4.5,浓度72%,硫氢化钠的用量为全尾砂用量的0.05%;脱模养护 28天后强度不小于3.00MPa。

再进一步地,所述的高强度充填的充填料浆用于采场底部充填,脱模 养护28天后强度为3.00MPa。

再进一步地,所述的中强度充填的充填料浆中,水泥和全尾砂的质量 比为1:5.5,浓度72%,硫氢化钠的用量为全尾砂用量的0.05%;脱模养护 28天后强度为2-3MPa。

再进一步地,所述的中强度充填的充填料浆用于采场各分层下部充填, 脱模养护28天后强度为2.14MPa。

再进一步地,所述的非胶结充填为全尾砂充填,其充填料浆浓度为72%, 用于采场各分层上部充填。

进一步地,所述的全尾砂的不均匀系数不小于5,且曲率系数为1-3。

进一步地,所述的全尾砂主要矿物为石英和钾长石,其次为白云石、 方解石、绢云母和钠长石。

与现有技术相比,本发明的有益效果在于:

1、本发明适用于全尾砂矿的充填工艺、解决了因少量菱锌矿存在而导 致的填浆不凝结或凝结缓慢的问题。

2、本发明的全尾砂充填工艺较分级简单,不存在细粒级尾砂堆存问题, 成本上低于分级尾砂充填工艺。

3、本发明采用分层充填工艺,将不同强度要求的充填层面分开配比, 解决了统一充填成本高的问题。

附图说明

图1为灰砂比对抗压强度的影响;

图2为质量浓度对抗压强度的影响;

图3为灰砂比对抗压强度的影响;

图4为质量浓度对抗压强度的影响;

图5为灰砂比对抗压强度的影响;

图6为灰砂比对抗压强度的影响;

图7为壁柱式上向分层充填采矿法的示意图;

图8为上向分层进路充填采矿法的示意图.

具体实施方式

为了进一步阐述本发明一种全尾矿井下充填方法,达到预期发明目的, 以下结合较佳实施例,对依据本发明提出的一种全尾矿井下充填方法,其 具体实施方式、结构、特征及其功效,详细说明如后。在下述说明中,不 同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外,一或多 个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。

下面将结合具体的实施例,对本发明一种全尾矿井下充填方法做进一 步的详细介绍:

试验原料尾砂样品从紫金锌业选矿厂取得,尾砂样品有两批:第一批 为1、2期综合样,取自选矿厂1、2期尾砂浆进65米絮凝剂间尾矿箱处; 第二批3期尾砂取自选矿厂3期尾砂浆35米缓冲箱处。两批样品在现场先 静置沉降,去除上清液后,再自然风干后,送至杭紫金矿冶设计研究院南 岗中试基进行尾砂理化性质测试。

通过全面分析尾矿化学成分、矿物组成、粒度分布、沉降性等,研究 了灰砂比、充填浓度、尾砂粒级对充填浆料的流动性特性以及不同龄期的 充填试块强度发展的影响,以达到为尾砂充填的理化性质、可靠性、可行 性、配比、成本等提供较为准确的数据支持的目的。该全尾矿:

(1)主要含量:全尾砂中主要矿物为石英和钾长石,其次为白云石、 方解石、绢云母和钠长石。硫化矿物种类多,但含量相对较少,其中磁黄 铁矿0.13%、黄铁矿0.33%,黄铜矿0.01%、闪锌矿0.13%、方铅矿0.32%, 还含有菱锌矿0.67%。

(2)粒度分布:全尾砂中-23μm细粒级累计占比20.08%,-75μm粒 级累计占比36.13%,+75μm粒级累计占比63.87%。全尾砂不均匀系数Cu 为10.86,曲率系数Cc为1.35,满足良好级配要求的Cu≥5且Cc=1-3条 件,表明全尾砂粒级属于良好级配。

(3)沉降试验:砂浆浓度为30%、40%、50%时,沉降2h时接近最大沉 降浓度。当沉降时间超过12h后,底流浓度基本无变化,此时底流浓度分 别为65.07%、65.83%、67.49%,对应料浆容重1.69g/cm

(4)坍落度(流动性):全尾砂-水泥充填料浆输送浓度为68-72%时, 相应的坍落度约为28-25cm。全尾砂管道输送性能较好,能实现自流输送且 不发生离析。水泥配比高时,取输送浓度下限;水泥配比低时,取输送浓 度上限。

(5)泌水性:全尾砂作为骨料,充填浓度70%时,泌水率10.07%,沉 缩率5.24%当充填浓度为72%时,泌水率降低至4.21%,沉缩率为1.8%,后 续充填工艺选择充填浓度72%进行试验研究。

(6)凝结时间:全尾砂为制备试块的骨料,发现试块存在长时间(120h) 不凝结硬化的现象。通过对不凝结试块成份分析发现,尾砂中的菱锌矿是 造成料浆凝结速度缓慢的主要原因:菱锌矿在碱性充填料浆中溶解,释放 出的锌离子与石灰反应生成不溶物Ca(Zn(OH)

本发明通过对缓凝抑制剂的研究,发现添加适量硫化物(硫氢化钠或 硫化钠)可以显著缩短试块脱模时间。且在抗压强度方面:当硫氢化钠用 量为全尾砂用量的0.05%时,试块具有较短的脱模时间(<21h)和较高的 28d抗压强度(3.33MPa),满足充填工艺高强度充填要求。

为了解决现有技术中存在的尾砂需分级处理,尾砂损耗高、全尾砂凝 结速度慢甚至不凝结、充填质量差、充填成本高、灰砂比高等弊端,结合 矿区的实际情况,本发明提出了“一种全尾矿充填方法采用壁柱式上向分 层采矿法”,其技术方案为:

一种全尾矿井下充填方法,所述的全尾矿井下充填方法为:向全尾砂 中加入水泥、硫化物和水(骨料重量计),分别配制成高强度充填、中强度 充填和非胶结充填的充填料浆,按照壁柱式上向分层采矿法,分别填充采 场底部、采场各分层下部和采场各分层上部;

所述的硫化物为硫氢化钠或硫化钠。

优选地,所述的水泥为P.O、42.5的水泥。

优选地,所述的硫化物为硫氢化钠。

进一步优选地,所述的高强度充填的充填料浆中,水泥和全尾砂的质 量比为1:4.5,浓度72%,硫氢化钠的用量为全尾砂用量的0.05%;脱模养 护28天后强度不小于3.00MPa。

水泥和全尾砂的质量比为灰砂比。

进一步优选地,所述的高强度充填的充填料浆用于采场底部充填,脱 模养护28天后强度为3.00MPa。

进一步优选地,所述的中强度充填的充填料浆中,水泥和全尾砂的质 量比为1:5.5,浓度72%,硫氢化钠的用量为全尾砂用量的0.05%;脱模养 护28天后强度为2-3MPa。

进一步优选地,所述的中强度充填的充填料浆用于采场各分层下部充 填,脱模养护28天后强度为2.14MPa。

进一步优选地,所述的非胶结充填为全尾砂充填,其充填料浆浓度为 72%,用于采场各分层上部充填。

优选地,所述的全尾砂的不均匀系数不小于5,且曲率系数为1-3。

优选地,所述的全尾砂主要矿物为石英和钾长石,其次为白云石、方 解石、绢云母和钠长石。

全尾矿中主要矿物为石英和钾长石、满足良好级配要求的Cu≥5且 Cc=1-3条件,具有沉降浓度和沉降速度适中、管道输送性能较好,能实现 自流输送且不发生离析、泌水率和沉缩率低、具有较短的脱模时间和较高 的28d抗压强度,可应用于井下充填。

实施例1:充填料浆缓凝抑制剂的遴选

菱锌矿的存在是导致充填料浆缓凝的关键因素,故需通过反应过程考 察哪些能够抑制剂能够消除菱锌矿引起的缓凝现象。向全尾砂中加入水泥 (P.O 42.5)、缓凝抑制剂和水,配制成充填料浆,再将配制好的充填浆料 浇筑成型后脱模,并记录脱模时间,试验结果见表1。

选取了硫氢化钠、磷酸三钠两种可与锌形成沉淀的药剂作为缓凝抑制 剂。实验中NaHS、Na

表1不同添加剂对脱模时间的影响

由表1可知,添加硫氢化钠后,料浆脱模时间大幅缩短,小于8h,抑 制缓凝效果显著;添加磷酸钠未缩短料浆脱模时间,因为工业中磷酸盐也 是一种缓凝剂。试验添加0.2%石灰后,脱模时间从120h缩短到70h以内; 添加1%石灰后,脱模时间进一步缩短到45h以内(该试块在养护14天后, 试块抗压强度仅有0.14MPa,说明锌离子不仅会影响脱模时间,还会影响试 块后期抗压强度)。

实施例2:硫化物添加剂对试块脱模时间的影响

考察缓凝抑制剂药剂种类、药剂用量、不同灰砂比条件下对试块脱模 时间的影响。具体的:

(1)方法:向全尾砂中加入水泥(P.O 42.5)、不同用量的硫氢化钠 和水,配制成充填料浆(灰砂比1:4、充填浓度72%),再将配制好的充填 浆料浇筑成型后脱模,并记录脱模时间,试验结果见表2。

表2 NaHS用量对脱模时间的影响

从表2表明,随着加硫氢化钠药剂用量增加,料浆脱模时间不断缩短, 从零添加硫氢化钠的120h缩短到8h以内。从经济和环保角度出发,当硫 氢化钠添加量为0.05%左右时,料浆脱模时间短和试块后期强度较高。

(2)向全尾砂中加入硫氢化钠、水和不同用量的水泥(P.O 42.5), 配制成充填料浆,再将配制好的充填浆料浇筑成型后脱模,并记录脱模时 间,试验结果见表3。其中,NaHS用量为全尾砂用量的0.2%,充填浓度72%。

表3不同灰砂比对脱模时间的影响

表3说明,不同灰砂比时,随着灰砂比降低,试块脱模时间延长,当 灰砂比1/20时,脱模时间为25h。添加剂有效抑制了骨料中缓凝物质的不 利影响。

(3)向全尾砂中加入水泥(P.O 42.5)、缓凝抑制剂和水,配制成充 填料浆(充填浓度72%),再将配制好的充填浆料浇筑成型后脱模,并记录 脱模时间,试验结果见表4。缓凝抑制剂为硫氢化钠(溶液状,质量浓度 21.14%)和硫化钠(片状,含量60%,工业级)。

表4缓凝抑制剂对脱模时间的影响

表4说明,采用硫化钠代替硫氢化钠后,效果相同。因硫化钠中硫含 量占比高,所以用量相比硫氢化钠要少,工业中硫化钠也更好存储。

实施例3:充填材料强度配比

试验所用原料为新疆紫金锌业全尾砂,胶结剂为天山牌普通硅酸盐水 泥(P.O42.5),添加剂为硫氢化钠溶液(含量21.14%,紫金山金铜矿提供)。 根据坍落度试验结果,确定全尾砂的充填配比试验为灰砂比1:4、1:6、1:8、 1:10、1:15、1:20共6组,料浆浓度为68%、70%、72%、74%共4组,每组 进行7d、14d、28d、60d四个龄期的抗压强度测试,每个龄期浇筑2个试 块,每组补充2个试块用于测试各龄期容重,共计240个试块。

试验过程为:将尾矿、水泥、硫氢化钠和水按配比称量后,首先将尾 矿和水泥混合均匀,再加入硫氢化钠和水,用手持式搅拌机(GTH-100)搅 拌均匀后,倒入70.7×70.7×70.7mm试模中。静置24h后,用抹刀将试块 削平整,颠倒脱模后,将试块轻轻放入养护室进行恒温恒湿养护,温室保 持在20±1℃,湿度95%左右,养护至相应龄期后取出测容重和抗压强度。 试块制作及试块抗压强度测试见表5-8。

表5全尾砂+水泥+硫氢化钠(用量0.125%)充填强度试验结果

表6全尾砂+水泥+硫化钠(用量0.105%)充填强度试验结果

表7分级尾砂充填(分级尾砂+水泥)强度试验结果

备注:灰砂比1:10、1:15、1:20充填试块不仅未能按时脱模,而且养护 至相应龄期时,试块仍然太软,一捏就碎,无法进行抗压强度测试。

表8分级尾砂+水泥+硫氢化钠(用量0.125%)充填强度试验结果

根据表5-8绘制图1-6。图1为灰砂比对抗压强度的影响((全尾砂+ 硫氢化钠(0.125%)、质量浓度72%))。图2为质量浓度对抗压强度的影响 ((全尾砂+硫氢化钠(0.125%)、灰砂比1/4))。图3为灰砂比对抗压强度 的影响(分级尾砂、质量浓度76%)。图4为质量浓度对抗压强度的影响(分 级尾砂、灰砂比1:4)。图5为灰砂比对抗压强度的影响(全尾砂+硫化钠/ 硫氢化钠、质量浓度72%)。图6为灰砂比对抗压强度的影响(分级尾砂+硫氢化钠、质量浓度76%)。

从图1可以看出,随着灰砂比降低,试块抗压强度急剧降低,从灰砂 比1:4降到1:6,28d抗压强度从3.60MPa降到1.80MPa,降低了50%;灰 砂比低于1/8时,降幅逐渐减小。从曲线图读出,当灰砂比1:4.5时,28d 抗压强度为3.00MPa;当灰砂比1:5.5时,28d抗压强度为2.14MPa;当灰 砂比1:6.5时,28d抗压强度为1.59MPa。从图5可以看出,全尾砂作为骨 料时,硫氢化钠和硫化钠两种固硫剂,对试块抗压强度影响基本一样。

从图6曲线上看,当灰砂比1:5时,28d抗压强度为3.50MPa;当灰砂 比1:7时,28d抗压强度为2.11MPa;当灰砂比1:8时,28d抗压强度为 1.58MPa。

对比图5和6,当灰砂比在1/4-1/6时,分级尾砂是否加入添加剂,对 28d抗压强度大小影响不大。同等灰砂比时,分级尾砂作为骨料的试块比全 尾砂作为骨料的试块抗压强度增大显著。灰砂比低于1/8时,添加剂对分 级尾砂作为骨料试块抗压强度影响较大,不添加时,试块几乎无强度。

实施例4.

具体操作步骤如下:

新疆紫金锌业地下开采规模为10000t/d。矿石密度2.65g/cm

方案1:

向全尾砂中加入水泥(P.O 42.5)、硫氢化钠和水,配制高强度充填、 中强度充填和非胶结充填的充填料浆,按照壁柱式上向分层采矿法进行充 填。其中:(1)高强度充填的充填料浆,其灰砂比1:4.5,浓度72%,硫氢 化钠的用量为全尾砂用量的0.05%,28天强度为3.00MPa,满足高强度充填 要求,用于采场底部充填。(2)中强度充填的充填料浆,其灰砂比1:5.5, 浓度72%,硫氢化钠的用量为全尾砂用量的0.05%,28天强度为2.14MPa, 满足中强度充填要求,用于采场各分层下部充填。(3)非胶结充填为全尾 砂充填,其充填料浆浓度为72%,用于采场各分层上部充填。

壁柱式上向分层充填采矿法的示意图如图7所示,壁柱式上向分层充 填采矿法不同强度充填体强度占比如表9所示。

表9壁柱式上向分层充填采矿法不同强度充填体强度占比

全矿平均全尾砂单耗2.212t/m

方案2:

按照上向分层进路充填采矿法进行充填。填充浆料的制备方法与方案1 相同,不同点在于:填充浆料有4种,分别为灰砂比1:4.5、1:5.5、1:6.5 和全尾砂充填的填充浆料。

上向分层进路充填采矿法的示意图如图8所示,上向分层进路充填采 矿法不同强度充填体强度占比如表10所示。

表10上向分层进路充填采矿法不同强度充填体强度占比

全矿平均全尾砂单耗1.688t/m

可知在此条件下,方案1全尾砂利用率为86.96%,每吨矿石充填成本 15.22元,方案2全尾砂利用率为66.35%,每吨矿石充填成本28.44元。 方案1实现了对探索试验的良好验证。

通过对方案1-2的对比可知,本发明在不要求分级脱泥砂的情况下, 无需复杂操作,是一种简单、易于控制、价格低廉的充填方法,具有很好 的应用前景。

以上所述,仅是本发明实施例的较佳实施例而已,并非对本发明实施 例作任何形式上的限制,依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作 的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明实施例技术方案的范 围内。

相关技术
  • 一种全尾矿井下充填方法
  • 一种井下尾矿充填量与选矿生产尾矿量的平衡方法
技术分类

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