CN102527690B - 一种铁尾矿固化干堆方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁尾矿固化干堆方法，属于矿山安全技术领域。在尾矿浆中添加以钢渣、化工废石膏、熟料、粉煤灰、生石灰为主要原料生产的固化剂和和化学添加剂，通过二次混合搅拌，同步实现尾矿沉降、排水、固化堆存。与现有技术相比，本发明工艺过程简单，成本低，占地面积小，安全性高，是一种铁尾矿安全堆存的新方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种铁尾矿固化干堆方法，属于矿山安全技术领域。
背景技术
铁矿石经过破碎、球磨、湿法选矿后，要产生约占原矿量50%以上的品位较低的以硅酸盐矿物为主的废渣，这种废渣称为铁尾矿。因铁尾矿颗粒细、持水性强、含水率高，而综合利用率较低，在尾矿库堆存过程中存在溃坝风险。
我国是一个矿业大国，90%以上的尾矿采用上游法筑坝堆存，近年来，我国尾矿库垮塌事故接连不断发生，造成了重大人员伤亡和环境污染，凸显出传统的尾矿堆存方式存在安全隐患。
目前，我国的尾矿堆存方式有以下几种：
一是库坝式堆存：其方法是先用砂土筑坝，内充尾矿矿浆，矿浆在堆存过程中逐渐沉降，清水在库尾通过回水井排除。该法的优点是坝体建成后运行费用低，工艺简单；存在的主要问题是一次性筑坝投资大，土地占用量大，尾矿长期处于饱和含水状态，存在巨大的安全风险。以该法为基础，采用矿浆在入库前先采用螺旋分级机分级，粗粒级尾矿堆存在坝上作为筑坝材料，细粒级尾矿在库内堆存，这种方法可以减少筑坝需要的砂石材料和筑坝费用，但因粗粒态尾矿粘聚性差，很容易发生渗流破坏，安全风险更大。
二是压滤干堆：其方法是尾矿在入库前先进行深锥浓缩，在浓缩过程中添加聚丙烯酰胺絮凝剂加速沉降，然后压滤，使尾矿的含水率降到30%以下，滤饼用汽车或皮带运输机输送到堆场。该法与库坝式堆存相比，安全性得到显著提高，但尾矿处理和运输的费用高昂，尾矿存在遇水二次泥化和干燥扬尘的问题。
三是膏体堆存：很多尾矿如氧化铝选尾矿颗粒细，含水率高，难沉降，故在尾矿浆中添加水泥和粉煤灰后，泵送到堆场的中央竖管，形成类似喷泉状，矿浆从堆场中央开始向四周流淌，在流淌过程中因蒸发逐渐失去流动性成为膏体。与库坝式堆存相比，该法安全性提高，但因外加材料量很大，膏体含水率高，堆存体积与原矿浆相比几乎不减少，而且存在干化体扬尘和泥化的问题。
此外，铁尾矿浆在浓密池中加入混凝剂，使矿浆浓度提高到50%以上，再加水泥、石灰、石膏、粉煤灰等材料混合搅拌成为膏体，待其固化后再入库压实堆存。该法的优点是对尾矿库要求不高，无需排水设施，存在的问题是尾矿在高浓度条件下很难输送，同时固化体需要二次压实，工程量大，需要分区作业，实际上对场地的要求很严格。
实践表明：现行的尾矿堆存方式难以满足在极端自然和气象条件下的安全需要，要从根本上消除尾矿库存在的潜在垮塌风险和降低运行成本，就有必要研究开发新型的尾矿堆存技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种专门针对铁尾矿固化干堆的生产方法,以解决铁尾矿安全堆存问题。
本发明的技术方案是：首先制备固化剂，然后将固化剂和铁尾矿混合搅拌，最后进行干堆，其具体步骤包括如下：
（1）固化剂的制备：先将钢渣、化工废石膏、熟料、生石灰、粉煤灰和添加剂分别进行干燥、筛分、破碎成尺寸小于10mm的颗粒，然后按配方计量混合均匀，自然陈化6h以上后再磨粉，粉体细度控制为0.08㎜筛余量小于10%，得到固化剂；
（2）铁尾矿和固化剂混合料的混配：将铁尾矿浆、固化剂均按照干基质量流量进行配料：把质量浓度为20～60%铁尾矿浆折算为干基100份与2～10份固化剂在连续流动状态下搅拌混合得到混合料，为使搅拌更加均匀充分，将混合料中的10%料浆返回搅拌槽继续与原矿浆配料搅拌，90%料浆直接泵送到堆场；
（3）铁尾矿和固化剂混合料干堆：将步骤（2）中得到的混合料经泵输送到堆场区域，先挖出一条沟，在沟中充填混合料，在充填放料的尾端排水，直至充填和排水完成。待充填料初凝后，挖掘充填料摊铺在沟的外沿作为埂，在埂的摊铺过程中进行碾压和整形，最终要求埂的角度≤75°，高度≤4m，宽度≥6m。初始埂建成后，向埂围成的堆存区域内充填混合料，沿埂的内沿位置开始、由外向内充填混合料，待沟内充满后料浆自流到其它区域直至与埂高度平，在排矿的尾方向用回水井或堰排水，待充填体初凝后，挖掘充填物料摊铺到埂上，开始第二个筑埂和充填循环，第二次起埂的外沿与第一次埂的顶部外沿的距离≥600㎜，通过这种方式，最终形成一个类似金字塔的尾矿干堆体。以上述堆存方式，尾矿库应该分成不同的区域，分别适应充填、排水、固化、起埂的需要。
所述固化剂的各组份为：钢渣53～81 wt%、化工废石膏1.8～4wt%、熟料10～25wt%、粉煤灰5～10wt%、生石灰2～7wt%、添加剂0.2～1.0wt%。
所述钢渣为炼钢过程产生的以硅酸钙为主的废渣，熟料的主要矿物为硅酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸四钙，生石灰为碳酸钙煅烧得到的以氧化钙为主的矿物。
所述化工废石膏可以为磷石膏、脱硫石膏、钛石膏和氟石膏中的任意一种。
所述添加剂由硫酸钠、氯化钠、氯化钙、氯化铁、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁和木质素磺酸钙中的两种或两种以上按任意比例混合配制而成。
所述铁尾矿浆是从选矿工艺排出的浓度为20～60wt%的呈流体状的液固混合物，干基是铁矿石经破碎、湿法球磨和磁选后剩余的含铁量＜15wt%的铁尾矿,主要矿物为普通硅酸盐矿物，粒度分布范围为粒径小于20μm 的质量分数小于10%、粒径大于500μm的质量分数小于10%。
所述铁尾矿固化干堆各组分按重量份计量为（均按干基计）：尾矿100份，固化剂2～10份,混合料浆的浓度为22～65%。
本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果：本发明为铁尾矿固化干堆提供了一种新方法，固化剂主要原料以工业废渣为主，成本低廉，生产工艺简单；混合料搅拌、输送和放矿工艺简单，动力消耗低，容易工程实施。在堆存过程中，混合料各组分将发生化学反应，最终形成以水化铝硅酸盐为主的凝胶矿物把细粒态尾矿胶结成为具有一定承载力和水稳性的复合材料，耐霜冻、耐湿热、耐酸碱、抗炭化；而且没有环境污染。通过这种方式进行的铁尾矿固化与传统技术相比，节约了筑坝需要的粘土和砂石等天然资源，又降低了成本和简化了工艺，是一种从根本上解决尾矿安全堆存的技术方法。
附图说明：
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，但本发明不限于以下范围。
实施例1：如图1所示，本铁尾矿固化干堆方法的具体步骤如下
（1）固化剂的制备：先将钢渣53 wt%、磷石膏4wt%、熟料25wt%、生石灰7wt%、粉煤灰10wt%和添加剂1.0wt%分别进行干燥、筛分、破碎成尺寸小于10mm的颗粒，然后按配方计量混合均匀，自然陈化6h后粉磨，粉体细度控制为0.08㎜筛筛余小于8%，得到固化剂；添加剂由硫酸钠20wt%、氯化钠40wt%、氯化钙5wt%、氯化铁15wt%、聚合硫酸铝5wt%、聚合硫酸铁5wt%、木质素磺酸钙10wt%混合配制而成。
（2）铁尾矿和固化剂混合料的搅拌：将铁尾矿浆、固化剂均按照干基质量流量进行配料：把质量浓度为60%的铁尾矿浆折算为干基100份与2份固化剂在连续流动状态下搅拌混合得到混合料，混合料中的10%料浆返回搅拌槽继续与原矿浆配料搅拌，90%料浆直接泵送到堆场；（铁尾矿浆是从选矿工艺排出的浓度为60wt%的呈流体状的液固混合物，干基是铁矿石经破碎、湿法球磨和磁选后剩余的含铁量为14wt%的铁尾矿, 主要矿物为赤铁矿、石英、长石、电气石、绿泥石、白云石、碳酸钙等普通硅酸盐矿物，粒度分布范围为粒径小于20μm 的质量分数小于10%、粒径大于500μm的质量分数小于10%。）
（3）铁尾矿和固化剂混合料干堆：将步骤（2）中得到的混合料经泵输送到堆场区域，先挖出一条沟，在沟内充填混合料，在充填放料的尾端排水，直至充填和排水完成。待充填料初凝后，挖掘充填料摊铺在沟的外沿作为埂，在埂的摊铺过程中进行碾压和整形，最终要求埂的角度为75°，高度为3m，宽度为6m。初始埂建成后，可向埂围成的堆存区域内充填混合料，沿埂的内沿位置开始、由外向内充填混合料，待沟内充满后料浆自流到其它区域直至与埂高度齐平，在排矿的尾方向用回水井或堰排水，待充填体初凝后，挖掘充填物料摊铺到埂上，开始第二个筑埂和充填循环，第二次起埂的外沿与第一次埂的顶部外沿应有600㎜的距离，通过这种方式，最终形成一个类似金字塔的尾矿干堆体。以上述堆存方式，尾矿库应该分成不同的区域，分别适应充填、排水、固化、起埂的需要。
上述铁尾矿筑埂材料7d抗压强度0.5MPa，28天抗压强度2.5MPa；上述铁尾矿充填材料12h完成泌水，24h初凝，7d抗压强度0.2MPa， 28天抗压强度0.8MPa；两类材料7d后饱和浸泡24h水浸不散，干燥至含水率小于5%时，不粉化，饱和浸泡时不泥化。
实施例2：如图1所示，本铁尾矿固化干堆方法的具体步骤如下
（1）固化剂的制备：先将钢渣67 wt %、脱硫石膏3wt%、熟料17.5wt%、生石灰4.5wt%、粉煤灰7.5wt%和添加剂0.5wt%分别进行干燥、筛分、破碎成尺寸小于10mm的颗粒，然后按配方计量混合均匀，自然陈化10h后粉磨，粉体细度控制为0.08㎜筛筛余小于9%，得到固化剂；添加剂由硫酸钠20wt%、氯化钠40wt%、氯化铁15wt%、聚合硫酸铁5wt%、木质素磺酸钙20wt%混合配制而成。
（2）铁尾矿和固化剂混合料的搅拌：将铁尾矿浆、固化剂均按照干基质量流量进行配料：把质量浓度为35%铁尾矿浆折算为干基100份与8份固化剂在连续流动状态下搅拌混合得到混合料，混合料中的10%料浆返回搅拌槽继续与原矿浆配料搅拌，90%料浆直接泵送到堆场；（铁尾矿浆是从选矿工艺排出的浓度为35wt%的呈流体状的液固混合物，干基是铁矿石经破碎、湿法球磨和磁选后剩余的含铁量为14wt%的铁尾矿, 主要矿物为赤铁矿、石英、长石、电气石、绿泥石、白云石、碳酸钙等普通硅酸盐矿物，粒度分布范围为粒径小于20μm 的质量分数小于10%、粒径大于500μm的质量分数小于10%。）
（3）铁尾矿和固化剂混合料干堆：将步骤（2）中得到的混合料经泵输送到堆场区域，先挖出一条沟，在沟中充填混合料，在充填放料的尾端排水，直至充填和排水完成。待充填料初凝后，挖掘充填料摊铺在沟的外沿作为埂，在摊铺过程中进行碾压和整形，最终要求埂的角度60°，高度4m，宽度7m。初始埂建成后，向埂围成的堆存区域内充填混合料，放矿位置布置在埂的内沿，待沟内充满后料浆自流到其它区域直至与埂高度平，在排矿的尾方向用回水井或堰排水，待充填体初凝后，挖掘充填物料摊铺到埂上，开始第二个筑埂和充填循环，第二次起埂的外沿与第一次埂的顶部外沿应有1000㎜的距离，通过这种方式，最终形成一个类似金字塔的尾矿干堆体。以上述堆存方式，尾矿库应该分成不同的区域，分别适应充填、排水、固化、起埂的需要。
上述铁尾矿筑埂和充填材料的性能相同，充填完毕后的12h泌水完成，24h初凝，7d抗压强度0.3MPa， 28天抗压强度1.0MPa； 7d后饱和浸泡24h水浸不散，干燥至含水率小于5%时，不粉化，饱和浸泡时不泥化。
实施例3：如图1所示，本铁尾矿固化干堆方法的具体步骤如下
（1）固化剂的制备：先将钢渣81 wt %、钛石膏1.8wt%、熟料10wt%、生石灰2wt%、粉煤灰5wt%和添加剂0.2wt%分别进行干燥、筛分、破碎成尺寸小于10mm的颗粒，然后按配方计量混合均匀，自然陈化8小时后粉磨，粉体细度控制为0.08㎜筛筛余为4%，得到固化剂；添加剂由硫酸钠20wt%、氯化钠50wt%、聚合硫酸铝10wt%、木质素磺酸钙20wt%混合配制而成。
（2）铁尾矿和固化剂混合料的搅拌：将铁尾矿浆、固化剂均按照干基质量流量进行配料：把质量浓度为20%铁尾矿浆折算为干基100份与10份固化剂在连续流动状态下搅拌混合得到混合料，混合料中的10%料浆返回搅拌槽继续与原矿浆配料搅拌，90%料浆直接泵送到堆场；（铁尾矿浆是从选矿工艺排出的浓度为20wt%的呈流体状的液固混合物，干基是铁矿石经破碎、湿法球磨和磁选后剩余的含铁量为12wt%的铁尾矿, 主要矿物为赤铁矿、石英、长石、电气石、绿泥石、白云石、碳酸钙等普通硅酸盐矿物，粒度分布范围为粒径小于20μm 的质量分数小于10%、粒径大于500μm的质量分数小于10%。）
（3）铁尾矿和固化剂混合料干堆：将步骤（2）中得到的混合料经泵输送到堆场区域，在起始阶段，先挖出一条沟，在沟中充填混合料，在充填放料的尾端排水，直至充填和排水完成。待充填料初凝后，挖掘充填料摊铺在沟的外沿作为埂，在埂的摊铺过程中进行碾压和整形，最终要求埂的角度为75°，高度为4m，宽度为6m。初始埂建成后，向埂围成的堆存区域内充填混合料，放矿位置布置在埂的内沿，待沟内充满后料浆自流到其它区域直至与埂高度平，在排矿的尾方向用回水井或堰排水，待充填体初凝后，挖掘充填物料摊铺到埂上，开始第二个筑埂和充填循环，第二次起埂的外沿与第一次埂的顶部外沿应有600㎜的距离，通过这种方式，最终形成一个类似金字塔的尾矿干堆体。以上述堆存方式，尾矿库应该分成不同的区域，分别适应充填、排水、固化、起埂的需要。
上述铁尾矿筑埂和充填材料的性能相同，充填完毕后的12h泌水完成，30h初凝，7d抗压强度0.2MPa， 28天抗压强度0.8MPa； 7d后饱和浸泡24h水浸不散，干燥至含水率小于5%时，不粉化，饱和浸泡时不泥化。
实施例4：如图1所示，本铁尾矿固化干堆方法的具体步骤如下
（1）与实施例1相同，其中化工废石膏采用氟石膏，添加剂为：硫酸钠70wt%，粉煤灰30wt%混合配制而成。
（2）与实施例1所述的步骤相同。
（3）与实施例3所述步骤相同。
上述铁尾矿筑埂和充填材料的性能相同，充填完毕后的12h泌水完成，31h初凝，7d抗压强度0.15MPa，28天抗压强度1.1MPa； 7d后饱和浸泡24h水浸不散，干燥至含水率小于5%时，不粉化，饱和浸泡时不泥化。
Claims (7)
1.一种铁尾矿固化干堆方法，其特征在于包括如下具体步骤：
（1）固化剂的制备：先将钢渣、化工废石膏、熟料、生石灰、粉煤灰和添加剂分别进行干燥、筛分、破碎成尺寸小于10mm的颗粒，然后按配方计量混合均匀，自然陈化6h以上后再磨粉，粉体细度控制为过0.08㎜筛余量小于10%，得到固化剂；
（2）铁尾矿和固化剂混合料的混配：将铁尾矿浆、固化剂均按照干基质量流量进行配料：把铁尾矿浆折算为干基100份与2～10份固化剂在连续流动状态下搅拌混合得到混合料，混合料中的一部分料浆返回搅拌槽继续与原矿浆配料搅拌，一部分料浆直接泵送到堆场；
（3）铁尾矿和固化剂混合料干堆：将步骤（2）中得到的混合料经泵输送到堆场区域，先挖出一条沟，在沟中充填混合料，在充填放料的尾端排水，直至充填和排水完成；待充填料初凝后，挖掘充填料摊铺在沟的外沿作为埂，在埂的摊铺过程中进行碾压和整形；初始埂建成后，向埂围成的堆存区域内充填混合料，沿埂的内沿位置开始、由外向内充填混合料，待沟内充满后料浆自流到其它区域直至与埂高度齐平，在排矿的尾方向用回水井或堰排水，待充填体初凝后，挖掘充填物料摊铺到埂上，开始第二个筑埂和充填循环；通过这种方式，最终形成一个类似金字塔的尾矿干堆体；以上述堆存方式，尾矿库分成不同的区域，分别适应充填、排水、固化、起埂的需要。
2.根据权利要求1所述的铁尾矿固化干堆方法，其特征在于：所述固化剂的各组份为钢渣53～81 wt %、化工废石膏1.8～4wt%、熟料10～25wt%、粉煤灰5～10wt%、生石灰2～7wt%、添加剂0.2～1.0wt%。
3.根据权利要求2所述的铁尾矿固化干堆方法，其特征在于：所述化工废石膏为磷石膏、脱硫石膏、钛石膏和氟石膏中的任意一种。
4.根据权利要求2所述的铁尾矿固化干堆方法，其特征在于：所述添加剂由硫酸钠、氯化钠、氯化钙、氯化铁、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁和木质素磺酸钙中的两种或两种以上按任意比例混配而成。
5.根据权利要求1所述的铁尾矿固化干堆方法，其特征在于：所述铁尾矿浆是从选矿工艺排出的浓度为20～60wt%的呈流体状的液固混合物，干基是铁矿石经破碎、湿法球磨和磁选后剩余的含铁量＜15wt%的铁尾矿,主要矿物为普通硅酸盐矿物，粒度分布范围为粒径小于20μm 的质量分数小于10%、粒径大于500μm的质量分数小于10%。
6.根据权利要求1所述的铁尾矿固化干堆方法，其特征在于：所述混合料中的10%料浆返回搅拌槽继续与原矿浆配料搅拌，90%料浆直接泵送到堆场。
7.根据权利要求1所述的铁尾矿固化干堆方法，其特征在于：所述步骤（3）中，沟外沿埂侧壁与水平方向的角度≤75°、高度≤4m、宽度≥6m；第二次起埂的外沿与第一次埂的顶部外沿的距离≥600㎜。
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