CN102562148B - 一种铁尾矿胶结充填方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁尾矿胶结充填方法，属采矿工程技术领域。其特征在于在铁尾矿浆中先掺加相当于尾矿干基重量0.5～3%的固化剂后，自然沉降浓缩，底流浓浆直接泵送到充填区进一步泌水固化作为底层，待底层固化后，继续采用上述浓浆与相当于尾矿干基重量的4～12%固化剂强制搅拌混合，再度泵送到底层上作为面层。底层与面层共同组成充填体。与现有技术相比，本发明充分利用了尾矿作为胶结充填材料，成本低，固化效果好，是一种铁尾矿胶结充填的新方法，既部分解决了尾矿的出路问题，也为矿山充填作业找到了一种价廉物美的建筑材料。
Description
技术领域：
本发明涉及一种铁尾矿胶结充填方法，属于采矿工程技术领域。
背景技术：
我国很多铁矿山采用的采矿方法是胶结开采，当工作面的开采完成后，就留下一个采空区，如果要继续从下往上开采矿石，就必须提高工作面高度，因此对采空区进行充填是采矿工程的必要环节。
目前应用于胶结充填的技术方法主要有两类：一类是分级尾砂胶结充填技术，其方法是尾矿经分级和浓缩后，添加水泥为代表的胶结材料，制成膏体充填到采空区；第二类是全尾砂胶结充填技术，其方法是尾矿经自然沉降浓缩后，添加水泥为代表的胶结材料，制成膏体充填到采空区。这两种方法存在各自的优点和不足，前者需要设置尾矿分级、脱水装置，尾矿利用率较低，但因采用的尾矿粒度较粗，故胶结效果相对较好；后者也要配套建设沉降、脱水、储存装置，尾矿利用率高，但因尾矿中细粒态颗粒量大，耗用水泥多，充填体的质量不如分级尾砂胶结充填。至今，我国的充填技术经历了从干式充填到水力充填，从分级尾砂、全尾砂、高水固化胶结充填到膏体泵送胶结充填的发展过程，采用充填技术的单位有金川公司、凡口铅锌矿、和张马屯铁矿、山东金岭铁矿、铜陵狮子山铜矿、南京栖霞铅锌银矿、河北西石门铁矿等。
利用尾矿充填，既可以解决矿山充填骨料来源，又能够解决或部分解决尾矿的排放问题，一举两得，是解决尾矿排放问题的较好途径。
但是从已有的文献报道不难看出，尾矿胶结充填的关键性材料主要为水泥，或者在水泥为基础上适当添加粉煤灰、石灰或者化学外加剂。众所周知，因尾矿的颗粒细（有些甚至比水泥还细）、持水率高、酸碱特征明显或者含有残余的选矿药剂，水泥效能很难充分发挥，充填体存在凝结时间长、水稳性差和强度低以及耐久性不足的诸多问题。在此背景下，有必要研发新的尾矿胶结充填技术。
发明内容：
本发明的目的是提供一种专门针对铁尾矿胶结充填的生产方法,既解决采矿工艺问题，又解决铁尾矿综合利用问题。
本发明的技术方案是：在铁尾矿浆中添加固化剂进行沉降浓缩，然后先进行底层充填，再进行面层充填，其具体步骤包括如下：
（1）固化剂的制备：将矿渣、硅酸盐水泥熟料、化工废石膏、粉煤灰和生石灰先分别进行干燥、筛分、破碎成尺寸小于10mm的颗粒，然后混合均匀，自然陈化6h以上后再磨，粉体细度控制为0.08mm筛余量小于10%；将外加剂先破碎成粒度小于1mm的粉末，再与上述粉体材料混匀成为固化剂；
（2）浓缩铁矿浆制备：在铁尾矿浆中先掺加相当于铁尾矿干基0.5～3wt%的固化剂，沉降后底流为浓度大于55wt%的浓浆，上层轻液排除；
（3）底层充填：在充填底层设置回水井，将底流浓浆直接输送到充填区，充填厚度在3m以上，充填一次或多次，充填过程产生的渗淋水流入回水井中抽走进行泌水固化，充填体自然养护3～7天；
（4）面层充填：待底层固化后，将步骤（2）得到的底流浓浆与固化剂按照干基质量比为100：6～12进行计量，在搅拌速率30～60r/min的搅拌状态下同时加入固化剂和铁尾矿浆，二者强制混合搅拌3～8min，然后输送到已固化的底层上进行充填，充填厚度在0.4m以上，充填一次或多次，充填过程产生的渗淋水流入回水井中抽走进行泌水固化，充填体自然养护≥7天后得到的底层与面层共同组成充填体。
所述固化剂的各组份按照重量百分比计量为矿渣40～62wt%、化工废石膏3～5wt%、硅酸盐水泥熟料20～30wt%、粉煤灰10～15wt%、生石灰3.5～9.6wt%、外加剂0.4～1.5wt%。其中矿渣为炼铁生产过程产生的以硅酸钙为主的玻璃体废渣，化工废石膏可以为磷石膏、脱硫石膏、钛石膏、氟石膏中的任意一种。
所述外加剂由碱金属盐、硫酸盐型絮凝剂、减水剂配制而成，按照重量比配料为：碱金属盐：硫酸盐型絮凝剂：减水剂=1：0.2～2：0.5～4。其中碱金属盐为硫酸钠、氯化钠、碳酸钠或硝酸钠中的一种或任意几种按任意比例混合配制而成；硫酸盐型絮凝剂为硫酸铝、硫酸铁、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁或聚合硫酸铁铝中的一种或任意几种按任意比例混合配制而成；减水剂为木质素磺酸钙、萘磺酸盐、木质素磺酸钠或腐植酸钠中的一种或任意几种按任意比例混合配制而成，上述试剂均为普通市售。
所述铁尾矿浆是从选矿工艺排出的浓度为20～50wt%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%,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%。
本发明与现有技术相比具有如下优点和积极效果：本发明为铁尾矿胶结充填提供了一种新方法，充填材料的主要原料以工业废渣为主，成本低廉，生产工艺简单；充填混合料搅拌、输送和放矿工艺简单，动力消耗低，容易工程实施。充填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，能够满足采矿工艺要求；与传统技术相比，降低了成本和简化了工艺，充分利用了尾矿，是一种尾矿胶结充填新方法。
附图说明：
图1是本发明的工艺流程。
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，本铁尾矿胶结充填方法的具体步骤如下：
（1）固化剂的制备：将固化剂重量62wt%的矿渣、20wt%的硅酸盐水泥熟料、3wt%的磷石膏、10wt%的粉煤灰和3.5wt%的生石灰先分别进行干燥、筛分、破碎成尺寸小于8mm的颗粒，然后混合均匀，自然陈化6h后粉磨，粉体细度控制为0.08mm筛筛余小于9%；将固化剂重量的1.5wt%外加剂先破碎成粒度小于0.8mm的粉末，再与上述粉体材料混匀成为固化剂；（外加剂由硫酸钠、硫酸铝和木质素磺酸钙按1:2:4的比例混合配制而成）
（2）浓缩铁矿浆制备：在铁尾矿浆中先掺加相当于尾矿干基0.5wt%的固化剂，沉降后底流为浓度56wt%的浓浆，上层轻液排除；（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14wt%,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9%、粒径大于500μm的质量分数小于9%。）
（3）底层充填：在充填底层设置回水井，将底流浓浆直接输送到充填区，充填厚度为4m，充填一次或多次，充填过程产生的渗淋水流入回水井中抽走进行泌水固化，充填体自然养护3天；
（4）面层充填：待底层固化后，将步骤（2）得到的底流浓浆与固化剂按照干基质量比为100：6进行计量，输送到强制式双轴搅拌机中,在搅拌速率30r/min的搅拌状态下同时加入固化剂和铁尾矿浆，二者强制混合搅拌8min，然后输送到已固化的底层上进行充填，充填厚度为0.4m，充填一次，充填过程产生的渗淋水流入回水井中抽走进行泌水固化，充填体自然养护8天后得到的底层与面层共同组成充填体。
上述充填体的3天抗压强度：底层0.01MPa，面层1.0MPa; 7天抗压强度：底层0.05MPa，面层2.2MPa;该性能满足工程机械碾压，不塌陷。
实施例2：如图1所示，本铁尾矿胶结充填方法的具体步骤如下：
（1）固化剂的制备：将固化剂重量40wt%的矿渣、30wt%的硅酸盐水泥熟料、5wt%的脱硫石膏、15wt%的粉煤灰和9.6wt%的生石灰先分别进行干燥、筛分、破碎成尺寸小于10mm的颗粒，然后混合均匀，自然陈化7h粉磨，粉体细度控制为0.08mm筛余量小于10%；将固化剂重量的0.4wt%外加剂先破碎成粒度小于1mm的粉末，再与上述粉体材料混匀成为固化剂；
（外加剂由碱金属盐、硫酸盐型絮凝剂、减水剂配制而成，按照重量比配料为：碱金属盐：硫酸盐型絮凝剂：减水剂=1：0.2：0.5。碱金属盐为氯化钠和碳酸钠按任意比例混合配制而成。硫酸盐型絮凝剂为硫酸铁、聚合硫酸铝或聚合硫酸铁按任意比例混合配制而成。减水剂为萘磺酸盐、木质素磺酸钠和腐植酸钠按任意比例混合配制而成。）
（2）浓缩铁矿浆制备：在铁尾矿浆中先掺加相当于尾矿干基3wt%的固化剂，沉降后底流为浓度为58wt%的浓浆，上层轻液排除；（铁尾矿浆是从选矿工艺排出的浓度为50wt%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%,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8%、粒径大于500μm的质量分数小于8%。）
（2）底层充填：在充填底层设置回水井，将底流浓浆直接输送到充填区，充填厚度在5m上，充填3次，充填过程产生的渗淋水流入回水井中抽走，充填体自然养护5天；
（3）面层充填：待底层固化后，将步骤（2）得到的底流浓浆与固化剂按照干基质量比为100：8进行计量，在搅拌速率60r/min的搅拌状态下同时加入固化剂和铁尾矿浆，二者强制混合搅拌3min，然后输送到已固化的底层上进行充填，充填厚度为0.5m，充填3次，充填过程产生的渗淋水流入回水井中抽走，充填体自然养护9天后得到的底层与面层共同组成充填体。
上述充填体的3天抗压强度：底层0.3MPa，面层0.8MPa; 7天抗压强度：底层0.5MPa，面层1.8MPa;该性能满足工程机械碾压，不塌陷。
实施例3：如图1所示，本铁尾矿胶结充填方法的具体步骤如下：
（1）固化剂的制备：将固化剂重量50wt%的矿渣、25wt%的硅酸盐水泥熟料、4wt%的钛石膏、12.5wt%的粉煤灰和7.5wt%的生石灰先分别进行干燥、筛分、破碎成尺寸小于10mm的颗粒，然后混合均匀，自然陈化10h粉磨，粉体细度控制为0.08mm筛筛余小于10%；将固化剂重量的0.4～1.5wt%外加剂的先破碎成粒度小于0.9mm的粉末，再与上述粉体材料混匀成为固化剂；（外加剂由硝酸钠、聚合硫酸铁铝腐植酸钠按比例1:1:3混合配制而成。）
（2）浓缩铁矿浆制备：在铁尾矿浆中先掺加相当于尾矿干基2wt%的固化剂，沉降后底流为浓度为60wt%的浓浆，上层轻液排除；（铁尾矿浆是从选矿工艺排出的浓度为40wt%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13wt%,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%。）
（2）底层充填：在充填底层设置回水井，将底流浓浆直接输送到充填区，充填厚度为6m，充填4次，充填过程产生的渗淋水流入回水井中抽走，充填体自然养护7天；
（3）面层充填：待底层固化后，将步骤（2）得到的底流浓浆与固化剂按照干基质量比为100：12进行计量，在搅拌速率40r/min的搅拌状态下同时加入固化剂和铁尾矿浆，二者强制混合搅拌7min，然后输送到已固化的底层上进行充填，充填厚度为0.6m，充填5次，充填过程产生的渗淋水流入回水井中抽走，充填体自然养护9d后得到的底层与面层共同组成充填体。
上述充填体的3天抗压强度：底层0.2MPa，面层0.7MPa; 7天抗压强度：底层0.35MPa，面层2.1MPa;该性能满足工程机械碾压，不塌陷。
实施例4：如图1所示，本铁尾矿胶结充填方法的具体步骤如下：
铁尾矿浆、固化剂主原料及总掺量、固化剂生产、胶结充填材料生产方法与实施例1同；所不同处在于外加剂是按碱金属盐：硫酸盐型絮凝剂：减水剂=1：2：4配制,其中碱金属盐是按硫酸钠：氯化钠=1：1混合配制；硫酸盐型絮凝剂是硫酸铝：硫酸铁=2混合配制；减水剂是木质素磺酸钙：萘磺酸盐=1：3混合配制。
与实施例1不同的是采用上述配料所得底流浓度为60%，其性能为：
3天抗压强度：底层0.05MPa，面层1.4MPa; 7天抗压强度：底层0.2MPa，面层2.8MPa;该性能满足工程机械碾压，不塌陷。
实施例5：如图1所示，本铁尾矿胶结充填方法的具体步骤如下：
铁尾矿浆、固化剂主原料及总掺量、固化剂生产、胶结充填材料生产方法与实施例2同；所不同处在于外加剂是按碱金属盐：硫酸盐型絮凝剂：减水剂=1：0.2：0.5配制,其中碱金属盐是按硫酸钠：氯化钠：碳酸钠=1：1：0.5混合配制；硫酸盐型絮凝剂是按硫酸铝：聚合硫酸铁：聚合硫酸铁铝=1：0.5：2混合配制；减水剂是按木质素磺酸钙：木质素磺酸钠：萘磺酸盐=1：0.5：0.3混合配制。
与实施例2不同的是采用上述配料所得底流浓度为62%，其性能为：
3天抗压强度：底层0.35MPa，面层0.9MPa; 7天抗压强度：底层0.68MPa，面层2.1MPa.该性能满足工程机械碾压，不塌陷。
实施例6：如图1所示，本铁尾矿胶结充填方法的具体步骤如下：
铁尾矿浆、固化剂主原料及总掺量、固化剂生产、胶结充填材料生产方法与实施例3同；所不同处在于外加剂是按碱金属盐：硫酸盐型絮凝剂：减水剂=1：2：0.5配制,其中：碱金属盐是按硫酸钠：氯化钠：碳酸钠：硝酸钠=1：1：0.3：0.2混合配制；硫酸盐型絮凝剂是按硫酸铁：聚合硫酸铝：聚合硫酸铁铝=1：0.5：2混合配制；减水剂是按木质素磺酸钙：木质素磺酸钠：萘磺酸盐：腐植酸钠=1：0.4：0.3：0.2混合配制。
与实施例3不同的是采用上述配料所得底流浓度为59%，其性能为：
3天抗压强度：底层0.3MPa，面层0.9MPa; 7天抗压强度：底层0.55MPa，面层2.4MPa;该性能满足工程机械碾压，不塌陷。
Claims (8)
1.一种铁尾矿胶结充填方法，其特征在于包括如下具体步骤：
（1）固化剂的制备：将矿渣、硅酸盐水泥熟料、化工废石膏、粉煤灰和生石灰先分别进行干燥、筛分、破碎成尺寸小于10mm的颗粒，然后混合均匀，自然陈化6h以上后再磨，粉体细度控制为过0.08mm筛余量小于10%；将外加剂先破碎成粒度小于1mm的粉末，再与上述粉体材料混匀成为固化剂；
（2）浓缩铁矿浆制备：在铁尾矿浆中先掺加相当于铁尾矿干基0.5～3wt%的固化剂，沉降后底流为浓度大于55wt%的浓浆，上层轻液排除；
（3）底层充填：在充填底层设置回水井，将底流浓浆直接输送到充填区，充填厚度在3m以上，充填一次或多次，充填过程产生的渗淋水流入回水井中抽走进行泌水固化，充填体自然养护3～7天；
（4）面层充填：待底层固化后，将步骤（2）得到的底流浓浆与固化剂按照干基质量比为100：6～12进行计量，在搅拌速率30～60r/min的搅拌状态下同时加入固化剂和步骤（2）得到的底流浓浆，二者强制混合搅拌3～8min，然后输送到已固化的底层上进行充填，充填厚度在0.4m以上，充填一次或多次，充填过程产生的渗淋水流入回水井中抽走进行泌水固化，充填体自然养护≥7天后得到的底层与面层共同组成充填体。
2.根据权利要求1所述的铁尾矿胶结充填方法，其特征在于：所述固化剂的各组份按照重量百分比计量为矿渣40～62wt%、化工废石膏3～5wt%、硅酸盐水泥熟料20～30wt%、粉煤灰10～15wt%、生石灰3.5～9.6wt%、外加剂0.4～1.5wt%。
3.根据权利要求2所述的铁尾矿胶结充填方法，其特征在于：所述化工废石膏为磷石膏、脱硫石膏、钛石膏、氟石膏中的任意一种。
4.根据权利要求1或2所述的铁尾矿胶结充填方法，其特征在于：所述外加剂由碱金属盐、硫酸盐型絮凝剂、减水剂配制而成，按照重量比配料为：碱金属盐：硫酸盐型絮凝剂：减水剂=1：0.2～2：0.5～4。
5.根据权利要求4所述的铁尾矿胶结充填方法，其特征在于：碱金属盐为硫酸钠、氯化钠、碳酸钠或硝酸钠中的一种或任意几种按任意比例混合配制而成。
6.根据权利要求4所述的铁尾矿胶结充填方法，其特征在于：硫酸盐型絮凝剂为硫酸铝、硫酸铁、聚合硫酸铝、聚合硫酸铁或聚合硫酸铁铝中的一种或任意几种按任意比例混合配制而成。
7.根据权利要求4所述的铁尾矿胶结充填方法，其特征在于：减水剂为木质素磺酸钙、萘磺酸盐、木质素磺酸钠或腐植酸钠中的一种或任意几种按任意比例混合配制而成。
8.根据权利要求1所述的铁尾矿胶结充填方法，其特征在于：所述铁尾矿浆是从选矿工艺排出的浓度为20～50wt%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%的固体废弃物,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%。
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