CN107382156A - 尾砂填充材料在铅锌矿填充中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了尾砂填充材料在铅锌矿填充中的应用。其尾砂填充材料包括铅锌矿尾砂、铅锌矿尾砂激发剂和水。本发明的填充浆料的使用不改变矿山现有充填系统，不影响现有充填工艺流程；该浆料不会对矿山周边的水、土壤、大气及地质等自然环境造成影响；其强度高，采场边帮稳定性良好，对矿石的贫化指标影响较小，确保出矿质量，且材料化学成分类似于水泥，有充填体崩落时，崩落的少许充填材料在选矿工艺中不会参与对选矿有影响的化学反应。填充材料最终目的就是通过激发技术激活全尾砂中的活性物质，形成胶结体，用于矿山充填，达到取消尾矿库的效果。
Description
技术领域
本发明涉及尾砂填充材料在铅锌矿填充中的应用。
背景技术
尾矿充填经历了废石干式充填、水砂充填、尾砂胶结充填、尾砂高浓度充填等几个阶段的发展。自20世纪60～70年代应用和开发尾砂胶结充填技术以来，充填胶结材料得到了重视和空前的发展，主要的胶结材料有水泥、高水固结材料、赤泥胶结材料、碱激发胶结材料等。其发展趋势向缩短凝固时间、低成本、高强度、易输送、易生产、工艺简单等方向发展，但水泥仍为矿山工程及井下充填应用最广泛的胶凝材料。
矿山充填材料主要由骨料和胶结剂两部分组成，骨料大多就地选取廉价的可用物料，不足部分就近选料破碎加工，而胶结剂绝大多数矿山选用普通硅酸盐水泥或矿渣水泥，少量矿山掺入粉煤灰、赤泥、石灰等物料。为适用于矿山充填特点的专用胶结材料还不多见。就目前来看主要有以下几类胶结材料在充填中应用。
(1)水泥
目前，建筑工程及采矿工程中使用的水泥主要有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥等。硅酸盐水泥仍然是目前采矿工程中应用最广泛的胶结材料，但存在成本高，适应性不强，水灰比和灰砂比可调范围窄等缺点。
(2)高水材料
高水速凝尾砂胶结充填材料(简称高水材料)是80年代末90年代初研究成功的新型的胶结材料。高水材料是以铝矾土、石灰、石灰石和石膏为主要原料，配以多种无机原料和添加剂等经过破碎、烘干、配料、均化、烧制以及粉磨等工艺，制成的甲、乙两种固体粉料。具有固水能力强、单浆悬浮性和流动性强、凝固速度快、强度增长速度快等特点，可以将高比例的水迅速凝固成具有一定承载能力的固体。其体积含水率可高达70％以上，1h凝固强度可达0.5～1.0MPa，在需要快速充填和固结的条件下具有优势。但是，其充填工艺复杂(双组份)，成本高(800元～1000元/吨)，充填体有析水现象，广泛推广应用有一定局限性。而且后期强度大幅倒缩，充填体易粉化。
(3)碱激发胶结材料
该类材料以单独或复配的高炉矿渣、粉煤灰、钢渣等活性掺合料为主，辅以不同类型的碱性激发剂、外加剂或(和)少量天然矿物。不用锻烧，设备投资少，生产工艺简单，生产成本较低，经济效益明显，而且由于综合利用工业废渣，变废为宝。在某些矿山充填过程中，与强度等级42.5水泥用量相同的情况下，其早期强度可达到水泥的2～4倍以上。因尾矿类型繁多，而该类材料的激发体系并不唯一，相同的材料固化尾矿性能差异较大，因此需要针对不同尾矿进行专门试验和研究以确定性价比最佳的胶结体系，并不存在“一劳永逸”的激发剂配方。
对于铅锌矿而言，需要针对铅锌矿尾砂的特点开展系统试验，寻求价格低廉、来源丰富、生产简单、性能优越的填充材料，尽最大努力减少填充材料的用量，以降低充填成本，提高企业经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供尾砂填充材料在铅锌矿填充中的应用。
本发明所采取的技术方案是：
尾砂填充材料在铅锌矿填充中的应用，其尾砂填充材料包括铅锌矿尾砂、铅锌矿尾砂激发剂和水。
铅锌矿尾砂按质量分数包括以下组分：1.5％～3.5％MgO，4.5％～6.5％Al2O3，23％～26％SiO2，9％～11％SO3，0.5％～2.5％K2O，27％～30％CaO，0.1％～0.5％TiO2，5％～8％Fe2O3，0.15％～0.5％ZnO，0.2％～0.45％PbO，余量为烧失量。
铅锌矿尾砂的粒径中，5μm～50μm占20～25wt％，50μm～75μm占17～22wt％，75μm～250μm占53～58wt％。
铅锌矿尾砂激发剂按质量分数由以下原料组成：高炉矿渣66％～70％，粉煤灰24％～28％，氟石膏5％～6％，减水剂0.4％～0.6％。
高炉矿渣为炼钢生铁矿渣。
粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级F类粉煤灰。
减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。
尾砂填充材料的固含量为70wt％～80wt％。
铅锌矿尾砂激发剂与铅锌矿尾砂的质量比为1：(4～18)。
本发明的有益效果是：
本发明的填充浆料的使用不改变矿山现有充填系统，不影响现有充填工艺流程；该浆料不会对矿山周边的水、土壤、大气及地质等自然环境造成影响；其强度高，采场边帮稳定性良好，对矿石的贫化指标影响较小，确保出矿质量，且材料化学成分类似于水泥，有充填体崩落时，崩落的少许充填材料在选矿工艺中不会参与对选矿有影响的化学反应。填充材料最终目的就是通过激发技术激活全尾砂中的活性物质，形成胶结体，用于矿山充填，达到取消尾矿库的效果。
具体实施方式
尾砂填充材料在铅锌矿填充中的应用，其尾砂填充材料包括铅锌矿尾砂、铅锌矿尾砂激发剂和水。
铅锌矿尾砂按质量分数包括以下组分：1.5％～3.5％MgO，4.5％～6.5％Al2O3，23％～26％SiO2，9％～11％SO3，0.5％～2.5％K2O，27％～30％CaO，0.1％～0.5％TiO2，5％～8％Fe2O3，0.15％～0.5％ZnO，0.2％～0.45％PbO，余量为烧失量。
铅锌矿尾砂的粒径中，5μm～50μm占20～25wt％，50μm～75μm占17～22wt％，75μm～250μm占53～58wt％。
铅锌矿尾砂激发剂按质量分数由以下原料组成：高炉矿渣66％～70％，粉煤灰24％～28％，氟石膏5％～6％，减水剂0.4％～0.6％；优选的，铅锌矿尾砂激发剂按质量分数由以下原料组成：高炉矿渣67％～69％，粉煤灰25％～27％，氟石膏5.2％～5.8％，减水剂0.4％～0.6％。
优选的，高炉矿渣为炼钢生铁矿渣。
优选的，粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级F类粉煤灰；进一步优选的，粉煤灰为Ⅰ级F类粉煤灰。
优选的，减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种；进一步优选的，减水剂为萘系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。
优选的，尾砂填充材料的固含量为70wt％～80wt％。
优选的，铅锌矿尾砂激发剂与铅锌矿尾砂的质量比为1：(4～18)；进一步优选的，铅锌矿尾砂激发剂与铅锌矿尾砂的质量比为1：(6～18)。
本发明人通过分析铅锌矿尾砂化学结构和物理性质，开发出一种以工业固废资源为基材的经济环保型胶结材料。铅锌矿尾砂中[SiO4]4-聚合为不同的硅酸阴离子，此外还存在Si-O-Al和Al-O-Al的结合，以上物质在OH-的作用下会发生化学反应如下：-Si-O-Si-O+OH-→-Si-O-+-O-Si-OH-Si-O-+OH-→-O-Si-OH；如有Ca2+或Na+存在时，-Si-O-+Ca2+→-Si-O-Ca--Si-O-Ca-+OH-→-Si-O-Ca-OH。本发明的材料能够高效激活尾砂中的非晶态富硅铝质成分，在生成前驱体的基础上，以平板钙层为基础，生长成为具有胶凝能力的C-A-S-H凝胶，从而有效利用固废生成胶凝材料，达到固废充填的目的。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
实施例：
本发明的尾砂填充材料是按以下方法进行制备的：
1)将定量铅锌矿尾砂和铅锌矿尾砂激发剂按不同灰砂比(即铅锌矿尾砂激发剂与铅锌矿尾砂的质量比)放入搅拌机中搅拌；
2)掺入水将浆体配制成不同浓度，搅拌即可。
所用的铅锌矿尾砂为凡口矿全尾砂，按质量分数包括以下组分：2.5％MgO，5.6％Al2O3，24.4％SiO2，9.8％SO3，1.0％K2O，28.1％CaO，0.3％TiO2，6.8％Fe2O3，0.4％ZnO，0.4％PbO，余量为烧失量。铅锌矿尾砂的粒径中，5μm～50μm占23.64wt％，50μm～75μm占19.21wt％，75μm～250μm占55.76wt％。
铅锌矿尾砂激发剂按质量分数由以下原料组成：高炉矿渣68％，粉煤灰26％，氟石膏5.5％，减水剂0.5％。高炉矿渣为炼钢生铁矿渣，粉煤灰为Ⅰ级F类粉煤灰，减水剂为萘系减水剂。
本发明充填料流动性按照GBT2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行，硬化充填料力学性质按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行。
一、充填站现场试验抗压强度
在凡口矿充填站现场进行了试验，试验时与目前矿山充填用水泥进行了对比，试验结果如表1所示。
表1水泥与本发明填充材料抗压强度结果对比
根据以上结果，得出以下几点：
(1)采用水泥作为充填材料，灰砂比1:6的情况下3d强度大于1.0MPa，28d强度大于2.0MPa，无法满足采矿关于3d和28d强度不低于2.0MPa和3.0MPa的需求。
(2)本发明填充材料的性能明显优于水泥，同样灰砂比的情况下，抗压强度不低于水泥的2倍，基本可以达到水泥强度的3倍。灰砂比1:14的性能优于水泥1:6的性能，28d杭压强度达到2.2MPa，3d强度达到了0.6MPa。
(3)充填体的强度持续增长，未出现降低的情况，说明充填体性能稳定，符合矿山生产需求。
二、流动性试验
为了考察尾砂填充材料的流动性，为料浆的管道输送提供参考数据，需要进行充填料浆的流动性试验。扩展度是判别充填料浆流动性能的综合性指标。扩展度大小直接反映了充填料浆的流动状态和摩擦阻力大小。扩展度过小的充填料浆，输送时摩擦阻力大，若处理不当将产生堵管。扩展度过大，料浆过稀容易发生离析沉积，会导致充填料浆分层，而且增加井下排水量。在一般情况下，料浆的扩展度以300～400mm为宜，超过550mm料浆容易离析。下表2为流动性试验结果。
表2流动性试验结果对比
由试验结果得出以下几点：
(1)料浆浓度越高，流动度值越小，料浆流动性越差。
(2)试验进行了72％，75％和78％三种浓度的尾矿浆流动性试验，根据试验结果，75％浓度的情况下，尾矿浆的流动度大约在400mm左右，基本能够满足充填自流平的要求。因此尾矿充填的浓度可以在75％左右，保守的充填浓度为72％。
(3)对于相同灰砂比、相同浓度的料浆而言，采用本发明材料和采用水泥的料浆流动度值基本相同，说明本发明材料与水泥相比，不会影响尾矿料浆的流动性。
三、应用测试
选定在凡口矿区的308、520和606-1采场开展充填应用，试验结果下表3所示。
表3现场接浆的强度测试结果
现将接浆试验测试结果基本符合规律，但存在一定误差。为准确检验产品性能，同时在矿上实验室按配比进行强度检测测试，结果如表4所示。
表4矿上实验室手工同期测试结果
采用水泥的充填方案强度偏低，其灰砂比可调节能力弱，低灰砂比下强度下降明显。本发明的填充材料可在确保料浆流动性的前提下满足充填体的不同强度要求，在1:8～1:18灰砂比时，相同条件下，采用本发明试样28d强度约为水泥固化尾砂的2倍多，达到相同强度水准所用填充材料比水泥减少约50％。
Claims (9)
1.尾砂填充材料在铅锌矿填充中的应用，其特征在于：尾砂填充材料包括铅锌矿尾砂、铅锌矿尾砂激发剂和水。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：铅锌矿尾砂按质量分数包括以下组分：1.5％～3.5％MgO，4.5％～6.5％Al2O3，23％～26％SiO2，9％～11％SO3，0.5％～2.5％K2O，27％～30％CaO，0.1％～0.5％TiO2，5％～8％Fe2O3，0.15％～0.5％ZnO，0.2％～0.45％PbO，余量为烧失量。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：铅锌矿尾砂的粒径中，5μm～50μm占20～25wt％，50μm～75μm占17～22wt％，75μm～250μm占53～58wt％。
4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：铅锌矿尾砂激发剂按质量分数由以下原料组成：高炉矿渣66％～70％，粉煤灰24％～28％，氟石膏5％～6％，减水剂0.4％～0.6％。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：高炉矿渣为炼钢生铁矿渣。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级F类粉煤灰。
7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于：减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：尾砂填充材料的固含量为70wt％～80wt％。
9.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：铅锌矿尾砂激发剂与铅锌矿尾砂的质量比为1：(4～18)。
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