CN110494405A - 用于在采矿工艺中使用的浆料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于诸如回填和胶结填石之类的采矿工艺的浆料，用来以较低的总成本提供改进的早期和后期强度。该浆料包括尾矿、一种或几种粘结剂、工程回填料和水。工程回填纤维通常是从塑料制品、部分塑料化制品、回收塑料制品或部分回收塑料制品中获得的塑料纤维。还公开了对矿的一部分回填的方法和浆料在采矿工艺中的用途。
Description
技术领域
本发明涉及采矿工业。更具体而言，本发明涉及一种用于在采矿工艺中使用的浆料。
背景技术
适当设计的浆料回填料允许适当的尾矿处理并且稳定地下。浆料由尾矿、粘合剂和混合水组成，并且通常用管道或卡车进行回填。当需要在靠近填充的地方开采时，使用相对较高的粘合剂含量来产生较高的早期强度和较高的长期强度。另一方面，在强度要求较低的应用中，可使用较低的粘合剂含量。通常，降低粘合剂含量的决定是由成本决定的。然而，根据采场的几何结构、回填计划和尾矿的性质，这种“低”或最低粘合剂含量可能会有所不同。当浆料不符合最低规格时，存在地面支撑不足或液化的风险。
除了粘合剂用量外，使用不同类型的水泥在浆料回填中会产生不同的强度增长率。例如，当需要快速增加强度时，可以使用高早强水泥。虽然在混合水泥中使用矿渣往往具有较慢的强度发展，但它产生的长期强度高于普通硅酸盐水泥(Portland cement)。
设计良好的浆料回填料应在给定时间内满足强度要求，以使浆料获得强度所需的时间不会成为采矿过程的瓶颈。同时，回填每吨的成本应保持在较低的水平。浆料回填料与混凝土一样，具有强压缩性、弱拉伸性。延迟裂缝的形成和扩展是提高浆料回填料强度的策略之一。此外，节约水泥粘合剂也很重要，因为它不仅可以节省成本，而且可以显著减少采矿回填料的碳足迹。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于在采矿工艺中使用的浆料。该浆料包含：尾矿、一种或多种粘合剂、工程回填纤维和水。
在一个实施例中，工程回填纤维是一种塑料纤维，例如但不限于聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯或聚氨酯。塑料纤维可从塑料制品、部分塑料化制品、再生塑料制品或部分再生塑料制品中获得。
在另一实施例中，一种或多种粘合剂是诸如硅酸盐水泥之类的水泥和辅助胶凝材料，诸如磨细粒化的高炉矿渣(blast furnace slag)、飞灰、天然火山灰、水泥窑灰和废玻璃。在一些优选实施例中，硅酸盐水泥为ASTM C150 1型或CSA A3001-03 GU型，且辅助胶凝材料为磨细粒化的高炉矿渣。
在其他实施例中，一种或多种粘合剂是包含矿渣和硅酸盐水泥的组合物。在一些优选的实施例中，所述组合物为90份矿渣和10份硅酸盐水泥。
在其他实施例中，粘合剂的组合物以尾矿重量的3％被提供，工程回填纤维以尾矿重量的0.3％被提供。
在另一实施例中，浆料被用作回填浆料或用在胶结岩(cemented rock)填料中。
根据本发明的另一方面，提供了一种对矿的一部分回填的方法。所述方法包括：提供如上所述的浆料回填料；并将浆料回填料泵入矿山的一部分。
根据本发明的另一方面，提供了将上述浆料回填料用于回填矿的一部分的用途。
附图说明
结合下面的描述和附图本发明的上述或其他特点、方面和优点将会变得更好理解，其中：
图1是在选定的固化时间段后具有或不具有工程回填纤维的样品的强度的示意图。
具体实施方式
以下描述仅是通过举例的一个具体实施例，并非对实施本发明所必需的组合进行限制。
本文所公开的浆料可用于各种采矿工艺，包括但不限于作为胶结岩充填或水力充填的回填浆料。
该浆料包括通常在浆料回填料中出现的组分的基本成分，包括尾矿、粘合剂和水。此外，该浆料还包括工程回填纤维，以降低浆料的整体生产成本，提高浆料的早期和长期强度。
基础浆料包括采矿尾矿、粘合剂(粘结剂)和水。本领域技术人员会理解通常用于生产浆料回填料的各种类型的采矿尾矿和粘合剂，以及各成分的相关浓度。例如，尾矿通常占浆料混合物重量的70％到80％。在一些实施例中，尾矿约占浆料混合物重量的74％。
用在浆料中的尾矿的实际选择取决于使用的粘合剂。例如，应考虑尾矿的物理、化学和矿物学性质与粘合剂之间的能力。在一个实施例中，尾矿来自尾矿库和干堆。这些尾矿经过筛选以去除粘土，平均25-35％通过20微米的筛网，并被用于浆料。
该浆料含有一种或多种粘合剂。粘合剂通常(但不总是)包括水泥和辅助胶凝材料。常用水泥包括ASTM C150 1型和CSA A3001-03 GU型硅酸盐水泥中的一种。水泥与辅助胶凝材料一起提供，以形成一种组合物。水泥与辅助胶凝材料的实际比例可以有所不同，然而，与辅助胶凝材料相比，使用更多水泥是常见的。例如，具有90份水泥至10份辅助胶凝材料的组合物适用于本浆料。
辅助胶凝材料可以包括但不限于磨细粒化的高炉矿渣、飞灰、天然火山灰、水泥窑灰、废玻璃或它们的任意组合物。在一个实施例中，所述辅助胶凝材料为磨细粒化的高炉矿渣。
本文所公开的浆料还包括工程回填纤维。在大多数情况下，工程回填纤维是从塑料制品、部分塑料化制品、回收塑料制品、部分回收塑料制品或其中两种或两种以上的组合中获得的塑料纤维。优选的工程回填纤维来自生活垃圾产品，如水瓶、软饮料瓶和食品包装，或工业垃圾产品，例如薄膜、清洗物/块状物或不符合规格的包装。通过对不同类型的塑料进行分类，清洗塑料，粉碎塑料，然后将其熔化形成纤维，可以从产品中生产出工程塑料纤维。根据应用情况，可以改变纤维的长度和直径，为最终使用的浆料提供不同的性能。
塑料纤维可以是多聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯或聚氨酯纤维的一种或多种组合。
在一些实施例中，工程回填纤维以约0.3％的尾矿重量提供。然而，预计浆料中使用的工程回填纤维的实际量将取决于浆体中使用的尾矿和粘合剂的类型，以及工程回填纤维中使用的纤维的类型。
应理解，本领域技术人员可以对其进行多次修改。因此，应将上述说明和附图视为对本发明的解释，而不是进行限制。应进一步理解，其目的在于涵盖一般遵循本发明原则的本发明的任何变化、用途或修改，包括在本领域内已知的或惯常做法中与本发明的偏离，其中本发明涉及并可能适用于本发明前面所述的基本特征，并且在下面所附的权利要求书的范围内。
示例
为了解EBF对浆料回填料的影响，制作了三种类型的浆料，如下表1所示。
表1
*占尾矿的百分比
基础浆料含有尾矿和粘合剂(按尾矿重量计为3％)，固体含量约为74％(wt％)。矿渣与硅酸盐水泥(90/10)——尾矿重量的3％——用作粘合剂。从回填料工厂收集了三桶浆料。在没有EBF的情况下，对底浆进行了坍落度试验，并测量了9"坍落度。圆柱体(3"x6")用基础浆料浇铸。EBF-A和EBF-B按尾矿的重量计0.3％分别加入并完全混合到另外两桶浆料中。为了测试纤维长度对浆料整体性能的影响，以不同长度的塑料纤维为原料，制备了工程回填纤维EBF-A和EBF-B。然后用EBF-A浇铸圆柱体，并用EBF-B粘贴。24小时后，从圆柱体中去除排出的水，并将样品储存在热密封袋中。
将EBF添加到浆料中并充分混合后，浆料显示出降低了其流动性。在混合过程中，有些纤维在浆料中可见，但纤维看起来没有从浆料中分离出来。带EBF的浆料保持了较好的形状并显示出较差的流动性。
在24小时固化后，使用ASTM标准C232中概述的定义，无EBF的浆料平均产生4％的排水。另一方面，使用EBF的样品没有产生可测量的排水。显示出水留在了浆料里。
在7、21、56和285天后对样品进行无侧限抗压强度(UCS)测试。针对每项测试，一组三个缸被测试。记录结果并计算每组的平均值。如所料，没有EBF的样品碎片会从缸上脱落。另一方面，用EBF加固的试样在UCS试验后断裂而没有碎片从样品上脱落。
表2中总结了基础浆料样品、用EBF-A和EBF-B加固的样品的平均UCS结果，并绘制在图1中。用EBF增强的浆料比没有EBF的浆料(基材)具有更高的7天UCS。EBF-A和EBF-B分别提高了7天UCS的4.5和2.5倍。早期强度的提高对于防止液化和回填延迟尤其有用。
表2
在21天和56天之后，随着水泥水化的继续，所有样品都获得了更高的强度。EBF-A增长最为显著，而EBF-B和基材之间的差异缩小，如图1所示。在水泥含量相同的情况下，掺EBF的浆料具有较高的UCS。在操作中，由于达到强度规格需要较少的粘合剂，因此UCS的这种改进可以减少粘合剂的消耗。通过降低粘合剂的消耗，可以节省成本，并且回填料中的碳足迹也会减少。
285天后，含EBF的浆料继续表现出比不含EBF的基础浆料更高的强度。这表明EBF是稳定的，没有降解。
Claims (16)
1.一种用于在采矿工艺中使用的浆料，所述浆料包含：
尾矿；
一种或多种粘合剂；
工程回填纤维；和
水。
2.根据权利要求1所述的浆料，其中所述工程回填纤维是塑料纤维。
3.根据权利要求2所述的浆料，其中所述塑料纤维是选自由以下构成的组的纤维：聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯、低密度聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、聚酰胺、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚乙烯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、和聚氨酯。
4.根据权利要求2或3所述的浆料，其中所述塑料纤维从塑料制品、部分塑料化制品、再生塑料制品或部分再生塑料制品中获得。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的浆料，其中所述一种或多种粘合剂是水泥和辅助胶凝材料。
6.根据权利要求5所述的浆料，其中所述水泥是硅酸盐水泥。
7.根据权利要求6所述的浆料，其中所述硅酸盐水泥为ASTM C150 1型或CSA A3001-03GU型。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的浆料，其中所述辅助胶凝材料选自由以下构成的组：磨细粒化的高炉渣、飞灰、天然火山灰、水泥窑灰、和废玻璃。
9.根据权利要求8所述的浆料，其中所述辅助胶凝材料是磨细粒化的高炉矿渣。
10.根据权利要求1所述的浆料，其中所述一种或多种粘合剂是包含矿渣和硅酸盐水泥的组合物。
11.根据权利要求10所述的浆料，其中所述组合物为90份矿渣和10份硅酸盐水泥。
12.根据权利要求10或11所述的浆料，其中所述组合物以尾矿重量的3％被提供。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的浆料，其中所述工程回填纤维以尾矿重量的0.3％被提供。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的浆料，其中所述浆料被用作回填浆料或用在胶结岩填料中。
15.一种对矿的一部分进行回填的方法，所述方法包括：
提供权利要求1至14中任一项所述的浆料的回填料；并将所述浆料的回填料泵入矿的一部分。
16.将权利要求1至14中任一项所述的浆料的回填料用于对矿的一部分进行回填的用途。
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