SE523114C2 - Återfyllnadskomposition och förfarande för dess framställning - Google Patents

Description

u.. :wlan 10 15 20 25 30 35 523 114 2 med fyllmedel av lermassa ger påtagliga fördelar framför hydrauliska fyllmedel.

För det första produceras en starkare àterfyllnads- komposition med en ekvivalent mängd bindemedel eller ce- ment. För det andra är sanerings- och vattenåtervinnings- problemen, som normalt är förbundna med hydrauliska fyll- medel, minimala eller frånvarande. Medan hydrauliska fyllmedel tillverkas från ett material med tillräckligt grov storleksdistribution, har fyllmedel av lermassa tillräckligt fin partikelkomponent för att minimera poro- siteten och producera ”ler”-kännetecknen.

Arbete av uppfinnarna i en gruva i drift har visat att àterfyllnadsmaterial med hög densitet (> 75 vikts-% fast material i en blandning av fast material/vatten) kan vara oförmöget att flyta i ett rörsystem, om inte distri- butionen av fina partiklar i den fasta komponenten kon- trolleras noggrant. En artikel av R.K. McGeary, "Mechani- cal Packing of Spherical Particles”, Journal of the Ame- rican Ceramic Society, 44, pp. 513-522, 1961, visar kri- terier för bestämning av den ”bästa” distributionen av fina partiklar för en sandblandning i termer av storleks- förhàllanden och komposition av en 2, 3 eller 4 kompo- nentsandblandning. T.ex. kräver en blandning av en grov, fin och ultafin sandblandning med storleksförhàllanden av 316 till 38 till 7, 65 % grovt, 24 % fint och 11 % ultra- fint material för att ge den maximala packningsfaktorn.

Hydrauliska àterfyllmedel eller àterfyllmedel av lermassa i gruvindustrin är typiskt en sandblandning där det grova materialet är ungefär 1000 mikromillimeter i storlek, det fina materialet är 120 mikromillimeter och det ultrafina är ungefär 20 mikromillimeter i storlek.

Skillnaden mellan ett hydraulisk fyllmedel och fyllmedel av lermassa är innehållet av material av 20 mikromillime- ter eller mindre. För att tillverka hydrauliska fyllmedel med hög densitet, som kan blöda och därför tömma sitt vatten i strossen, hålls innehållet av ultrafint material avsiktigt till ett minimum (<5 vikts-% av sandblandning- -n-u .- u v en »vxzu 10 15 20 25 30 35 sz: 114 3 en). För ett fyllmedel av lermassa höjs emellertid halten av ultrafint material till 15-20 vikts-%. Denna höga halt av ultrafint material ger en stor ytarea, som kan binda vattnet i sand/vatten-blandningen och som ger ett icke- blödande, lerlikt material. Detta ler- eller icke- blödande material möjliggör sedan en vattenfri miljö i strossen med avlägsnandet av dränering och vattenpump- ning, som krävs för hydrauliska fyllmaterial med hög den- sitet.

Hydrauliska fyllmaterial med hög densitet har en vattenhalt i omràdet av 25 vikts-%, medan, beroende pà distributionen av fina partiklar i ler/sandmaterialen de- ras vattenhalt kan sträcka sig från 10 till 20 vikts-%.

För ett speciellt fyllmedel av lermassa smalnas spannet ner till l till 2 %, t.ex. fràn 79 till 80 % fast materi- al, för att materialet ska förbli en lermassa. För lite vatten bildar en torr blandning, som inte kan flyta; för mycket vatten ger en hydraulisk blandning med hög densi- tet. Den stränga kontrollen av vattenhalten och av fina partiklar i lermassematerialen, sàväl som den överdrivna vattenhalten i det hydrauliska materialet med hög densi- tet, kan ibland leda till pluggbildning i en rörledning när god kvalitetskontroll pà dessa variabler inte bibe- hålls.

Dessutom, eftersom hàllfastheten hos en àterfyll- ningskomposition kontrolleras till en första approxima- tion genom dess bindemedel-till-vatten (B/W) förhållande, ger överskottsvatteninnehàll lägre ultimata styrkor, och högre bindemedelinnehàll krävs då för att uppnå målen för minsta hàllfasthet (50, 90, 150 psi [345, 621, 1034 kPa] efter 3, 7, 28 dagars härdning). Behovet av en balans mellan en god flytförmàga och egenskaper av hög hàllfast- het i dessa hydrauliska àterfyllningsmaterial med hög densitet eller lermasseàterfyllningsmaterial och kravet pä ett lämpligt kriterium som kopplar distributionen av fina partiklar till dessa styrke- och flytegenskaper hos dessa àterfyllningsmaterial har lett till upptäckten av 10 15 20 25 30 35 nu ' ' I s : - . . u principerna bakom detta kriterium för ”bäst” distribution av fina partiklar för att uppnå både hög hållfasthet och flytförmåga samtidigt. Dessa principer utgör basen för föreliggande uppfinning.

Sammanfattning av uppfinningen Återfyllningskompositionen enligt föreliggande upp- finning innefattar en huvudkomponent, såsom en känd blandning av grova, fina och ultrafina material i vatten och en flytförstärkande, superfin materialkomponent blan- dad med huvudkomponenten. Den superfina materialkomponen- ten har en partikelstorlek av mindre än l mikromillimeter och föreligger i en mängd av ungefär 0,3 till 1,5 vikts- %, eller företrädesvis 0,5 till l vikts-%, varvid 0,5 vikts-% har funnits ge bäst reologi- eller icke- igenpluggande flytegenskaper för ett superfint tillsats- medel av natriumbentonit.

Den superfina materialkomponenten är ett hydrofilt material som binder vatten och är företrädesvis en lera, speciellt natriumbentonit.

För att erhålla god hållfasthet i en återfyllnads- sandblandning för alla vatteninnehàll, är det nödvändigt att ha ett bra partikelpackningskriterium. McGeary's ar- tikel anger ett sådant kriterium för detta syfte. Vidare har han angivit att införning av en liten mängd av en fjärde komponent med liten storlek till den tidigare be- skrivna 3-komponentblandningen resulterade i en fastäm- nesblandning som kunde flyta. Denna observation fick fö- religgande uppfinnare att studera effekten av lerlika ma terial med låg halt (1 % eller mindre) pà flyt- och styr- keegenskaperna hos typiska återfyllningskompositioner_ Tidigare studier har visat att för att ett Bingham- likt material ska bildas i en sandåterfyllningsblandning och flyta linjärt i en återfyllningsdistribution i rör- ledning, är det nödvändigt att ytarean hos sandmaterialet är av storleken 1500 cm?/g. Sandblandningar med total yt- area under detta värde uppvisar inte Bingham-flytning och u-.na 10 15 20 25 30 35 'II I I fu . I co , r a» »',,° ' I n ,: H u ., Å *'P'-- I: ; -:: ---- , . : en . , ' I n 4 ,, .i o u n . , v n . . a "' H ~=.-..,',. 5 kan fâ fasseparation mellan sanden och vattnet att ske med resulterande bildning av sandpluggar. Lermassafyll- ningskriteriet pà 15-25 % material med storlek mindre än 20 mikromillimeter har en ytarea av ungefär 500 cnf/g, vilket är väl under detta kriterium för minsta yta. Följ- (t.ex. aktligen, om inte en betydande del smàtt material 5 mikromillimeter eller mindre i storlek) innefattas i dessa mindre än 20 mikromillimeter ultrafina material, kan sandpluggsbildning ske när man försöker få denna typ av materiel att flyta.

Enligt föreliggande uppfinning tillsätts en fjärde komponent, ett lerlikt material, med storlek i omrâdet av 1,0 till 0,1 mikromillimeter och ytarea av ungefär 200 000 CHF/g (20 HF/g) till àterfyllningskompositionen för att ge en "ytareabuffert” till blandningen. T.ex. kommer 1 % av ett natriumbentonitlermaterial, som sätts till ett typiskt sandmaterial för àterfyllning, vilket har gjorts för hydrauliska blandningar med hög densitet, att ge en ytarea av 2000 CHF/g i den totala sand/vatten- blandningen. Mindre mängder av ett sådant flythjälpmedel skulle krävas för fyllmaterial av lermassa med större mängder av ultrafina material i sandblandningen (15-20 vikts-%) för att uppnå minimikravet pä ytarea. Andra al- ternativa superfina material eller lerlika material inne- fattar kaolin, talk, De olika kännetecken för nyhet som kännetecknar upp- avfallsmalm och sliger. finningen anges med utförlighet i kraven som är bifogade och utgör en del av denna beskrivning. För en bättre för- stàelse för uppfinningen, dess driftsfördelar och speci- fika syften, som erhålls genom dess användning, görs hän- visning till bifogade ritningar och beskrivningen, i vil- ken en föredragen utföringsform av uppfinningen illustre- raS .

Kort beskrivning av ritningarna l är en graf som visar B/W-förhållande mot kom- (UCS) Fig. pressionshàllfasthet för en 28 dagars cykel och för uøøc». v »- run-vv riva» 10 15 20 25 30 35 523 114 - u n: u. 6 olika Inco àterfyllningsmaterial, som använder OPC- bindemedel, och de ytterligare àterfyllningsvärdepunkter- na innehåller 0,5 % bentonit.

Föredragen utföringsform av uppfinningen Tillsatsen av lermaterial, speciellt natriumbentonit i 0,5 till 1,0 % nivàn, eller omkring 0,3 till 1,5 Vikts- %, till ett typiskt àterfyllningsmaterial för gruvindu- strin, åstadkommer Bingham-flytegenskaper och förhindrar sandpluggbildning i rörledningsdistributionen till stros- sen. Denna tillsats är ett nytt steg i utvecklingen av ett nytt högvisköst fyllmedel eller ett fyllmedel av lera, som kommer att förhindra sandpluggbildning i rör- ledningar.

Det kan noteras att även om natriumbentonit ibland används som ett flythjälpmedel i cementindustrin, nödvän- diggör skillnaden i cementinnehàll (30 % cement för nor- malstarkt 3000 psi [20,7 MPa] cementerat material mot 3 % cementinnehàll för en svagt bindande àterfyllningskompo- sition av 150 psi [l034 kPa]) tillsats av materialet med stor ytarea till àterfyllningskompositionen för att Bing- ham-flöde ska uppträda. Anledningen till denna skillnad är att den genomsnittliga storleken pä cementbindemedlet är ungefär 20 mikromillimeter, vilket är samma storlek som pà det ultrafina materialet som används i fyllmedlet av lermassa. Ett fyllmedel av lermassa med 3 % cementin- nehäll fås således att likna ett med hög cementhalt (30 vikts-% cementinnehàll) när det gäller storlek och yt- area. Cementpartiklarna är emellertid mycket mer hydrofi- la (de bildar ett gelatinartat skikt pà varje partikel) och fungerar således själva som flythjälpmedel. Tillsätt- ningen av natriumbentonit till en icke-gelatinartad sand- blandning för en typisk äterfyllningskomposition för gru- vor uppfyller sàledes inte bara kravet pà ytarea utan tillhandhàller också de nödvändiga gelatinartade egenska- perna för material med högre cementhalt. Det är denna kombination av liten storlek och egenskapen att binda n oc' Ilona oa.-; 10 15 20 25 30 35 523 114 7 mycket vatten hos natriumbentoniten som främjar återfyll- ningsmaterialens flytbarhet.

Försök har utförts för att verifiera uppfinningens driftsduglighet och användbarhet.

Försök 1 En blandning av 75 % Coleman sand med tillsats av 25 % av ett ultrafint material (Levack sliger) (20 mikromil- limeter i storlek) vid 76 till 75 % innehåll av fast ma- terial med 5 % Ordinary Portland Cement (OPC) visade sig inte uppvisa Bingham-pluggflöde som bindemedel (enkel rörviskosimeter). Tillsats av 0,5 % natriumbentonit till denna blandning gav emellertid ett Bingham-likt material med flytförmàga, vilket inte orsakade pluggbildning.

Försök 2 För att öka halten av fast material (och minska vat- tenhalten, för att därigenom öka B/W förhållandet och den förväntade tryckhållfastheten för blandningen) tillsattes grovt sandmaterial med storlek upp till 2000 mikromilli- meter och upp till 20 vikts-% till den ovanstående sand- blandningen. Utan tillsatsen av 0,5 % natriumbentonit bildade materialet en sandplugg i viskosimetern. Tillsat- sen av 0,5 vikts-% natriumbentonit gjorde att blandningen flöt framgångsrikt med Bingham-lika egenskaper.

Försök 3 Mätningar av hållfastheten för de ovanstående materialen vid olika bindemedel-till-vatten-förhållanden gav samma hàllfastheter i närvaro och frånvaro av natriumbentonitflythjälpmedlet inom felmarginalen.

En serie reologiska- och hållfasthetsförsök utfördes för att prova effektiviteten av natriumbentonit som en pluggförhindrare. Data från dessa försök (olika halt av bentonit, OPC (Ordinary Portland Cement) fastämnesdensi- tet och tillsats av berg) ges i tabellerna 1-3. v | u o n c | nu »fn-n Lula; 10 15 20 25 30 35 523 114 8 Dessa försök visade att tillsatsen av företrädesvis O åtminstone 0,5 s natriumbentonit till en sliger/sand- blandning förhindrade pluggbildning i sandviskosimetern för sådana blandningar, vilka själva resulterade i plugg- bildning. Sanden, som användes, var Colemansand med mate- rial större än 2 mm avlägsnat. Variation av natriumbento- nitinnehállet fràn 0,3 till 1,0 % indikerade att 0,5 % natriumbentonit var det minsta kravet för detta flyt- hjälpmedel för att förhindra pluggbildning i viskosim- etern och säkerställa ett jämt flytande material.

Fokus vändes sedan mot att variera bindeme- del/vatten-halten och det fasta materialets densitet för att se effekten av dessa variabler pà reologin och häll- fastheten hos dessa sandblandningar. Från data som visas i tabellerna l - 3, framgàr att fastämnesdensiteten sträckte sig fràn 76 till 78 % för fyllmedel av lermassa med natriumbentoniten tillsatt, dvs. i det hydrauliska området med hög densitet. Därför, för att övervinna dessa làga densiteter, eftersom materialet som är större än 2000 mikromillimeter hade avlägsnats fràn sandmaterialet, sattes dessa ”bergs”material systematiskt tillbaka till sanden för att framställa en sliger/sand/berg-blandning med tillsatt natriumbentonit (fixerat vid 0,5 %) och OPC (fixerat vid 5 %). Hállfasthets- och reologiförsök utför- des på dessa blandningar och data ges i tabellerna 1 - 3.

Tillsättning av detta ”bergs”material upp till maximalt 20 % lät fastmaterialdensiteten öka till 79 % med denna godtyckliga sandblandning. Med en bättre komponerad sand/sliger-blandning, med användning av McGeary kriteri- et, kan detta omràde utsträckas till över 80 vikts-% fastämnesdensitet.

Hállfasthetsdata fràn dessa studier visas i fig. 1 som små och stora trianglar med den heldragna kurvan i bakgrunden erhállen fràn tidigare studier pà Inco hydrau- lisk och lermasseàterfyllningskomposition_ Dessa data in- dikerar att tillsatsen av natriumbentonit har minimal ef- fekt pà hàllfasthet eftersom alla data faller nära ”stan- npna; 10 l5 sas 114 9 dard” Inco-hàllfastheten mot bindemedel-till-vatten- kurvan. Å andra sidan, när inte ett superfint material, sà- som natriumbentonit, tillsattes kunde inga av dessa blandningar flyta i viskosimetern utan att fasseparation och efterföljande pluggbildning skedde.

Försök som använde den nya Colemansandblandningen, med Colemansand/Falconbridgeavfallsmalm i en 50/50 bland- ning, utfördes också. Dessa försök visade liknande möns- ter för reologiskt beteende som de ovanstående dataseri- erna. Dvs. tillsats av natriumbentonit vid 0,5 % nivån eliminerade alltid pluggbildningen som skedde när den nya Colemansandblandningen omvandlades till ett lermaterial och sedan gjordes flytförsök med denna lera i sandvisko- simetern. 523 114 IO ïma NÅN måa mš Náa ïm ïwe mån m_e« ade må ^xwm\mV uwnmaummnu>am eu mmfl eu *m2 eu 992 eu ïmfi eu *_92 eu ïmfl eu ïmfl eu v53 eu *_02 eu ïmfl eu .inne www: .Hmm ee mša ee mia ee mia ee mša ee mšn ee f: ee f: ee el: ee T: ee f: ee f: Hmñwëmaau nom Amwmv ^>mmv Amaev AOHNV Amway ^meNv Amamv Ammwv Amway Amemv Åwewv *iom Nå* mig* m6* mmm f: mäm mJå ïma mån ïmm Ammu: amm | mun mnmmmau mm ÃÄ mmå Nmå mmå mmå mmå mmua Nmå må mmå mmå 359 uwuawemw mewmeanauemam *oa *m *m *om *ON *ma *ma *oa *oa *m *m uummaaau mums ...ewooum *omd *omš *omá *omö *omå *omå *omeo *omé *omå *omé *omå uummaaau uanounwm unwooum *ca *oa *oa *m *m *m *m *m *m *m *m muummaaau umo unmuoam *om.ma *omÄa æomÅa *omÅa *om_Na æomÄNa æom_ma *omÅa æomÄa *om.Na æom_Na .muummaaau Hwmaam uCUUOHm *mv *bb *mb *av *me *me *æß *we *vr web *mb uwuamflwfi mwflëmummm NN am om ma ma wa ma ma va ma Na mnan mean mean mean mean mean mean mean mean mean mean IUCMHQ umufißfim |UCMHN ...mvfiaßfim nflfißfim |ÜGNHN ufiramfim ...DCGHQ |ÜfiaMfiN afififlflm |ÜCNHN a AAWQQH H må ïmm mi? ïmm måm mmm mm mmm mJm mmm m_mm ^Mwm\mv umflmmummfluämm eu mïmmm eu aimmm eu aïmmm eu .ïmmm eu ïmmm eu mïmmm eu mïmmm eu ïmmm eu aïmmm eu ïmmm eu ïmmm Ufißfl Hßm ee mmm ee mmm ee mi: ee mmm ee mmm ee mmm ee mmm ee mmm ee mmm ee mmm ee mmm mwuwëmmw .mmm ^mmm, Åmmmv ^mmmv Åmmmv Aommv ammmv Aammv Ammmv Ammmv Ammmv Ammmv m_mm mm m_wN m_mm m_wN m_wm mawm NÄNN mÄqm .Tom N_Nm ÖmmvC mmQ I MOD mhmmmfi wN æmïm mmÄ mæïfi mm.m mmm mmïm N mum wæÄ N mmm ^me\mv uwummawb mawmamawammm *om æoN *om æmm æmm *mm »om mom *om æm æm uumwflfiflu ÜHQQ UGQOOHQ mom_° mom.o mom_o mom_o mom_o mom_o mQm.o mom_o mom_o mom_o mom_o uumwmmmu umaouaum uawuomm æm mm mm mm mm mm mm æm æm mm mm muumwmmmu OQO uamUOHm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm mmm muummmmmu mwmmmm uamuomm æmw ææw www www www www ææw www www www æmw uwummflwfi wmëfiuwmm .mm om m w w w m w m N H mama mama mama mama mama mama mama mama mama mama mama luammm -uammm |muammm èuammm -øammm -Uammm -wammm »uammm -Uammm -Gamma -Uammm uummmmmu aummmm mmm m aammam 523 114 12 _13 ïä 13 mas Wâ ïfi Éwmšwv umšmflummfluäfim su ïwfl su wdfi su ÉNS su ÉNÉ su ÉNS su ÉNQ www: Hßm ss mi: ss _12 ss mëfi ss mi: ss »ZZ ss TS nmuwëmflfi Hmm Smfl 623 Smï 262 GHNV Smä sšm mšwfl mÄN mám æém såm Émv: flmm | mo: mamman mm wmsfi mo.N mm_H æm_H vm_H Nm_H ^Hs\mV uwuflmcwv mcmmcflcvcmfim uwm«Hmæom\Unmmæom nmmflfimæom\Ucmmæom øcmm æz wcmm æz Uømm >z Uømm >Z umøná å å ä, ä ä ä fimmïfl män uswuosm æom_o wo æom_o æom_o æom.o æom.o uummflfiflu uflüouflwm uGwUOHm æm wm wm æm wm wm muummfififlu UmO uflwoonm *om wow wo wo wo wo muumwfififlu Hwmflfiw uG®UOHm www æflæ www www www www umuflmflwfl wwflšflummm mm wN mm mm vw mm møficflcmfim mcficøsmfim msflcwcwfim msflcflsmfim mnflnvcmfim msfinflcmfim mQHGÜflflfiQmEHßEwfiHßM>M OUHM@\ÜCßm CGÉÜAOU 3®z QUO UGÜW CGEÜHOU 3®Z H@% GUGÜWUÜSMWMMHHWQ QUO |H>H@ m AQWNÅH

Claims (3)

10 15 523 114 13 Patentkrav

1. Återfyllningskomposition för en gruva, vilken har förbättrade flytegenskaper, innefattande en tredelad huvudkomponent innehållande grovt, fint och ultrafint material, vatten, k ä n n e t e c k n a d a v en fjärde flytförstärkande komponent väsentligen bestående av superfin natriumbentonit som har en partikelstorlek av ungefär 0,1 till 1,0 mikromillimeter i en mängd av unge- fär 0,3 till 1,5 vikts-%.

2. Återfyllningskomposition enligt krav 1, vilken har en fastämnesdensitet av 76-81 %.

3. Återfyllningskomposition enligt krav 3, vilken har en ytarea av 2000 cnf/g.