一種鐵尾礦膠結充填方法
2023-05-20 09:25:41 1
專利名稱：一種鐵尾礦膠結充填方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵尾礦膠結充填方法，屬於採礦工程技術領域。
背景技術：
我國很多鐵礦山採用的採礦方法是膠結開採，當工作面的開採完成後，就留下一個採空區，如果要繼續從下往上開採礦石，就必須提高工作面高度，因此對採空區進行充填是採礦工程的必要環節。目前應用於膠結充填的技術方法主要有兩類一類是分級尾砂膠結充填技術，其方法是尾礦經分級和濃縮後，添加水泥為代表的膠結材料，製成膏體充填到採空區；第二類是全尾砂膠結充填技術，其方法是尾礦經自然沉降濃縮後，添加水泥為代表的膠結材料，製成膏體充填到採空區。這兩種方法存在各自的優點和不足，前者需要設置尾礦分級、脫水裝置，尾礦利用率較低，但因採用的尾礦粒度較粗，故膠結效果相對較好；後者也要配套建設沉降、脫水、儲存裝置，尾礦利用率高，但因尾礦中細粒態顆粒量大，耗用水泥多，充填體的質量不如分級尾砂膠結充填。至今，我國的充填技術經歷了從乾式充填到水力充填，從分級尾砂、全尾砂、高水固化膠結充填到膏體泵送膠結充填的發展過程，採用充填技術的單位有金川公司、凡口鉛鋅礦、和張馬屯鐵礦、山東金嶺鐵礦、銅陵獅子山銅礦、南京棲霞鉛鋅銀礦、河北西石門鐵礦等。利用尾礦充填，既可以解決礦山充填骨料來源，又能夠解決或部分解決尾礦的排放問題，一舉兩得，是解決尾礦排放問題的較好途徑。但是從已有的文獻報導不難看出，尾礦膠結充填的關鍵性材料主要為水泥，或者在水泥為基礎上適當添加粉煤灰、石灰或者化學外加劑。眾所周知，因尾礦的顆粒細(有些甚至比水泥還細)、持水率高、酸鹼特徵明顯或者含有殘餘的選礦藥劑，水泥效能很難充分發揮，充填體存在凝結時間長、水穩性差和強度低以及耐久性不足的諸多問題。在此背景下，有必要研發新的尾礦膠結充填技術。
發明內容
本發明的目的是提供一種專門針對鐵尾礦膠結充填的生產方法，既解決採礦工藝問題，又解決鐵尾礦綜合利用問題。本發明的技術方案是在鐵尾礦漿中添加固化劑進行沉降濃縮，然後先進行底層充填，再進行面層充填，其具體步驟包括如下
(1)固化劑的製備將礦渣、矽酸鹽水泥熟料、化工廢石膏、粉煤灰和生石灰先分別進行乾燥、篩分、破碎成尺寸小於IOmm的顆粒，然後混合均勻，自然陳化他以上後再磨，粉體細度控制為0. 08mm篩餘量小於10% ；將外加劑先破碎成粒度小於Imm的粉末，再與上述粉體材料混勻成為固化劑；
(2)濃縮鐵礦漿製備在鐵尾礦漿中先摻加相當於鐵尾礦幹基0.5 3wt%的固化劑， 沉降後底流為濃度大於陽襯％的濃漿，上層輕液排除；
(3)底層充填在充填底層設置回水井，將底流濃漿直接輸送到充填區，充填厚度在:3m 以上，充填一次或多次，充填過程產生的滲淋水流入回水井中抽走進行泌水固化，充填體自然養護3 7天；
(4)面層充填待底層固化後，將步驟(2)得到的底流濃漿與固化劑按照幹基質量比為 100 6 12進行計量，在攪拌速率30 60r/min的攪拌狀態下同時加入固化劑和鐵尾礦漿，二者強制混合攪拌3 8min，然後輸送到已固化的底層上進行充填，充填厚度在0. 4m以上，充填一次或多次，充填過程產生的滲淋水流入回水井中抽走進行泌水固化，充填體自然養護> 7天後得到的底層與面層共同組成充填體。所述固化劑的各組份按照重量百分比計量為礦渣40 62wt%、化工廢石膏3 5wt%、矽酸鹽水泥熟料20 30wt%、粉煤灰10 15wt%、生石灰3. 5 9. 6wt%、外加劑0. 4 1. 5wt%。其中礦渣為煉鐵生產過程產生的以矽酸鈣為主的玻璃體廢渣，化工廢石膏可以為磷石膏、脫硫石膏、鈦石膏、氟石膏中的任意一種。所述外加劑由鹼金屬鹽、硫酸鹽型絮凝劑、減水劑配製而成，按照重量比配料為 鹼金屬鹽硫酸鹽型絮凝劑減水劑=1 :0. 2 2 0. 5 4。其中鹼金屬鹽為硫酸鈉、氯化鈉、碳酸鈉或硝酸鈉中的一種或任意幾種按任意比例混合配製而成；硫酸鹽型絮凝劑為硫酸鋁、硫酸鐵、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵或聚合硫酸鐵鋁中的一種或任意幾種按任意比例混合配製而成；減水劑為木質素磺酸鈣、萘磺酸鹽、木質素磺酸鈉或腐植酸鈉中的一種或任意幾種按任意比例混合配製而成，上述試劑均為普通市售。所述鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為20 50wt%的呈流體狀的液固混合物， 幹基是鐵礦石經破碎、溼法球磨和磁選後剩餘的含鐵量< 15wt9i)，主要礦物為普通矽酸鹽礦物，粒度分布範圍為粒徑小於20 μ m的質量分數小於10%、粒徑大於500 μ m的質量分數小於10%。本發明與現有技術相比具有如下優點和積極效果本發明為鐵尾礦膠結充填提供了一種新方法，充填材料的主要原料以工業廢渣為主，成本低廉，生產工藝簡單；充填混合料攪拌、輸送和放礦工藝簡單，動力消耗低，容易工程實施。充填混合料各組分將發生化學反應，最終形成以水化鋁矽酸鹽為主的凝膠礦物把細粒態尾礦膠結成為具有一定承載力和水穩性的複合材料，能夠滿足採礦工藝要求；與傳統技術相比，降低了成本和簡化了工藝， 充分利用了尾礦，是一種尾礦膠結充填新方法。
圖1是本發明的工藝流程。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，但本發明不限於以下範圍。實施例1 如圖1所示，本鐵尾礦膠結充填方法的具體步驟如下
(1)固化劑的製備將固化劑重量62wt%的礦渣、20wt%的矽酸鹽水泥熟料、3wt%的磷石膏、10wt%的粉煤灰和3. 5wt%的生石灰先分別進行乾燥、篩分、破碎成尺寸小於8mm的顆粒， 然後混合均勻，自然陳化他後粉磨，粉體細度控制為0. 08mm篩篩餘小於9% ；將固化劑重量的1. 5wt%外加劑先破碎成粒度小於0. 8mm的粉末，再與上述粉體材料混勻成為固化劑；(外加劑由硫酸鈉、硫酸鋁和木質素磺酸鈣按1:2:4的比例混合配製而成)
(2)濃縮鐵礦漿製備在鐵尾礦漿中先摻加相當於尾礦幹基0.5wt%的固化劑，沉降後底流為濃度56wt%的濃漿，上層輕液排除；(鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為20wt%的呈流體狀的液固混合物，幹基是鐵礦石經破碎、溼法球磨和磁選後剩餘的含鐵量Hwt%，主要礦物為普通矽酸鹽礦物，粒度分布範圍為粒徑小於20 μ m的質量分數小於9%、粒徑大於 500 μ m的質量分數小於9%。)
(3)底層充填在充填底層設置回水井，將底流濃漿直接輸送到充填區，充填厚度為 4m,充填一次或多次，充填過程產生的滲淋水流入回水井中抽走進行泌水固化，充填體自然養護3天；
(4)面層充填待底層固化後，將步驟(2)得到的底流濃漿與固化劑按照幹基質量比為 100 6進行計量，輸送到強制式雙軸攪拌機中，在攪拌速率30r/min的攪拌狀態下同時加入固化劑和鐵尾礦漿，二者強制混合攪拌8min，然後輸送到已固化的底層上進行充填，充填厚度為0. 4m,充填一次，充填過程產生的滲淋水流入回水井中抽走進行泌水固化，充填體自然養護8天後得到的底層與面層共同組成充填體。上述充填體的3天抗壓強度底層O.OlMPa，面層l.OMPa; 7天抗壓強度底層 0. 05MPa，面層2. 2MPa;該性能滿足工程機械碾壓，不塌陷。實施例2 如圖1所示，本鐵尾礦膠結充填方法的具體步驟如下
(1)固化劑的製備將固化劑重量40wt%的礦渣、30wt%的矽酸鹽水泥熟料、5wt%的脫硫石膏、15wt%的粉煤灰和9. 6wt%的生石灰先分別進行乾燥、篩分、破碎成尺寸小於IOmm的顆粒，然後混合均勻，自然陳化粉磨，粉體細度控制為0. 08mm篩餘量小於10% ；將固化劑重量的0. 外加劑先破碎成粒度小於Imm的粉末，再與上述粉體材料混勻成為固化劑；
(外加劑由鹼金屬鹽、硫酸鹽型絮凝劑、減水劑配製而成，按照重量比配料為鹼金屬鹽硫酸鹽型絮凝劑減水劑=1 0. 2 0. 5。鹼金屬鹽為氯化鈉和碳酸鈉按任意比例混合配製而成。硫酸鹽型絮凝劑為硫酸鐵、聚合硫酸鋁或聚合硫酸鐵按任意比例混合配製而成。減水劑為萘磺酸鹽、木質素磺酸鈉和腐植酸鈉按任意比例混合配製而成。)
(2)濃縮鐵礦漿製備在鐵尾礦漿中先摻加相當於尾礦幹基3wt%的固化劑，沉降後底流為濃度為58wt%的濃漿，上層輕液排除；(鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為50wt%的呈流體狀的液固混合物，幹基是鐵礦石經破碎、溼法球磨和磁選後剩餘的含鐵量為12wt%， 主要礦物為普通矽酸鹽礦物，粒度分布範圍為粒徑小於20 μ m的質量分數小於8%、粒徑大於500 μ m的質量分數小於8%。)
(2)底層充填在充填底層設置回水井，將底流濃漿直接輸送到充填區，充填厚度在5m 上，充填3次，充填過程產生的滲淋水流入回水井中抽走，充填體自然養護5天；
(3)面層充填待底層固化後，將步驟(2)得到的底流濃漿與固化劑按照幹基質量比為 100 :8進行計量，在攪拌速率60r/min的攪拌狀態下同時加入固化劑和鐵尾礦漿，二者強制混合攪拌3min，然後輸送到已固化的底層上進行充填，充填厚度為0. 5m，充填3次，充填過程產生的滲淋水流入回水井中抽走，充填體自然養護9天後得到的底層與面層共同組成充填體。上述充填體的3天抗壓強度底層0.3MPa，面層O.SMPa; 7天抗壓強度底層 0. 5MPa，面層1. 8MPa;該性能滿足工程機械碾壓，不塌陷。實施例3 如圖1所示，本鐵尾礦膠結充填方法的具體步驟如下
(1)固化劑的製備將固化劑重量50wt%的礦渣、25wt%的矽酸鹽水泥熟料、的鈦石膏、12. 5wt%的粉煤灰和7. 5wt%的生石灰先分別進行乾燥、篩分、破碎成尺寸小於IOmm的顆粒，然後混合均勻，自然陳化IOh粉磨，粉體細度控制為0. 08mm篩篩餘小於10% ；將固化劑重量的0. 4 1. 5wt%外加劑的先破碎成粒度小於0. 9mm的粉末，再與上述粉體材料混勻成為固化劑；(外加劑由硝酸鈉、聚合硫酸鐵鋁腐植酸鈉按比例1:1:3混合配製而成。)
(2)濃縮鐵礦漿製備在鐵尾礦漿中先摻加相當於尾礦幹基2wt%的固化劑，沉降後底流為濃度為60wt%的濃漿，上層輕液排除；(鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為40wt%的呈流體狀的液固混合物，幹基是鐵礦石經破碎、溼法球磨和磁選後剩餘的含鐵量為13wt%， 主要礦物為普通矽酸鹽礦物，粒度分布範圍為粒徑小於20 μ m的質量分數小於10%、粒徑大於500 μ m的質量分數小於10%。)
(2)底層充填在充填底層設置回水井，將底流濃漿直接輸送到充填區，充填厚度為 6m,充填4次，充填過程產生的滲淋水流入回水井中抽走，充填體自然養護7天；
(3)面層充填待底層固化後，將步驟(2)得到的底流濃漿與固化劑按照幹基質量比為 100 :12進行計量，在攪拌速率40r/min的攪拌狀態下同時加入固化劑和鐵尾礦漿，二者強制混合攪拌7min，然後輸送到已固化的底層上進行充填，充填厚度為0. 6m,充填5次，充填過程產生的滲淋水流入回水井中抽走，充填體自然養護9d後得到的底層與面層共同組成充填體。上述充填體的3天抗壓強度底層0.2MPa，面層0.7MPa; 7天抗壓強度底層 0. 35MPa，面層2. IMPa;該性能滿足工程機械碾壓，不塌陷。實施例4 如圖1所示，本鐵尾礦膠結充填方法的具體步驟如下
鐵尾礦漿、固化劑主原料及總摻量、固化劑生產、膠結充填材料生產方法與實施例1 同；所不同處在於外加劑是按鹼金屬鹽硫酸鹽型絮凝劑減水劑=1 2 4配製，其中鹼金屬鹽是按硫酸鈉氯化鈉=1 1混合配製；硫酸鹽型絮凝劑是硫酸鋁硫酸鐵=2混合配製； 減水劑是木質素磺酸鈣萘磺酸鹽=1 3混合配製。與實施例1不同的是採用上述配料所得底流濃度為60%，其性能為
3天抗壓強度底層0. 05MPa,面層1. 4MPa; 7天抗壓強度底層0. 2MPa，面層2. 8MPa; 該性能滿足工程機械碾壓，不塌陷。實施例5 如圖1所示，本鐵尾礦膠結充填方法的具體步驟如下
鐵尾礦漿、固化劑主原料及總摻量、固化劑生產、膠結充填材料生產方法與實施例2 同；所不同處在於外加劑是按鹼金屬鹽硫酸鹽型絮凝劑減水劑=1 0. 2 0. 5配製，其中鹼金屬鹽是按硫酸鈉氯化鈉碳酸鈉=1 1 0.5混合配製；硫酸鹽型絮凝劑是按硫酸鋁 聚合硫酸鐵聚合硫酸鐵鋁=1 0. 5 2混合配製；減水劑是按木質素磺酸鈣木質素磺酸鈉萘磺酸鹽=1 0. 5 0. 3混合配製。與實施例2不同的是採用上述配料所得底流濃度為62%，其性能為
3天抗壓強度底層0. 35MPa，面層0. 9MPa; 7天抗壓強度底層0. 68MPa，面層2. IMPa. 該性能滿足工程機械碾壓，不塌陷。實施例6 如圖1所示，本鐵尾礦膠結充填方法的具體步驟如下
鐵尾礦漿、固化劑主原料及總摻量、固化劑生產、膠結充填材料生產方法與實施例3 同；所不同處在於外加劑是按鹼金屬鹽硫酸鹽型絮凝劑減水劑=1 2 0. 5配製，其中 鹼金屬鹽是按硫酸鈉氯化鈉碳酸鈉硝酸鈉=1 1 0.3 0. 2混合配製；硫酸鹽型絮凝劑是按硫酸鐵聚合硫酸鋁聚合硫酸鐵鋁=1 0. 5 2混合配製；減水劑是按木質素磺酸鈣 木質素磺酸鈉萘磺酸鹽腐植酸鈉=1 0. 4 0. 3 0. 2混合配製。
與實施例3不同的是採用上述配料所得底流濃度為59%，其性能為
3天抗壓強度底層0. 3MPa，面層0. 9MPa; 7天抗壓強度底層0. 55MPa，面層2. 4MPa; 該性能滿足工程機械碾壓，不塌陷。
權利要求
1.一種鐵尾礦膠結充填方法，其特徵在於包括如下具體步驟(1)固化劑的製備將礦渣、矽酸鹽水泥熟料、化工廢石膏、粉煤灰和生石灰先分別進行乾燥、篩分、破碎成尺寸小於IOmm的顆粒，然後混合均勻，自然陳化他以上後再磨，粉體細度控制為過0. 08mm篩餘量小於10% ；將外加劑先破碎成粒度小於Imm的粉末，再與上述粉體材料混勻成為固化劑；(2)濃縮鐵礦漿製備在鐵尾礦漿中先摻加相當於鐵尾礦幹基0.5 3wt%的固化劑， 沉降後底流為濃度大於陽襯％的濃漿，上層輕液排除；(3)底層充填在充填底層設置回水井，將底流濃漿直接輸送到充填區，充填厚度在:3m 以上，充填一次或多次，充填過程產生的滲淋水流入回水井中抽走進行泌水固化，充填體自然養護3 7天·』(4)面層充填待底層固化後，將步驟(2)得到的底流濃漿與固化劑按照幹基質量比為 100 6 12進行計量，在攪拌速率30 60r/min的攪拌狀態下同時加入固化劑和鐵尾礦漿，二者強制混合攪拌3 8min，然後輸送到已固化的底層上進行充填，充填厚度在0. 4m以上，充填一次或多次，充填過程產生的滲淋水流入回水井中抽走進行泌水固化，充填體自然養護> 7天後得到的底層與面層共同組成充填體。
2.根據權利要求1所述的鐵尾礦膠結充填方法，其特徵在於所述固化劑的各組份按照重量百分比計量為礦渣40 62wt%、化工廢石膏3 5wt%、矽酸鹽水泥熟料20 30wt%、 粉煤灰10 15wt%、生石灰3. 5 9. 6wt%、外加劑0. 4 1. 5wt%。
3.根據權利要求2所述的鐵尾礦膠結充填方法，其特徵在於化工廢石膏為磷石膏、脫硫石膏、鈦石膏、氟石膏中的任意一種。
4.根據權利要求1或2所述的鐵尾礦膠結充填方法，其特徵在於所述外加劑由鹼金屬鹽、硫酸鹽型絮凝劑、減水劑配製而成，按照重量比配料為鹼金屬鹽硫酸鹽型絮凝劑 減水劑=1 :0. 2 2 0. 5 4。
5.根據權利要求4所述的鐵尾礦膠結充填方法，其特徵在於鹼金屬鹽為硫酸鈉、氯化鈉、碳酸鈉或硝酸鈉中的一種或任意幾種按任意比例混合配製而成。
6.根據權利要求4所述的鐵尾礦膠結充填方法，其特徵在於硫酸鹽型絮凝劑為硫酸鋁、硫酸鐵、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵或聚合硫酸鐵鋁中的一種或任意幾種按任意比例混合配製而成。
7.根據權利要求4所述的鐵尾礦膠結充填方法，其特徵在於減水劑為木質素磺酸鈣、 萘磺酸鹽、木質素磺酸鈉或腐植酸鈉中的一種或任意幾種按任意比例混合配製而成。
8.根據權利要求1所述的鐵尾礦膠結充填方法，其特徵在於所述鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為20 50wt%的呈流體狀的液固混合物，幹基是鐵礦石經破碎、溼法球磨和磁選後剩餘的含鐵量< 15wt9i)，主要礦物為普通矽酸鹽礦物，粒度分布範圍為粒徑小於 20 μ m的質量分數小於10%、粒徑大於500 μ m的質量分數小於10%。
全文摘要
本發明涉及一種鐵尾礦膠結充填方法，屬採礦工程技術領域。其特徵在於在鐵尾礦漿中先摻加相當於尾礦幹基重量0.5～3%的固化劑後，自然沉降濃縮，底流濃漿直接泵送到充填區進一步泌水固化作為底層，待底層固化後，繼續採用上述濃漿與相當於尾礦幹基重量的4～12%固化劑強制攪拌混合，再度泵送到底層上作為面層。底層與面層共同組成充填體。與現有技術相比，本發明充分利用了尾礦作為膠結充填材料，成本低，固化效果好，是一種鐵尾礦膠結充填的新方法，既部分解決了尾礦的出路問題，也為礦山充填作業找到了一種價廉物美的建築材料。
文檔編號C04B28/04GK102562148SQ201210006550
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優先權日2012年1月11日
發明者伍祥, 唐國棟, 夏舉佩, 張召述, 徐士申, 徐煒, 李金恩, 王金博, 羅中秋, 羅均耀 申請人:昆明理工大學, 玉溪大紅山礦業有限公司