多雨地区尾矿干堆体表面固化试验与应用研究.pdf

中图分类号j 小』 U D C 硕士学位论文 学校代码1 0 5 3 3 密级 公珏 多雨地区尾矿干堆体表面固化试验与应用研究 E x p e r i m e n t a la n da p p l i e dr e s e a r c ho ns u r f a c ec u r i n go f ●●●‘ ●●● d r yt a i l i n g si nr a i n yr e g l o n s 一 一，1一 作者姓名刘福萍 学科专业矿业工程 研究方向安全技术及工程 学院 系、所 资源与安全工程学院 指导教师周科平教授 副指导教师 中南 2 01 4 年 答辩委员会主席生 丑 大学 g 具 万方数据 学位论文原创性声明 本人郑重声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 中南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我共同工作的 同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 作者签名勤叠聋 日期二型仝_ 年』月土日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解中南大学有关保留、使用学位论 文的规定即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印 件和电子版；本人允许本学位论文被查阅和借阅；学校可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其它 手段保存和汇编本学位论文。 保密论文待解密后适应本声明。 作者签名一蝉一 日期兰 生年量月生日 万方数据 硕士学位论文 摘要 多雨地区尾矿干堆体表面固化试验与应用研究 摘要为解决多雨地区尾矿干堆工艺中普遍的技术难题之一尾矿 干堆体易受频繁降雨的影响，减少降雨对尾矿干堆体的破坏，寻求切 实可行的尾矿干堆防水方案，推广尾矿干堆工艺在多雨地区的应用， 本文以贵州某黄金矿山为工程背景，采用工程设计、理论分析和室内 试验相结合的研究方法，对多雨地区尾矿干堆的应用和防水技术进行 了系统的研究。本文主要研究内容和成果如下 1 对贵州某黄金矿山进行了尾矿干堆场设计方案研究，包括 尾矿脱水工艺、脱水设备、尾矿库库址选择、尾矿堆放工艺、尾矿干 堆场排洪防渗系统及尾矿干堆场安全管理制度，为该矿山尾矿的处置 提供了可行方案； 2 针对贵州地区的地理气候特征，采用链式效应分析法分析 尾矿干堆失效过程，并借鉴土壤固化法，提出了尾矿干堆固化法。 3 采用试验方法验证尾矿干堆固化法的可行性，以贵州某金 矿全尾砂为原材料，选取典型的有机固化剂环氧树脂和无机固化剂水 玻璃为主料，分别配制两组固化剂，分析尾砂固化效果，测定固结尾 砂抗风性能、耐热性能和抗水性能，试验结果表明四种固化剂胶凝 速度均较快，起到了一定的固化作用，其中有机固化剂的整体固化效 果优于无机固化剂，有机固化剂B 环氧树脂E 5 1 环氧树脂固化剂 T 3 1 的固化效果最佳。 4 试验结果验证了尾矿干堆固化法的可行性，根据试验分析 结果，在尾矿堆放和固化剂的选择方面为固化防水工艺的实施和开展 提供了一些建议，并完善尾矿干堆场设计方案。 图9 0 幅，表2 0 个，参考文献7 3 篇。 关键词尾矿干堆；多雨地区；固结尾砂；抗风性能；抗水性能 分类号T D9 2 6 ．4 万方数据 E x p e r i m e n t a la n da p p l i e dr e s e a r c ho ns u r f a c ec u r i n go f ●●●●■ ● d r yt a i l i n g si nr a i n yr e g i o n s A b s t r a c t T os o l v eo n eo ft h ec o m m o nt e c h n i c a lp r o b l e m so f d r yr a i l i n g s d i s p o s a li nr a i n yr e g i o n s ，n a m e l y ，d r yt a i l i n g sp i l es u s c e p t i b l et of r e q u e n t r a i n ，t or e d u c er a i nd a m a g et od r yr a i l i n g sp i l e ，t os e e kf o rp r a t i c a b l e w a t e r p r o o fs c h e m ef o rd r yt a i l i n g sd e s p o s a la n dt op r o m o t et h eu s eo fd r y t a i l i n g st e c h n o l o g yi nr a i n yr e g i o n s ，ag o l dm i n el o c a t e di nG u i y a n gW a S s e l e c t e da st h ep r o je c tb a c k g r o u n da n da p p l i c a t i o no fd r yr a i l i n g sa n d w a t e r p r o o ft e c h n o l o o g yw e r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l yi nr a i n yr e g i o n sb y c o m b i n e dm e t h o d so fe n g i n e e r i n g d e s i g n ，t h e o r e t i c a la n a l y s i sa n d l a b o r a t o r y t e s t ．I nt h i s P 印e r t h em a i nw o r k a c c o m p l i s h e da n d a c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s 1 D e s i g ns c h e m eo fd r yt a i l i n gd e p o s i t i o no fag o l dm i n ei n G u i y a n gw a sa c c o m p l i s h e d ，i n c l u d i n gt a i l i n g sd e w a t e r i n gp r o c e s s ， d e w a t e r i n ge q u i p m e n t ，s i t es e l e c t i o n ，t a i l i n g sp i l ep r o c e s s ，f l o o dc o n t r o l s y s t e ma n ds a f e t ym a n a g e m e n ts y s t e mo ft h ed r yt a i l i n g sy a r d ，w h i c h p r o v i d e saf e a s i b l es c h e m ef o rt h ed i s p o s a lo fm i n et a i l i n g s ． 2 A c c o r d i n gt og e o g r a p h i cc h a r a c t e r i s t i c sa n dc l i m a t ef e a t u r eo f G u i y a n g ，d r yt a i l i n g ss o l i d i f i c a t i o nm e t h o dw a sp u tf o r w a r d ，b a s e do n a n a l y s i so fd a m a g e dp r o c e s so fd r yt a i l i n g sd i s p o s a lw i t l lc h a i ne f f e c t m e t h o da n ds t u d yo ns o i ls o l i d i f i c a t i o nm e t h o d ． 3 L a b o r a t o r yt e s tw a sa d o p t e dt ov e r i f yf e a s i b i l i t yo fd r yr a i l i n g s s o l i d i f i c a t i o nm e t h o d ．U n c l a s s i f i e dt a i l i n g so ft h eg o l dm i n ei nG u i y a n g w a sc h o s e na sr a wm a t e r i a la n do n ek i n do fc l a s s i c a lo r g a n i c c u r i n g a g e n t ，e p o x ya n do n ek i n do fc l a s s i c a li n o r g a n i cc u r i n ga g e n t ，w a t e rg l a s s w e r ec h o s e na sm a i nm a t e r i a lt op r e p a r et w og r o u p so fc u r i n g a g e n t s e p a r a t e l y ．C u r i n g e f f e c to f s o l i d i f y i n gt a i l i n g s w a sa n a l y s e d ，w i n d r e s i s t a n c e ，h e a r tr e s i s t a n c ea n dr a i nr e s i s t a n c eo fs o l i d i f y i n gr a i l i n g sw e r e t e s t e d ．R e s u l t ss h o wt h a t F o u rk i n d so fc u r i n ga g e n t sa l lh a v ee f f e c tt o d r yt a i l i n g ss o l i d i f i c a t i o n ，a n dh a r d e n i n ge f f e c t i v e n e s so fo r g a n i cc u r i n g a g e n ti s b e t t e rt h a nt h a to fi n o r g a n i c c u r i n ga g e n t ，a n dh a r d e n i n g e f f e c t i v e n e s so fo r g a n i cc u r i n ga g e n tB c o m p o u n d c u r i n ga g e n to fe p o x y E 51a n de p o x yr e s i nc u r i n ga g e n tT 31 i sb e s t ． Ⅱ 万方数据 硕士学位论文 A B S T R A C T 4 1 1 1 er e s u l t so ft h et e s th a v ev e r i f i e df e a s i b i l i t yo fd r yt a i l i n g s s o l i d i f i c a t i o nm e t h o d ．A tt h es a m et i m e ，d e s i g ns c h e m eo ft h ed r yh a i l i n g d e p o s i t i o nw a sc o m p l e t e da n ds o m es u g g e s t i o n so nd r yr a i l i n g sp i l ea n d a n ds e l e c t i o no fc u r i n g a g e n tf o rc o n d u c t i o no fc u r i n g w a t e r p r o o f t e c h n o l o g yw e r ep u tf o r w a r d ，a c c o r d i n gt ot h et h er e s u l t so ft h et e s t ． F i g u r e9 0 ，t a b l e2 0 ，r e f e r e n c e s7 3 ． K e y w o r d s d r yt a i l i n g sd i s p o s a l ，r a i n yr e g i o n ，s o l i d i f y i n gt a i l i n g s ，w i n d r e s i s t a n c e ，r a i nr e s i s t a n c e C l a s s i f i c a t i o n T D 9 2 6 ．4 I I I 万方数据 硕士学位论文 目录 目录 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 研究的背景及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 尾矿干堆国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．1 国外尾矿干堆应用分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．2 国内尾矿干堆应用分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 ．2 ．3 国内外尾矿干堆对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 1 ．2 ．4 尾矿干堆研究与应用普遍问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．9 1 ．2 ．5 多雨地区尾矿干堆应用地域问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 1 ．3 主要研究内容和技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 0 1 ．3 ．1 主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 0 1 ．3 ．2 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1l 2 尾矿干堆场设计方案研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．13 2 ．1 工程背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．13 2 ．2 工程项目自然条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．13 2 ．2 ．1 气象条件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 2 ．2 ．2 水文⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 3 2 ．3 尾矿脱水工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 4 2 ．3 ．1 尾矿粒级及组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．3 ．2 尾矿脱水工艺⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．4 尾矿干堆场设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．15 2 ．4 ．1 尾矿堆场选址⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．4 ．2 初期坝⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16 2 ．4 ．3 尾矿干堆场等级判定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．4 ．4 尾矿放矿工艺设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．4 ．5 尾矿堆场排洪设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 2 ．4 ．6 尾矿堆场防渗设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．5 尾矿干堆场安全管理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．5 ．1 安全生产管理组织机构及制度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．5 ．2 安全技术对策措施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 2 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 3 尾矿干堆固化法的提出⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 3 ．1 尾矿干堆特征⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 1 Ⅳ 万方数据 硕士学位论文 目录 3 ．2 多雨地区尾矿干堆技术难题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 3 ．3 尾矿干堆固化法的提出与固化剂的应用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 5 4 尾矿干堆体表面固化试验方案设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 4 ．1 试验材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 4 ．1 ．1 原材料⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 4 ．1 ．2 固化剂的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 8 4 ．2 试验仪器⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 0 4 ．3 固化剂凝固硬化速度测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 2 4 ．4 固化指标测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 2 4 ．4 ．1 尾砂固化效果测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 ．4 ．2 固结尾砂抗风性能测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．4 ．3 固结尾砂耐热性能测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．4 ．4 固结尾砂抗水性能测定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 4 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 5 尾矿干堆体表面固化试验结果与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 5 ．1 固化剂凝固硬化速度测定结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 5 。2 固化指标测定结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 2 5 ．2 ．1 表面皿砂模固化效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 2 5 ．2 ．2 固结尾砂抗风性能测定结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 5 ．2 ．3 固结尾砂耐热性能测定结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 5 ．2 ．4 亚格力板砂模固化效果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 5 ．2 ．5 固结尾砂抗水性能测定结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 6 5 ．3 尾砂固化效果综合分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 5 5 ．3 ．1 有机类固化剂与无机类固化剂对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 5 ．3 ．2 有机类固化剂A 与B 对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 5 ．3 ．3 无机类固化剂C 与D 对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 8 5 ．4 尾砂固化防水工艺实施建议⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 5 ．5 尾矿干堆体表面固化应用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 0 5 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 0 6 结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 6 ．1 结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 2 6 ．2 不足与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 3 V 万方数据 硕士学位论文目录 V I “ 弛 为 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ● ● ● ● ● ● ～ ～ ～ 一 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 一 ～ ～ ～ ～ ～ 一 ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ ～ 一 ～ ～ 一 果 一 ～ 成 ～ 一 究 ～ ～ 研 ～ ～ 的 ～ ～ 要 一 ～ 主 ～ ～ 间 ～ ～ 期 ～ 献 位 ～ 文 学 谢 考 读 参 攻 致 万方数据 硕士学位论文 1 绪论 l绪论 1 ．1 研究的背景及意义 选矿厂排出的尾矿通常以矿浆的形式排放，并筑坝储存在尾矿库中。尾矿浆 浓度低、含水量高，决定了尾矿库的稳定性系数低，尤其是在洪水时期和地震多 发区，易发生各类尾矿库事故，如渗流管涌、洪水漫顶、滑坡甚至溃坝事故。自 1 9 7 0 年以来，全世界发生了3 5 起重大尾矿库溃坝事故，导致了至少4 7 1 人死亡 及无法估计的环境危害【l 】。如2 0 0 0 年，广西南丹县鸿图选矿厂尾矿库溃坝，导 致2 8 人死亡，5 6 人受伤；2 0 0 8 年山西省襄汾县新塔矿业有限公司尾矿库溃坝， 导致2 7 7 人死亡，4 人失踪；2 0 1 0 年广东信宜紫金矿业尾矿库溃坝事故，导致 2 2 人死亡。尾矿库中储水量大，因此尾矿库溃坝后会形成巨大的泥石流，摧毁 下游农田、房屋、公用设施等，导致巨大的人员伤亡和财产损失，同时尾矿废水 中含有重金属离子、酸性废水等污染物质，也会对环境造成极大破坏。此外，在 尾矿库运行期间，尾矿水的渗漏也会污染周边环境。 因此，如何解决尾矿含水问题，减少尾矿库溃坝事故的发生，降低尾矿对环 境的危害已逐渐成为专家学者研究的重点课题。2 0 世纪7 0 年代，一种更安全、 更环保的尾矿处理方法尾矿干堆法诞生了。尾矿干堆是指利用大型脱水设 备，将选矿排出的尾矿浆，进入搅拌槽缓冲后用渣浆泵送到脱水车间，经脱水设 备充分挤压成为干片状的尾渣饼，浓度达到8 0 ％以上，含水量仅有2 0 ％左右， 利用皮带传送机或卡车运往尾矿干堆场里分层堆放的尾矿堆放方式【2 】。尾矿干堆 可分为干排干堆和湿排干堆两种堆放方式。选矿厂产生的矿浆先经管道运送至脱 水车间，脱水后产生的滤饼再经皮带或汽车运送至干堆场的堆放方式称为湿排干 堆；矿浆直接在选矿厂区脱水，再将脱水产生的干渣滤饼运送至干堆场的堆放方 式称为干排干堆。干排干堆和湿排干堆在库区的堆存方式没有区别。尾矿干堆具 有安全性、环保性、占地面积少、废水可循环利用、可减少土地征用费用、减少 库区工程费用、提高有用金属回收率、提高选矿药剂利用率、降低选矿成本、延 长尾矿库服务年限等优点。尾矿干堆工艺可从根本上杜绝因尾矿含水而带来的安 全问题和环境危害，提高尾矿库本质安全，再加上世界各国不断加强对尾矿库安 全和环保的要求，尾矿干堆技术迅速发展，干堆工艺日益成熟，应用范围日趋广 泛。 虽然尾矿干堆工艺的应用范围日益扩大，但尾矿干堆工艺在我国南方多雨地 区的应用还基本处于空白状态，因为南方多雨地区降雨量大，频繁的降雨冲刷尾 矿干堆体表面，破坏尾矿干堆体的力学平衡，易引起干堆体坡面失稳滑坡。但是， 随着清洁生产法的颁布，社会对安全和环保的重视，尾矿干堆的优势日益凸显， 万方数据 硕士学位论文 1 绪论 当建库征地难，尾矿库服务年限到期而建新矿库投资大或尾矿库安全性要求特别 高时，尾矿干堆法成为传统尾矿湿排法的一个良好替代方案，因此研究降雨对尾 矿干堆体的影响，分析雨水在干堆体坡面的上的径流规律，探讨南方多雨地区尾 矿干堆体排水及固化护坡方案对策，实现尾矿干堆工艺在多雨地区的推广应用是 十分必要的。 1 ．2 尾矿干堆国内外研究现状 1 ．2 ．1 国外尾矿干堆应用分析 尾矿干堆是一种新的尾矿处理模式，1 9 7 3 年，加拿大安略省的硒d dC r e e k 矿山采用尾矿干堆法，建成了世界上第一座浓缩尾矿干堆场【3 】。目前国外很多矿 山都采用了尾矿干堆工艺，如坦桑尼亚的B u l y a n ‘h u l u 矿山、俄罗斯的K u b a k a 矿山、加拿大的E k a t iD i a m o n d 和印度的H i n d u s t a n 铜有限公司均采用了尾矿干 堆法【4 J 。智利的L aC o i p a 矿山也采用了尾矿干堆工艺，其干堆场是世界上最大的 尾矿干堆场之一【5 J 。1 9 8 5 年后，国外多家铝冶炼厂也开始采用尾矿干堆法，如 K w i n a n a 冶炼厂、V A WS t a d e 冶炼厂等【6 】。另外，R o s e m o n t 铜矿进行了尾矿干堆 设计[ 7 】；南斯拉夫的Z i r o v s k i 铀矿开展了尾矿干堆零废水排放的实验【8 1 。 有些国外文献对尾矿干堆的优势进行了分析降低环境污染，节约水源，简 化闭库问题【9 】；随着脱水设备的高效化，尾矿干堆能较好缓解水资源日益缺乏的 状况【lo 】；干堆体表面可以形成稳定的表面，有利于后期复垦，尾矿堆场可以少 筑坝甚至不筑坝【1 1 】。 国外还针对尾矿干堆的某一特定方面开展了研究尾矿干堆设计中要考虑的 土力学因素【1 2 】；尾矿干堆的管理问题，特别指出防止场外水流介入和场内渗流 可显著降低污染性废水的产生【1 3 】；油砂尾矿的过滤脱水性能【1 4 】；流变学在尾矿 干堆中的应用【1 5 】。 1 ．2 ．2 国内尾矿千堆应用分析 2 0 世纪7 0 年代末，国内开始了尾矿干堆工程和技术的研究，但直到2 0 世 纪9 0 年代才把尾矿干堆真正应用于生产实践中， 2 万方数据 硕士学位论文1 绪论 表1 ．1 总结了国内尾矿干堆的实例。 3 万方数据 硕士学位论文 1 绪论 表1 - 1国内尾矿干堆实例 4 万方数据 硕士学位论文1 绪论 5 万方数据 硕士学位论文1 绪论 东川汤丹 铜矿6 8 ％ 铜矿 尾矿库只能设在 老蒋家沟，该处避免了坝体震动液化 地震烈度为9问题，比传统湿法堆存 [ 3 8 ] 级，传统堆坝法更安全、更经济 不经济、不安全 6 万方数据 硕士学位论文 1 绪论 另外，迁安蔡园镇金岭铁矿【4 4 1 、河北承德某铁矿【4 5 】也采用了尾矿干堆法， 但文献没有对于堆的具体原因或效果等进行详细的描述。文献【4 6 】介绍了新桥矿 业公司临时干堆场的设计。文献[ 2 5 ] 、[ 2 6 ] 、【2 8 1 、[ 2 9 ] 分别对贵州黔西南州某金 矿、云南镇沅金矿、风城地区黄金矿山、甘肃省天水李子金矿的干堆工艺，包括 筑坝、尾矿堆放、防渗、防洪、护坡和回水等工程进行了详细描述。 1 采用了尾矿干堆法的企业类型。主要有矿山和化工企业、冶炼厂等， 其中在矿山中又以金矿和铁矿应用最多。 2 尾矿滤饼浓度对尾矿干堆工艺的影响。尾矿滤饼的浓度均在7 5 ％ - - 9 0 ％ 之间。如果尾矿浓度太低，尾矿难以夯实，遇下雨天气还可能会发生滑坡、坍塌 等危险。因此尾矿需达到一定浓度才能堆放，理论上讲，浓度越高越好，但尾矿 浓度越高，脱水工序越复杂，成本越高，从经济角度来讲，是不可取的。 3 降雨对尾矿干堆的影响。国内采用干堆工艺的矿山大多位于干旱地区， 多雨的南方地区的矿山很少采用干堆工艺，因为大量降雨会使库区积水，并冲刷 干堆体，影响其稳定性。随着尾矿干堆技术的发展，南方也有企业开始采用尾矿 干堆法，例如，2 0 1 0 年湖北三鑫金铜股份有限公司在尾矿扩容时采用了尾矿干 堆法[ 3 9 1 。 4 尾矿干堆的局限性。大部分矿山都不是在设计阶段采用尾矿干堆法， 7 万方数据 硕士学位论文 1 绪论 而是在尾矿库扩容或改造后开始采用干堆法，主要原因是干堆成本较高，在没有 特殊的环保、安全限制的情况下，大部分矿山会优先考虑湿堆方案，但当扩容或 改造时面临征地难、征地费用高、新建尾矿库投资大等问题时，矿山会考虑转向 尾矿干堆法。因此，降低尾矿干堆成本是扩大干堆应用范围的关键。 5 尾矿干堆的优势。虽然尾矿干堆在国内的应用仍存在局限，但其诸多 优势促进这种方法在国内的发展尾矿干堆可以解决湿堆工艺不能解决的一些难 题，如增强坝体稳定性，实现废水回收利用，节约水资源，回收有用金属，减少 环境污染等，从而为矿山带来良好的安全效益、环境效益、经济效益和社会效益。 6 尾矿库干堆工艺的应用环境。综合考虑尾矿干堆工艺应用的企业类型、 影响因素、优缺点，得出尾矿干堆工艺适用于如下矿山位于降雨量少的干旱地 区的矿山，尾矿库建设征地难的矿山，尾矿废水中还存留较多有价值的矿物元素， 需进行废水回收的矿山和采用尾矿湿排法不能满足当地安全和环保要求的矿山。 1 ．2 ．3 国内外尾矿干堆对比分析 国内外的尾矿干堆存在一些共同点在国内外都是一种新发展起来的尾矿处 理技术，已在部分矿山取代了传统湿排尾矿法的应用；符合社会对安全和环保的 要求；相对与传统的尾矿湿排法有很多优势；都面临着干堆成本高的问题。但是 由于国情、地理、气候等的不同，国内外尾矿干堆也存在差异，如表1 ．2 所示。 表1 - 2 国内外尾矿干堆的区别 8 万方数据 硕士学位论文 1 绪论 国内尾矿干堆较国外起步晚，国内矿山采用干堆法时可借鉴国外经验，扩大 干堆应用范围，加强干堆基础知识的研究，为国内干堆应用提供有力的技术支撑。 亨萝萝萝萝爹萝萝爹亨萝享亨事萝箩亨掌亨萝箩亨亨箩亨亨萝箩萝萝 年份 图1 - 1国内相关文献发表的时间分布情况 叁釜娶釜鼍蔫奄奄奄毫誊警蓬甍毫鼍基熏鼍熏t ．交q 毽遥鼋毫蓬蓬熏蚤专鼍毽簧t ．釜q 鼍迤簧鼍鼋违运 ’～’～’～～～～～’～’_ _ ～～～～～～～～～～～- t ～～～～～～～～～～～～ 年份 图1 - 2 国内外相关文献发表的时间分布情况 1 ．2 ．4 尾矿干堆研究与应用普遍问题 虽然我国尾矿干堆应用已渗透到矿山、冶炼厂、化工厂，并且发展速度较快， 但应用范围主要局限于金矿和少数铁矿，尤其是在我国南方多雨地区有色金属矿 中的应用几乎处于空白状态，因为尾矿干堆工艺在技术和管理方面都还存在一些 问题。 1 技术问题 ①尾矿脱水工艺复杂，脱水成本高，如何提高尾矿脱水设备系数、简化尾 矿脱水工序、降低尾矿脱水成本还有待进一步研究； ②目前的研究成果中，还没有一套完全适用于尾矿干堆的设计规范，在尾 矿干堆设计中，一般是参照传统湿式排矿法的设计规范 9 呈 ∞ ∞ ∞ ∞ 柏 ∞ o ，■， l 文献数量 。 Ⅺ 岱 ∞ 5 o 文献数量 万方数据 硕士学位论文 1 绪论 ③坝体稳定性研究有待于加强，关于干堆体稳定性分析的文献几乎没有， 适用于尾矿干堆的评价体系和评价模型也尚未建立。 ④研究多雨地区尾矿干堆的文献较少，尤其是缺乏对国内南方多雨地区尾 矿干堆的详细、系统的研究【2 5 】； 2 管理问题 尾矿库干堆场安全管理主要是参照适用于传统尾矿库的尾矿库安全管理规 定 国家经贸委令第2 0 号 和尾矿库安全监督管理规定 国家安监总局第 3 8 号令 ，但尾矿干堆在安全管理过程中，具有一些特殊要求，如应注意避免运 输沿途的污染；尾矿中含有毒物质时要定期清洗运输车辆和压滤车间；高寒地区 压滤车间要有保暖设施；机械碾压尾矿时要注意保护防渗设施等。 1 ．2 ．5 多雨地区尾矿干堆应用地域问题 目前尾矿干堆应用还存在一些技术上和管理上的问题，但尾矿干堆由于符合 社会安全和环保的要求，其应用范围在日益扩大，但从以上的文献资料分析中可 知，尾矿干堆工艺在南方多雨地区的应用仍然很少，因为在多雨地区，尾矿干堆 工艺除了面临普遍的技术问题和管理问题，还需解决一个重要问题频繁降雨 对尾矿干堆体的影响，且查找尾矿干堆相关文献资料，发现目前为解决此问题所 做的分析和研究较少。 1 ．3 主要研究内容和技术路线 1 ．3 ．1 主要研究内容 本文重点研究多雨地区尾矿干堆应用问题，即如何减小尾矿堆放过程中雨水 对尾矿干堆体的影响，以位于多雨地区的贵州某金矿为研究背景，通过现场考察 及理论分析，首先对该金矿尾矿干堆方案进行了研究和设计，然后进一步分析工 程背景资料和尾矿库设计资料，从理论上提出一种尾矿表面防水措施，即尾矿干 堆固化法，接着选取两类固化剂，采用四种配比的固化剂开展尾矿干堆固化实验， 验证尾矿干堆固化法的可行性，对试验结果进行分析，重点对尾砂的固化效果、 尾砂固化后的抗风性能、耐热性能和抗水性能进行测定，根据试验结果完善尾矿 干堆场设计方案，具体研究内容如下 1 通过查阅文献资料，了解国内外尾矿干堆的应用现状，对国内外尾矿 干堆应用情况进行对比分析，探讨目前尾矿干堆应用中存在的主要问题，得出解 决南方多雨地区降雨对尾矿干堆的影响是推广尾矿干堆在多雨地区应用的重要 难题之一。 2 结合贵州某金矿实际情况，对该矿山尾矿干堆方案设计方案进行研究 1 0 万方数据 硕士学位论文1 绪论 和探讨，包括尾矿放矿工艺、尾矿堆场排洪防渗及尾矿堆场安全管理对策措施。 3 考虑到贵州地区为多雨地区，结合尾矿干堆工艺，指出如何减小降雨 对尾矿干堆体的影响是贵州金矿应用尾矿干堆法的难题之一，应用链式效应分析 法，分析雨水引发的尾矿干堆失效链式过程，找出导致尾矿干堆失效的本质安全 因素是尾砂表面无防水措施，参照土壤固化法，提出了干堆尾矿固化法，对土壤 固化剂的发展、分类与应用进行了概括和总结，初步选取有机固化剂环氧树脂和 无机固化剂水玻璃固化剂开展尾矿干堆固化试验。 4 试验方案研究以贵州某金矿的全尾砂作为原材料，以有机固化剂环 氧树脂为主料，配制固化剂A 环氧树脂E 5 1 环氧树脂固化剂W 9 3 、固化剂 B 环氧树脂E 5 1 环氧树脂固化剂T 3 1 ，以无机固化剂水玻璃为主料，配制固化 剂C 质量分数为4 0 ％的硅酸钠溶液 质量分数为3 6 ％的氯化钙溶液 、固化剂D 质量分数为4 0 ％的硅酸钠溶液 饱和硫酸铜和硫酸铝钾的混合溶液 ，研究固 化剂凝固硬化速度方案、尾砂固化效果分析方案、固结尾砂抗风性能测定方案、 固结尾砂耐高温性能测定方案和固结尾砂抗水性能测定方案。 5 试验结果处理与分析固化剂凝固硬化速度测定结果分析；表明皿砂 模固化效果分析；固结尾砂抗风性能分析；固结尾砂耐热性能分析；固结尾砂抗 水性能分析；根据一系列固化指标测定结果，综合分析比较四种固化剂，找出最 佳固化方案，完善尾矿干堆场设计方案，并提出工程实际中开展尾矿固化防水工 艺的一些建议。 1 ．3 ．2 技术路线 本文主要技术路线见图1 ．3 。主要解决以下问题 1 查阅、收集、整理相关领域文献资料； 2 结合研究背景进行贵州某金矿尾矿干堆设计方案研究； 3 根据设计方案，找出贵州某金矿尾矿干堆难题，分析尾矿干堆链式失 效过程，提出干堆尾矿固化法，初步选取了两种固化剂开展试验分析； 4 根据选取的两种固化剂主料，配制四种固化剂，开展尾矿干堆固化试 验，测定固化剂凝固硬化速度，分析尾砂固化效果，测定固结尾砂抗风性能、耐 高温性能和抗水性能。 6 分析处理试验结果，找出最佳固化方案，完善尾矿干堆场设计方案， 提出尾砂固化防水工艺实施建议。 7 将相关研究成果形成文档，完成论文撰写。 万方数据 硕士学位论文 l 绪论 资料收集整理 上 f 尾矿干堆场设计} ， 放矿工艺、排洪防渗、安全 管理 上 提出尾矿干堆技 ’I尾砂表面雨水冲刷 术问题 7 f 庵Ⅳ儡删’捌，J 、l -