资源描述：
分类号 U DC 密级 编号 I I I II I II III II I I l lIIIIII I I I II II Y 2 19 9 9 2 0 硕士学位论文 铅锌矿尾砂综合回收与利用技术研究 T a i l i n g sC o m p r e h e n s i v eR e c o v e r ya n d U t i l i z a t i o n T e c h n o l o g h y R e s e a r c hi nL e a d z i n cM i n e s 作者姓名杜向红 学科专业矿业工程 学院漯、所 资源与安全工程学院 指导教师罗周全教授 论文答辩日期丛 兰坐伸答辩委员会主席 中南大学 二O 一二年四月 分类号⋯⋯⋯⋯⋯ U DC 密级⋯⋯⋯⋯⋯ 编号 十- 初大誓 C E N T R A LS O U T HU N I V E R S I T Y 硕士学位论文 论文题目．⋯⋯熊簋矿垦砂绩佥旦．蝗与．利用⋯． ⋯⋯⋯⋯⋯拭本研窕⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 学科、专业⋯⋯⋯⋯⋯采矿王獯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 研究生姓名⋯⋯⋯⋯⋯一杜向．红⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 导师姓名及 专业技术职务⋯⋯⋯⋯呈周全一熬撬⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 原创性声明 本人声明，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单位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。 作者签名卒基嫜 日期。啦年让月五翌日 关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校 有权保留学位论文，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位 论文的全部或部分内容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论 文；学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 日期业年垒月幺日 硕士学位论文摘要 摘要 据统计，我国尾砂的平均利用率不到3 0 ％，堆放的尾砂给环境 造成了严重的危害。尾砂综合回收与利用技术的开发与应用是我国矿 山实施清洁生产、实现无废 或少废 开采的关键环节之一。本文结 合凡口铅锌矿的具体工程实际，运用理论分析和试验研究的方法，开 展尾砂综合回收与利用技术的研究。主要研究内容和成果如下 1 开展对尾砂的物理、力学性能和化学元素分析以及尾砂室 内试验研究，获得了各类尾砂适宜的应用范围 矿房充填、间柱充填、 浇面以及人工假巷等 和相应的灰砂比及浓度等参数，对充填体后期 强度影响因素进行了分析，为尾砂的综合回收和利用奠定了基础。 2 开展絮凝剂的沉降试验研究，确定了絮凝剂类型和用量， 通过旋流器优化试验，确定了旋流器沉砂嘴直径与溢流口直径的最佳 比值为0 ．5 ，揭示了给料压力、浓度和1 9 9 m 以下的细粒级尾砂含量 对旋流器底流的质量和产率的影响；开展了全尾砂过滤脱水的试验， 获得了陶瓷过滤机回收全尾砂时需用旋流器去掉5 “m 以下细粒级尾 砂才能有效提高全尾砂利用率的结论；开展旨在提高尾砂综合回收率 的立式砂仓改造技术研究，稳定了砂仓底流浓度，拓宽了全尾砂充填 范围，减少了砂仓底流尾砂粒级的分层，大幅提高了充填质量。 3 针对全尾砂充填矿房强度达不到要求和板结后堵搅拌桶隔 筛板的问题开展了应用研究，进行了全尾砂扩充配比试验和工业试 验，大幅度地提高了凡口铅锌矿尾砂利用率，获得了适应于矿房采场 充填的最终配比参数，有效实现了全尾砂的充填应用，并对尾砂回收 的经济效益和环保效益进行了分析。在国内率先开展了分级尾砂泡沫 砂浆充填试验研究，有效解决了尾砂充填接顶和脱水困难的问题，提 高了充填质量，降低了充填成本，形成了泡沫砂浆充填技术。 4 在国内率先开展了分级尾砂用于地下水害防治帷幕注浆工 程的应用研究，试验测定了分级尾砂浆体的性能指标，确定了分级尾 砂用于帷幕注浆合理的配比参数，试验优选了分级尾砂浆的添加剂。 关键词尾砂，综合回收，充填，泡沫砂浆 硕士学位论文 A B S T R A C T A BS T R A C T S t a t i s t i c ss h o wt h a tt h ea v e r a g et a i l i n g su t i l i z a t i o nr a t eo fC h i n ai S l e s st h a n50 ％a n dt h o s es t a c k e dt a i l i n g sh a v ec a u s e ds e r i o u sh a r mt o e n v i r o n m e n t ．T a i l i n g sc o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o nt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t a n da p p l i c a t i o ni nC h i n ai so n eo ft h ek e ys t e pt oi m p l e m e n tc l e a n e r p r o d u c t i o n ，w a s t e l e s sm i n i n g o rl e s sw a s t e ．T h i sp a p e rc o m b i n e dw i t h t h e s p e c i f i ce n g i n e e r i n gp r a c t i c ei nF a n k o uL e a d z i n cM i n e ，u s e t h e o r e t i c a l a n a l y s i sa n de x p e r i m e n t a lr e s e a r c hm e t h o d st oc a r r yo u t t a i l i n g sc o m p r e h e n s i v er e c o v e r ya n du t i l i z a t i o nt e c h n o l o g yr e s e a r c h ．1 1 1 e m a i nr e s e a r c hc o n t e n t sa n dr e s u l t sa r ea sf o l l o w s 1 B ya n a l y z i n gt h ep h y s i c a la n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n d c h e m i c a le l e m e n to f t a i l i n g s a n d d o i n g l a bt e s t so f t a i l i n g s ，t h e a p p l i c a t i o ns c o p e c o m m o nr o o mf i l l i n g ，o r d i n a r yc o l u m nf i l l i n g ， s u r f a c ew a t e r ，f a l s eL a n e o fa l lk i n d so f t a i l i n g sa n dt h ec o r r e s p o n d i n g c e m e n ts a n dr a t i or a t i o p a r a m e t e rw e r eo b t a i n e d ．F i l l i n gb o d yl a t e r s t r e n g t hi n f l u e n c i n gf a c t o r sw e r ea n a l y z e d ，w h i c hl a yaf o u n d a t i o nf o r t h ec o m p r e h e n s i v eu t i l i z a t i o na n d r e c y c l i n go ft a i l i n g s ． 2 B yc a r r y i n go u tt h es e t t l e m e n te x p e r i m e n to ff l o c c u l a n t ，t h et y p e a n dd o s a g eo ff l o c c u l a n tw e r ed e t e r m i n e d ．T h r o u g ht h eh y d r o c y c l o n e s o p t i m i z a t i o ne x p e r i m e n t ，t h eb e s tr a t i oo fh y d r o c y c l o n e ss i n km o u t h d i a m e t e ra n do v e r f o ws a n dm o u t hd i a m e t e rw e r ed e t e r m i n e da n dw h i c h i S0 ．5 ．a n dr e v e a l st h ef e e d i n gp r e s s u r e ，c o n c e n t r a t i o na n dt h ep r o d u c t i o n a n dq u a l i t yi n f l u e n c ec a u s e db yt h ec o n t e n to ft h o s ep a r t i c l e sw h i c hs i z e i sb e l o w19 b t mt o h y d r o c y c l o n e sb o t t o mf l o w 。C a r r yo u tt h ew h o l e b a c k f i l l i n g m a t e r i a l sf i l t r a t i o n d e h y d r a t i o nt e s t ，a n d c o m et ot h e c o n c l u s i o nt h a ti no r d e rt o i m p r o v et h et a i l i n g sr e c o v e r ye f f e c t i v e l y ， t h o s e p a r t i c l e s w h i c hs i z ei Sb e l o w5 “ms h o u l d b er e m o v e db y h y d r o c y c l o n e sw h e nu s i n gc e r a m i cf i l t e rm a c h i n et or e c o v e r yt a i l i n g s ．T o i m p r o v et h ec o m p r e h e n s i v er e c o v e r yo ft a i l i n g s ，C a r r yo u tv e r t i c a l t a i l i n g ss a n dw a r e h o u s et e c h n o l o g yr e f o r m ，a n dw h i c hm a d es a n d u n d e r - b i nf l o wc o n c e n t r a t i o nm o r es t a b l e ，w i d e n e dt h ef i l l i n gs c o p eo f t a i l i n g s ，r e d u c i n gt h eg r a i nl a y e ro ff i l l i n gs a n du n d e r b i nf l o wm a g n i t u d e ， a n di m p r o v et h et a i l i n g sf i l l i n gq u a l i t ys i g n i f i c a n t l y ． 1 T 3 A c c o r d i n gt ot h ef u l lt a i l i n g sf i l l i n gr o o ms t r e n g t hc a n n o tm e e t t h er e q u i r e m e n ta n dw h e nh a r d e n e di tw i l lc a u s eja m si nt h e ，c a r r yo u t t h ea p p l i c a t i o nr e s e a r c h ，a n dd ot h ec o m p r e s s i v es t r e n g t h o fp a s t e e x p a n s i o nr a t i ot e s ta n dp r o c e s st e s t ；G r e a t l yi m p r o v e d t h eu t i l i z a t i o nr a t e o ft a i l i n g so ff a n k o u1 c a d ．z i n cm i n e ，g o tt h er a t i op a r a m e t e r so ff i n a l f i l l i n gc e m e n ts a n de t c ．a d a p t i n gt or o o mf i l l i n g ，e f f e c t i v e l yr e a l i z e dt h e a p p l i c a t i o no ft h ep a s t ef i l l i n g ，a n dt h ee c o n o m i c b e n e f i t so fr e c y c l i n go f b a c k f i l l i n gm a t e r i a l sa n de n v i r o n m e n t a lb e n e f i tw e r ea n a l y z e d ．T h ef i r s t i nC h i n at oc a r r yo u tt h ec l a s s i f i e dt a i l i n g sf i l l i n gt e c h n o l o g yo ff o a m m o r t a rt e s tt e c h n o l o g yr e s e a r c h ，h a v ee f f e c t i v e l ys o l v e dt h et a i l i n g s R o o f - C o n t a c t e d f i l l i n g a n d t a i l i n gd e w a t e r i n g d i f f i c u l t p r o b l e m ， i m p r o v e dt h ef i l l i n gq u a l i t y ，r e d u c e dt h ec o s to ff i l l i n g ，f o r m i n ga f o a m m o r t a rf i l l i n gt e c h n o l o g y ． 4 C a r r yo u tt h el e a d i n gr e s e a r c ho fu s i n gc l a s s i f i e dt a i l i n g s t o u n d e r g r o u n dw a t e rd i s a s t e rp r e v e n t i o nc u r t a i ng r o u t i n ge n g ；m e e n n g B y d o i n ge x p e r i m e n t s ，t h ec l a s s i f i e dt a i l i n g ss l u r r yp e r f o r m a n c ei n d e x w e r e d e t e r m i n a t i o n ．r e a s o n a b l em a t e r i a lp r o p o r t i o np a r a m e t e ro fc l a s s i f i e d t a i l i n g s u s e di nc u r t a i ng r o u t i n gw e r ed e t e r m i n e d ，g r a d e dt a i lm o r t a r a d d i t i v ew e r eo p t i m i z e d ． K E YW O R D S t a i l i n g s ，c o m p r e h e n s i v er e c o v e r y ，f i l l i n g ，f o a m m o r t a r I I I 硕士学位论文目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A B S T R A C T ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I 第一章绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．1 课题的由来及研究目的与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．2 ．1 国内研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 1 ．2 ．2 国外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 研究内容及技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 1 ．3 ．1 本文主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 ．2 技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．8 第二章铅锌矿尾砂充填材料性能试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．9 2 ．1 尾砂物理性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 2 ．1 ．1 比重、容重⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 ．1 ．2 粒级组成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。9 2 ．1 ．3 渗透脱水试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1O 2 ．2 尾砂化学性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．3 尾砂力学性能研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．3 ．1 直剪试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．11 2 ．3 ．2 剪切试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一12 2 ．3 ．3 抗压强度试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。1 3 2 ．4 充填体后期强度试验分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．4 ．1 充填体后期强度试验分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 7 2 ．4 ．2 影响充填体后期强度的主要因素分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 第三章尾砂综合回收技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 ，3 ．1 尾砂沉降试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 3 ．1 ．1 沉降方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 0 3 ．1 ．2 絮凝剂作用原理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 0 3 ．1 ．3 全尾砂沉降试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2l 3 ．1 ．4p H 值对沉降速度影响试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 2 T 硕士学位论文目录 3 ．1 ．5 复合絮凝剂试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 3 3 ．1 ．6 絮凝剂对抗压强度的影响分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．2 分级尾砂回收技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．2 ．1 尾砂分级旋流器优化试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．2 ．2 分级尾砂回收充填半工业试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．2 ．3 分级尾砂回收充填工业试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 5 3 ．3 全尾砂陶瓷过滤机回收试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．3 ．1 室内试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 0 3 ．3 ．2 陶瓷过滤机工业试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一31 3 ．4 提高尾砂回收率的立式砂仓改造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．4 ．1 立式砂仓改造内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 2 3 ．4 ．2 立式砂仓给料流程优化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一3 3 3 ．4 ．3 立式砂仓底流浓度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。3 5 3 ．4 ．43 0 m 浓密机的工作状况分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 3 ．4 ．5 立式砂仓充填质量分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 8 3 ．4 ．6 立式砂仓回收率分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 9 3 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 0 第四章尾砂充填应用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．1 尾砂充填系统工艺流程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 4 ．2 全尾砂用于矿房充填技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．2 ．1 全尾砂用于充填存在的问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．2 ．2 全尾砂抗压强度扩充配比试验及搅拌系统改造⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．3 泡沫砂浆充填技术研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 ．3 ．1 泡沫砂浆的流值与浓度、气泡率，砂子粒径的关系⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．3 ．2 砂浆强度试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 8 4 ．3 ．3 气泡率对强度的影响⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 9 4 ．3 ．4 泡沫砂浆采场充填工业试验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯51 4 ．4 尾砂回收与利用的效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 4 ．4 ．1 分级尾砂经济效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 2 4 ．4 ．2 多回收的0 3 尾砂效益计算⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 3 4 ．4 ．3 立式砂仓经济效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 5 4 ．4 ．4 尾砂回收其他效益分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 6 4 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 7 第五章分级尾砂帷幕注浆应用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 硕士学位论文目录 5 ．1 凡口铅锌矿帷幕注浆工程简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 8 5 ．2 分级尾砂帷幕注浆应用研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．2 ．1 分级尾砂帷幕注浆室内试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 9 5 ．3 分级尾砂与粘土两种注浆材料性能对比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 4 5 ．4 分级尾砂帷幕注浆工业试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 5 ．4 ．1 分级尾砂浆注浆配比⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 5 5 ．4 ．2 工业试验数据分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。6 6 5 ．5 本章小节⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 8 第六章全文总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 6 ．1 本文主要研究成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 9 6 ．2 下一步研究工作展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 0 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 1 致j 射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 8 攻读学位期间的主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．7 9 I I I 硕士学位论文第一章绪论 第一章绪论 1 ．1 课题的由来及研究目的与意义 中国矿业联合会的相关统计显示，我国现有矿山约1 2 万个，采选矿过程中 产生的大量废石和尾矿已成为最大的工业固体废弃物，约占固体废弃物总量的 8 0 ％J 。每年产出尾矿约3 亿吨，矿山历年废石的堆存量己达1 2 7 亿吨，金属矿 尾矿累存量己达5 0 余亿吨，并且每年以2 ．3 亿吨的速度增长。到目前为止，我 国尾矿的平均利用率不到3 0 ％，而我国工业固体废弃物总利用率在6 0 ％左右， 相比之下，尾矿的综合利用率大大滞后，综合利用任重道远。许多废石、尾矿 堆场因处置不当或受地形、气候条件及人为因素的影响，易于发生崩塌、滑坡、 泥石流等事故，给社会、经济、环境造成了严重的危害，导致工程灾害加剧、 资源浪费、水体污染、植被破坏、土地退化、沙漠化等一系列问题，给人民的 生命财产带来重大损失。为了减少尾矿污染和修复矿山环境，人们提出了各种不 同的尾矿覆盖方案，但这些方法难以有效地阻滞污染元素的迁移。 ．铅锌尾矿选矿中分选作业的产品之一，其有用成分的含量最低，在当前的 技术经济条件下，不宜再进一步分选的矿 俗称“尾砂” ，含有较多重金属的“尾 砂”， 如铅、锌、铜、砷、镉等，重金属进入人体后难以排除，导致脑血管和 肝、肾疾病，甚至造成死亡，其对环境的污染主要通过以下三种途径一种是 尾矿在风化过程中逸出某些有害气体，经大气传播而污染；另一种是极细的尾 矿砂粒受风吹的作用 甚至可形成沙暴 ，使周围环境受到严重危害；三是遇到 汛期，尾矿连同雨水流入农田、河流，使地下水造成危害。这一系列问题都应 引起社会的强烈关注。 铅锌矿山的废弃物主要为尾砂和废石，尾砂回收后用于井下充填，废石一 般通过磨砂厂生产磨砂后用于井下充填，这样既可降低矿山的充填成本又可以 变废为宝，如何尽可能地提高尾砂回收率并进行充填利用是各矿山正在研究的 课题。 我国采矿充填工艺与技术的发展，经历了废石干式充填、分级尾砂和碎石 水力充填、混凝土胶结充填、以分级尾砂和天然砂作为充填料的细砂胶结充填、 废石胶结充填、高浓度全尾砂胶结充填的膏体泵送胶结结充填的发展过程，可 概括为四个发展阶段【l 叫3 | 。 第一阶段，在2 0 世纪5 0 年代以前，中国充填均是处理废弃物为目的的废 石干式充填工艺。但随着回采技术的发展，废石干式充填因其效率低、生产能 力和劳动强度大，已逐渐满足不了技术发展的需要。 硕士学位论文第一章绪论 第二阶段，从2 0 世纪6 0 年代开始采用水砂充填工艺。 第三阶段，从2 0 世纪6 0 “ - 7 0 年代，应用和开发尾砂胶结充填技术。由于 非胶结充填体无自立能力，难以满足采矿工艺高回采率和低分化率的需要，因 而在水砂充填工艺得以发展并推广应用后，就开始发展采用胶结充填技术。 第四阶段，2 0 世纪8 0 “ - 9 0 年代，随着采矿工业的发展，原充填工艺已不能 适应回采工艺和进一步降低采矿成本或环境保护的需要，因而发展了高浓度充 填技术、膏体充填、废石胶结充填和全尾砂充填等新技术。 广东凡口铅锌矿是我国超大型铅锌矿床之一，目前矿山生产能力达5 5 0 0 t ／d ， 年产金属量1 8 万吨，矿山现行的采矿方法主要有三种大直径深孔采矿法、盘 区机械化上向水平分层胶结充填采矿法和机械化上向进路充填采矿法，其中盘 区机械化上向水平充填采矿法约占矿山生产能力的9 0 ％。凡口铅锌矿充填成本 在采矿成本中占有很大比重，自投产以来，凡口铅锌矿一直致力于完善充填系 统和改进充填工艺以降低充填成本。2 0 世纪7 0 年代到8 0 年代中期，矿山先后 采用过气罐压气输送的碎石胶结充填、碎石水力充填、直通孔或斜溜槽输送的 碎石胶结充填，2 0 世纪9 0 年代初，矿山在V C R 法矿柱空场采用尾砂非胶结水 砂充填目前充填骨料主要为磨砂和尾砂，随着深部开拓工程的完工，井下少量 掘进废石将直接用于回填留场采空区，磨砂原料缺少可靠来源，如用河砂取代， 其来源较难，另外运输成本也不菲，充填成本难以降低。到2 0 0 8 年时，凡口铅 锌矿尾砂回收率为6 4 ％，按当时选矿量1 2 0 万吨尾砂产出率4 0 ％计算，排入尾 矿库的尾砂量为1 7 ．2 8 万吨，按尾砂的松散容重1 ．5 吨／立方计算，意味着每年要 占用尾矿库1 1 ．5 万立方的库容体积，给凡口铅锌矿的环保安全带来空前的压力。 为此本文针对凡口铅锌矿上述问题，综合运用理论分析和试验研究的方法， 开展铅锌矿尾砂综合回收与利用技术研究，旨在提高凡口铅锌矿尾砂回收率， 成功将其更好地用于采矿充填和地下水灾防治工程的帷幕注浆，对大幅减轻尾 砂造成的环境污染、防治地下水害、实现矿山少废开采和可持续发展具有重要 现实意义和工程价值。 1 ．2 国内外研究现状 1 ．2 ．1 国内研究现状 尾砂综合回收是指对尾砂中各种粒级的尾砂采用相应的技术和设备设施实 现最大限度的回收，以提高尾砂总体的回收率。目前，国内尾砂回收设备设施 主要是立式砂仓或脱水过滤机，它们各有自己的优缺点。如陶瓷过滤机和布带 过滤机对尾砂粒级要求较高，太细的粒级会造成产量低、水分高，需用脱泥旋 2 硕士学位论文第～章绪论 流器预先脱掉部分细泥粒级尾砂，而老式的立式砂仓的工艺特点是尾砂存储周 期长，底流浓度波动大，充填体强度不均匀，给采矿带来一定的安全隐患。尾 砂回收在采用单一设备设施时其回收率普遍较低，造成大部分尾砂排放到了尾 矿库，既增加库容负担、又浪费资源。如今的矿山不但注重环境保护工作，而 且都在加大力度提高尾砂再利用工作的成果。 “七五”和“八五”期间，我国分别在有色系统的凡口铅锌矿及金川公司分别进 行了“凡口铅锌矿高浓度全尾砂胶结充填工艺和装备研究”及“金川公司全尾砂下 向胶结充填技术及设备的研究”，凡口铅锌矿首次采用圆盘袋式真空过滤设备， 将选厂全尾砂浓缩贮存，尾砂含水率15 ％左右，尾砂充填料浆浓度可达7 0 ％， 由于全尾砂粒级组成较细，其渗透系数仅0 ．5 “ - - “ l c m ／h ，充填脱水时间较长，且 胶结充填体强度增长缓慢，无法与盘区机械化采矿工艺中大型无轨采矿设备相 配套。为提高充填体表面强度，满足分层充填工作平台或底板之强度要求，凡 1 3 铅锌矿于2 0 0 3 年兴建了全国第一套分级尾砂回收系统，将选矿后尾砂中1 9 } ．t m 以上的粒级进行回收，以满足采矿工艺中高强度充填的要求。与凡口铅锌矿全 尾砂高浓度胶结充填系统相比，金川公司二矿区充填系统中的造浆系统也包括 尾砂的压滤、造浆，但该系统增加了粗颗粒供料系统 - 3 m m 戈壁集料 ，以改 善料浆的泌水性能，但由于使用中存在对尾砂粒级有特殊要求以及设备零部需 从国外进口等问题而没有推广应用。 利用贮仓直接将沉淀尾砂制备成砂浆是我国目前尾砂充填技术研究工程化 前景较好的一种方法，它省去了将尾砂先滤水而在充填过程中又需加水的过程， 成本相对较低，且操作简单。当初从国外引进立式砂仓时，由于对尾砂放砂机 理认识的程度不够导致在充填系统运行过程中，造成喷嘴的堵塞与损坏，使得 风水联合活化的方式越来越少，普遍地采用高压水来液化尾砂。因而，在我国 使用立式砂仓的矿山普遍存在着放砂浓度低且不稳定的问题，大大降低了充填 体的强度，恶化了井下的工作环境。传统的立式砂仓采用高压水造浆方式，其 制备的尾砂浆浓度较低，约6 0 “ - 6 5 ％，且流量极不稳定，致使充填质量难以达 到设计及生产要求。近年来，国内正在研究开发一种安装在立式砂仓内的特殊 装置和新型防堵塞高压水喷头，利用矿山的压气和稳定后的高压水对尾砂进行 流态化造浆，并采用流量计及浓度仪等技术成熟的仪器仪表自动控制，可明显 改善立式砂仓的放砂问题。借助N P A ．0 6 0 等高效絮凝剂，沉砂质量浓度达到了 6 0 “ - - - 7 0 ％，实现了立式砂仓内全尾砂的动态沉降、连续制浆，生产能力大；全尾 砂浓缩处理后，溢流上清液达到国家工业废水排放标准。北京矿冶研究总院在 铜陵有色公司的冬瓜山铜矿的立式砂仓放砂探索性试验和立式砂仓喷咀活化全 尾砂高浓度连续充填试验研究，利用风水联合造浆技术和活化喷头，选用3 0 ％ 硕士学位论文 第一章绪论 左右的浓密机底流作为砂仓介质，添加适量的高分子量絮凝剂．聚丙稀酰胺，使 立式砂仓能够连续作业，并且放砂浓度达到6 0 ％以上。由于其充填造浆成本低， 管理简单可靠，可能成为未来高浓度尾砂充填的发展方向。 1 ．2 ．2 国外研究现状 多年来，受制浆技术限制，尾砂充填料浆浓度普遍仅6 5 “ - 7 0 ％，料浆充入 采场后需进行脱水，并易带走大量的细泥 - 2 0 m m ，污染巷道，还造成水泥流 失，加剧水泥离析程度，影响充填质量。为了克服低浓度料浆充填的缺点，尾 砂充填首先发展了分级尾砂高浓度充填技术，所用主要设备为陶瓷过滤机，加 拿大国际镍公司的几个矿山利用脱泥旋流器将脱泥尾砂充填料浆浓度提高到了 7 2 , - - ．7 4 ％1 1 4 - 3 0 1 。 国外一直在致力于尾砂贮仓放砂浓度的研究工作。自从1 9 9 1 年以来，加拿 大矿产与能源科学技术中心在加拿大安大略省萨德伯里的 C A N M E T 充填料 研究实验室的研究人员一直在深入研究和开发用选厂全尾砂制备膏状充填料的 方法。其中，用贮仓制备高浓度．膏状充填料已改进到可投入市场交易。这项技 术的基础是液化原理，可使贮仓中的尾砂沉淀而达到均匀状态，利用空气和／或 水使尾砂液化。威斯特明资源公司迈拉佛尔斯矿是第一座利用流态化工艺进行 试验的矿山，并获得了满意的效果。由于尾砂在立式砂仓中沉淀为饱和砂，若 使其能由放砂管流出，必须先进行造浆，使之流态化，一般设计在砂仓底部安 装高压风水管来完成【3 卜5 0 J 。 随着矿山开采深度与和和生产规模的日益增加，矿石品种的开采范围也日 益扩大，开采技术条件也起来越复杂，为适应日益复杂的开采技术条件，充填 采矿法在国外有了较大的发展。目前使用充填采矿法最多的国家是加拿大与澳 大利亚。美国、瑞典、西德、日本等国也有广泛的应用。苏联金属矿山采用充 填采矿法的较少，但近年来不
展开阅读全文
