膏体充填法的基础.pdf

兰≥ ⋯⋯⋯⋯ 蓐i矿 一 ；采矿技术i ． 1 ， 『，1 前 言 阳 工 本文介绍 的是 在采矿工 业 中用来处理 尾 矿的 膏体充 填技术 的基础 。德 国 G r u n d矿 于 8 0 年代 韧苕先 睫用 了膏体 充填 今天 ， 除 了在北美 有几十 矿得到 应用外 ， 并 没有太 多的矿 山使用 膏体 充填 。 肯体 充填的优 点之 一就是它 可以 使用 那些 在传统 的水砂克填 系统 中无 法使用 的较 细砬 尾矿 。此 外 ， 膏 体克填技术还 有利于 日后 矿 山复垦 。 膏体充填 的定义和 方法 臂 体 是 一 种 水和 较 细的 固体蹰 粒 混合 成 的 高 浓度 的 混 合 物 ， 它 的 含水 量相 对较 低 在 1 0 ～2 5 ％ ， 据美 国材料试验学 会的坍落度试 验堆 测试 ， 它 的稠 度几 乎高遗 3 0 5 r a m。当这种 肯体没有被搅动时． 或者在运输管道中停留时， 不同粒级的颗粒不离析 ， 也不沉淀。 水泥可以是 臂体的 组成成分 之一 。在管道 运输特性 改变不大 的情 况下 ． 可 以往 膏体 加入较大颗 粒的聚 合 韧 当膏体 在静 止几个小时 的情 况下 ， 会渗 出少 量的水 。它虽然会变稠 ． 但是不会稠得不 易重 新流动 ， 然而要 区分 高浓度 的泥浆和臂体是 不容易的 ． 但在设 计管道运 输系 统时 ， 它是 一个 必 须考虑的实际问题 。 因为， 在管道较短时， 高浓度的泥浆在短时间不流动时． 堵塞管道的可能性 很小 。然而 ． 对于膏体来说 ． 即使在很长的管道中停 留几个小时， 它也必须是稳定的 以免堵塞 管 道 。 膏俸混 台物中的细粒 可 是矿 山的尾矿 或天然泥土 淤泥和 细砂 。 这样 ， 从矿物学 角度看 ， 这些材料可 以是石英 、 长石 、 秸土 、 云母甚至盐 等。 从选 矿来 的尾矿是膏体 克填最普通 的匿体物 料来源 。本 文将重点介绍尾矿的 和 j 用 膏体 充填通 常可 以用 在地下 矿山 ． 但是尾矿的处理则 可以用 在所有矿 山中 。 对于给定的沉降调度来说 ， 膏体中水分的含量将取决于颗粒的粒级分布 ， 而水分和浓度成 反比。颗 粒越细 ， 含水就越 多， 浓 度就 低 ， 反之 ， 颗粒越粗 ， 含水 就越 少 ， 浓 度就 高 。 当用 重 量来 解 释时 ． 颗粒 的 比重也影 响 混合物 的浓 度 ． 固体在混 合物 中所 占比重可 以是 4 0 ％ ， 也可以是 9 0 - 例 如 ． 由典型 的斑 岩铜 矿浮选尾 矿翩成的膏体 大约占 7 5 重量 的 固体 。 膏体 混 合物是 非牛顿 流体 ． 牯 度是在 两个 邻近的流体 之 间运 动阻 力 ， 或弥流体对流动 的阻 力 。牛顿流体的秸 性与流速和屈 服应 力无关 ． 是一个 常数 屈服应力 是 流体开始流 动前必须 克 服的 ， 而对于牛顿流体来说 ， 屈 服应力为零 ． 膏体 混合韧通常 可以称为塑性 流体 。这种流体具 有一定的屈服应 力 随着流体 流速 的增 加 ． 流体 的粘性 也是 相 对稳 定的。 然而 ， 宵体管道 输送 经验 已经表 明， 膏体 流动的理论是不 易理 解的 粘性的增 加或减少不 仅 仅取决于 时同或流速 ． 而 且还 取决于胶 结物的特性 ． 为胶体 流变 学试图开发一种 珂计的模 型 1 D ． 维普资讯 的尝 试至今也没有成功 依据专家的经验 t 大多数膏体是假塑 性流体 ， 即牯性与泵送速 度成反 比， 这 对管道运输 来说 是有利的持性 。 ．膏体混合物的配制 从 选厂来的尾 矿是用 鞴释 的泥 浆形 式谈排 出的 ， 用 尾矿浓 密机 回收泥浆 中过量 的水。 但尾 矿浆作为膏体还是太湿 ， 因此 ， 在 准备 背体充填混合 物时 ， 尾 矿浆的脱水 总是工艺 的第一步。 在 脱水过程中， 细颗粒或者矿泥不能丢失， 所以传统的重力浓缩机就成为脱水阶段的设 备选择 在尾矿 中， 如果存 在着超 过足够数 量的细疆粒 ， 将用 水力旋流器处理这种尾 矿的一 部分 。在这 个过 程中 ， 溢流废弃 ， 这样 ， 就 除去了部分水 ． 增加了浓缩和过滤效率 ， 这就 是部分分 镀。 旋流 器通 常不可能单独用于脱 水的第一 阶段 ， 因为矿泥在溢流 中会丢 失 ．因此 ， 旋流器溢 流常由传统的浓密机来脱水， 再与脱水的旋流器的底流或者障积辩混合形成膏体 。 对于拥有石 英 、 碳酸盐 、 长 石为主要矿物的 普通 选矿作业来说 从浓 密机出来的底 流其固体的重量 占 6 5 ～ 7 0 ％ 从传统的维缩讥 出来 的滥 吾 苋 应该是 稳 定的 泥浆 ， 这种 泥浆并不 显现 出颗粒级 的离 析和较 大颗粒的总速沉 淀 ， 这 种泥浆 可 理容易地用 离心泵抽送 。 过滤是在准备膏 体充填中最后一道脱水 程序 ， 可以采用 许多不同类型 的脱水过 滤机 ， 如盘 式或 圆筒真空过滤 机 、 水 平带式真 空过 滤机 、 带式 压滤机和高 压盘式过 滤机都 可 用来脱 水 。 投资和 生产 成本是选 择过滤方 式的标准 ， 最后一步 的脱 水产 品是可 由皮 带运 输机运输 的湿的 滤饼 ． 滤饼的贮存是 必耍 的 ， 以缓解膏体 准备 过程 中的波动 ， 应该避免大量 的滤饼的贮存 ， 因为 这种物质常 常是很 粘的 ， 引起辅运松教 物设备 的问题 。 ’ 在膏体 充填 的准备过程 中 t 要避免过摅 这一步是 可能的 ， 因为 浓缩机的底流泥浆能够 直接 与适宜千度 的冲积材料混合 以产 生膏 体混合物 。使这种方法 成为 可能的决定因素是这 种混合 物的 水分 和颗粒粒级的分 布 。 用高浓度浓密机 直接从稀的尾矿泥浆中产生高沉降的膏体是一个好的方法， 高浓度浓密 机 比传 统浓 密机 有更深 的矿泥床 ， 耙 被淹霞在矿泥床里 。 因而 ， 就 要求有较 大的耙扭矩 ， 铝工业 已经开辟了特殊的高浓度浓密机用来处理炼铝产生的赤泥以便它能堆放。 膏体混合物的组成成分包括滤饼 、 水泥、 聚合物 、 水等， 这些物质必须彻底混合以产生适合 管遭运输的均匀同质膏体。 膏体混合厂与一个水泥分批搅拌厂相似． 各种成分必须精确称量， 并且应迅速传进到混合过程， 分批混合方法是容易控制的， 但通常选择连续的混合方法 ．由混 凝土工业开 发的高强度混合机很 适用于膏体 充填物的混合过程 在膏体充填料的混合过程中需要精确控制。 膏体料含水量的小小变化． 可以 l 起管道摩擦 阻 力的大变化 ． 现代化仪表和程序逻辑控制 已使胶结 充填更切 实可行 了。 混合后 ， 膏体 充填物 可装入垂 直的管道或传统的混 凝土送 料斗中 ． 实 践泵选 的扬程 可高达 J k m， 垂直下落的距离则是无限的。在垂直管道的底部结构上的水平管道 ， 可以将膏体输送到 数 千米远 ， 这 主要 取决于管道 压 力的 额定值 ， 该值 由膏体 的垂 直柱体 的能量决 定 ， 管 道 直径一 般为 1 0 O ～2 O mm， 流速较 低 t 低 于 1 m／ s 。 膏体混合的说明与设计 生产膏体 的屠重要的条件是有足 够量的细颗粒 ．在大多数情 况下 ， 膏体中粒度小于 2 0 m 2 维普资讯 的颗粒在重量上要占 l 5 以上。矿物学特性和颗拉形状将影响细颗粒的需要量。 为了提供适宜 的膏体 ， 需做大量的试验 。有经验的工程师可以完成简单 的混 台试 验 ， 对颗 粒粒级分布的了解， 对判断一种材辩的适用程度是很有帮助的． 目前的经验表明， 由小规模的试验来介绍真实酌管道条件的膏体流动特性是困难的， 所以 进 行真实的抽浆试 验就 显得 十分 必要 了 。 膏伴充填可以设计成满足某些指定用途所需的强度。要增加强度， 可以通过增加水泥含 量 ， 减 少水分和增加 聚合 物。在许多情 况下 。 矿 山充填料 所拥有 的长期抗 压强度 以 D - 7 2 1 V l P a 为适 中， 要达 到此强 度 ， 可在膏体 中加入 2 ～4 干重 的硅酸盐水泥 。 膏体充填 系统 的优 点 在地 下矿 山中， 使 用了 4 0年 以上的水砂 充填 系统 已经证 明能 起到支护 岩层 、 减少 劳动力 和材 料成本的作 用。 膏体充填方法 攫水砂 充填 有更多的优点 ①用少 量的承泥可取 得较高 的强 度 ； ②用膏体 充填 不必象水砂克壤那样篙 从 秘采工 作面 倾析出永 ； ③一般来说 ， 所有 种类的 尾 矿均 可用来 作膏 体料 ， 但是在水砂 充填系统 中 ， 只有较 粗的颖粒 才可 以应用 ， 较 粗的颗 粒 常常 不够 ， 所 以膏体 充填 系统解决了材 料的均衡 问题 ； ④膏体 充填 因为 减少 了空酸 ， 比水 砂 充填有 更高 的密 度 ， 所以承压强度更好 ， 表面尾矿 蓄水要求 更少 ； ⑤从承砂 充填作业过 程 中排 出的矿 泥经 常造 成一些处理 问题 。这些问题经 常加快 矿 山脱水系的 磨损 ， 如果 将矿 泥倒入放 矿溜 井 中， 则 叉经常出现安全 同题 ， 但 膏体 充填解决 了这 些问题 ； 膏件可减少采矿循环 时 间． 因为它 比水砂充填能更早取得足够的强度i ⑦在膏体充填过程中， 可以连续充填采矿工作面直到结 束 ， 而不用担 心砂质挡土墙 的溶解 和损坏 。 这 样 ， 由于减少了停 、 开次 效 ， 流体的流动 能更 正 常。 由于有了较稠的混合物 。 可 减少 挡土墙或 可以使用简单的挡土培 ， 如废 石堆 等。 膏体充填可以使用机 械化 下向分 层 充填法 。这增 加了安全性 ， 减少了贫化 ， 几乎适 用于任 何形状的采场。 膏体充填使采矿方法灵活， 例如 。 垂直后退或开采可用于太块矿体 ． 机械化下向 分层 充填法则可用于不规则矿体或 窄矿体 。 废石 充填法常用在需要 回填的矿 山 废石 充填 法通常用在水砂 充填 无法使 用的矿 山 这 主要取决于选厂到矿 山的距离 ． 或 者选 矿作业磨得太细 以致产生不了能谚透的水砂 充填物 膏 体 充填与废石充填 相 比， 有下列优 点 ①膏 体运输 比废石 充填 的运 输要便宜 ， 废 石 充填运输 需 要 充填料 上山、 卡车 或轨道运输 系统 ； ② 废石 充填有可 能因为 没有 足够的掘 进废 石而 比膏悻 充 填的成本要高 。没有足够的反石 ， 常常需要地 面采掘矿石 由于所有尾矿都需要贮 术 。 所 以尾 矿贮永 成本要 比废石充填高 。然而 ， 由于 废石充填系统需要露天废石 ， 废 石充填会增加复垦 玻 本 。 膏体充填比农砂充填投资要大， 大体与废石充填投资氟相当。 到 目前为止 ， 由于减少了作 业成本 ， 提高 了生产 能力 ， 一般认为 裔体 充填的投 资额度是 比较合理 的。 应 用 L u c k y F r i d a y矿 在美国爱选荷 州的 He e l a矿业公 司的 L u c k F r i d a y矿 ． 管体 充填料来 自铅锌选厂的浮选 脱水尾 矿 ． 尾矿部分 地 由旋 汽器分 级以便提 高落 缩和过搏 效率 在浓缩到 匿 件占 6 5 之后 ， 标准 圆筒真空过滤机将 产生台 水l 3 的游饼 。 这些滤饼 存放在 一个 矿仓里 ， 当 要用 时 。 再用链斗式挖揭机或前端 式装载机拉 出来。 3 维普资讯 采 用程 序逻辑控 制的分批生 产过程 以混 合具有2 0 0 1 5 0 ram 沉降 稠度 的混 合料． 混 合料 中各组分均被称量过， 高强度的混合机将产品进到混凝土泵站 ． 泵站将膏体辩打到约6 0 m远 就到了竖井， 竖井的垂直管 道被排气， 所以以便 自流在并下， 膏体传送到采矿工作面超过 l 5 0 0 m， 离竖井的水平距离 远达B O O m， 管遭压力小于7 MP a 。 在竖井 的大 多数 地方 ， 一般 部设百 两套管道 系统 ， 空气在顶部是轮换 着进去和 徘出的。 到 水平 下 向分 层 充填 回采 工 作面 的膏 体 充填 速 度是 l 3 0 t ／ h。 体 积 计 的 充 填 速 度 是 6 { m ／ h， 因为水泥是 在地表 充填工 厂被加上 的 ， 所以管道在 用完之 后要 排 空 ， 管道 直径 从 】 0 0 ～ l 5 0 0 ram不等 。 Gr u n d矿在德 国的 Gr u n d矿现在 已经关 闭了 ， 它是 第一 个 果用 膏体技 术充 填的矿 山 用来 自铅锌选 厂的尾矿和 浮悬聚合物 准备 膏体 充填料 。 尾 矿脱 水 的第一 阶段 电括一个 旋流器 和一 个浓密机 ， 第 二阶段是 一个真 空带式过滤 机。 与分批生产相 反 ， 膏 体充填过程是连续 的 ， 仅 需要 最小的固体库 存量 由～个连 续混合 机混合大 约等 量的悬浮聚合物和 尾矿滤饼 ， 以形 成大 约含 水 l 2 的膏体 。 它被泥浆泵打到 8 0 m 远处就到一个深5 0 0 m 的竖 井。 采矿 场离 竖并 的距 离 在d O O ～2 3 0 0 m之间 ， 对于远距离的采矿工作面常需要中继泵站。 用单独的管道以气流输送方 式把 硅酸盐水 泥 传送到 充填现场 ， 它将 由气流输送方 式注人 膏体 管道 5 0 m探 。 膏体 要放人 水 平 下 向 分层 充 填 果场 ， 以 形成 一 个较 陡 的 安 息度 ， 所 以膏 体 要 相 对 稠一 些 。 充填 速 度 大 约 3 0 m ／ h， 管道直径 为1 2 5 mm。 膏体充填或高密 度充填的其他 应用 在美国阿拉斯加的 Gr e e n s Cr e e k矿 ， 由非常细 的尾矿构成 的很稠 的膏倭是在分批 生产厂 准 备的 与 Gr u n d矿类 似的膏体 系统被应用在奥地利 的 B a 1 B l e i b e r g矿。 在非洲 ． 几十 矿山正 使用高浓度 的充填料 ， 也一 直在研究 膏体充填。 据 报道 ， [ u c o公 司安 大略分公 司 正在开发 用逭 矿和 2 中积材料的充填方法 尾矿处理 由于塑性特征 ， 当膏体敲 在一 个平面时 ， 会形成一个特 有的安 息角 。 这个安 息 角与膏体的 稠度有关。 它也许可以从5 到几乎3 O ， 如果以某中心点堆放膏体时 膏体可以堆成一座山。 对 于尾矿 处理 而言 ， 膏体技 术的优 点之一 就 是减少 了占地 面积 ， 也城 少 了一些永 远性结 构 。 因为易堆放 设有 固体 颗粒离析 ， 没有膏体的粒 度分 级 ， 这是 明显 有别 于传统 的稀释尾 矿浆 沉 淀物的 。 这种特性 产生了同质尾矿 的沉淀物 ， 这些 沉淀物可 在一定 的时 间内固化 ． 形成 一定 的抗压强度 ， 以支 撑用 于复垦的汽车运箍 ， 这 种可透性 弱的 固化膏体可 以阻止酸 的产 生 。 铝工 业在全世界许 多工厂已经采用 了膏体技 术堆放 。 在北美和 澳大利亚 ， 已采用 浓缩尾 矿 的处理方法 ， 因为浓缩尾 矿的 塑性 影响 较小 ． 所 以浓缩 尾矿形成 不 了如 膏体一样 陡 的斜 坡 。 有 许 多情 况 ． 尾矿用带 式真压或压滤机来脱水形成较碣的 馨肄 因此 ， 要经 济的话 摄 好的办法是 用高浓度 的浓密机从尾矿 中生产脊体 。 结 论 膏体充填是用在某些生产矿山的一种相对较新的技术。 膏体技术由于其经济性和环境优 势 而变得 更加重要 了。 要 产生膏体 ， 尾矿矿泥可以用 常规 的设 备进 行艟承 韭 。 为 使脱水工 作 4 维普资讯 ， 最优化， 为膏俸管道运输系统的工程设计提供数据， 潮试工作不可缺少。 膏体充填方法要求有 良好的程序逻辑控制技术， 因为仅仅音术量的一点点变化， 就台引起牯性和管道摩擦盟力的大 变化。 雨正排量泵或者 自流 ， 膏体充填料可以送到井下某管道中． 因为膏体能被堆成堆t 颗粒分级不会发生， 因此， 用膏体技术来存放尾矿比用稀释尾矿的 保存方 法要 好． 媾； ， 坪钙 。 f 程 国 江译黄 孔 宣校 2 。 无 炸 药 岩 棚 爆 破 技 术 僚 锋 虽然 C a r d o x技术已有6 0 多年的历史， 但直到最近。 才有发展成为一种在世界采矿业内积 极销售的样机 。 该设 备是通过在钻孔 中插入一装 有液态 CO 的 Ca r d o x管来 进行爆 破的 ． 首先 把 C r d o x管和一 手持永 磁发 电机联结起来 ， 然后通 过永 磁发 电机 向 C ． r d o x管输送 电流 ， 低 电压引倍就将迅速启动激发器， 导致 C a r d o x管中 C O， 气体体积的迅速扩大． 此时 ， C a r d o x管 的内部压力将迅速达到安全隔膜的击穿点， 因此大量的 C O 气体就将释放到周围岩石中， 并且 沿其阻力晟低裂 痕将其破 碎 ， 所有这一切都是瞬 问作用 ． 通过选 择安全隔膜厚度和 C a r d o x管的型号产生不屙的气俸压力和气悼俸积 ， 该设备可 适台特殊需要 。 与炸药爆破相 比t 它 的优点包括 ① 不需要 得到特殊部 门批准炸药的装药 、 储存 、 运输或爆 破作业 ； ② 在有可燃气体 和蒸气存在时仍可安全 使用 } 不产 生破 坏性 的冲击波和 没有有毒烟 气； ④能减少嗓音和灰尘， 振动极小， 不会 j 起生产中断I 在它爆破的同时还可进行其它作 业。 此外 t 对采煤或 采金 来说 ． 产生极 细微粒 ， 因此它是 一种 很有价值 的产品 。 装有液 态 C Ot 的 C a r d o x爆破管的主要结构示于囝l 重 力 ， ， 工 梦 ⋯⋯ 、 焙烧难浸矿石 釜工艺矿物学 ． ． ．喜 维普资讯