湖田铝矿赤泥充填料研究_杨明安.pdf

19 ,5 年创9,轻金属 轻金属原料矿山 湖田铝矿赤泥充填料研究 杨明安 山东铝业公司山东淄博 255 052 摘要 用山东铭业公司烧结法生产氧化铝排出的尾并 赤泥 、粉煤友, 加石灰作充镇料 , 来 源广 、 成本低 。配比为 水 赤泥 粉煤灰 石灰 2 . 招 2 l 0 . 5 7 , 充填体6 0天平均强度 为3 . 2 4MP a。 采用主副管分送情性物抖赤泥混合物和激化荆石灰浆 , 用压气混合 。 主 副 管内充琪抖未混合前均不易凝固 . 可以实现带料停泵 。 试脸结果可用于二步骤进路回米米犷 法 , 经济合理 , 技术可行 。 关锥词 赤泥粉煤友充琪并充填采犷法湖田铝矿半工亚性试脸 前言 湖田地下矿是山东铝业公司主要的供矿基 地之一 。 该矿原来选用的壁式崩落采矿法 , 存在 着劳动强度大 、 安全条件和作业条件差 、 矿石损 失率大及坑木消耗大等缺点 , 而且由于破坏地 表 , 还引起农矿矛盾及经济赔偿问题 。 为此 , 从 1990 年起进行充填采矿法试验研究工作 。 充填物料是利用山东铝业公司生产氧化铝 过程中所抖做的残渣废料赤泥 、 粉煤灰和 石灰 。 山东铝业公司烧结法生产氧化铝 , 每年排 弃的赤泥固含量达7 5万 t , 自备电厂每年排弃 的粉煤灰约 6万t 。 因此 , 上述充填物料来源广 、 价格廉 、 经济效益好 , 还有利于减少环境污染 , 因而具有良好的社会效益 。 1 充填料各组份的基本性能 1 . 1 赤泥R 赤泥含有大量的解 25 , C ; AF 等水硬性胶 凝矿物 , 但与接触液界面的反应速度很低 , 反应 分子的渗透扩散极为缓慢 , 从而使自身失云活 性 。 碱性 c ao 或酸性 c a s o ; ZH Zo 对激化赤 泥的活性具有显著作用 , 可使赤泥产生高强度 。 经测试氧化铝生产中各阶段赤泥的分子活 性 , 并考虑取料 , 运输及造浆等因素 , 决定选用 经多层洗涤去碱 、过滤后的赤泥滤饼, 它含水约 4246 。 烧结法生产氧化铝排出的赤泥其矿物组成 如表 1 。 表 1 赤泥的矿物组成 矿矿物 名 称称称 p p p一ZCao . 5心2 2 2 5 3 3 3 3 3 3 Ca O A 120 , 0 .能幻2 4 . gHZ O O O7 7 7 N N NaZ O A I刃5 . 1 . 7 5 102 . ZH 泌泌 6 6 6 N N Na20 A 120s . 岛心2 2 2 45 5 5 F F F eZ O 3 . H20 0 0l 1 1 1 C C CaO . T心2 2 25 5 5 泊CO3 3 314 . 2 . 轻金属 x , ,5 年州9, 其化学成份测定的结果如表 2 。 赤泥的粒级组成如表 3 。 表 2 赤泥的化学成份 表 3 化化学组份份 Sj0 2 2 2 Fe203 3 3人120 3 3 3 C a o十Mgo o oN aZO O O KZO O O 含含含第一批批 】9 . 32 2 2 9 . 06 6 66 . 35 5 545 . 2 2 23 . 2 2 2 0 . 3 5 5 5 童童童试样样样样样样样样 l l l l l l l 】9 . 11 1 17 . 71 1 17 . 13 3 34 49 9 93 。 3 3 3 0 . 37 7 7 弟弟弟_女比 比比比比比比比 试试试样样样样样样样样 l l l l l l l 17 。 40 0 010 . 2 4 4 45 . 93 3 34 3 . 95 5 52 . 76 6 60 .3 2 2 2 第第第三批批批批批批批批 试试试 样样样样样样样样 粒粒径径 十0 . 6二二0 . 315 5 5十]00 0 0十160 0 0十200 0 0250 0 0325 5 5一325 5 5 m m m . 或网 目目 n 扣m m m幻n幻n n n 目目目目目目目目目目目目 筛筛上 百分串串 1 。 2 2 212 。 3 3 312 . 5 5 5 4 . 0 0 02 . 0 0 02 . 5 5 52 . 0 0 0 63 . 5 5 5 , , 攀攀计百分率率 】2 2 213 . 5 5 526 . 0 0 0 30 . 0 0 032 . 0 0 034 。 5 5 536 . 5 5 51o o o o 赤泥的密度为 2 . 7 9一2 . 9 3 9/ cm3 。 赤泥浆容重 , 重量浓度及液固比经换算 , 其 关系如表 4 。 表 4 赤泥桨容重 、 重里浓度及液固比换算 容容重重 1 . 36 6 6J , 38 8 8 1 . 40 0 01 . 42 2 21 . 4 4 4 41 . 46 6 6l 。 48 8 8l 。 50 0 0l 。 52 2 21 . 54 4 4 1 . 56 6 61 . 5 8 8 8 g g g/ cm3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 重重童浓度度 40 .19 9 94 1 . 8 0 0 043 .38 8 84 4 。 90 0 046 . 39 9 947 , 83 3 349 . 24 4 450 。 60 0 0 51 , 94 4 4 5 323 3 3 54 . 50 0 055 . 73 3 3 液液固比比 149 9 9l 。 39 9 91 . 31 1 1l 。 23 3 31 . 16 6 61 . 0 9 9 9 l 。 03 3 3 0 . 98 8 80 .93 3 30 . 88 8 80 。 8 3 3 3 0 . 79 9 9 1 . 2 粉煤灰F 表 6 粉状生石灰粒级组成 试验采用自备电厂原状粉煤灰 , 经测定其 物理性能参数如下 密度 1 . 8 61 . 959/ em3; 容重 638k g/m 3; 粒级组成 经0 . 08m m 筛19 0目水筛 , 筛 下占7 4 。 化学成份测定结果如表 5 。 较较 径径 0 . 63 3 3 0 . 315 5 5 十0 . 16 6 6 十0 . 08 8 8一0 . 08 8 8 或网 目目 2 8 目 55 目 90目 19 0目 一190 目 席席上百分率率 7 。 0 0 0 15 . 0 0 013 。 0 0 014 . 0 0 05 1 。 0 0 0 写写写写写写写写 累累计百分率率 7 . 0 0 0 22 . 0 0 035 . 0 0 0 49 . 0 0 0 100 0 0 表 5 粉煤灰化学成份 , 成成份份 510 2 2 2 Fe203 3 3A1203 3 3503 3 3 烧失址址 含含址 . 4 6 。 67 7 710 . 25 5 525 . 55 5 50 . 30 0 0 未作作 粉煤灰主要用于吸收赤泥浆中所含的水 , 提高充填料中的活性硅含量 。 1 . 3 石灰浆e 桨 粉状生石灰粒级组成如表 6 。 为便于管道输送及改善井下作业面的作业 环境 , 进行石灰调浆 , 经多种配比测试 , 优选浓 度为 石灰 水一1 1 . 5 即石灰浆 中含石灰4 0 ; 调浆后石灰浆容重 1 . 34 t /m ”。 1 . 4 减水剂 在相同水灰比条件下 , 使用减水剂可增大 19 95 年腿g轻 金属 充填料的流动性 . 在相同流动性条件下 , 使用减 水剂能减少赤泥含水量 . 同时 , 还能大幅度增加 充填体强度 。 试验用 cT M1 7型高效增强液态 减水剂 。 达到要求 , 添加减水剂后强度明显提高 。 3 R 一F一C桨 地表输送 半工业性试验 Z R 一F一C浆 配比及 室内强度测定 料浆配比采用比较法确定 。 大量配方在室 内经坍落度 , 静置泌水及调浆难易程度 . 养护条 件等测试 , 优选了两组配方 , 进行对比试验 。 编号 、配 比 、 水灰比如下 P , 水 赤泥 粉煤灰 石灰浆 2 . 06 2 1 1 . 3 9; x 0 . 90 。 PZ 水 赤泥 粉煤灰 减水剂 石灰浆 1 . 9 2 l 0 . 005 1 . 39 ; x 0 . 85 。 其中水灰比 x 一水/ 赤泥粉煤 灰石 灰 。 水为赤泥浆中含水和石灰浆中含水之和 。 按上述配比调制 、 拌和均匀后的两组料浆 , 制作成 100义100又 10om m 试块 , 一天后拆模 . 放入标准养护室中养护 , 分别测定其 3 、7、2 8 天 抗压强度 。 R 一F一 c浆 室内强度测定结果见下表7 单 位MP a 表 7R 一F一 c 筑 室内强度测定结果 , MP a 钾钾认 ‘‘ 3天 天 7天 天 28天 天 P P P1 1 1l 试块块 1 . 36 6 61 . 58 8 8 3 . 08 8 8 2 2 2 2 2耸试块 块 1 . 10 0 02 . 16 6 63 . 04 4 4 3 3 3 3 3盆试块 块 1 . 28 8 82 . 12 2 23 . 7 2 2 2 平平平均均 1 . 25 5 51 . 9 5 5 53 . 2 3 3 3 P P P2 2 2l二试块 块 2 . 24 4 42 . 8 0 0 04 . 20 0 0 2 2 2 2 2盆试块 块 2 . 24 4 42 . 94 4 4卜90 0 0 3 3 3 3 3 试块块 2 . 20 0 03 . 48 8 83 . 9 6 6 6 平平平均均 2 . 23 3 33 . 0 0 0 0 4 . 02 2 2 3 l 配比 地表试验时采用配比为 P Z, 但实际操作过 程 中 , 未能将赤泥浆中含水量达到设计水平 . 主 管道所输送的赤泥粉煤灰浆实际配比为 水 , 赤泥 粉煤灰 减水剂一2 . 3 4 2 ; l 0 . 005 . 混合浆容重测定为 1 . 53t/m ”。 副管道所输送的石灰浆为生石灰调浆 . 其 比例 为 石 灰 水 1 1 . 5 3 , 其 容重测定为 l 42t/m ’。 主管道输送能力为3 om ’/ h , 副管道输送能 力为 6m ’/ h 。 根据上述配比 , 得出最终充填体配比参数 为 水 赤泥 粉煤灰 减水剂 石灰 2 . 94 2 l 0 . 00 5 0 . 392 ; 水灰比 x 0 . 866 ; 石灰/赤泥一1 9 . 6 。 3 . 2 充填工艺 地表试验 时 , 采用主副管道同时输送充填 . 料 , 主管道输送拌和均匀的赤泥粉煤灰浆 加减水剂 , 副管道输送石灰浆 。压气助 吹使两 种物料充分混合 , 喷向工作面 。 试验所采用的充填工艺流程如图1所示 。 厂二丁一一一了一勺 一--__一- J 充坟科钊备站 曰只 I l f门已 图1充填工艺流程示意图 从测压结果看 , 充填料试块的室内强度已 结果 , 主副管道所输送的两种料浆在压气 作用下 , 混合十分均匀 , 无堵管反浆现象 . 充填 料稠度大 , 无水脱出 , 喷出半小时后即初凝 。 轻金属 一 ,, 5 年附9 3 . 3 停泵和配管试验 考虑井下生产实际情况 , 进行带料停泵试 验和配管灵活性试验 。 3 . 3 . 1 停泵试脸 湖田矿区沿走向长 , 埋藏浅 , 分布范围大 , 将来采场充填时 , 中段内布设管道长度达上千 米 , 矿必须实现带料停泵 。 赤泥作为潜在胶凝物 , 和其它惰性物料混 合均匀后 , 由混凝土泵用 6 ”钢管输送 。 赤泥混 合物在不添加活性激 化剂的条件下 , 具有不凝 固的特点 。 副管道用于输送激化剂 , 石灰浆在管 内不与空气接触 , 不吸收空气中的c o , 且水分 不蒸发 , 故石灰浆不产生凝固 , 沉淀缓慢 , 能实 现带料停泵 。 主副管道内料浆带料停泵一周后 重新启动 , 无堵塞现象 。 3 . 3 . 2 配管灵活性试验 试验配管灵活性 , 接管长度增大到2 0一4 0 米时 , 仍能进行有效地混合和喷射 。 3 .3 充填体强度测定 将上述喷出的混合料进行强度测定 , 其 7 天 , 2 8天和9 0天强度测定结果 , 如表8 单位 MPa 。 备站配套设备的性能 , 和保证实际生产中简便 易行 , 决定取消减水剂 , 最终采用的充填体配比 为 水 赤泥 粉煤灰 石灰 2 . 43 2 1 0 . 57 ; 测定容重 1 . 5 t /m “; 石灰浆中 石灰 水 0 . 4 3 0 . 5 7 ; 混合料浆水灰比 x 一0 . 6 8 。 4 . 2 采矿工艺 湖田矿属浅海相沉积矿体 , 古地貌起伏不 平 , 成矿后燕山闪长岩侵入体所造成 的湖田向 斜 , 使矿体厚度及倾角度变化较大 , 且底板不 平 , 从而使开采技术条件更为复杂 , 损失贫化指 标难于控制 , 这就要求所采用的采矿方法应具 有一定的灵活性 。 盘区机械化伪倾斜分条充填采矿法 , 沿走 向布置回采进路 , 泵送充填 , 其采准切割布置及 回采充填工艺均具有一定灵活性 。 进路沿走向 方向编号为 1 , 2 , 3 . ⋯按 两步 骤回采 , 其中 1 , 3 , 5 . ⋯ 为 I步骤进路 , 先回采 I 步骤进路 , 待 采完 I步骤进路后 , 撤出采矿设备 , 用充填料充 填 。 待充填体达到一定强度后 , 再回采 l 步骤进 路 。 如图 2 所示 。 表 8 充填体强度测定 , MP a 主管道 试试样样 7天 天 28 夭夭 9 0天 天 充充充 1, 试块块 2 . 28 8 83 .52 2 2 5 。 28 8 8 填填填填填填填填填填填填填填填填填填填填 体体体 2盆试块 块 2 。 42 2 24 。 o o o o 5 。 48 8 8 3 3 3 3 3 试块块 2 。 8 9 9 9 3 。 84 4 44 . 70 0 0 平平平均均 2 。 59 9 9 3 . 79 9 9 5 15 5 5 从赤泥活性激化 , 长时强度增长看 , 后期强 度有持续增长趋势 , 有利于生产 。 4 R 一F一C浆 井下输送试验 4 l 配比 根据前段地表配比试验 , 考虑到充填料制 图2伪倾斜分条充填采矿法 1 耙矿道沼回风充填巷泊 I步骤回 采进路月 l 步骤回采过路 ;5桃形矿柱;6 密闭挡墙 。 4 .3 井下充填体强度测定 将井下喷出的料浆取样制模 , 进行强度测 定 , 其 3 、 7 、 2 8和6 0夭单轴抗压强度如表9 。 19 95 年N99轻金 属 表9井下充填料强度测定结果 , MP a 试试样样 3天 天 7天 、、 28 天天 6 0天 天 井井下下 1 试块块 1 . 04 4 4] . 23 3 31 . 0 9 9 9 2 . 68 8 8 充充填填填填填填填填填填填填填填填填填填填填填填 体体 . . . 2耸试块 块 0 . 80 0 0102 2 22 . 00 0 03 . 0 8 8 8 3 3 3 3 3落试块 块 0 . 76 6 61 . 02 2 2 2 . 00 0 0 2 . 7 6 6 6 平平平均均 0 . 87 7 71 . 09 9 9l , 97 7 72 . 84 4 4 5 结论 将井下分条内已凝固的充填本取样加工成 10 0 x10 0 x100mm 试块 , 测定其六十天强度如 表10 。 表1 0井下充填体取样加工强度测定结果 ,M P a 龄龄期期 l 试块块 2 试块块 3 试块块平均均 6 6 60天 天 3 . 42 2 23 . 47 7 72 。 8 4 4 43 . 2 4 4 4 从以上强度测定看 , 该充填体完全满足要 求 a . 试验所选用的 充填物料 , 大部分为工业 废料 , 来源广 , 成本低 。 综合利用生产废料 , 采用 主副管道输送 , 并通压气混合 , 使两种物料 在各自的管内都不凝固 , 既可实现带料停泵又 使工艺简单 。 b . 试验所形成的充填体具有良好的保水 性 , 不需脱水 , 且凝固快 。 可带料停泵 , 不需经常 清洗管道 。 需长期停泵及日常清洗时可采用压 气清洗管道 。充填体的抗压强度, 高于其他矿山 分步骤回采的充填体 , 可作为第二步回采时的 矿柱 。 c . 综上所述 , 该试验成果用于工业生产经 济合理 , 技术可行 。 我国铝箔史上一新里程碑华北铝业有限公司 19 9 4 年铝箔产量达 l 万 l 千吨 华北铝业有限公司的前身为华北铝加工厂 , 始建于19 7 8 年 , 19 83 年全面投产 , 成为当时我国四大铝加工厂之 一 ;1993 年底该厂与香港东方鑫源集团公司合资组成中港合资的华北铝业有限公司 , 现有职 工 180 0 多人 , 其中经 营管理与工程技术人员约4 3 0 人 。 该公司有一支素质高的职工队伍 , 在公司现有的勇于开拓励精图治的领导班子 的领导下 . 铝材产量一年比一 年多 , 产品质量年年有所提高 , 产销两旺 , 特别是薄铝箔 , 出现了供不应求的局面 , 并出口到美国 、 日本 、 东南亚诸国 与港澳等地区 。 该公司的铝箔设计产量为 1 万吨/年 , 1994年的产量达到1 . 1万吨 , 超过设计水平 的1 0 。 值得特 别指出的是 , 不但产量大幅度超过了设计水平 , 而且产品规格与结构也全面突破设计指标 。 这在我国改革开放以来 引进的现代化的大型铝箔轧机上尚无先例 , 在我国铝箔工业发展史上树立了一新里程碑 。 华北铝业有限公司现有妮60/700X 1600毫米4辊不可逆式铝箔轧机4台 , 其中2台是 8 0年代初从日本神户 钢铁公司引进的 , 另2台是中日合资的琢神公司制造的 。 它们的最高轧制速度都为12 00米/分 , 最大轧制力为4 . 8 兆牛480吨力 , 卷重可达 6吨 , 最薄的成品厚度为 0 . 00 6 毫米 , 最大宽度为 13 20毫米 。 截止199 4年底 , 我国引进 的全新的并已安装完毕的现代化 的铝箔轧机共2 2台 , 除丹阳铝箔厂的148 0毫米 2 台铝箔轧机 、 西南铝加工厂的2合1700毫米轧机和辽宁电子铝箔厂的1台160 0毫米轧机正在试生产与验收外 , 其他的都早已投产 。 此外 , 中南铝加工有限公司还引进了2台二手的10 60毫米铝箔轧机 西南铝加工厂新增加的 第三台1700毫米铝箔轧机即将陆续到货 , 成都铝箔厂的2台16 5 0毫米箔材轧机正在安装 。 由此可见 , 到 19 95 年 底 , 我国引进的铝箔轧机将达2 7台含2台二手的 。 泳神公司为华北铝业有限公司的子公 司 , 先后为华北铝业有限公司和石家庄铝厂制造了三台160 0毫米铝箔 轧机 , 是根据日本神户钢铁公司的技术制造的 , 主要控制设备从国外引进 , 装机水平较高 。 实践证明 , 这3台轧机的 性能可靠 , 取得了很好的经济效益 。 华北铝加工厂自中港合资经营后 , 如虎添翼 , 一是有了铝及铝材 的进出口自主权 , 二是可利用东方鑫源集团公 司的经营贸易关系 , 为华北铝业有限公司产品大量进入国际市场 、 参与国际竞争创造了有利的条件 , 为今后的发展 莫定了坚实的基础 , 明天的华北铝业有限公司必会更加辉煌璀璨 。 〔王祝堂 供稿