高濃度全尾砂-水淬渣膠結(jié)料漿膏體充填技術(shù)研究

高濃度全尾砂-水淬渣膠結(jié)料漿膏體充填技術(shù)研究

云南興宏錦有限公司是一家大型聯(lián)合企業(yè)，通過(guò)勘探、開(kāi)采和精煉進(jìn)行著。這是中國(guó)重要的鉛、鋅、銅基地。礦山深部設(shè)計(jì)開(kāi)采范圍內(nèi)探明鉛鋅金屬儲(chǔ)量200多萬(wàn)t,礦體垂直埋深700～1200m,礦體走向長(zhǎng)度150～300m,厚度5～40m,傾角60°～70°,礦石鉛鋅品位為25%～30%,且富含銀、鍺、鎘等稀貴金屬,礦石價(jià)值高,是國(guó)內(nèi)乃至世界罕見(jiàn)的高品位特富礦。深部礦體的最大特點(diǎn)是礦巖破碎、原巖應(yīng)力大和存在巖爆的可能,因此,深部礦體開(kāi)采選擇采用上向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法。開(kāi)展全尾砂-水淬渣膠結(jié)充填材料試驗(yàn)研究的目的就是針對(duì)采礦方法的工藝技術(shù)特點(diǎn)及采礦方法對(duì)膠結(jié)充填體強(qiáng)度的要求,探尋經(jīng)濟(jì)合理的充填材料配比方案,并通過(guò)對(duì)全尾砂、水淬渣的資源化利用,實(shí)現(xiàn)礦山廢棄物的零排放和建成清潔綠色礦山。1填充材料1.1尾砂和水淬渣基本充填材料選擇的原則是就地取材、供應(yīng)充足、成本低廉和有利于礦山生產(chǎn)廢棄物的處理。云南馳宏鋅鍺股份有限公司一直沿用粗粒級(jí)碎石水砂充填采礦法,在50多年的生產(chǎn)過(guò)程中,礦山積存了60多萬(wàn)t的選礦尾砂和100多萬(wàn)t煉鉛水淬渣,而且以每年25～30萬(wàn)t尾砂和水淬渣的排放量增加積存。大量的工業(yè)廢物堆存在地表,既占用了土地又對(duì)環(huán)境造成污染,同時(shí),受礦區(qū)地形的限制,尾礦庫(kù)和水淬渣場(chǎng)已無(wú)法擴(kuò)容,且礦區(qū)屬于長(zhǎng)江上游水土保持和環(huán)境保護(hù)區(qū),工業(yè)廢物排放和堆存受到嚴(yán)格限制。因此,選擇以全尾砂和水淬渣作為基本充填材料。1.2全尾砂-水淬渣的化學(xué)性能試驗(yàn)研究對(duì)選廠全尾砂和冶煉廠煉鉛水淬渣取樣進(jìn)行了充填材料物理化學(xué)性能的測(cè)試,測(cè)試的內(nèi)容包括:全尾砂、水淬渣基本物理力學(xué)參數(shù)測(cè)定;全尾砂、水淬渣化學(xué)成份分析;全尾砂全粒級(jí)激光測(cè)定;水淬渣粒級(jí)篩分測(cè)定;全尾砂沉降試驗(yàn);全尾砂-水淬渣不同配比充填料漿流動(dòng)性(坍落度)測(cè)定等。測(cè)試研究結(jié)果如表1～表6所示。2全尾砂-水淬渣充填體強(qiáng)度試驗(yàn)采用全尾砂、水淬渣為充填料骨料,以425#普通硅酸鹽水泥作為膠結(jié)劑,充填料漿濃度(重量濃度)控制不大于76%,進(jìn)行全尾砂-水淬渣高濃度充填料漿充填體強(qiáng)度試驗(yàn)。2.1改性添加劑的選擇全尾砂-水淬渣高濃度充填料漿試配的料漿配比參數(shù)為全尾砂∶水淬渣為60∶40,灰砂比為1∶4,料漿濃度74%。高濃度充填料漿試配的結(jié)果表明,全尾砂-水淬渣高濃度充填料漿凝固時(shí)間長(zhǎng),其試塊在養(yǎng)護(hù)72h后仍不能拆模,試塊基本上沒(méi)有強(qiáng)度。分析其原因:首先,全尾砂、水淬渣中含有較高的MgO成分,分別為5.02%和3.98%,全尾砂-水淬渣與水泥結(jié)合的安定性差,造成充填料漿不能正常凝固;其次,煉鉛水淬渣呈玻璃態(tài),表面光潔,與水泥的結(jié)合力較弱,從而影響試塊強(qiáng)度。針對(duì)高濃度充填料漿試配存在的問(wèn)題,試驗(yàn)研究過(guò)程中探索采用添加劑來(lái)解決。經(jīng)過(guò)對(duì)多種添加劑的反復(fù)試驗(yàn),最終選擇采用CaO(石灰,后同)作為全尾砂-水淬渣高濃度充填料漿的改性添加劑,在充填料漿中增加CaO后,全尾砂-水淬渣高濃度充填料漿在48h內(nèi)基本能夠凝固,且試塊具有一定的強(qiáng)度。這是因?yàn)樗阍哂幸欢撛谒不钚?而CaO作為一種活化劑,能夠激化水淬渣潛在的水硬活性,并通過(guò)表面水化反應(yīng)可以減輕水淬渣的表面光滑程度,同時(shí),CaO能夠提高全尾砂、水淬渣與水泥結(jié)合的安定性,從而促進(jìn)全尾砂-水淬渣高濃度充填膠結(jié)充填料漿的凝固。因此,對(duì)全尾砂-水淬渣高濃度充填料漿而言,CaO是必須的改性添加劑。2.2充填體強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果自然環(huán)境條件為室內(nèi)氣溫17～25℃,相對(duì)濕度70%,試塊在室內(nèi)大氣環(huán)境中自然養(yǎng)護(hù)。試驗(yàn)采用的全尾砂-水淬渣高濃度充填料漿配比參數(shù)為CaO添加量15%(為水淬渣重量的百分比,后同),灰砂比1∶4～1∶12,料漿濃度72%～76%,骨料配比為全尾砂∶水淬渣=60∶40。試驗(yàn)結(jié)果如表7。從表7可以看出,CaO添加量為水淬渣重量的15%時(shí),灰砂比1∶4、重量濃度72%～76%的全尾砂-水淬渣填充填體的28d強(qiáng)度為1.60～3.34MPa;灰砂比1∶8、重量濃度76%的全尾砂-水淬渣充填體的28d強(qiáng)度為1.34MPa?？蓾M(mǎn)足上向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法對(duì)充填體強(qiáng)度(要求強(qiáng)度≥1MPa)的要求。2.3全尾砂-水淬渣充填料漿配比試驗(yàn)為了進(jìn)一步探索不同環(huán)境條件下充填體強(qiáng)度的差異,獲取更準(zhǔn)確的充填材料配比及強(qiáng)度結(jié)果,進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室條件下的充填體強(qiáng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)條件為標(biāo)準(zhǔn)混凝土實(shí)驗(yàn)條件,試驗(yàn)采用的全尾砂-水淬渣高濃度充填料漿配比參數(shù)為CaO添加量15%,灰砂比1∶4～1∶10,料漿濃度74%～76%,骨料配比為全尾砂∶水淬渣=60∶40。試驗(yàn)結(jié)果如表8。從試驗(yàn)結(jié)果可以知道,自然環(huán)境條件下與標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室條件下、常溫養(yǎng)護(hù)條件與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件的充填體強(qiáng)度存在較大的差異,說(shuō)明環(huán)境的差異對(duì)充填體強(qiáng)度有一定的影響。但CaO添加量為水淬渣重量的15%、灰砂比1∶4～1∶8、重量濃度74%～76%的全尾砂-水淬渣高濃度充填料漿,是可以滿(mǎn)足上向進(jìn)路膠結(jié)充填采礦法對(duì)充填體的強(qiáng)度要求的。3用漿砌石和填充體強(qiáng)度試驗(yàn)3.1膏體充填料漿流變模型膏體充填技術(shù)是國(guó)外在20世紀(jì)80年代初期開(kāi)發(fā)的礦山充填新技術(shù)。膏體充填的優(yōu)點(diǎn)是可以大大降低充填水泥消耗,提高充填體強(qiáng)度,且充填料在管道中不會(huì)產(chǎn)生離析,在輸送管網(wǎng)中可以停頓、靜置和重新啟動(dòng),充填料在采場(chǎng)中基本不產(chǎn)生脫水。膏體充填是指具有良好穩(wěn)定性、流動(dòng)性的膏狀充填料在重力或泵壓作用下以柱塞流的形態(tài)輸送的充填作業(yè)過(guò)程。膏體充填料的流變模型近似于賓漢姆體,其流動(dòng)狀態(tài)是非牛頓流體結(jié)構(gòu)柱塞流。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究和經(jīng)驗(yàn),膏體充填料漿中-20μm顆粒的含量占重量比例的15%～20%,料漿坍落度在150～250mm。根據(jù)對(duì)全尾砂和水淬渣粒級(jí)分析測(cè)試的結(jié)果,在全尾砂中-20μm粒級(jí)占38.13%,當(dāng)全尾砂∶水淬渣=60∶40時(shí),全尾砂-水淬渣充填料骨料中-20μm粒級(jí)占22.88%,基本符合制備膏體充填料漿的骨料粒級(jí)組成要求。3.2全尾砂-水淬渣膏體充填料漿及其強(qiáng)度試驗(yàn)根據(jù)全尾砂、水淬渣存量情況和全尾砂、水淬渣年產(chǎn)出量,采用全尾砂:水淬渣=60∶40的骨料配比,不僅選礦尾砂不能得到全部利用,而且煉鉛水淬渣供應(yīng)量不足。從實(shí)現(xiàn)礦山廢棄物的零排放和建成清潔綠色礦山的基本原則出發(fā),計(jì)算全尾砂-水淬渣充填料漿經(jīng)濟(jì)合理的骨料配比應(yīng)為全尾砂∶水淬渣=70～75∶30～25。因此,確定以全尾砂∶水淬渣=70～75∶30～25為骨料配比進(jìn)行全尾砂-水淬渣膏體充填料漿及其強(qiáng)度試驗(yàn)。全尾砂-水淬渣膏體充填料漿試配的料漿配比參數(shù)為全尾砂∶水淬渣=75∶25,灰砂比為1∶4,料漿濃度80%,進(jìn)行了添加CaO(加入量為水淬渣重量的15%)與不添加CaO的料漿凝固性能和充填體強(qiáng)度性能對(duì)比試驗(yàn)。試配結(jié)果表明,以全尾砂、水淬渣為骨料能夠配制合格的膏體充填料漿,而且,當(dāng)料漿的濃度達(dá)到膏體的要求后,在不添加CaO的情況下料漿能夠正常凝固,但充填料漿試塊的強(qiáng)度較添加CaO的高濃度充填料漿試塊的強(qiáng)度稍低。因此,可以確定在全尾砂-水淬渣膏體充填料漿中無(wú)須添加CaO作為添加劑,以簡(jiǎn)化充填工藝。3.3充填料漿強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果膏體充填料漿性能及充填體強(qiáng)度試驗(yàn)采用的全尾砂-水淬渣膏體料漿配比參數(shù)為灰砂比1∶4～1∶12,料漿濃度78%～82%,骨料配比為全尾砂∶水淬渣=75∶25。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。從試驗(yàn)結(jié)果可看出,灰砂比1∶4、1∶12時(shí),膏體充填料漿試塊的28d強(qiáng)度可以滿(mǎn)足采礦方法對(duì)充填體強(qiáng)度的要求,4d料漿凝固,并且膠結(jié)體具有一定的初期強(qiáng)度。這說(shuō)明在膏體狀態(tài)時(shí),無(wú)需CaO作改性劑,料漿能正常凝固,同時(shí),未加CaO的膠結(jié)體的強(qiáng)度稍偏低,也說(shuō)明CaO能夠提高全尾砂-水淬渣膠結(jié)充填的強(qiáng)度。4全尾砂-水淬渣膏體充填技術(shù)方案1)全尾砂、水淬渣可以作為膠結(jié)充填材料,通過(guò)合理配比使用,可使全尾砂、水淬渣得到完全利用,為實(shí)現(xiàn)礦山廢棄物的零排放和建成清潔綠色礦山創(chuàng)造了條件。2)全尾砂-水淬渣膠結(jié)充填料漿的凝固性能和試塊初期強(qiáng)度與充填料漿的濃度密切相關(guān),當(dāng)料漿濃度小于76%(高濃度料漿)時(shí)必須添加改性劑才能使料漿正常凝結(jié)硬化,而當(dāng)料漿的濃度大于76%(膏體料漿)時(shí)料漿凝固性能趨于正常。3)采用全尾砂-水淬渣高濃度充填料漿時(shí),CaO是良好的廉價(jià)