金川全尾砂膏体物料流变特性的研究

金川有色金属公司是中国较早试验研究和生产应用胶结充填料浆管道输送的采、选、冶联合企业。早在1975年从浆体管道输送试验室发现了高浓度料浆的管道输送特性,并设计和建立了高浓度料浆重力管道输送弃填生产系统。80年代末期又开始试验研究新一代的高浓度充填工艺——全尾砂膏体泵送系统,对多种物料组分的全尾砂膏体物料进行了管流特性和流变特性的测试与研究,为设计提供了依据,建成了新的尾砂胶结自流系统和泵送系统。本文重点介绍全尾砂膏体物料流变特性的检测方法,试验内容和取得的初步成果。     

某矿山全尾砂似膏体料浆L管试验研究

某金矿目前采用立式砂仓自然沉降后的粗粒级尾砂进行自流胶结充填,充填效果不佳,拟采用全尾砂似膏体充填解决充填体泌水量较大、凝固时间长、强度低等问题。该矿全尾砂料浆达到膏体(似膏体)状态的质量浓度为72%~74%。管流阻力是充填料浆管道输送的重要参数,为探索该矿山全尾砂似膏体充填料浆的输送特性,开展了L管试验测定其管流阻力及流变参数。试验结果表明:该矿山全尾砂似膏体充填料浆在质量浓度72%~74%时具有一定的抗离析能力,工程上可实现长距离输送;随料浆质量浓度增加,流动阻力明显增大,料浆流速及可实现顺利输送的充填倍线减小;在管道内径100mm时,可实现顺利输送的充填倍线约为2.26~3.02。     

武里蒂卡金矿膏体充填料输送性能试验研究

膏体充填以其高浓度、无脱水、低水泥耗量等优势而广受国内外地下矿山的推崇,但同时也存在膏体输送管道阻力大、管道易堵塞的问题,为给矿山膏体输送系统提供设计依据,开展膏体充填料浆输送性能试验研究就显得十分必要。哥伦比亚武里蒂卡金矿拟采用全尾砂膏体充填,全尾砂膏体充填需求量60 m3/h～100 m3/h。本文通过坍落度试验研究分析充填料浆和易性并初步确定膏体态充填料浆的浓度范围,约为68%~70%。以此为基础,利用流变仪测试充填料浆的屈服剪切应力与黏性系数,计算得出管道单位长度充填料浆流动阻力,并结合矿山膏体输送条件,确定了武里蒂卡金矿的膏体输送参数。研究表明,充填料浆浓度宜选定66%~68%,推荐井下充填管道内径150 mm,相应膏体输送阻力2.69~5.74 kPa/m,采用10 MPa膏体输送泵可将充填料浆水平输送1.7~3.7 km,能够很好地满足矿山充填系统膏体输送的需求。膏体充填料浆输送性能参数及其确定方法可为类似地下矿山充填系统建设提供参考与借鉴。     

磷石膏充填材料的管道输送研究

参照金属矿山膏体泵送充填理论技术,通过环管输送试验研究了以磷石膏、尾砂、水泥为膏体充填材料的输送性能和流变特性。根据采矿设计要求,在质量浓度为71%,膏体充填材料配比水泥∶尾砂∶磷石膏分别为1∶4∶12,1∶8∶24,1∶12∶36时,测试了不同配比情况下的料浆流变参数。试验结果表明3种配比均呈现宾汉流体的特性,得出料浆特性及管道输送参数,为充填采矿设计提供了依据。     

超细尾砂高效浓密技术及均质化搅拌设备的应用研究

针对某金矿原有立式砂仓分级尾砂充填系统存在的充填料浆浓度低、料浆泌水量大、充填体强度低，以及细粒级尾砂因无法利用而被排至尾矿库，导致尾矿库库容不足等问题，开展立式砂仓充填系统优化研究。为了采用-200目超细尾砂进行充填，研究了超细尾砂高效絮凝沉降结构及均质化搅拌系统，并在现场开展了应用效果测试。结果表明：(1)研发的螺旋进料絮凝沉降中心筒能够有效实现超细尾砂高效絮凝沉降，砂仓顶部溢流水澄清，溢流水的固体质量分数小于0.02%,可直接输送回选厂用于选矿；(2)当砂仓底流放砂质量浓度达到60%时，料浆整体呈膏体状，流动性好，不易发生离析，泌水率小于5%;(3)超细尾砂料浆与水泥在搅拌系统中充分混合，实现了水泥的高效利用，料浆均质化效果好，充填质量高，充填体3 d强度均高于1 MPa。实现了超细尾砂高质量充填，为无尾矿山建设奠定了坚实的基础。     

安庆铜矿不同颗粒级配尾砂优化组合膏体充填技术

尾砂级配是影响充填质量的关键因素,安庆铜矿因尾砂级配不合理导致充填料浆离析,严重影响充填质量。对此,通过开展充填料配比试验确定了理想的尾砂级配,即将矿山旋流分级后的底流粗砂与溢流细砂按17∶3的比例混合。根据矿山充填系统工艺,利用现有立式砂仓对底流粗砂与溢流细砂分别进行了浓缩,浓缩后的72%浓度的分级尾砂与58%浓度的溢流细砂混合搅拌后制备出具有较优级配的膏体充填料。实践证明：该方案可制备出兼顾充填体强度与充填料浆输送性的合格膏体充填料,充填体均匀性好,同时,该方案可满足膏体胶结充填与水砂非胶结充填需求,实现了较好的经济效益。     

万城矿业全尾砂膏体充填系统扩能改造与应用

针对万城矿业原有充填系统能力过小、不能保障安全生产等问题,在高浓度全尾砂膏体充填工艺的基础上对系统进行扩能改造,主要对外围供砂能力、砂仓循环工艺、充填料浆制备能力和充填料浆输送能力4个方面进行优化改造,改造后的充填系统,充填料浆浓度为72%~76%,充填料浆制备输送能力为80~200m~3/h,系统连续稳定运行时间4~10h,实现了大流量全尾砂膏体充填,充填能力可调节性强,解决了矿山安全问题,改善了矿山高大矿柱的开采环境,实现资源节约与安全开采。     

高浓度全尾砂结构流胶结充填材料试验研究

对中钢集团山东矿业有限公司进行了充填材料试验研究,以确定合理的充填料浆制备输送参数及充填料配比,实现高浓度尾砂结构流胶结充填工艺。研究结果表明:该公司采场充填尾砂粒级分布较好、级配较均匀,尾砂沉降速度较快;水泥-尾砂充填料浆制备输送浓度为68%~72%时的管道流动输送性能较好,保水性能良好,基本不产生离析、沉降等不良现象;不同灰砂比的充填试块凝固硬化正常,后期强度增长稳定,试块强度总体较好,在一定条件下,多加水泥提高料浆浓度有利于充填体强度的提高。     

西藏甲玛铜矿全尾砂膏体充填料浆流变特性研究

西藏甲玛铜矿膏体充填料浆输送流量大,要求充填料浆具有良好的输送性能。通过对甲玛铜矿尾砂物化性质的研究以及对膏体充填料浆流变性能的测定,揭示了灰砂比、粉煤灰添加量、质量浓度3个因素对料浆流变性能的影响。得出实验结论:尾砂的密度为2.43 t/m3、松散容重为16.24 k N/m3、密实容重为19.43 k N/m3;尾砂粒度级配良好、化学性质稳定、沉降特性良好。在灰砂比、粉煤灰添加量、质量浓度3因素中,质量浓度为影响膏体充填料浆流变性能的主要因素。膏体充填料浆的屈服应力和黏度随质量浓度的增加而急剧上升,随灰砂比的增加而缓慢上升,受粉煤灰添加量的影响较小。     

刚柔叶片组合搅拌机的数值模拟与工业试验

为解决矿山采用压滤尾砂作为充填骨料时,传统立式搅拌桶存在物料分散性差,稳定可靠输送难,硬化后充填体存在强度弱面等问题,设计研发了刚柔叶片组合搅拌机,并通过FLUENT数值模拟软件和工业试验进行了研究分析。研究结果表明,与刚性叶片相比,刚柔组合叶片具有更好的混合性能,混合均匀程度及混合速度均有一定的优势。刚柔叶片组合搅拌机在山东某铁矿的工业试验应用结果表明,充填料浆输送质量浓度提高了约10个百分点、充填运营成本节省10.14元/m³,解决了因充填料浆制备均质性差造成的堵管事故频发问题。     

高效减水剂对全尾砂充填料性能的影响

利用全尾砂作为集料制成全尾砂充填料对采空区进行充填,具有性能优、尾砂利用率高、能耗少、成本低等优点。根据某矿山现有充填工艺,采用全尾砂替代分级尾砂作为充填集料的技术,优化原有的胶结材料,并将尾砂充填料浆的固体浓度由68%提高到72%,结合使用减水剂来实现全尾砂充填料的自流输送。研究4种减水剂（萘系高效减水剂NSF、聚羧酸高效减水剂PC、氨基高效减水剂ASF以及脂肪族高效减水剂SAF）的不同掺量对全尾砂充填料浆的泌水率、流变性能和强度的影响。结果表明,减水剂的加入有效地提高了全尾砂充填料浆的流动性能,延缓了凝结时间,但却对充填体强度有不利的影响。综合4种减水剂的作用来看,在脂肪族减水剂掺量为1.6%时,既可以使料浆流动性增加幅度较大,又对充填体强度的不利影响较小。因此,选用脂肪族减水剂可以配制性能较优的自流型全尾砂充填材料。     

膏体充填技术现状及趋势

膏体充填技术是充填关键设备突破和井下采矿需求共同发展的产物,该技术在我国得到迅速推广应用。随着膏体技术应用逐渐成熟,其正朝着精细化研究方向发展,旨在提高充填质量、降低充填成本。叙述了膏体充填概念、工艺特点及技术优势,介绍了膏体充填技术在国内外的发展历程和应用现状。对新型胶凝材料、全尾砂脱水技术、膏体流变学、硬化膏体多场性能和膏体微观性能等热点方向研究现状进行了分析。同时,对新疆伽师铜矿和赞比亚谦比希铜矿膏体充填系统做了介绍。最后,提出了膏体充填技术在中国的发展趋势。     

膏体—地聚物协同效应的铀尾矿井下充填处置体系构建

铀尾矿井下充填处置是铀矿“协同开采”理念的重要技术支撑,但铀尾矿复杂的物理化学性质影响了胶结充填体的固结固化特性,进而制约了铀尾矿骨料胶结充填技术的应用。基于膏体和地聚物特性的协 同效应,针对铀尾矿地表堆置和常规井下充填处置存在的问题,提出了基于地聚物分割包裹—膏体稳固协同固化的铀尾矿井下充填设想。铀尾矿井下胶结充填体的技术指标包括机械强度、化学稳定、抗浸出性、氡析 出率和增容特性,物料组成包括铀尾矿骨料、地聚物基材、矿黏合剂、外加剂、功能矿物和水等,制备与充填过程的关键工艺为铀尾矿颗粒级配重构、充填材料多元复配以及充填质量的原位监测与动态调整技术。以 某铀尾矿库尾砂、复配冶炼矿渣等材料为研究对象进行了验证试验,当水固比为0.25、灰砂比为1:4时,充填体试件在（20±1）℃、湿度≥95%条件下养护28 d后,试件的最大单轴抗压强度为17.65 MPa,表明基于地 聚物的铀尾矿膏体充填体制备具备可行性。该充填体系的构建对于促进膏体充填技术在低或极低放射性固体废弃物处置领域的应用具有一定的意义。     

似膏体充填料细粒级过滤脱水工艺试验

利用全尾砂制备高浓度的充填料浆是充填技术中的难点之一。真空陶瓷过滤机用于固液分离始于20世纪80年代，目前正处于进一步的成熟和发展阶段，但用于分级细尾砂和溢流尾砂的过滤脱水干燥尚属首次。在似膏体充填新技术研究中，运用陶瓷地滤机对不同性质、不同粒级组成的分级细尾砂、溢流尾砂进行了过滤干燥脱水试验，取得了满意的效果。探索出一条经济、有效、快捷的过滤脱水新途径，解决了利用分级尾砂、细骨料或溢流尾砂制备似膏体充填料浆的技术难题。     

全尾砂膏体料浆流动性影响因素的试验研究

采用电动跳桌仪对全尾砂膏体料浆流动性的影响因素进行了试验研究。结果表明：料浆浓度、细尾砂（-20 μm）掺量、超塑化剂掺量和粉煤灰品质及掺量均对全尾砂膏体料浆的流动性有显著影响;细尾砂对全尾砂膏体料浆流动性的影响在未掺和掺超塑化剂条件下有显著差异;在保持料浆流动性相同的条件下,掺适量超塑化剂可以提高料浆浓度4个百分点,或者提高细尾砂含量20个百分点。     

国内某铁矿充填工艺技术优化研究

为解决国内某矿山充填工艺系统堵管事故频发和充填体质量差等问题,提出优化充填骨料级配和管线敷设的技术思路,并开展试验研究和现场应用验证。结果表明：分级粗尾砂和细尾砂的最佳混合比例为5:5~6:4,质量浓度74%~78%的充填料浆可实现自流输送,分级细尾砂浓缩最佳进料浓度为8%~10%,絮凝剂添加量为10~15 g/t,底流高度可达到56% ~ 60%。通过优化充填管线敷设,充填管线减少485 m,平均充填倍线由6.4降至4.5,矿山应用验证优化后的充填骨料和充填管线,保障了充填工艺参数的稳定性,提高了充填体质量,实现了矿山高效稳定充填。     

三山岛金矿全尾砂静态絮凝沉降试验研究

开展尾矿充填工作不仅是解决尾矿库环境污染问题和消除尾矿库安全隐患的治本之策,也有利于提高资源综合利用率,减少土地占用。膏体充填技术是尾矿充填发展的重要方向,其核心之一是如何获得符合条件的全尾砂膏体。因此研究全尾砂絮凝沉降工艺以获得高浓度底流以及较低溢流浊度非常重要。通过正交试验和耦合试验方法,分别得到了矿浆絮凝沉降速度和澄清层浊度的影响因素排序。并得到了最优絮凝工艺参数为:矿浆浓度20%,絮凝剂用量20g/t,阴离子聚丙烯酰胺,温度常温、矿浆pH=6.0。最优条件下自然絮凝沉降矿浆极限平均浓度为60%,增加扰动、破碎絮凝体,絮凝体二次沉降,矿浆极限平均浓度能达到66%。研究结果可为三山岛金矿尾矿处理提供科学的指导依据。     

高效减水剂对含盐卤充填料浆输送特性的影响

三山岛金矿地质水文条件特殊,测得充填用水中富含盐卤离子,对料浆自流输送造成不利影响。本研究探索使用高效减水剂改善含盐卤料浆的输送特性,以实现高浓度自流输送。以分级尾砂、充填用水、水泥为原料,掺入不同类型、掺量的高效减水剂制备充填料浆,在量筒中静置并测试沉降速率和泌水率,使用R/S-SST流变仪测试流变特性。通过对比分析揭示出减水剂影响料浆沉降及流变特性的规律,得出结论：掺入0.5‰萘系减水剂料浆泌水率降幅最大,能够有效降低采场脱水压力;高灰砂比情况下掺入0.5‰萘系减水剂、低灰砂比情况下掺入0.5‰聚羧酸盐系减水剂,料浆沉降速率降幅最大;含盐卤充填料浆流变特性可用Bingham流型表征,0.5‰聚羧酸盐系减水剂掺量的料浆黏度系数和屈服应力均较低,输送效果最佳。减水剂能够增强含盐卤充填料浆的悬浮性,有效降低料浆黏度系数及屈服应力,减少管壁磨损。