高含泥全尾砂充填料漿試驗(yàn)研究

高含泥全尾砂充填料漿試驗(yàn)研究

0尾砂利用方案根據(jù)研究，沙子、殘石、戈壁碎屑、桿砂和河砂可用作骨料。其中，全尾礦充填既可以解決礦山充填骨料來源，又能夠解決尾礦的處置問題，已在礦山廣泛應(yīng)用針對(duì)超細(xì)粒級(jí)高泥質(zhì)尾砂充填已開展了大量試驗(yàn)研究為了論證某金礦尾砂膠結(jié)充填工藝的可行性，通過全尾砂和分級(jí)尾砂充填材料試驗(yàn)，結(jié)合礦山充填采礦工藝需求，綜合評(píng)判分析確定尾砂利用方案。1全尾砂特征試驗(yàn)1.1灌裝時(shí)表性取樣樣品取自礦山選礦廠的浮選尾礦集料槽。為保證取樣代表性，采取等時(shí)段間隔等量取樣，取樣壺容積為5L，每隔30min取樣一次，取出樣品灌裝至50L塑料桶，經(jīng)自然沉降后排出上部清水，烘干至恒重備用。1.2膠結(jié)充填體膠結(jié)性能測(cè)試尾砂粒級(jí)組成對(duì)充填料漿性能影響十分明顯，其既與脫水工藝和脫水難易程度有關(guān)，更與膠結(jié)充填體的膠結(jié)性能和膠結(jié)劑消耗量有關(guān)，主要參數(shù)有平均粒徑、顆粒不均勻系數(shù)，測(cè)試結(jié)果見圖1。全尾砂不均勻系數(shù)α=d1.3全尾砂沉降試驗(yàn)尾砂的沉降速度和最大沉降質(zhì)量濃度是確定充填系統(tǒng)制備濃度、充填料漿管道輸送質(zhì)量濃度的主要因素。尾砂漿體來料質(zhì)量濃度較低，一般在40%以下，為制備高濃度的充填料漿，均需濃密脫水。脫水過程中，在毛細(xì)壓力和固體顆粒自重的作用下，尾砂顆粒下沉自然壓密過程，就是尾砂的自然沉降脫水過程。為符合充填實(shí)際，沉降試驗(yàn)起始質(zhì)量濃度設(shè)定為26.8%（選礦尾礦排放的平均質(zhì)量濃度值），從圖2可以看出，料漿在0～180min內(nèi)沉降速度較快，180min時(shí)質(zhì)量濃度為48.1%；自180min左右開始進(jìn)入緩慢壓縮沉降時(shí)間區(qū)，至900min接近料漿自然沉降最大容重1.58t/m尾砂自然沉降速度慢、時(shí)間長、濃度低，為提高沉降速率，進(jìn)行了絮凝劑沉降試驗(yàn)，絮凝沉降30min內(nèi)達(dá)到最大沉降質(zhì)量濃度60%，大幅度縮短了沉降時(shí)間，但相比自然沉降，絮凝沉降最終質(zhì)量濃度低3.8個(gè)百分點(diǎn)。1.4模擬脫水試驗(yàn)由于全尾砂自然沉降和絮凝沉降均不能獲得高濃度的理想尾砂料漿，為進(jìn)一步驗(yàn)證全尾砂脫水特性，開展了機(jī)械脫水試驗(yàn)。根據(jù)尾砂粒級(jí)特性，采用普通板框式和隔膜板框壓濾機(jī)進(jìn)行模擬脫水試驗(yàn)。普通板框式壓濾全尾砂濾餅含水率為25%；隔膜板框壓濾全尾砂濾餅含水率為18%，含水率均較高，尾砂含泥量大，并且含高嶺土礦物，壓濾后尾砂濾餅為塊狀，黏性極強(qiáng)。塊狀強(qiáng)黏性尾砂的計(jì)量、給料和卸料難度均較大。充填料漿攪拌制備時(shí)，大塊狀尾砂難以攪拌均勻，在充填體內(nèi)分散的非膠結(jié)尾砂團(tuán)將降低充填體強(qiáng)度和力學(xué)結(jié)構(gòu)的整體性，并且易引起堵管事故。1.5尾砂材料料漿坍落度測(cè)定級(jí)配良好的充填料漿保水性及和易性好，抗離析分層性能強(qiáng)，可順利地實(shí)現(xiàn)管道輸送，同時(shí)充填料漿在采場(chǎng)能夠自流平，有利于充分接頂形成均勻密實(shí)、無泌水、整體性好和強(qiáng)度穩(wěn)定的充填體。尾砂充填料漿坍落度試驗(yàn)結(jié)果見圖3，濃度≤64%時(shí)，坍落度值大于26cm，表觀濃度較低，料漿表面有泌水，能夠快速自流平，流動(dòng)性較好；當(dāng)濃度>70%時(shí)，充填料漿不離析，基本不泌水，保水性好，粘聚性好，充填料漿表觀可達(dá)到結(jié)構(gòu)流狀態(tài)。全尾砂沉降試驗(yàn)最大沉降濃度為63.8%，加入水泥（灰砂比1∶4～1∶12）干粉后，充填料漿制備質(zhì)量濃度約為66.3%，能夠制備的充填料漿濃度偏低，全尾砂充填料漿不能達(dá)到結(jié)構(gòu)流狀態(tài)。1.6充填料漿采充循環(huán)周期長初終凝時(shí)間是料漿制備工藝和管道輸送設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，充填料漿凝結(jié)過快，沒有足夠時(shí)間進(jìn)行攪拌和輸送，甚至充填料漿未抵達(dá)充填采場(chǎng)就已經(jīng)凝固，失去塑性的充填料漿阻力急劇增大，會(huì)導(dǎo)致充填管路堵塞，充填工作無法開展。充填料漿凝結(jié)時(shí)間過長，充填料漿在充填區(qū)域長期呈液態(tài)，充填擋墻等構(gòu)筑物長期受料漿靜水壓力作用，存在安全隱患，同時(shí)延長了采充循環(huán)周期。試驗(yàn)測(cè)試了灰砂比1∶4～1∶12，濃度為64%～66%的充填料漿，初凝時(shí)間為6～11h，終凝時(shí)間為33～61h，料漿初凝和終凝時(shí)間均與灰砂比和質(zhì)量濃度呈正相關(guān)。為了模擬井下充填空間的封閉環(huán)境，通過封閉瓶裝料漿觀察其初終凝效果。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在密閉條件下，1∶12灰砂比充填體，養(yǎng)護(hù)3d仍不初凝。由此分析，初終凝測(cè)試所用試塊因體積小，在敞空環(huán)境下養(yǎng)護(hù)，因蒸發(fā)脫水導(dǎo)致了提前初終凝假象。充填體外圍假凝，形成類似“糖心蛋”的結(jié)構(gòu)，安全風(fēng)險(xiǎn)大。1.7尾砂比及充填體強(qiáng)度試驗(yàn)試塊制作采用規(guī)格7.07cm×7.07cm×7.07cm的金屬三聯(lián)試模，充填料漿攪拌好后均勻加入試模，在24～48h后拆模；試塊脫模后放置于養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)溫度為20℃，濕度為95%；養(yǎng)護(hù)達(dá)到齡期取出，采用壓力機(jī)測(cè)試抗壓強(qiáng)度，每組測(cè)試3個(gè)試塊，取算術(shù)平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)充填料漿坍落度試驗(yàn)和沉降試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)定質(zhì)量濃度為66%；灰砂比為1∶4,1∶8和1∶12；齡期為7,14,28d，測(cè)試結(jié)果見圖4，單軸抗壓強(qiáng)度與灰砂比和齡期均呈正相關(guān)，充填體強(qiáng)度增加緩慢，灰砂比為1∶4、濃度為66%的充填料漿7d充填體強(qiáng)度僅為0.592MPa,28d充填體強(qiáng)度為1.064MPa。分析認(rèn)為全尾砂充填體強(qiáng)度低，主要是其超細(xì)粒級(jí)含量過高，尾砂比表面積達(dá)到656m礦山擬采取上向進(jìn)路充填采礦法，根據(jù)采礦工藝要求，進(jìn)路上部0.5m充填體強(qiáng)度應(yīng)滿足自行設(shè)備運(yùn)行要求，28d充填體強(qiáng)度應(yīng)≥1.5～2MPa；二步驟進(jìn)路回采時(shí)，一步驟充填體應(yīng)能自立，充填體7d強(qiáng)度應(yīng)≥0.5～0.8MPa。根據(jù)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，灰砂比1∶4時(shí)充填料漿仍不能滿足采礦工藝要求，灰砂比應(yīng)進(jìn)一步提高，如此水泥的消耗量會(huì)更大，因此，全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)經(jīng)濟(jì)不合理。2充填采礦質(zhì)量和強(qiáng)度根據(jù)全尾砂系列試驗(yàn)結(jié)果，全尾砂自然沉降濃度低，機(jī)械脫水后粘度大，給料、計(jì)量和均化難度大，強(qiáng)度性能差，不能滿足充填采礦工藝要求。分析其原因主要是全尾砂粒級(jí)組成中超細(xì)粒級(jí)部分含量過大所致，試驗(yàn)擬通過分級(jí)措施去除全尾砂中的部分超細(xì)顆粒后，開展分級(jí)尾砂材料試驗(yàn)，驗(yàn)證分級(jí)尾砂充填的可行性。2.1尾砂分級(jí)結(jié)果分析試驗(yàn)采用CZ100-10型旋流器，采用渣漿泵循環(huán)供料，旋流器給礦口當(dāng)量直徑為25mm，溢流管直徑分別為18,20,22,24,26,28,30,32mm，沉砂嘴直徑分別為8,10,12,14,16mm。圖5為給礦壓力0.2MPa、溢流口直徑24mm、沉砂嘴直徑16mm、錐度10°工況下產(chǎn)生的分級(jí)尾砂。分級(jí)粒徑約20μm，沉砂濃度為48.77%，沉砂產(chǎn)率為74.64%，沉砂產(chǎn)量能夠滿足礦山充填需要。采集沉砂樣品分析粒度，+21.2μm占82.02%,-74μm占55.72%,-37μm占28.78%，分級(jí)尾砂平均粒徑為82.9μm，比表面積為268.5m通過分級(jí)尾砂試驗(yàn)研究，以20μm為分級(jí)界線，剔除全尾砂中大部分的超細(xì)粒級(jí)尾砂，分級(jí)尾砂的平均粒徑提高19μm；不均勻系數(shù)由18.3降至7.4，粒級(jí)分布更合理；分級(jí)尾砂細(xì)顆粒含量-20μm≥15%，滿足制備穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)流充填料漿的粒級(jí)組成要求。2.2全尾砂沉降效果試驗(yàn)結(jié)果見圖2，最終沉降濃度為66.34%。自然沉降最終質(zhì)量濃度分級(jí)尾砂較全尾砂提高2.5個(gè)百分點(diǎn)，沒有明顯提高主要是由于分級(jí)尾砂的粒度仍然較細(xì)，并且尾砂的比重較小，自然沉降難以達(dá)到高濃度。2.3全尾砂流動(dòng)性試驗(yàn)試驗(yàn)結(jié)果見圖3，質(zhì)量濃度為70%～74%，坍落度≥26cm，料漿能自流平，保水性良好，基本不泌水，相比全尾砂充填料漿可輸送濃度提高約4～8個(gè)百分點(diǎn)。2.4充填料漿初終凝試驗(yàn)灰砂比為1∶4～1∶12，濃度為70%～74%的充填料漿，初凝時(shí)間為4～9h，終凝時(shí)間為27～45h，料漿初凝和終凝時(shí)間與灰砂比和質(zhì)量濃度均呈正相關(guān)，與全尾砂相比，分級(jí)尾砂料漿的初終凝時(shí)間明顯縮短。2.5充填體強(qiáng)度試驗(yàn)強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見圖4，灰砂比1∶4和濃度74%的分級(jí)尾砂充填體7d強(qiáng)度達(dá)到2.23MPa,28d強(qiáng)度達(dá)到4.89MPa，相