某鉛鋅礦高硫尾砂充填系統(tǒng)研究

韓瑞軍 王 麒

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

環(huán)保與綜合利用

某鉛鋅礦高硫尾砂充填系統(tǒng)研究

韓瑞軍 王 麒

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

以某鉛鋅礦高硫尾砂為充填骨料，研究了尾砂的沉降特性變化規(guī)律；試驗(yàn)研究了充填體試塊抗壓強(qiáng)度；分析了尾砂特性和試塊強(qiáng)度對(duì)井下充填的影響；根據(jù)尾砂特性，介紹了充填料制備系統(tǒng)流程。

細(xì)粒級(jí)； 硫； 尾砂充填

尾砂充填技術(shù)是以尾砂為充填骨料的充填體支撐圍巖回采礦石，同時(shí)減少地表尾礦排放的技術(shù)。尾砂充填技術(shù)在提高資源回收率、保護(hù)環(huán)境、保障開采安全和保證礦山可持續(xù)發(fā)展等方面有著非常重要的意義。某鉛鋅礦系已建成礦山，目前井下采礦空區(qū)迫切需要充填，通過相關(guān)論證，決定在地表建設(shè)充填攪拌站，用于制備充填料漿來滿足井下充填需要。充填料漿輸送濃度和灰砂配比是充填系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要確定的重要參數(shù)。本文通過對(duì)尾砂的粒級(jí)分布、沉降特性分析、料漿流變特性分析，充填體試塊抗壓強(qiáng)度分析，推薦了充填系統(tǒng)的料漿濃度和灰砂配比。根據(jù)全尾砂特性，介紹了制備的充填料漿系統(tǒng)流程。

1 尾砂特性分析

含硫高的尾砂作為充填骨料存在制備充填料漿后粘度較高，不易攪拌等缺點(diǎn)，其對(duì)濃尾砂縮設(shè)備和攪拌機(jī)的選型的影響較大，對(duì)充填體強(qiáng)度亦有較大的負(fù)面影響。表1是該項(xiàng)目全尾砂化學(xué)組成成分見，從中可知，尾砂主要成分是二氧化硅(SiO2)和硫(S)，其中S含量較高，達(dá)到18.30%，Pb和Zn合計(jì)約占1.2%，其它成分和其它項(xiàng)目尾砂成分類似。

激光粒度分析儀測試的全尾砂的粒級(jí)分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖1，表2。經(jīng)5次測試的粒度統(tǒng)計(jì)分布及其均值見表3。從中可知，-74 μm粒徑尾砂(-200目)約占97%，-37 μm(-400目)約占90%，表明磨礦后尾砂粒徑較小，細(xì)粒級(jí)所占比重大。該粒徑分布對(duì)尾砂在設(shè)備內(nèi)的沉降有不利影響，但是一定量細(xì)粒級(jí)尾砂對(duì)管道輸送更加有利。

表1 全尾砂化學(xué)成分組成表

圖1 全尾砂粒級(jí)分布圖

表2 粒度統(tǒng)計(jì)表 單位：%

表3 全尾砂粒徑統(tǒng)計(jì)分布 單位：μm

1.1 沉降特性

尾砂的沉降特性對(duì)制備合格的高濃度砂漿有決定性影響。在標(biāo)準(zhǔn)量筒中對(duì)全尾砂不加絮凝劑和添加絮凝劑進(jìn)行沉降性能測試，澄清面高度下降速度結(jié)果見圖2。

圖2 全尾砂沉降和料漿濃度關(guān)系曲線圖

全尾砂自然沉降實(shí)驗(yàn)中，上部細(xì)顆粒形成了難以沉降的懸浮層，無明顯分層現(xiàn)象，量筒底部難以形成粗顆粒壓實(shí)層，說明尾砂粒度較小，沉降速度緩慢。添加絮凝劑沉降實(shí)驗(yàn)中，尾砂大小顆粒抱團(tuán)快速沉降，沉降速度隨絮凝劑添加量、接觸面增大而增加，一定時(shí)間后沉降速度開始下降。絮凝劑的添加量和實(shí)際小時(shí)處理量、添加形式都有直接關(guān)系，實(shí)際生產(chǎn)中絮凝劑的添加量可根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)整。

1.2 流變特性

料漿的流變特性差異對(duì)充填料漿輸送設(shè)備、管路的選擇均有直接影響。通過測試料漿流變特性數(shù)據(jù)可對(duì)充填攪拌站的工藝設(shè)計(jì)提供參考。流變特性主要通過以下方法計(jì)算獲得：測試在一定剪切速率下的粘度，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的剪切應(yīng)力后，通過剪切速率和剪切應(yīng)力的變化規(guī)律及關(guān)系可推測出流體的輸送阻力等參數(shù)。

全尾砂料漿在68%、70%、72%、74%濃度下流變曲線比較見圖3。全尾砂料漿的濃度在68%～72%以上時(shí)就表現(xiàn)出明顯的膏體特征。濃度繼續(xù)增加，則其剪切應(yīng)力迅速增加，使其沿程輸送阻力損失增大，造成料漿可輸送性能迅速下降。從優(yōu)化輸送工藝的角度推薦充填質(zhì)量濃度，則膠結(jié)料漿充填的濃度應(yīng)約為68%～70%，非膠結(jié)料漿充填的濃度應(yīng)約為70%～72%，現(xiàn)場可根據(jù)具體設(shè)計(jì)情況調(diào)整實(shí)際充填濃度。

圖3 全尾砂流變曲線比較圖

2 充填試塊強(qiáng)度測試

為節(jié)約成本，充填體的強(qiáng)度一般要求在滿足采礦工藝要求強(qiáng)度的前提下，盡可能減少水泥等膠結(jié)材料的單位用量。在進(jìn)行實(shí)際采場充填之前，通過測試不同質(zhì)量濃度和灰砂比的試塊抗壓強(qiáng)度，根據(jù)生產(chǎn)需要選擇合適的料漿濃度和灰砂比就顯得尤為重要。試塊規(guī)格為7 cm×7 cm×7 cm，尾砂膠結(jié)充填體抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 單位：MPa

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，試塊的單軸抗壓強(qiáng)度在7～28 d內(nèi)隨著料漿濃度、灰砂比和養(yǎng)護(hù)齡期的增加而逐漸增大，28 d以后隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加而降低?；疑氨?∶4的抗壓強(qiáng)度在28 d后達(dá)到最大值后一直穩(wěn)定在5 MPa以上，后期強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)期齡的變化較小。實(shí)際生產(chǎn)中，可根據(jù)采場強(qiáng)度需要和可輸送性綜合考慮選擇合適的灰砂比以滿足生產(chǎn)需要。全尾砂的強(qiáng)度非常低，試塊中水分難以析出、成型，建議充填時(shí)添加一定干料作為骨料，若沒有合適的干料添加，可適當(dāng)增加膠結(jié)充填的比例。對(duì)充填體強(qiáng)度要求不高的地方選擇低灰砂比1∶15的料漿(含水泥5%)，對(duì)充填體的成型、自立有明顯效果。

較高的尾砂含硫量影響試塊的后期強(qiáng)度，灰砂比越低該影響越明顯。30 d后大部分試塊強(qiáng)度開始降低，特別是低灰砂比的料漿，呈明顯降低趨勢，所以對(duì)充填強(qiáng)度需求較高的地方，應(yīng)適當(dāng)增加水泥添加量，加強(qiáng)采空區(qū)充填體接頂效果以降低硫的氧化，弱化硫的不利影響。

3 尾砂充填系統(tǒng)流程的確定

3.1 充填方案

由于作為充填材料的全尾砂不能滿足采礦工藝的要求,所以選擇全尾砂+碎石膏體泵送充填方案。尾砂與碎石的比例為1∶1，充填細(xì)骨料為選礦廠全尾砂，應(yīng)盡量選擇含硫量少的尾砂。粗骨料選用碎石，取自現(xiàn)場戈壁集料，要求含砂率約為40%。

3.2 充填流程

選廠尾砂通過尾礦泵房泵送至充填攪拌站的深錐濃密機(jī)濃縮，濃縮后的尾砂和水泥(膠結(jié)充填時(shí))輸送至攪拌機(jī)；同時(shí)，臥式砂倉碎石干骨料由抓斗橋式起重機(jī)向穩(wěn)料倉給料，通過穩(wěn)料倉向膠帶機(jī)給料，最后由膠帶輸送至攪拌機(jī)。攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢栉采?、碎石、水、水泥等物料制備成充填膏體，然后經(jīng)膏體泵送至坑內(nèi)采空區(qū)充填。充填攪拌站的配置如圖4所示。

圖4 充填攪拌站配置圖

4 結(jié) 論

(1)較高的尾砂含硫量影響充填體的后期強(qiáng)度，灰砂比越低該影響越明顯。對(duì)于充填強(qiáng)度需求較高的地方，應(yīng)添加一定干料作為骨料，或者適當(dāng)增加水泥添加量，弱化硫的不利影響。

(2)根據(jù)高硫全尾砂特性，充填系統(tǒng)選擇全尾砂+碎石膏體泵送充填方案。添加碎石作為干骨料可提高充填體的強(qiáng)度，弱化硫?qū)Τ涮铙w的不利影響。

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Study on Tailings Filling System for a Lead-zinc Mine with High Sulfur Content

HAN Rui-jun, WANG Qi

Characteristics of tailings sedimentation of a lead-zinc mine tailings with high sulfur are studied. Strength of the filled body is experimentally studied. The influence of tailings characteristic and strength of filled body is analysed. According to the tailings characteristics, this paper introduces the filling system flowsheet.

fine grade; sulfur; tailings filling

2013-11-15

韓瑞軍(1978—)，男，河北唐山人，碩士，工程師，從事采礦工程咨詢與設(shè)計(jì)工作。

TD853.34

A

1008-5122(2014)01-0029-04