專利名稱：一種鐵尾礦膠結(jié)充填方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵尾礦膠結(jié)充填方法，屬于采礦工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國很多鐵礦山采用的采礦方法是膠結(jié)開采，當(dāng)工作面的開采完成后，就留下一個采空區(qū)，如果要繼續(xù)從下往上開采礦石，就必須提高工作面高度，因此對采空區(qū)進(jìn)行充填是采礦工程的必要環(huán)節(jié)。目前應(yīng)用于膠結(jié)充填的技術(shù)方法主要有兩類一類是分級尾砂膠結(jié)充填技術(shù)，其方法是尾礦經(jīng)分級和濃縮后，添加水泥為代表的膠結(jié)材料，制成膏體充填到采空區(qū)；第二類是全尾砂膠結(jié)充填技術(shù)，其方法是尾礦經(jīng)自然沉降濃縮后，添加水泥為代表的膠結(jié)材料，制成膏體充填到采空區(qū)。這兩種方法存在各自的優(yōu)點和不足，前者需要設(shè)置尾礦分級、脫水裝置，尾礦利用率較低，但因采用的尾礦粒度較粗，故膠結(jié)效果相對較好；后者也要配套建設(shè)沉降、脫水、儲存裝置，尾礦利用率高，但因尾礦中細(xì)粒態(tài)顆粒量大，耗用水泥多，充填體的質(zhì)量不如分級尾砂膠結(jié)充填。至今，我國的充填技術(shù)經(jīng)歷了從干式充填到水力充填，從分級尾砂、全尾砂、高水固化膠結(jié)充填到膏體泵送膠結(jié)充填的發(fā)展過程，采用充填技術(shù)的單位有金川公司、凡口鉛鋅礦、和張馬屯鐵礦、山東金嶺鐵礦、銅陵獅子山銅礦、南京棲霞鉛鋅銀礦、河北西石門鐵礦等。利用尾礦充填，既可以解決礦山充填骨料來源，又能夠解決或部分解決尾礦的排放問題，一舉兩得，是解決尾礦排放問題的較好途徑。但是從已有的文獻(xiàn)報道不難看出，尾礦膠結(jié)充填的關(guān)鍵性材料主要為水泥，或者在水泥為基礎(chǔ)上適當(dāng)添加粉煤灰、石灰或者化學(xué)外加劑。眾所周知，因尾礦的顆粒細(xì)(有些甚至比水泥還細(xì))、持水率高、酸堿特征明顯或者含有殘余的選礦藥劑，水泥效能很難充分發(fā)揮，充填體存在凝結(jié)時間長、水穩(wěn)性差和強(qiáng)度低以及耐久性不足的諸多問題。在此背景下，有必要研發(fā)新的尾礦膠結(jié)充填技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種專門針對鐵尾礦膠結(jié)充填的生產(chǎn)方法，既解決采礦工藝問題，又解決鐵尾礦綜合利用問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是在鐵尾礦漿中添加固化劑進(jìn)行沉降濃縮，然后先進(jìn)行底層充填，再進(jìn)行面層充填，其具體步驟包括如下
(1)固化劑的制備將礦渣、硅酸鹽水泥熟料、化工廢石膏、粉煤灰和生石灰先分別進(jìn)行干燥、篩分、破碎成尺寸小于IOmm的顆粒，然后混合均勻，自然陳化他以上后再磨，粉體細(xì)度控制為0. 08mm篩余量小于10% ；將外加劑先破碎成粒度小于Imm的粉末，再與上述粉體材料混勻成為固化劑；
(2)濃縮鐵礦漿制備在鐵尾礦漿中先摻加相當(dāng)于鐵尾礦干基0.5 3wt%的固化劑， 沉降后底流為濃度大于陽襯％的濃漿，上層輕液排除；
(3)底層充填在充填底層設(shè)置回水井，將底流濃漿直接輸送到充填區(qū)，充填厚度在:3m 以上，充填一次或多次，充填過程產(chǎn)生的滲淋水流入回水井中抽走進(jìn)行泌水固化，充填體自然養(yǎng)護(hù)3 7天；
(4)面層充填待底層固化后，將步驟(2)得到的底流濃漿與固化劑按照干基質(zhì)量比為 100 6 12進(jìn)行計量，在攪拌速率30 60r/min的攪拌狀態(tài)下同時加入固化劑和鐵尾礦漿，二者強(qiáng)制混合攪拌3 8min，然后輸送到已固化的底層上進(jìn)行充填，充填厚度在0. 4m以上，充填一次或多次，充填過程產(chǎn)生的滲淋水流入回水井中抽走進(jìn)行泌水固化，充填體自然養(yǎng)護(hù)> 7天后得到的底層與面層共同組成充填體。所述固化劑的各組份按照重量百分比計量為礦渣40 62wt%、化工廢石膏3 5wt%、硅酸鹽水泥熟料20 30wt%、粉煤灰10 15wt%、生石灰3. 5 9. 6wt%、外加劑0. 4 1. 5wt%。其中礦渣為煉鐵生產(chǎn)過程產(chǎn)生的以硅酸鈣為主的玻璃體廢渣，化工廢石膏可以為磷石膏、脫硫石膏、鈦石膏、氟石膏中的任意一種。所述外加劑由堿金屬鹽、硫酸鹽型絮凝劑、減水劑配制而成，按照重量比配料為 堿金屬鹽硫酸鹽型絮凝劑減水劑=1 :0. 2 2 0. 5 4。其中堿金屬鹽為硫酸鈉、氯化鈉、碳酸鈉或硝酸鈉中的一種或任意幾種按任意比例混合配制而成；硫酸鹽型絮凝劑為硫酸鋁、硫酸鐵、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵或聚合硫酸鐵鋁中的一種或任意幾種按任意比例混合配制而成；減水劑為木質(zhì)素磺酸鈣、萘磺酸鹽、木質(zhì)素磺酸鈉或腐植酸鈉中的一種或任意幾種按任意比例混合配制而成，上述試劑均為普通市售。所述鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為20 50wt%的呈流體狀的液固混合物， 干基是鐵礦石經(jīng)破碎、濕法球磨和磁選后剩余的含鐵量< 15wt9i)，主要礦物為普通硅酸鹽礦物，粒度分布范圍為粒徑小于20 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%、粒徑大于500 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點和積極效果本發(fā)明為鐵尾礦膠結(jié)充填提供了一種新方法，充填材料的主要原料以工業(yè)廢渣為主，成本低廉，生產(chǎn)工藝簡單；充填混合料攪拌、輸送和放礦工藝簡單，動力消耗低，容易工程實施。充填混合料各組分將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終形成以水化鋁硅酸鹽為主的凝膠礦物把細(xì)粒態(tài)尾礦膠結(jié)成為具有一定承載力和水穩(wěn)性的復(fù)合材料，能夠滿足采礦工藝要求；與傳統(tǒng)技術(shù)相比，降低了成本和簡化了工藝， 充分利用了尾礦，是一種尾礦膠結(jié)充填新方法。


圖1是本發(fā)明的工藝流程。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不限于以下范圍。實施例1 如圖1所示，本鐵尾礦膠結(jié)充填方法的具體步驟如下
(1)固化劑的制備將固化劑重量62wt%的礦渣、20wt%的硅酸鹽水泥熟料、3wt%的磷石膏、10wt%的粉煤灰和3. 5wt%的生石灰先分別進(jìn)行干燥、篩分、破碎成尺寸小于8mm的顆粒， 然后混合均勻，自然陳化他后粉磨，粉體細(xì)度控制為0. 08mm篩篩余小于9% ；將固化劑重量的1. 5wt%外加劑先破碎成粒度小于0. 8mm的粉末，再與上述粉體材料混勻成為固化劑；(外加劑由硫酸鈉、硫酸鋁和木質(zhì)素磺酸鈣按1:2:4的比例混合配制而成)
(2)濃縮鐵礦漿制備在鐵尾礦漿中先摻加相當(dāng)于尾礦干基0.5wt%的固化劑，沉降后底流為濃度56wt%的濃漿，上層輕液排除；(鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為20wt%的呈流體狀的液固混合物，干基是鐵礦石經(jīng)破碎、濕法球磨和磁選后剩余的含鐵量Hwt%，主要礦物為普通硅酸鹽礦物，粒度分布范圍為粒徑小于20 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于9%、粒徑大于 500 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于9%。)
(3)底層充填在充填底層設(shè)置回水井，將底流濃漿直接輸送到充填區(qū)，充填厚度為 4m,充填一次或多次，充填過程產(chǎn)生的滲淋水流入回水井中抽走進(jìn)行泌水固化，充填體自然養(yǎng)護(hù)3天；
(4)面層充填待底層固化后，將步驟(2)得到的底流濃漿與固化劑按照干基質(zhì)量比為 100 6進(jìn)行計量，輸送到強(qiáng)制式雙軸攪拌機(jī)中，在攪拌速率30r/min的攪拌狀態(tài)下同時加入固化劑和鐵尾礦漿，二者強(qiáng)制混合攪拌8min，然后輸送到已固化的底層上進(jìn)行充填，充填厚度為0. 4m,充填一次，充填過程產(chǎn)生的滲淋水流入回水井中抽走進(jìn)行泌水固化，充填體自然養(yǎng)護(hù)8天后得到的底層與面層共同組成充填體。上述充填體的3天抗壓強(qiáng)度底層O.OlMPa，面層l.OMPa; 7天抗壓強(qiáng)度底層 0. 05MPa，面層2. 2MPa;該性能滿足工程機(jī)械碾壓，不塌陷。實施例2 如圖1所示，本鐵尾礦膠結(jié)充填方法的具體步驟如下
(1)固化劑的制備將固化劑重量40wt%的礦渣、30wt%的硅酸鹽水泥熟料、5wt%的脫硫石膏、15wt%的粉煤灰和9. 6wt%的生石灰先分別進(jìn)行干燥、篩分、破碎成尺寸小于IOmm的顆粒，然后混合均勻，自然陳化粉磨，粉體細(xì)度控制為0. 08mm篩余量小于10% ；將固化劑重量的0. 外加劑先破碎成粒度小于Imm的粉末，再與上述粉體材料混勻成為固化劑；
(外加劑由堿金屬鹽、硫酸鹽型絮凝劑、減水劑配制而成，按照重量比配料為堿金屬鹽硫酸鹽型絮凝劑減水劑=1 0. 2 0. 5。堿金屬鹽為氯化鈉和碳酸鈉按任意比例混合配制而成。硫酸鹽型絮凝劑為硫酸鐵、聚合硫酸鋁或聚合硫酸鐵按任意比例混合配制而成。減水劑為萘磺酸鹽、木質(zhì)素磺酸鈉和腐植酸鈉按任意比例混合配制而成。)
(2)濃縮鐵礦漿制備在鐵尾礦漿中先摻加相當(dāng)于尾礦干基3wt%的固化劑，沉降后底流為濃度為58wt%的濃漿，上層輕液排除；(鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為50wt%的呈流體狀的液固混合物，干基是鐵礦石經(jīng)破碎、濕法球磨和磁選后剩余的含鐵量為12wt%， 主要礦物為普通硅酸鹽礦物，粒度分布范圍為粒徑小于20 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于8%、粒徑大于500 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于8%。)
(2)底層充填在充填底層設(shè)置回水井，將底流濃漿直接輸送到充填區(qū)，充填厚度在5m 上，充填3次，充填過程產(chǎn)生的滲淋水流入回水井中抽走，充填體自然養(yǎng)護(hù)5天；
(3)面層充填待底層固化后，將步驟(2)得到的底流濃漿與固化劑按照干基質(zhì)量比為 100 :8進(jìn)行計量，在攪拌速率60r/min的攪拌狀態(tài)下同時加入固化劑和鐵尾礦漿，二者強(qiáng)制混合攪拌3min，然后輸送到已固化的底層上進(jìn)行充填，充填厚度為0. 5m，充填3次，充填過程產(chǎn)生的滲淋水流入回水井中抽走，充填體自然養(yǎng)護(hù)9天后得到的底層與面層共同組成充填體。上述充填體的3天抗壓強(qiáng)度底層0.3MPa，面層O.SMPa; 7天抗壓強(qiáng)度底層 0. 5MPa，面層1. 8MPa;該性能滿足工程機(jī)械碾壓，不塌陷。實施例3 如圖1所示，本鐵尾礦膠結(jié)充填方法的具體步驟如下
(1)固化劑的制備將固化劑重量50wt%的礦渣、25wt%的硅酸鹽水泥熟料、的鈦石膏、12. 5wt%的粉煤灰和7. 5wt%的生石灰先分別進(jìn)行干燥、篩分、破碎成尺寸小于IOmm的顆粒，然后混合均勻，自然陳化IOh粉磨，粉體細(xì)度控制為0. 08mm篩篩余小于10% ；將固化劑重量的0. 4 1. 5wt%外加劑的先破碎成粒度小于0. 9mm的粉末，再與上述粉體材料混勻成為固化劑；(外加劑由硝酸鈉、聚合硫酸鐵鋁腐植酸鈉按比例1:1:3混合配制而成。)
(2)濃縮鐵礦漿制備在鐵尾礦漿中先摻加相當(dāng)于尾礦干基2wt%的固化劑，沉降后底流為濃度為60wt%的濃漿，上層輕液排除；(鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為40wt%的呈流體狀的液固混合物，干基是鐵礦石經(jīng)破碎、濕法球磨和磁選后剩余的含鐵量為13wt%， 主要礦物為普通硅酸鹽礦物，粒度分布范圍為粒徑小于20 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%、粒徑大于500 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%。)
(2)底層充填在充填底層設(shè)置回水井，將底流濃漿直接輸送到充填區(qū)，充填厚度為 6m,充填4次，充填過程產(chǎn)生的滲淋水流入回水井中抽走，充填體自然養(yǎng)護(hù)7天；
(3)面層充填待底層固化后，將步驟(2)得到的底流濃漿與固化劑按照干基質(zhì)量比為 100 :12進(jìn)行計量，在攪拌速率40r/min的攪拌狀態(tài)下同時加入固化劑和鐵尾礦漿，二者強(qiáng)制混合攪拌7min，然后輸送到已固化的底層上進(jìn)行充填，充填厚度為0. 6m,充填5次，充填過程產(chǎn)生的滲淋水流入回水井中抽走，充填體自然養(yǎng)護(hù)9d后得到的底層與面層共同組成充填體。上述充填體的3天抗壓強(qiáng)度底層0.2MPa，面層0.7MPa; 7天抗壓強(qiáng)度底層 0. 35MPa，面層2. IMPa;該性能滿足工程機(jī)械碾壓，不塌陷。實施例4 如圖1所示，本鐵尾礦膠結(jié)充填方法的具體步驟如下
鐵尾礦漿、固化劑主原料及總摻量、固化劑生產(chǎn)、膠結(jié)充填材料生產(chǎn)方法與實施例1 同；所不同處在于外加劑是按堿金屬鹽硫酸鹽型絮凝劑減水劑=1 2 4配制，其中堿金屬鹽是按硫酸鈉氯化鈉=1 1混合配制；硫酸鹽型絮凝劑是硫酸鋁硫酸鐵=2混合配制； 減水劑是木質(zhì)素磺酸鈣萘磺酸鹽=1 3混合配制。與實施例1不同的是采用上述配料所得底流濃度為60%，其性能為
3天抗壓強(qiáng)度底層0. 05MPa,面層1. 4MPa; 7天抗壓強(qiáng)度底層0. 2MPa，面層2. 8MPa; 該性能滿足工程機(jī)械碾壓，不塌陷。實施例5 如圖1所示，本鐵尾礦膠結(jié)充填方法的具體步驟如下
鐵尾礦漿、固化劑主原料及總摻量、固化劑生產(chǎn)、膠結(jié)充填材料生產(chǎn)方法與實施例2 同；所不同處在于外加劑是按堿金屬鹽硫酸鹽型絮凝劑減水劑=1 0. 2 0. 5配制，其中堿金屬鹽是按硫酸鈉氯化鈉碳酸鈉=1 1 0.5混合配制；硫酸鹽型絮凝劑是按硫酸鋁 聚合硫酸鐵聚合硫酸鐵鋁=1 0. 5 2混合配制；減水劑是按木質(zhì)素磺酸鈣木質(zhì)素磺酸鈉萘磺酸鹽=1 0. 5 0. 3混合配制。與實施例2不同的是采用上述配料所得底流濃度為62%，其性能為
3天抗壓強(qiáng)度底層0. 35MPa，面層0. 9MPa; 7天抗壓強(qiáng)度底層0. 68MPa，面層2. IMPa. 該性能滿足工程機(jī)械碾壓，不塌陷。實施例6 如圖1所示，本鐵尾礦膠結(jié)充填方法的具體步驟如下
鐵尾礦漿、固化劑主原料及總摻量、固化劑生產(chǎn)、膠結(jié)充填材料生產(chǎn)方法與實施例3 同；所不同處在于外加劑是按堿金屬鹽硫酸鹽型絮凝劑減水劑=1 2 0. 5配制，其中 堿金屬鹽是按硫酸鈉氯化鈉碳酸鈉硝酸鈉=1 1 0.3 0. 2混合配制；硫酸鹽型絮凝劑是按硫酸鐵聚合硫酸鋁聚合硫酸鐵鋁=1 0. 5 2混合配制；減水劑是按木質(zhì)素磺酸鈣 木質(zhì)素磺酸鈉萘磺酸鹽腐植酸鈉=1 0. 4 0. 3 0. 2混合配制。
與實施例3不同的是采用上述配料所得底流濃度為59%，其性能為
3天抗壓強(qiáng)度底層0. 3MPa，面層0. 9MPa; 7天抗壓強(qiáng)度底層0. 55MPa，面層2. 4MPa; 該性能滿足工程機(jī)械碾壓，不塌陷。
權(quán)利要求
1.一種鐵尾礦膠結(jié)充填方法，其特征在于包括如下具體步驟(1)固化劑的制備將礦渣、硅酸鹽水泥熟料、化工廢石膏、粉煤灰和生石灰先分別進(jìn)行干燥、篩分、破碎成尺寸小于IOmm的顆粒，然后混合均勻，自然陳化他以上后再磨，粉體細(xì)度控制為過0. 08mm篩余量小于10% ；將外加劑先破碎成粒度小于Imm的粉末，再與上述粉體材料混勻成為固化劑；(2)濃縮鐵礦漿制備在鐵尾礦漿中先摻加相當(dāng)于鐵尾礦干基0.5 3wt%的固化劑， 沉降后底流為濃度大于陽襯％的濃漿，上層輕液排除；(3)底層充填在充填底層設(shè)置回水井，將底流濃漿直接輸送到充填區(qū)，充填厚度在:3m 以上，充填一次或多次，充填過程產(chǎn)生的滲淋水流入回水井中抽走進(jìn)行泌水固化，充填體自然養(yǎng)護(hù)3 7天·’(4)面層充填待底層固化后，將步驟(2)得到的底流濃漿與固化劑按照干基質(zhì)量比為 100 6 12進(jìn)行計量，在攪拌速率30 60r/min的攪拌狀態(tài)下同時加入固化劑和鐵尾礦漿，二者強(qiáng)制混合攪拌3 8min，然后輸送到已固化的底層上進(jìn)行充填，充填厚度在0. 4m以上，充填一次或多次，充填過程產(chǎn)生的滲淋水流入回水井中抽走進(jìn)行泌水固化，充填體自然養(yǎng)護(hù)> 7天后得到的底層與面層共同組成充填體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵尾礦膠結(jié)充填方法，其特征在于所述固化劑的各組份按照重量百分比計量為礦渣40 62wt%、化工廢石膏3 5wt%、硅酸鹽水泥熟料20 30wt%、 粉煤灰10 15wt%、生石灰3. 5 9. 6wt%、外加劑0. 4 1. 5wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵尾礦膠結(jié)充填方法，其特征在于化工廢石膏為磷石膏、脫硫石膏、鈦石膏、氟石膏中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鐵尾礦膠結(jié)充填方法，其特征在于所述外加劑由堿金屬鹽、硫酸鹽型絮凝劑、減水劑配制而成，按照重量比配料為堿金屬鹽硫酸鹽型絮凝劑 減水劑=1 :0. 2 2 0. 5 4。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵尾礦膠結(jié)充填方法，其特征在于堿金屬鹽為硫酸鈉、氯化鈉、碳酸鈉或硝酸鈉中的一種或任意幾種按任意比例混合配制而成。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵尾礦膠結(jié)充填方法，其特征在于硫酸鹽型絮凝劑為硫酸鋁、硫酸鐵、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵或聚合硫酸鐵鋁中的一種或任意幾種按任意比例混合配制而成。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵尾礦膠結(jié)充填方法，其特征在于減水劑為木質(zhì)素磺酸鈣、 萘磺酸鹽、木質(zhì)素磺酸鈉或腐植酸鈉中的一種或任意幾種按任意比例混合配制而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵尾礦膠結(jié)充填方法，其特征在于所述鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為20 50wt%的呈流體狀的液固混合物，干基是鐵礦石經(jīng)破碎、濕法球磨和磁選后剩余的含鐵量< 15wt9i)，主要礦物為普通硅酸鹽礦物，粒度分布范圍為粒徑小于 20 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%、粒徑大于500 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵尾礦膠結(jié)充填方法，屬采礦工程技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于在鐵尾礦漿中先摻加相當(dāng)于尾礦干基重量0.5～3%的固化劑后，自然沉降濃縮，底流濃漿直接泵送到充填區(qū)進(jìn)一步泌水固化作為底層，待底層固化后，繼續(xù)采用上述濃漿與相當(dāng)于尾礦干基重量的4～12%固化劑強(qiáng)制攪拌混合，再度泵送到底層上作為面層。底層與面層共同組成充填體。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明充分利用了尾礦作為膠結(jié)充填材料，成本低，固化效果好，是一種鐵尾礦膠結(jié)充填的新方法，既部分解決了尾礦的出路問題，也為礦山充填作業(yè)找到了一種價廉物美的建筑材料。
文檔編號C04B28/04GK102562148SQ201210006550
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者伍祥, 唐國棟, 夏舉佩, 張召述, 徐士申, 徐煒, 李金恩, 王金博, 羅中秋, 羅均耀 申請人:昆明理工大學(xué), 玉溪大紅山礦業(yè)有限公司