高含泥全尾砂充填料浆试验研究

高含泥全尾砂充填料浆试验研究

0尾砂利用方案根据研究，沙子、残石、戈壁碎屑、杆砂和河砂可用作骨料。其中，全尾矿充填既可以解决矿山充填骨料来源，又能够解决尾矿的处置问题，已在矿山广泛应用针对超细粒级高泥质尾砂充填已开展了大量试验研究为了论证某金矿尾砂胶结充填工艺的可行性，通过全尾砂和分级尾砂充填材料试验，结合矿山充填采矿工艺需求，综合评判分析确定尾砂利用方案。1全尾砂特征试验1.1灌装时表性取样样品取自矿山选矿厂的浮选尾矿集料槽。为保证取样代表性，采取等时段间隔等量取样，取样壶容积为5L，每隔30min取样一次，取出样品灌装至50L塑料桶，经自然沉降后排出上部清水，烘干至恒重备用。1.2胶结充填体胶结性能测试尾砂粒级组成对充填料浆性能影响十分明显，其既与脱水工艺和脱水难易程度有关，更与胶结充填体的胶结性能和胶结剂消耗量有关，主要参数有平均粒径、颗粒不均匀系数，测试结果见图1。全尾砂不均匀系数α=d1.3全尾砂沉降试验尾砂的沉降速度和最大沉降质量浓度是确定充填系统制备浓度、充填料浆管道输送质量浓度的主要因素。尾砂浆体来料质量浓度较低，一般在40%以下，为制备高浓度的充填料浆，均需浓密脱水。脱水过程中，在毛细压力和固体颗粒自重的作用下，尾砂颗粒下沉自然压密过程，就是尾砂的自然沉降脱水过程。为符合充填实际，沉降试验起始质量浓度设定为26.8%（选矿尾矿排放的平均质量浓度值），从图2可以看出，料浆在0～180min内沉降速度较快，180min时质量浓度为48.1%；自180min左右开始进入缓慢压缩沉降时间区，至900min接近料浆自然沉降最大容重1.58t/m尾砂自然沉降速度慢、时间长、浓度低，为提高沉降速率，进行了絮凝剂沉降试验，絮凝沉降30min内达到最大沉降质量浓度60%，大幅度缩短了沉降时间，但相比自然沉降，絮凝沉降最终质量浓度低3.8个百分点。1.4模拟脱水试验由于全尾砂自然沉降和絮凝沉降均不能获得高浓度的理想尾砂料浆，为进一步验证全尾砂脱水特性，开展了机械脱水试验。根据尾砂粒级特性，采用普通板框式和隔膜板框压滤机进行模拟脱水试验。普通板框式压滤全尾砂滤饼含水率为25%；隔膜板框压滤全尾砂滤饼含水率为18%，含水率均较高，尾砂含泥量大，并且含高岭土矿物，压滤后尾砂滤饼为块状，黏性极强。块状强黏性尾砂的计量、给料和卸料难度均较大。充填料浆搅拌制备时，大块状尾砂难以搅拌均匀，在充填体内分散的非胶结尾砂团将降低充填体强度和力学结构的整体性，并且易引起堵管事故。1.5尾砂材料料浆坍落度测定级配良好的充填料浆保水性及和易性好，抗离析分层性能强，可顺利地实现管道输送，同时充填料浆在采场能够自流平，有利于充分接顶形成均匀密实、无泌水、整体性好和强度稳定的充填体。尾砂充填料浆坍落度试验结果见图3，浓度≤64%时，坍落度值大于26cm，表观浓度较低，料浆表面有泌水，能够快速自流平，流动性较好；当浓度>70%时，充填料浆不离析，基本不泌水，保水性好，粘聚性好，充填料浆表观可达到结构流状态。全尾砂沉降试验最大沉降浓度为63.8%，加入水泥（灰砂比1∶4～1∶12）干粉后，充填料浆制备质量浓度约为66.3%，能够制备的充填料浆浓度偏低，全尾砂充填料浆不能达到结构流状态。1.6充填料浆采充循环周期长初终凝时间是料浆制备工艺和管道输送设计的重要参数，充填料浆凝结过快，没有足够时间进行搅拌和输送，甚至充填料浆未抵达充填采场就已经凝固，失去塑性的充填料浆阻力急剧增大，会导致充填管路堵塞，充填工作无法开展。充填料浆凝结时间过长，充填料浆在充填区域长期呈液态，充填挡墙等构筑物长期受料浆静水压力作用，存在安全隐患，同时延长了采充循环周期。试验测试了灰砂比1∶4～1∶12，浓度为64%～66%的充填料浆，初凝时间为6～11h，终凝时间为33～61h，料浆初凝和终凝时间均与灰砂比和质量浓度呈正相关。为了模拟井下充填空间的封闭环境，通过封闭瓶装料浆观察其初终凝效果。试验结果显示，在密闭条件下，1∶12灰砂比充填体，养护3d仍不初凝。由此分析，初终凝测试所用试块因体积小，在敞空环境下养护，因蒸发脱水导致了提前初终凝假象。充填体外围假凝，形成类似“糖心蛋”的结构，安全风险大。1.7尾砂比及充填体强度试验试块制作采用规格7.07cm×7.07cm×7.07cm的金属三联试模，充填料浆搅拌好后均匀加入试模，在24～48h后拆模；试块脱模后放置于养护箱养护，养护温度为20℃，湿度为95%；养护达到龄期取出，采用压力机测试抗压强度，每组测试3个试块，取算术平均值作为试验结果。根据充填料浆坍落度试验和沉降试验结果，设定质量浓度为66%；灰砂比为1∶4,1∶8和1∶12；龄期为7,14,28d，测试结果见图4，单轴抗压强度与灰砂比和龄期均呈正相关，充填体强度增加缓慢，灰砂比为1∶4、浓度为66%的充填料浆7d充填体强度仅为0.592MPa,28d充填体强度为1.064MPa。分析认为全尾砂充填体强度低，主要是其超细粒级含量过高，尾砂比表面积达到656m矿山拟采取上向进路充填采矿法，根据采矿工艺要求，进路上部0.5m充填体强度应满足自行设备运行要求，28d充填体强度应≥1.5～2MPa；二步骤进路回采时，一步骤充填体应能自立，充填体7d强度应≥0.5～0.8MPa。根据强度试验结果，灰砂比1∶4时充填料浆仍不能满足采矿工艺要求，灰砂比应进一步提高，如此水泥的消耗量会更大，因此，全尾砂胶结充填技术经济不合理。2充填采矿质量和强度根据全尾砂系列试验结果，全尾砂自然沉降浓度低，机械脱水后粘度大，给料、计量和均化难度大，强度性能差，不能满足充填采矿工艺要求。分析其原因主要是全尾砂粒级组成中超细粒级部分含量过大所致，试验拟通过分级措施去除全尾砂中的部分超细颗粒后，开展分级尾砂材料试验，验证分级尾砂充填的可行性。2.1尾砂分级结果分析试验采用CZ100-10型旋流器，采用渣浆泵循环供料，旋流器给矿口当量直径为25mm，溢流管直径分别为18,20,22,24,26,28,30,32mm，沉砂嘴直径分别为8,10,12,14,16mm。图5为给矿压力0.2MPa、溢流口直径24mm、沉砂嘴直径16mm、锥度10°工况下产生的分级尾砂。分级粒径约20μm，沉砂浓度为48.77%，沉砂产率为74.64%，沉砂产量能够满足矿山充填需要。采集沉砂样品分析粒度，+21.2μm占82.02%,-74μm占55.72%,-37μm占28.78%，分级尾砂平均粒径为82.9μm，比表面积为268.5m通过分级尾砂试验研究，以20μm为分级界线，剔除全尾砂中大部分的超细粒级尾砂，分级尾砂的平均粒径提高19μm；不均匀系数由18.3降至7.4，粒级分布更合理；分级尾砂细颗粒含量-20μm≥15%，满足制备稳态结构流充填料浆的粒级组成要求。2.2全尾砂沉降效果试验结果见图2，最终沉降浓度为66.34%。自然沉降最终质量浓度分级尾砂较全尾砂提高2.5个百分点，没有明显提高主要是由于分级尾砂的粒度仍然较细，并且尾砂的比重较小，自然沉降难以达到高浓度。2.3全尾砂流动性试验试验结果见图3，质量浓度为70%～74%，坍落度≥26cm，料浆能自流平，保水性良好，基本不泌水，相比全尾砂充填料浆可输送浓度提高约4～8个百分点。2.4充填料浆初终凝试验灰砂比为1∶4～1∶12，浓度为70%～74%的充填料浆，初凝时间为4～9h，终凝时间为27～45h，料浆初凝和终凝时间与灰砂比和质量浓度均呈正相关，与全尾砂相比，分级尾砂料浆的初终凝时间明显缩短。2.5充填体强度试验强度测试结果见图4，灰砂比1∶4和浓度74%的分级尾砂充填体7d强度达到2.23MPa,28d强度达到4.89MPa，相