基于某矿山固废处置的水泥和胶固粉选择初探.pdf
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1、中国矿山工程China Mine Engineering2024 年 2 月第 53 卷摇 第 1 期基于某矿山固废处置的水泥和胶固粉选择初探Preliminary Exploration on Selection of Cement and Glue鄄Powder forSolid Waste Disposal in a Certain Mine耿碧瑶1,2,贺茂坤1,2,温震江1,2,张摇 敬1,2,任海锋1,2(1.中国恩菲工程技术有限公司,北京 100038;2.金属矿膏体充填安全绿色开采国家矿山安全监察局重点实验室,北京 100038)摘摇 要:本文以某矿固废处置及露天坑回填综合治理
2、为背景,由于该矿全尾砂为细粒级尾砂且尾砂内含有对充填体强度具有负面作用的硫及黏土类矿物,为了选择更适合该矿全尾砂的胶凝材料,选用水泥和胶固粉两种胶凝材料对充填料浆性能进行试验研究。研究结果表明:虽然泌水沉缩特性方面水泥胶结充填体较胶固粉更优,但在充填体强度及流动性两个关键性指标方面,胶固粉性能较水泥更优且成本更低,说明胶固粉更加适用于该矿固废处置及回填治理;通过敏感性分析可知,胶固粉胶结充填体强度对灰砂比最为敏感,其次为养护龄期,最后为料浆浓度。关键词:固废处置;胶凝材料;料浆性能;充填体强度;敏感性中图分类号:TD985摇 摇 摇 文献标志码:A摇 摇 摇 文章编号:1672鄄鄄609X(2
3、024)01鄄鄄0048鄄鄄05作者简介 耿碧瑶(1987),男,博士后,工程师,主要从事矿山充填及大宗工业固废资源化设计研究工作。基金项目 高应力下金属矿规模化低放热高强充填体的成型技术与装备(课题项目号“2023YFC2907203冶);山东省重点研发计划(编号:2022CXPT032)。引用格式 耿碧瑶,贺茂坤,温震江,等.基于某矿山固废处置的水泥和胶固粉选择初探J.中国矿山工程,2024,53(1):48-52,82.Abstract:Against the background of solid waste disposal and comprehensive treatment o
4、f open鄄pit backfilling in a certain mine,due tothe fact that the unclassified tailings of the mine are fine faction tailings and contain S and clay minerals that have a negative impact onthe strength of the filling body,in order to select a cementitious material that is more suitable for the full ta
5、ilings of the mine,selectcement and glue鄄powder as two types of cementitious materials to contact the experimental study on the performance of filling slurry,results indicate:although SBT filling body have better characteristics at the aspect of bleeding and settling compared to glue鄄powder,interms
6、of the two key indicators of filling strength and fluidity,the performance of glue鄄powder is superior to that of cement and the costis lower,showing that glue鄄powder is more suitable for solid waste disposal and backfilling treatment in this mine;through sensitivityanalysis,it can be concluded that
7、the strength of cemented by glue鄄powder is most sensitive to the ash sand ratio,followed by thecuring age,and finally the slurry concentration.Key words:solid waste disposal;cemental materials;properties of slurry;strength of filling body;sensibility1摇 前言矿山在资源开采、选矿过程中会产生大量的固体废弃物,其中主要为尾矿,而尾矿的处置关系到矿山的
8、绿色发展和可持续发展要求。尾矿的处置方式主要为将尾矿排放至尾矿库,根据相关数据统计1,2019 年期间,全国金属矿山共排放尾矿量达到 12郾 72 亿 t,至今,已有大量土地资源因为尾矿库的建设和尾矿的排放而被占用,同时,尾矿库潜在的溃坝危害2-4也一直备受国家的重视。随着绿色矿山的发展要求以及采矿技术的发展,充填采矿逐渐成为尾矿处置的方式之一,充填采矿法既在可以保证资源开采过程中的安全性,又可以提高资源回采率,同时,将尾矿充填至井下空区,也符合建设“无尾矿山冶理念,相较于其他开采方式,具有明显的优势5-8。近年来,在某些露天矿山开采结束转地下开采的背景下,国内外有关学者9-14提出了利用选厂
9、尾砂进行露天坑回填综合治理的尾矿处置方式。此种方式,既实现了露天坑安全治理,生态环境修复和改善,还能在一定程度上避免出现地质灾害,减少新增地表扰动、环境生态破坏和安全风险,同时最大程度上减少了尾矿的外排,是未来绿色矿山建设的84摇第 1 期耿碧瑶等:基于某矿山固废处置的水泥和胶固粉选择初探趋势。然而,无论是井下充填还是露天坑充填的方式,都对充填体强度有一定要求,充填体强度的主要影响因素包括尾砂理化性质、粒径分布、灰砂比、养护龄期、料浆浓度等,其中胶凝材料的选择直接关系到充填成本的大小,以往矿山充填时多采用水泥作为胶凝材料,然而水泥成本较高,其占充填成本 50%以上,同时,水泥对超细尾砂的固结性
10、能较差、配置的料浆输送性能一般,因此在保证矿山井下或露天坑充填要求的前提下,选择合适的胶凝材料以降低矿山充填成本,是充填的主要研究方向之一。近年来,许多学者对胶凝材料的相关问题进行了大量研究,吴岩佩12等通过研究得出贵州锦丰矿业以胶固粉代替水泥制备充填体每年可节约成本近 950 万元;杨晓炳13等阐述了固结粉胶凝材料推广应用亟待解决的关键技术以及开展研究实施方案,展望了固结粉胶凝材料在金川矿山推广应用技术指标以及预期经济效益和社会效益;温震江14等为了使镍渣胶凝材料更好地应用于矿山充填,对其力学新能与水化机理进行了研究,得到了镍渣、脱硫石膏、电石渣和熟料的最佳比表面积。本文以某矿露天坑回填治理
11、与井下协同开采为背景,通过尾砂理化性质、粒径分布分析、充填体强度对比分析,为矿山选择了合适的胶凝材料,对矿山充填具有实际的工程价值。2摇 尾砂理化性质分析2郾 1摇 尾砂粒径分布分析尾砂粒径分布通常采用不均匀系数和曲率系数两个指标表征其优劣。经统计分析,尾砂不均匀系数 Cu=12郾 52 10,尾砂曲率系数 Cc=1郾 66沂1,3,说明尾砂的级配较好且连续性较高。尾砂中小于 20 滋m 细尾砂约占 68郾 70%,大于 74 滋m 的较粗尾砂约占 12郾 83%,属于细尾砂,需要重点关注其对回填料浆输送的影响。2郾 2摇 尾砂化学及矿物成分分析经测试分析,该矿全尾砂中的主要元素成分为Si、A
12、l、Fe、K、Ca、S,主要矿物成分为石英、云母、黄铁矿、绿泥石、高岭石、滑石、长石、方解石、白云石等,尾矿图谱如图 1 所示。其中 S 的含量是 1郾 82%,根据以往工程经验,S 的存在会对以水泥作为胶凝材料的充填体强度造成一定负面影响;同时,尾砂中也含有对回填体强度有负面作用的黏土类矿物,如云母、绿泥石、高岭石以及对含水泥的充填体长期强度有负面作用的黄铁矿。但尾砂中含量较高的石英对充填体强度具有积极作用。图 1摇 尾砂 XRD 图谱3摇 充填料浆性能实验研究3郾 1摇 实验参数设置结合尾砂矿物成分分析研究结果,由于尾砂中S 和黏土类矿物的存在,该矿进行井下或露天坑充填时,需探究水泥的适用
13、性,同时寻求其他合适的胶凝材料以保证充填体强度、流动性并降低充填成本。充填料浆性能实验以该矿尾砂作为充填骨料,选用胶固粉和 P0425 水泥作为胶凝材料,使用自来水配置充填料浆,进行两种不同胶凝材料的充填料浆配比实验研究。实验选取配比参数如下:料浆质量浓度:60%、62%、64%、66%;料浆灰砂比:1颐 3、1颐 4、1颐 8、1颐 10、1颐 15;养护龄期:3 d、7 d、28 d、90 d;实验项目:单轴抗压强度实验、泌水沉缩试验、流变特性试验。3郾 2摇 充填体强度试验3郾 2郾 1摇 充填体强度变化规律对不同配比及养护龄期充填体试块进行单轴抗压强度测试,得到充填体强度随料浆浓度、灰
14、砂比、养护龄期变化曲线,具体如图 2 所示。采用水泥或胶固粉作为胶凝材料充填体强度,养护龄期一定时强度随料浆浓度变化规律、灰砂比一定时强度随养护龄期的变化规律与料浆浓度一定时强度随灰砂比的变化规律基本相同,故上图分别以养护龄期 28 d,料浆浓度 66%,灰砂比 1颐 3为例,分析充填试块强度变化规律。由图 2 可知,全尾砂水泥胶结充填体强度总体94中国矿山工程摇 2024 年(第 53 卷)图 2摇 充填体强度变化规律摇上随料浆浓度、灰砂比的增大而增大。当灰砂比一定时,若灰砂比较大,充填体强度随养护龄期的增大而增大,若灰砂比较小(1颐 10、1颐 15),充填体强度随着养护龄期增加呈现出先升
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