金矿尾矿的膏体充填中的应用.pdf

技术论文 ， 歹金 矿 尾 砂 在 膏 体 充 填 中 的 应 角 寥 - j A ， 轷 。 L ． M ． Am a r a t．u n g a D． N． Y h s k n 摘要选厂知拉尾矿传统上都被排被到尾矿坝， 由此鲁带来废料处理和环保问题。本文阐述 了利 用常温粘结尾 矿制 粒技术将 金矿细 尾矿 制成球 田用作 膏体 充填 骨料 的试验 研究 ， 研 究证 P a s t e Fi l J L- ． Ama r o mga D、 N ． Ya s c h ys hyn La u r e n t hn Un i v e r s i t y， S u d b u r y， On t a r i o， C a n a d a A B ST RAC T Fi n e m i n gs p r o d u c e d i n t h e mi l l i n g p r o c e s s h a v e t r a d i t i o n a l l y b e e n d i s p o s e d o f i n rai li n g s p o n d s ， c r e a t i ng a wa s t e d i s po s a l a n d e n v i l c a a me n t a l p r o b l e m Th r o u g h Co l d Bo n d Ta i h ng s Ag g l o me r a t io n． t h e s e f ln e t a il i n g s c a n b e a g g l o me r a t e d i n t o p e l l e t s wh i c h c a n t h e n b e u s e d a s a c o r se a g g r e g a t e i n p a s t e J i l 1 ． Re s e a r c h i n di- c a t e s t h a t f i n e t a i l i n g s div e r t e d f r o m t a i ll ng s po n d s c a n b e u t i l i z e d a s a v a l u e a d d e d i- e O k l t o e ． K E y V V OB I f i n e g o l d mi l l r a i l i ng s ， p ast e扭l ，t a i 1 i I I g s p e ll e t s - s t r e n g t h ． 1 概 述 加拿 大采 矿工业 年产 5亿 t尾矿和废 石。有些井下废石和尾矿作为充填料用于井 下充填， 而余下的尾矿被排放至尾矿库。 这些 尾矿 由粗 、 细两部分组成 ， 有些具 有一定的活 性 生成酸 。 为减少向尾矿库排放的尾矿量 ， 通常将预分级粗粒部分 用于井下 充填 ， 一般 与冲积砂一道用水力充填方式输送至井下采 空区。 这样仍然得将细粒部分排放至尾矿库 ， 从而产生矿 山酸性 水 AMD ， 这是因为硫化 矿尾矿在空气和水中反应生成酸 。 3 4 为了拓宽细粒尾矿的用途 ， 已开发出 了 膏体充填料， 这种 充填 料利用 了部分细粒 尾 矿 一4 5 ／ z m占 1 O ～3 O 。这项研究降低 了地表尾矿库的排放量， 因而也降低了潜在 的酸性水排放范围。 此外， 膏体充填与传统的 水力充填和废石充填相 比， 除了环保优势外 ， 还具有以下几点优点 1 与水力充填相 比膏体充填的水泥耗 量低 ， 充填体强度更高 ； 2 实质上充填体 不用脱水 ， 可减少泵水 费用和泵水要求 ； 3 由于充填体强度获取时问较水力充 电靠 采矿快报第1 4 卷1 9 9 8 年 第1 期 总第4 3 6 期 m 维普资讯 填的时间短 ， 因而采矿进度加快 ； 4 与废石 充填 相 比， 膏体 充填成本 更 低 。 尽 管膏体 充填具 有环保 和生产 上的优 势 ， 未利用的细尾矿仍须排入尾矿库 。 这一问 题在黄金矿山更加突出 。黄金矿 山为了回收 更多的金 ， 其选 厂生产的尾矿很细 ， 通常这些 尾矿太 细而不能用于井下水力充填 ， 需 排至 尾矿库 ， 这就迫使矿 山采用砾石 、 砂或岩石进 行空 区充填。 本文叙述用特克一 科罗纳 T e e k - C o r o n a 含硫金矿选 厂尾矿进行 的膏体 充填试验 研 究 。由于选矿工艺的缘故 ， 该选厂的尾矿很 细 。研究的重点是提高用于井下膏体充填体 中细尾矿的百分比， 利用常 温牯结尾矿制粒 技术将 细尾矿制成 球团作 为膏 体充填 的骨 料 。 利用这项技术 ， 一般 的废弃细尾矿都能以 骨料的方式成为膏体充填中有价值的二次资 源 。 2 膏体充填特性 2 ． 1 粒级及粒级分布 充填料最重要 的特性 之一就是它的粒级 分布 当尾矿用于膏体充填时， 必须要有足够 量的 细粒以使 膏体 具 有预 期 的特性 根据 B r a c k b u s c h 1 9 9 4 的观点 ， 膏体中一2 0 p ． m的 粒级重量百分 比至少不低于 1 5 ％ 这些细粒 可防止水渗流， 从而保持膏体中的水份 ， 阻止 较大颗粒产生离折 ， 并在充填料泵送过程 中 起润滑的作用。 充填料集料应有适宜的粒级组成 。性能 良好的充填料应具有与混凝土集料类似的特 性 。如果充填料 中有粗骨料 --2 5 mm ， 就必 须有较好的粒级分布以利于降低孔晾率。 2 ． 2 胶结剂及其配量 膏体充填中应用最普遍的胶结剂是普通 波特兰水泥 ， 胶结充填体在一定的温度和湿 度 环 境中会发生水 合作用 而达到 一定 的强 度 其它地方的研究均显示 出加入 3 ～j 世界采矿快报第 1 4警1 9 9 8年第 1期总第 4 3 6期 } 低剂量的胶结剂可使膏体具有满意的强度。 尽管水泥作胶结剂的效果好 ， 但 寻找价 廉的水泥替代品的研究一直在进行 。例如在 水泥中加入部分高炉炉碴和飞灰。然而有研 究者提 出使用火山灰可能是设计出成本有效 的胶结充填料的必 由之路。 2 ． 3 砂浆浓度 砂浆浓度是衡量充填膏体中固体物质的 重量百分 比， 是充填体强度发展和泵送 特性 的关键 因素 。 在膏体 充填中砂浆浓度为 7 5 ～8 8 ， 而在水力充填 中为 5 5 ～7 5 。浆 体浓度 比较是在假定充填料不含水的条件下 进行的。 从充填体强度考虑 ， 高砂浆浓度是理 想 的 ， 然而从泵送和充填 的角度出发应考虑 一 浓度界限 。 2 ． 4 稠度和坍落度 稠度是指刚混合搅拌好的充填料的流动 能力。 与混凝土测试标准一样， 利用标准坍落 度 试验 坍 落度 介于 1 5 ． 2 ～2 5 ． 4 c m 来确定 膏体的稠度 。 2 ． 5 单轴抗压强度 通常用单轴抗压强度来衡量膏体的强 度 。 单轴抗压强度很重要 ， 这是因为采场充填 体必须具有 足够的强度来承受地压 。 一般地 ， 充填体的单轴抗压强度 介于 0 、 7 2 P Ma就 足以起到支护井下岩层的作用 3 膏体成份 3 ． 1 选矿尾砂 未分级的含硫尾砂用于胶结尾砂膏体充 填， 这些尾砂来 自安大略省马拉松市的特克一 科罗纳的一选 金厂。由于采用细磨工序以充 分 回收黄 金， 这些 尾砂含 有 8 9 一5 8 p ． m 的 极细微粒。 3 ． 2 水泥胶结剂 研究中用的普通渡特兰水泥和 c型飞 灰是 由加拿大拉法奇 L Ma r g e 公司提供 选 择飞灰作为部分水泥替代品 ， 其原因是在前 期试验 中发现飞灰的粘结性 比高炉炉 碴、 石 3 5 维普资讯 灰的粘结性好。 在这些试验的基础上 ， 选用 贝 勒河火力发 电厂的 C型飞灰 ， 其活性 强于试 验中使用的其它飞灰。 3 ． 3 尾矿制粒用于充填 在实验室中用滚筒制粒机将细尾矿制成 粒状作为膏体充填的粗骨料 。前期试验使用 了几组不同份量 的胶结剂 飞灰和水 泥 ， 在 此试验 的基础上 ， 确定 了用于尾矿制粒的胶 结剂 最佳 重 量 比为 6 其 中波 特 兰 水 泥 6 0 、 飞灰 4 0 9 ， 5 。 胶结剂最佳用量的选择是在要求粒径为 1 9 ． 1 mm的尾矿球团 3天的最低承载能力为 1 5 0 N， 以及胶结剂的最低耗量的基础上进行 的 。这一临界载荷作用于球形颗粒上相 当于 颗 粒 的 抗 压 强 度 为 5 2 5 k P a 。此外 ， 1 5 0 N／ 1 9 ． 1 mm 的尾矿球团 3天的强度将接近用它 制备 的膏体 2 8天的强度的两倍 。 用制粒机生产的尾矿球 团粒级分布如图 1所示 。根据推荐的混凝土用骨料粒级范围 C S A． A2 3 1 一 M ， 这种粒级适于用作膏体 充 填。此外 ， 该分布曲线的曲率系数 骨粒粒级 分布状况的相对量度 为 1 ． 3 ， 介于 良好 的粒 级分布具有的曲率系数 1 ～3之间。 囝 1 尾矿球团粒级分布 4 试验过程 4 ． 1尾矿准备 ． 未分级尾矿取 自选 厂 2 5 0 l 滚 筒式过滤 3 6 器 ， 利用水 泥搅拌器制成 固体 浓度为 3 0 的 浆体 ， 这类似于刚从选厂排出的尾矿的浓度 。 接着 利用加压过滤 机在 5 5 0 KP a压力下过 滤尾矿浆 ， 使其含水量约为 1 2 。过滤后的 尾矿分成两部分 ， 一部分用于制粒 ， 另一部分 用作膏体 充填的基料 。 4 ． 2 常温粘结尾矿制粒 用于制粒 的尾矿不用另脱 水， 因为含水 率为 1 0 ～1 5 的这种粒级分 布的尾矿 用 于常温粘结是较理想的。部分脱水尾矿与定 量的胶结剂混合后充分搅拌以确保胶结剂分 布 均 匀。搅 拌 后 的物 料 用 直 径 5 6 c m、 长 7 4 c m、 转速 2 4 r ／ mi n 、 与水平面呈 5 ． 5 。 角的滚 筒制粒机制粒 。 在用作膏体充填骨料之前 ， 制 成的绿色尾矿球 团在 3 0 。 C温度、 9 5 湿度的 室内养护 3天。用作基料的那部分尾矿在烘 箱中烘烤 以进一步去湿 ， 这样 以确保加入精 确的水量而获得精 确的砂浆浓度， 并 控制实 验室模拟制粒 尾矿膏体充填料设 计的一贯 性 。 4 ． 3 配比设计 膏体充填料由作为膏体充填粗骨料的尾 矿球团和作为基料的未分级尾矿组成 。试验 中采用的胶结剂含量分别为 3 、 5 和 7 ， 胶结剂为波特兰水泥和飞灰 的混合物 ， 其 比． 例分别为 1 0 0 0和 6 0 4 0 。此外， 为了确定 尾矿球团对充填体强度的影响 ， 尾矿球 团与 基料尾矿的比例分别取 0 1 、 1 1 和 2 1 。 由于利用尾矿球 团作为充填粗骨料， 有 必要形成一个可考虑充填料中的胶结剂耗量 以及用于尾矿制粒的胶结剂耗量的公式。下 面的公 式用于计算充填料 中水泥的总耗量 ， 同样还可用于飞灰的总耗量计算。 D P C P C R - } - P C [ ] Rp 式 中 ．P C 。 一包括尾矿球团在内的充填料 中水 泥总耗量 ％ ； P C 一用 于充 填料基 料 中水 泥 的耗量 世界采矿快报第 1 4卷1 9 9 8年第 1期总第 4 3 6期 维普资讯 ； P C 一用 于充填用尾矿球团中的水泥耗 量 ； P 一充填料中尾矿球团的质量百分 比； T 一 充填料 中尾矿或砂的质量百分 比； R 一用 于充填基料 的胶结剂 中的水 泥 百分 比； R 。 一用 于尾矿球团的胶结剂 中水泥的百 分 比。 4 ． 4充填料 的准备 养护 3天的尾矿球团在拌入膏体充填混 合料 以前 ， 需进行水饱和处理 ， 但须保持颗粒 表 面不附水 ． 其 目的是尾矿球 团加入混合料 中时不吸水 ， 也不向混合料添加水份 ． 从而保 持更精确的砂浆浓度 。这些球 团和未分级的 基料尾矿在加入水之前 ， 分批均匀拌和 ， 每批 重量为 1 6 k g 为 了 确 保 各 种 配 比的 混 合 料 均 具 有 2 0 ． 3 c m， 坍塌度 ， 需要进行 了几次试验。充填 料加入水后搅拌 1 5 分钟 ， 在测试坍塌度之前 倒入 7 ． 6 c m1 5 ． 2 c m 圆柱形模中 ， 井在可调 温度 、 湿度的室内养护。 4 ． 5 充填料测试 用 5 0 0 k N 的 T i n i u s O 1 s e n单轴压力机对 龄期 为 7 、 1 4 、 2 8天的试样进行 测试 ， 每组三 个试样 。 4 ． 6 充填料的最佳组成 由几个参数和标准来确定最佳充填料组 成。最重要的参数是膏体 的强度 ． 选择 2 8天 龄期的最低强度为 0 ． 7 MP a 作为标准 。其次 是与生产成本相关的水泥用量 ， 为保持低成 本高 质量 的膏体充填 ， 需对胶结剂 的总耗量 包括基料中和尾矿球团中的胶结剂含量 进 行测定。 由于使用 了水泥和飞灰两种胶结 剂 ． 需 要一种估算胶结剂耗量 的方法。采取将所使 用的胶结剂都换算成 当量水泥耗量这种方法 来计 算。 由于飞灰的市价为水泥的一半． 用于 充填 的飞灰份量相 当于水 泥量的一半， 利用 世界莱矿快报第 1 4卷1 9 9 8年第 1期慧第 4 3 6期 水 泥当量 ， 含有 飞灰 的混合料就可在相同成 本的基础上与其它混合料进行比较。 ． 上 ⋯l j 竺 ⋯ 一 一 ．I 盼 __ 一 } 萎“ ⋯ 二二_二 ⋯ { 维普资讯 是部分替代水泥的有效胶结剂， 其缺陷是早 期强度低。 对用飞灰替代 2 0 ～4 0 水泥的 充填体， 试验发现， 加入飞灰的充填体强度 1 4 、 2 8天 稍微 降低 ， 同样的研 究还表 明加 入 同量 飞灰 的充填体长期强度 1 2周 比全 部用水泥作胶结剂的充填体强度还高。 如图 3 所示， 大部分试样测试结果显示 出水泥飞灰比6 0 t 4 0的充填体2 8 天强度大 于全用水 泥的充填体强度 ， 这 些试样 的球 团 基料均为 21 。 田 3 肢始荆蛆分对簟轴抗压量度的髟响 珲团基科 比 2t 1 用飞灰替代部分水泥的充填体早期强度 受两个因素的影响 第一是飞灰类型。 根据加 拿大水泥学会报道， 飞灰类型对早期强度的 发展起着关键作用。对 C型飞灰， 由于火山 灰活性较 高 ， 1 ～2 8天 的强度能够 达到 或超 过水泥。 第二是养护室环境控制。 在 3 0 。 C温 度下葬护， 飞灰和波特兰水泥的凝硬反应加 快。 5 ． 4 舔加尾矿球团对单轴抗压强度的影响 试验结果 表明， 添加尾矿球 团明显地提 高了膏体的强度。 如图4所示 ， 加入尾矿球团 的充填体 2 8 天单轴抗压强度具有如下特点 P I T一 21 P T一 11 P T 0 t 1 。 附表列出的单轴抗压强度结果显示 添 加不同 的尾 矿球 团的全水泥 胶结的充填体 3 8 1 0 0 0 胶结剂含量 5 单轴抗压强度平 均提 高了 2 2 1 P T一2 1 、 9 4 P T 一 11 、 5 P I T一01 。 同样地 ， 胶结剂 含量为 5 ， 水泥飞灰 比为 6 0； 4 0的充填体 强 度相 应提 高 了 1 8 7 P t T一21 和 1 ； 9 P lT一 1 I 1 。 球 团 t 尾 矿 ■一P ’ ， 1 2一 ． 卜 _ P T I I ／ ● 卜 - P T 2 I ／ ／ ． f ／ ⋯7 7 ． f ／ r／ ． 养护时闻 天 田 4 鼍r球团对簟轱抗压■崖的髟响 肢始剂音量 5 ． 木泥飞灰比 1 0 0- O 充填体试块破坏模型显示出剪切破坏面 沿尾矿球团周围较弱的基料尾矿发展 。表 明 这些尾矿球团在膏体内的 2 8 天龄期的强度 相当高， 在充填体破坏前 ， 它所承受的应力比 基料本身大得多 。 5 ． 5 P ／ T比及最佳胶结剂含量 针对特克科罗纳大卫 贝尔选厂尾矿， 胶 结剂含量为 5 其中水泥与飞灰比例为 6 0 4 0 、 PT一21是膏体 配 比的最优 选 择。这既可完全满足 2 8天强度要求 ， 又满足 胶结剂耗量的成本效益要求。 这种配 比的充填体强度约 1 ． 7 5 MP a ， 介 于要 求的充填体强度 0 ． 2 ～2 ． 0 MP a范围内。 然而 ， 用其它类型的充填料和高剂量胶结剂 还可获得更高的强度 ， 但成本较高 。 如附表所 示 ， 当量水泥耗量表 明P T为 2； 1 、 胶结剂 含量为 ； 水泥飞灰比6 0 4 0 的充填体具 有高强度、 低水泥耗量的优点， 因而被选为尾 矿球团膏体 充填料的最佳配比。 世界采矿快报第 1 4 卷1 9 9 8 年第 l 期总第4 3 6 期 维普资讯 附寰■体 充辘试块试验敷据 驶鳍荆古量 水泥 t飞灰球圃 t 基料 2 8天强 度 加入璋圃 的强 水泥总量飞葳总量当量水泥 P C F A Pt T KP a P S i 度增加事 争 6 耗量 ， 尾矿球团作为粗骨料加入 充填混合料 中， 将不会对影响泵迭成本的泵迭摩擦因素 产生负面影响．据试验， 废石一 尾矿混合料 与 纯尾矿混合料相 比， 其压力梯度较低， 因而后 者的泵送特性确实得到改进。 还有试验表明， 加入 4 0 的骨料几乎不会 影响膏体 的泵送 特性 。此外 ， 由于使用了飞灰 ． 泵送摩擦系数 会减小 ， 这是 因为球形的飞灰颗粒在输送过 程中对管壁起到润滑作用。 5 ． 6 细尾矿的增值 通过应用低温粘结尾矿制粒技术 ， 细尾 矿可以有几种方式增值为二次资源 ， 主要用 来制成球团作为高强度的膏体充填骨料。其 间接的优点是不必构筑尾矿坝、 免除尾矿坝 维护及尾矿库复垦 ， 此外 ， 有利于环境保护 、 降低酸性水排放 ， 节约土地。 变废为宝， 利用全尾砂膏体充填的成功方法{ 2 利用尾矿球团可提高充填体质量， 并 且无需尾矿坝 ； 3 研究表明使用尾矿球团的充填体强 度较没有加入尾矿球团的充填体强度提高了 2 2 ； 4 尾矿球团膏体充填体的强度可与高 用量胶结剂或添加块石、 砂 、 砾石的充填体相 当； 5 波特兰水泥与飞灰比为 6 O t 4 O 的膏 体强度 2 8天 比使用波特兰水泥作粘结料 的相同组分的膏体强度大； 6 从成本和强度两方面考虑 ， 尾矿球团 膏体 充填 体的最优配 比是胶 结剂用量 5 其中水泥飞灰比为 6 0 t 4 0 、 尾矿球团与基 料尾矿之比为 2；1 。． ． 6 结论 摘 译自 加幸 大 ‘ c I M B u u e t ia ．J u l y ， 1 9 9 7 ， 8 3 ～8 8 1 细粒尾矿低温粘结尾矿制粒技术是 韩志型译何哲掸幢 世界采 矿快报蕈 1 } 警1 9 9 8 年蔫 1 期总第 4 3 6期 3 9 ㈣ 三∽ 蚰 。 m三 三 “ O 8 4 8 5 2 0 B 4 O 8 4 0 8 4 2 0 6 L 良 一札 一 蛐 一 啪 一 m埘 一 m ～ 埘m 缸吕 竹m m m m船啪嘲{s m瑚m m Ⅲ 冀m O 1 2 O 1 2 O 1 2 O l 2 O l 2 O l 2 蚰 如 帅 瑚 m m - 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