1、第 卷第期有色金属(矿山部分)年月犱 狅 犻:犼 犻 狊 狊 狀 混合尾砂膏体充填料浆搅拌特性工业试验周英烈(紫金(长沙)工程技术有限公司,长沙 )摘要:为研究不同尾砂组成的充填料浆的搅拌特性,论证新型搅拌工艺能够制备出更为均匀的合格膏体。以某铅锌矿为工程背景,在原有的搅拌站基础上,安装新型 型搅拌桶以及配套给料装置,建设了一个采用新型搅拌工艺的搅拌特性工业试验平台,并依托试验平台进行了现场工业试验。试验结果表明:在不同胶凝材料不同尾砂组合的工艺条件下,采用新型搅拌工艺制备的膏体料浆,在流动性、强度、均匀性等各项指标方面都达到了预期效果。通过与该铅锌矿原有搅拌系统取样数据对比,各项指标均优于原
2、有搅拌系统。因此新型搅拌工艺能够满足矿山搅拌系统的需要,为充填系统改造升级提供了技术支撑。关键词:混合尾砂;膏体充填;搅拌特性;工业试验;流动性;均匀性中图分类号:文献标志码:文章编号:()犐 狀 犱 狌 狊 狋 狉 犻 犪 犾 犲 狓 狆 犲 狉 犻 犿 犲 狀 狋 犪 犾 狅 狀狋 犺 犲犿 犻 狓 犻 狀 犵犮 犺 犪 狉 犪 犮 狋 犲 狉 犻 狊 狋 犻 犮 狊狅 犳犿 犻 狓 犲 犱狋 犪 犻 犾 犻 狀 犵 狊狆 犪 狊 狋 犲 犳 犻 犾 犾 犻 狀 犵狊 犾 狌 狉 狉 狔 (),)犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋:,犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊:;收稿日期:作者简介:周英烈(
3、),男,硕士,高级工程师,主要从事矿井通风与矿山膏体充填等方面研究工作,:。某铅锌矿采场充填首层、胶面、假巷等对充填体强度要求较高,因而采用了分级尾砂膏体充填工艺。随着国家环境保护力度的加大,该铅锌矿需要逐渐减少尾矿排量,直至完全关闭尾矿库,日常生产实现真正意义上的“零”排放。鉴于环保需求,该铅锌矿迫切需要对原有充填系统进行升级改造,以满足系统能够应用分级尾砂、全尾砂、底流细粒级尾砂三种尾砂进行充填的工艺需求。搅拌制备是整个膏体充填系统工艺的关键环节,制备出的膏体料浆的质量直接影响到充填料浆输送的流动性以及后续充填体的强度 。因此,需要通过试验研究掌握料浆制备过程的搅拌特性,以保证搅拌制备工艺
4、既要保证料浆的均质性要求,又要有较低的投资以及运行成第期周英烈:混合尾砂膏体充填料浆搅拌特性工业试验本。而膏体充填料浆是一种由不同骨料不同胶凝材料和水组成的多项复合材料,料浆制备过程的搅拌特性非常复杂,受骨料颗粒的粒级分布、胶凝材料黏性、搅拌工艺等诸多因素影响 。当前对于充填料浆搅拌特性及相关试验,研究人员做了大量研究工作。杨柳华等结合国内外诸多文献资料,全面系统地分析了当前全尾砂膏体搅拌技术的现状和发展趋势;王洪江等通过分析搅拌机中多尺度物料搅拌均质化机制,提出了一种新的搅拌时间计算模型;朱凯等以某铁矿全尾砂为充填骨料,对高浓度砂浆搅拌 槽样机 的 性能 指标 进 行 了 现 场 试 验 研
5、究;刘芳伟等从搅拌原理出发,并利用数值模拟方法论证了 叶片不 同 的排 列方 式 对 搅 拌 效 果 的 影响;杨志强等针对金川下向进路式胶结充填法采矿工艺,开展了全尾砂棒磨砂混合充填料的工业试验;周家祥等全面分析对比了大冶铁矿全尾砂充填系统搅拌工艺改变后胶结充填体抗压强度波动的变化;缪国卫针对金源矿充填系统存在料浆离析、分层,充填体强度低等问题,对充填系统原搅拌桶进行了改造,并取得了较好的应用效果。在此背景下,本文在该铅锌矿原有的搅拌楼充填系统基础上进行适当的改造,建设一个工业试验平台。并依托试验平台进行了为期一个月、总充填方量达 的混合尾砂膏体充填料浆搅拌特性工业试验,旨在掌握分别采用分级
6、尾砂、底流细粒级尾砂、全尾砂作为骨料的料浆搅拌特性,并验证采用单一新型 型强制式连续搅拌桶的搅拌工艺能否满足充填系统制备合格的膏体料浆需求。工业试验工艺流程考虑到试验场地建设成本与周期,本次工业试验的试验平台是在矿山原有的充填系统上进行适当的改造而建成的,改造完成的试验平台利用原有的水泥、分级尾砂输送系统、全尾砂输送系统和 浓密机底流细粒级尾砂输送管道,在搅拌楼的西面靠近搅拌楼墙边的位置安装 型强制式连续搅拌桶,通过加装引料斜槽和犁式卸料器将分级尾砂从皮带引入新搅拌桶,水泥通过加装螺旋输送绞刀从原有的下料管引入新搅拌桶。料浆经充分搅拌后通过充填钻孔自流输送至待充区域。试验平台料浆制备能力为 。
7、主要包括分级尾砂上料子系统、底流细粒级尾砂上料子系统、胶凝材料上料子系统、搅拌子系统、供水子系统等组成,具体工艺流程图见图,试验平台改造完成效果见图。图工业试验料浆制备系统工艺流程图犉 犻 犵 犘 狉 狅 犮 犲 狊 狊 犳 犾 狅 狑犱 犻 犪 犵 狉 犪 犿狅 犳 犻 狀 犱 狌 狊 狋 狉 犻 犪 犾 犲 狓 狆 犲 狉 犻 犿 犲 狀 狋 犪 犾 狊 犾 狌 狉 狉 狔狆 狉 犲 狆 犪 狉 犪 狋 犻 狅 狀狊 狔 狊 狋 犲 犿有色金属(矿山部分)第 卷图工业试验平台改造完成效果图犉 犻 犵 犚 犲 狀 犱 犲 狉 犻 狀 犵狅 犳 犻 狀 犱 狌 狊 狋 狉 犻 犪 犾 犲 狓
8、狆 犲 狉 犻 犿 犲 狀 狋 犪 犾 狆 犾 犪 狋 犳 狅 狉 犿狉 犲 狀 狅 狏 犪 狋 犻 狅 狀犮 狅 犿 狆 犾 犲 狋 犲 犱 工业试验材料与技术指标要求 试验材料试验制浆所用骨料为分级尾砂、细粒级尾砂、全尾砂三种类型,胶凝材料包括水泥和胶固粉,制浆用水为矿山生产用水。为分析三种尾砂颗粒组成尺寸及含量,采用水筛筛分法分别进行了粒径分布测试,测试结果见图。从图可以看出:分级尾砂粗细粒度分布比较均匀,细尾砂中细颗粒含量较多,全尾砂细粒度含量稍多,但总体分布较均匀。试验技术指标要求对于物料搅拌特性以及相关技术指标的研究在混凝土行业已经比较成熟,矿山衡量充填料浆搅拌图某铅锌矿尾砂粒度组
9、成累积分布曲线犉 犻 犵 犆 狌 犿 狌 犾 犪 狋 犻 狏 犲犱 犻 狊 狋 狉 犻 犫 狌 狋 犻 狅 狀犮 狌 狉 狏 犲狅 犳狆 犪 狉 狋 犻 犮 犾 犲 狊 犻 狕 犲犮 狅 犿 狆 狅 狊 犻 狋 犻 狅 狀狅 犳 狋 犪 犻 犾 犻 狀 犵 狊 犳 狉 狅 犿犪犮 犲 狉 狋 犪 犻 狀 犾 犲 犪 犱 狕 犻 狀 犮犿 犻 狀 犲第期周英烈:混合尾砂膏体充填料浆搅拌特性工业试验质量的技术指标最初也是借鉴于混凝土行业。为了与混凝土料浆相接近,所借鉴的技术指标主要是应用于添加粗骨料 或添加戈壁集料 的充填料浆。近年来也陆续有研究人员着手研究纯粹以尾砂作为骨料的充填料浆搅拌均匀性评
10、价方法 。本次工业试验综合考虑混凝土行业搅拌特性技术指标研究成果,结合尾砂骨料的特性,选择流动性指标、强度指标、搅拌均匀性指标这三类技术指标进行搅拌料浆质量评价与技术要求。)流动性指标。在搅拌机开机制浆稳定后每隔 取样一次,连续共取样个,主要检测搅拌后料浆的塌落度、扩散度、浓度、容重。)强度指标。强度试验在料浆浓度稳定在要求值以后开始取样,每隔 取一组样,一组样个试块,现场浇好模,用汽车载回充填检测站恒温养护,分别进行、强度试验。)搅拌均匀性指标。包括宏观均匀性与微观均匀性。宏观均匀性依据 普通混凝土拌合物性能试验方法标准()采用料浆浓度偏差率、容重偏差率、塌落度偏差率、扩散度偏差率表征。微观
11、 均 匀 性 根 据 混 凝 土 搅 拌 机()采用强度离差系数表征。另外,也可用手直观感知料浆中团装结块情况判断料浆搅拌均匀性。偏差率通过式()进行计算:犆犲狓犻珚狓珚狓()其中:狓犻为任一样品值;珚狓为一组样品平均值。强度离差系数通过式()计算:犆狏珚犚()其中:狀犻犚犻珚()犚狀槡(强度标准差)珚犚狀狀犻犚犻(强度平均值)依据矿山实际情况,各项技术指标要求如表所示。表工业试验技术指标要求犜 犪 犫 犾 犲犜 犲 犮 犺 狀 犻 犮 犪 犾 犻 狀 犱 犲 狓狉 犲 狇 狌 犻 狉 犲 犿 犲 狀 狋 狊 犳 狅 狉 犻 狀 犱 狌 狊 狋 狉 犻 犪 犾 狋 犲 狊 狋 犻 狀 犵技术指
12、标首层、胶面(分级尾砂)矿房(全尾砂)间柱(底流细粒级尾砂)灰砂比流动性指标浓度 塌落度 扩散度 强度指标一组试块平均强度 强度 ;强度 强度 强度 搅拌均匀性指标浓度、容重、塌落度、扩散度偏差率强度离差系数 新型搅拌桶介绍 型搅拌桶相较于该矿山已有搅拌桶具有轴旋转速度高、剪切作用强的优势,尤其适合于有较大比例细颗粒物料的搅拌。该新型搅拌桶具有如下技术特点。)皮带轮传动:抗冲击,防过载;)采用开启涡轮式叶轮:双层开启涡轮式叶轮,涡轮旋转时从轴向方向吸入,径向方向排出,遇到罐内挡板形成强烈的上下循环的对流,混合更加均匀;)采用锥盘桶底:搅拌桶体采用科学的锥盘桶底,合理配合流体运动型态,消除搅拌的
13、死角,彻底根除桶底积料;)配置雷达料位计:能准确地监测桶内料位;)三通结构的吸尘口:方便清理,防止积料堵塞;)透气盖、溢流孔:确保桶内外压力平衡,进出料顺畅。工业试验试验过程工业试验以日常充填生产实际工况进行,每天充填两班,每班试验过程依照图所示操作步骤进行。试验先后以水泥和胶固粉作为胶凝材料,分别进行了流动性试验、强度试验、均匀性试验。现场工业试验采用水泥和胶固粉各充填采场 个,水泥胶结料浆总充填方量 。胶固粉胶结料浆总充填方量 。为保证试验结果的原始性,以及试验样品不受扰动。流动性试验全部在现场完成,强度试验在现场取样入模后车载回充填监测站进行养护(图),分别进行、强度试验。有色金属(矿山
14、部分)第 卷图工业试验操作步骤犉 犻 犵 犐 狀 犱 狌 狊 狋 狉 犻 犪 犾 狋 犲 狊 狋 狅 狆 犲 狉 犪 狋 犻 狅 狀狊 狋 犲 狆 狊图工业试验现场取样测试犉 犻 犵 犛 犪 犿 狆 犾 犻 狀 犵犪 狀 犱狋 犲 狊 狋 犻 狀 犵犪 狋 犻 狀 犱 狌 狊 狋 狉 犻 犪 犾 狋 犲 狊 狋 犻 狀 犵 狊 犻 狋 犲 狊第期周英烈:混合尾砂膏体充填料浆搅拌特性工业试验 工业试验结果分析 流动性指标试验分别以水泥和胶固粉进行了搅拌流动性试验,主要检测搅拌后料浆的塌落度、扩散度、浓度、容重试验。进行取样的试验采场 个(各指标每个采场检测取样数受现场条件影响并不完全一样),包含
15、了纯分级尾砂采场首层胶面、全尾砂矿房采场、纯底流细粒级尾砂间柱采场三个类别。流动性指标合格情况见表,流动性指标平均值见表。表流动性指标合格情况犜 犪 犫 犾 犲犈 犾 犻 犵 犻 犫 犻 犾 犻 狋 狔狅 犳 犾 犻 狇 狌 犻 犱 犻 狋 狔 犻 狀 犱 犻 犮 犪 狋 狅 狉 狊技术指标标准水泥胶结料浆胶固粉胶结料浆样品总数合格数合格率样品总数合格数合格率首层、胶面(分级尾砂)充填浓度 矿房(全尾砂)浓度 间柱(底流细粒级尾砂)浓度 塌落度 分级尾砂料浆扩散度 全尾砂浆扩散度 表流动性指标平均值犜 犪 犫 犾 犲犃 狏 犲 狉 犪 犵 犲狏 犪 犾 狌 犲狅 犳 犾 犻 狇 狌 犻 犱 犻
16、 狋 狔 犻 狀 犱 犻 犮 犪 狋 狅 狉 狊骨料类型灰砂比水泥胶结料浆胶固粉胶结料浆平均浓度平均塌落度 平均扩散度平均浓度平均塌落度 平均扩散度首层、胶面(分级尾砂)矿房(全尾砂)间柱(底流细粒级尾砂)由表、表数据可知,经新型搅拌工艺搅拌制备后,各种类型料浆流动性指标都合格,平均浓度、平均塌落度、平均扩散度都大于技术指标标准要求,表明以水泥或胶固粉为胶结材料,采用新型搅拌工艺制备的膏体各种类型料浆流动性良好,能够满足矿山充填系统料浆输送需求。由表数据可知,高灰砂比条件下,采用水泥具有更好的流动性,反之低灰砂比条件下,采用胶固粉具有更好的流动性,表明采用胶固粉对于减少胶凝材料用量是有利的。强
17、度指标试验分别以水泥和胶固粉进行了、强度试验,共取试块 组(每组块),其中水泥胶结试块 组,胶固粉胶结试块 组。强度指标合格情况见表,强度指标平均值见表。表强度指标合格情况犜 犪 犫 犾 犲犙 狌 犪 犾 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狅 犳 狊 狋 狉 犲 狀 犵 狋 犺 犻 狀 犱 犻 犮 犪 狋 狅 狉 狊强度合格标准 水泥胶结料浆胶固粉胶结料浆样品总数合格数合格率样品总数合格数合格率首层、胶面(分级尾砂)强度 首层、胶面(分级尾砂)强度 矿房(全尾砂)强度 间柱(底流细粒级尾砂)强度 表强度指标平均值犜 犪 犫 犾 犲犃 狏 犲 狉 犪 犵 犲 狊 狋 狉 犲 狀 犵 狋 犺 犻
18、狀 犱 犲 狓骨料类型灰砂比水泥胶结试块平均强度 胶固粉胶结试块平均强度 首层、胶面(分级尾砂)矿房(全尾砂)间柱(底流细粒级尾砂)由表、表数据可知,由新型搅拌工艺制备的首层、胶面(分级尾砂),矿房(全尾砂),间柱(底流细粒级尾砂)等三种类型膏体料浆,强度合格率及平均强度指标都符合要求。表明采用新型搅拌桶搅拌工艺后各种类型料浆强度良好,能够满足矿山充填系统采场强度需求。在同样工况条件下,采用胶固粉作为胶凝材料有色金属(矿山部分)第 卷的料浆强度指标优于采用水泥作为胶凝材料的料浆。搅拌均匀性指标试验搅拌均匀性试验是在流动性试验与强度试验的数据基础上进行的统计学分析,用以表征料浆搅拌均匀性的统计学
19、指标,包括偏差率和强度离差系数,样品合格率见表,各指标平均值见表。表搅拌均匀性指标合格情况犜 犪 犫 犾 犲犙 狌 犪 犾 犻 犳 犻 犲 犱犮 狅 狀 犱 犻 狋 犻 狅 狀狅 犳犿 犻 狓 犻 狀 犵狌 狀 犻 犳 狅 狉 犿 犻 狋 狔 犻 狀 犱 犲 狓技术指标标准水泥胶结料浆胶固粉胶结料浆抽样数合格数合格率抽样数合格数合格率浓度偏差率 容重偏差率 塌落度偏差率 扩散度偏差率 强度离差系数 表搅拌均匀性指标平均值犜 犪 犫 犾 犲犃 狏 犲 狉 犪 犵 犲狏 犪 犾 狌 犲狅 犳犿 犻 狓 犻 狀 犵狌 狀 犻 犳 狅 狉 犿 犻 狋 狔 犻 狀 犱 犲 狓骨料类型灰砂比胶凝材料浓度平
20、均偏差率密度平均偏差率塌落度平均偏差率扩散度平均偏差率强度平均离差系数首层、胶面(分级尾砂)水泥 胶固粉 矿房(全尾砂)水泥 胶固粉 间柱(底流细粒级尾砂)水泥 胶固粉 由表、表数据可知,料浆搅拌均匀性合格率和平均值符合要求,表明采用新型搅拌工艺能够使得料浆各组分混合均匀,得到充分搅拌。由表数据可知,采用胶固粉作为胶凝材料的料浆比采用水泥作为胶凝材料的料浆均匀性指标更优,表明胶固粉作为胶凝材料更加适应新型搅拌工艺。由表数据可知,以分级尾砂作为骨料的料浆,其搅拌指标虽然合格,但是普遍偏大,尤其是扩散度平均偏差率与强度平均离差系数这两项指标已经接近标准极限值,表明新型搅拌工艺对于颗粒偏粗的物料搅拌
21、效果并不理想,若是骨料中添加了比分级尾砂颗粒更粗的碎石、戈壁集料等粗骨料,则应采用两级卧式搅拌工艺。新老搅拌工艺各项指标对比选取原有搅拌系统上一年度日常生产的取样数据与新型搅工艺搅拌试验数据进行对比。该铅锌矿日常生产取样数据都是为了测定试块强度,因而测定的都是强度数据。这里以强度合格率和平均强度这两项指标进行对比,胶凝材料包括水泥和胶固粉。对比结果见图图。图不同搅拌工艺强度合格率对比(水泥)犉 犻 犵 犆 狅 犿 狆 犪 狉 犻 狊 狅 狀狅 犳 狊 狋 狉 犲 狀 犵 狋 犺狇 狌 犪 犾 犻 犳 犻 犮 犪 狋 犻 狅 狀狉 犪 狋 犲 狊狅 犳犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋犿 犻 狓
22、 犻 狀 犵狆 狉 狅 犮 犲 狊 狊 犲 狊(犮 犲 犿 犲 狀 狋)图不同搅拌工艺平均强度对比(水泥)犉 犻 犵 犆 狅 犿 狆 犪 狉 犻 狊 狅 狀狅 犳 狋 犺 犲犪 狏 犲 狉 犪 犵 犲 狊 狋 狉 犲 狀 犵 狋 犺狅 犳犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋犿 犻 狓 犻 狀 犵狆 狉 狅 犮 犲 狊 狊 犲 狊(犮 犲 犿 犲 狀 狋)第期周英烈:混合尾砂膏体充填料浆搅拌特性工业试验图不同搅拌工艺强度合格率对比(胶固粉)犉 犻 犵 犆 狅 犿 狆 犪 狉 犻 狊 狅 狀狅 犳狆 犪 狊 狊 狉 犪 狋 犲 狊狅 犳犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋犿 犻 狓 犻 狀 犵狆 狉
23、狅 犮 犲 狊 狊 犻 狀 狋 犲 狀 狊 犻 狋 犻 犲 狊(犪 犱 犺 犲 狊 犻 狏 犲狆 狅 狑 犱 犲 狉)图不同搅拌工艺平均强度对比(胶固粉)犉 犻 犵 犆 狅 犿 狆 犪 狉 犻 狊 狅 狀狅 犳 狋 犺 犲犪 狏 犲 狉 犪 犵 犲 狊 狋 狉 犲 狀 犵 狋 犺狅 犳犱 犻 犳 犳 犲 狉 犲 狀 狋犿 犻 狓 犻 狀 犵狆 狉 狅 犮 犲 狊 狊 犲 狊(犪 犱 犺 犲 狊 犻 狏 犲狆 狅 狑 犱 犲 狉)由图图新老搅拌工艺数据对比可知,无论以水泥作为胶凝材料的膏体料浆搅拌制备还是以胶固粉作为胶凝材料的膏体料浆搅拌制备,经新型搅拌工艺搅拌后的膏体料浆强度合格率、平均强度等
24、指标都得到了大幅提高,表明新型搅拌工艺搅拌特性明显优于原有搅拌工艺,对原有搅拌工艺进行升级改造是完全有必要的。结论)采用水泥与胶固粉作为胶凝材料进行流动性试验,各类型采场平均浓度、平均塌落度、平均扩散度等指标都满足流动性指标要求。表明经新型搅拌工艺搅拌后的混合料浆后料浆流动性良好,能够满足输送需求。)采用水泥与胶固粉作为胶凝材料进行强度试验,各类型采场、平均强度满足强度指标要求。表明经新型搅拌工艺搅拌后的混合料浆后料浆强度能够满足各类型采场强度需求。)采用水泥与胶固粉作为胶凝材料进行搅拌均匀性试验,各类型采场平均塌落度偏差率、浓度偏差率、扩散度偏差率、容重偏差率、强度离差系数都满足规范要求。表
25、明新型搅拌工艺搅拌后料浆均匀性良好,得到了充分的搅拌混合。)通过新老搅拌工艺水泥胶结与胶固粉胶结搅拌试验数据对比可知,经新型搅拌工艺搅拌后料浆平均扩散度、强度合格率、平均强度等指标都得到了大幅提高,表明新型搅拌工艺搅拌特性明显优于原有搅拌工艺。)工业试验结果表明,混合料浆在经过新型搅工艺搅拌后,流动性、强度、搅拌均匀性等三方面都达到了预期效果。保障了该铅锌矿混合充填料浆合理的搅拌特性,避免料浆输送过程中发生离析分层现象,为充填体强度达到设计要求提供进一步支撑。为矿山地表充填系统升级改造、实现尾砂 回填于井下的技术路线抉择提供技术供参考。最终实现利用工业固体废弃物达到以废治废的目标。参考文献苑雪
26、超,乔登攀金川二矿废石胶结充填料浆搅拌方式的研究有色金属(矿山部分),():,(),():盛宇航,李广波,沈自军细粒级尾砂高浓度胶结充填试验研究与工业应用有色金属(矿山部分),():,(),():滕高礼,石宏伟,王彬,等云南某矿山尾矿库分级尾砂用于矿山充填试验 研 究 有 色 金 属(矿 山 部 分),():,(),():程海勇,吴爱祥,吴顺川,等金属矿山固废充填研究现状与发展趋势工程科学学报,():,有色金属(矿山部分)第 卷 ,():杨柳华,王洪江,吴爱祥,等全尾砂膏体搅拌技术现状及发展趋势金属矿山,():,():王洪江,杨柳华,王勇,等全尾砂膏体多尺度物料搅拌均质化技术武汉理工大学学报,
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