高濃度全尾砂膠結充填應用及發展前景

李志慧 康志強 馮 菲

(1.華北理工大學礦業工程學院 河北 唐山 063000；2.河鋼集團礦業有限公司 河北 唐山 063000)

高濃度全尾砂膠結充填應用及發展前景

李志慧1,2康志強1馮 菲2

(1.華北理工大學礦業工程學院 河北 唐山 063000；2.河鋼集團礦業有限公司 河北 唐山 063000)

本文對全尾砂膠結充填技術高濃度關鍵工藝進行了介紹，并以石人溝全尾砂膠結充填工藝進行了舉例；最后對全尾砂膠結充填技術在鐵礦山發展提出了自己的觀點。

全尾砂膠結充填；鐵礦山；關鍵工藝

充填采礦不僅能夠防止井下水害及地表塌陷，可使地表村莊不搬遷，而且能夠大大提高礦石回收率，減少貧化率，走資源可持續發展道路。全尾砂是影響礦山環境保護的一個重要因素。據估計，2000年我國固體礦山采選業排出的尾礦、廢石堆存和破壞的土地面積達187～247萬hm2。冶金礦山的占地面積就高達65萬hm2，約占總量的30%，并逐年增加。因此，我國各個鐵礦山開始從安全、經濟及環保角度考慮及應用全尾砂膠結充填技術，如石人溝鐵礦、吳集鐵礦、馬莊鐵礦、金嶺鐵礦以及司家營鐵礦等等。

近年來，蘇聯、澳大利亞、德國、南非和我國等國家對用不脫泥的尾砂作充填料的可行性進行了試驗和研究。蘇聯阿奇塞多金屬公司于1977～1979年在格魯博基礦試驗成功了全尾砂臟結充填工藝，尾砂中一43m的細粒級尾秒占70充填料濃度達7-80%，采用自流方式經鉆孔和水平管道150mm輸送到采空區，充填能力達120m/h。我國廣東凡口鉛鋅礦在1986-1991年間成功增進行了高濃度全尾砂膠結充填)新工藝和裝備的研究，為國內全尾充填工藝和理論提供寶貴的經驗。全尾砂膠結充填工藝是以全尾砂和水泥等固體物料加少量的水作為充填材料，通過活化攪拌，從而將充填料漿制備成高濃度料漿和堆放料漿的充填工藝。因含有一定比例泥量，如采用用低濃度輸送，充填料漿含水量高，進入采場內長期呈流動狀態，不易凝固，降低了充填強度。同時，脫水時帶走了一定水泥，污染巷道環境，同時增加了選礦成本。因此，只有采用高濃度輸送才具有一定工業價值。

一、全尾砂膠結充填關鍵工藝

(一)尾砂脫水工藝

1.濃密、過濾兩段脫水工藝。濃縮和過濾脫水普遍采用高效濃密機將選廠送來的20%左右濃度的全尾砂濃縮成40%～55%的濃砂漿,經真空帶式過濾機或其它過濾機脫水,濾餅水份約占20%～22%。目前采用該工藝的礦山有杜官莊鐵礦、馬莊鐵礦、金嶺鐵礦等。

2.濃密、臥式沙倉沉縮兩段脫水工藝。選廠全尾砂經濃密成40%～55%的濃砂漿后輸送至充填站臥式砂池中自然沉降，排除全尾砂料面上的澄清水；放料時，采用壓氣造漿，砂池中全尾砂造漿均勻后，由放砂管向攪拌機供給全尾砂漿。該工藝目前草樓鐵礦使用。

3.濃密、立式沙倉沉縮兩段脫水工藝。選礦全尾砂砂漿經過高效濃密機第一段濃密池脫水后，泵入立式砂倉進行第二次沉縮脫水。造漿時，采用壓氣活化造漿為主的風水聯動組合造漿技術。該工藝具有放砂濃度高、穩定的優點。目前已廣泛應用于鐵礦。

(二)料漿攪拌

國內充填礦山以前使用攪拌桶等常規攪拌方法，實踐表明有30%的水泥得不到充分利用。新的攪拌方法采用強力攪拌活化兩段攪拌系統，即雙臥軸攪拌機+高速活化攪拌機攪拌系統。水泥和全尾砂攪拌成似均質結構流充填料漿。該料漿在輸送過程中水砂不會產生離析及脫水。現廣泛用于國內有色及黑色金屬礦山。

(三)料漿輸送

由于全尾砂高濃度輸送以結構流均勻輸送，要實現自流輸送，就有保證其有良好的流動性。國內姚中亮教授提出當全尾砂-20m顆粒含量不低于15%～20%，坍落度為23～25cm時可以實現充填料漿位壓自流輸送。但當充填站在礦體中央集中布置，充填倍線過大時，則需在充填管線適當位置安裝增壓泵。如濟鋼張馬屯鐵礦在井下增加了混凝土泵(一開一備)。

二、典型礦山全尾砂充填工藝

石人溝鐵礦隸屬于河鋼集團礦業公司，始建于1975年，是采、選聯合礦山。該礦由于地表不允許塌陷，不建尾礦庫等原因，開始采用充填采礦法。自2009年起在付井旁建設了4套全尾砂充填工藝系統。(如圖1)。

圖1 全尾砂膠結充填工藝流程圖

該全尾砂充填工藝由全尾砂選礦排出的尾砂經濃縮池濃縮到45%，由YJB-200/40油隔離泵加壓輸送到850m2沙倉進行自然沉降，達到最大沉降濃度。砂倉放砂前，開啟風水聯動噴嘴均勻造漿到適當濃度，然后放砂到雙臥軸攪拌機；水泥采用散裝水泥罐車自動卸入200m2水泥儲倉，倉底采用閘板閥卸料，由雙管螺旋給料機送料，經螺旋電子稱自動計量后，水泥給入雙臥軸攪拌機；水直接由高位水池供給雙臥軸攪拌機。全尾砂與水泥在雙臥軸攪拌機中與水初步攪拌，攪拌后的料漿進入高速活化攪拌機進一步活化攪拌。最終，充填料漿呈結構流狀進入鉆孔進行位壓自流輸送。各個操作由在線計算機監測與控制，整個過程實現了自動化。該工藝是國內一流充填工藝，具有國際先進水平。

三、全尾砂膠結充填技術發展

1.充填工藝產能的大型化。由于我國鐵礦山的發展，礦石產量現已大型化.如司家營鐵礦南區設計2000萬噸，如此大型鐵礦國內外罕見。如采用充填采礦，就需要采、出、充三步均衡。而我國全尾砂膠結充填能力僅達60～80m2/h，靠工藝數量滿足，往往造成充填工作復雜和充填欠賬。因此，鐵礦山迫切需要研制產能大型化的充填系統及配套設備。

2.全尾砂塊石膠結充填的研究。由于我國鐵礦山大部分采用嗣后充填的空場法，要求充填體的強度較高，水泥量單耗低，同時，目前新建鐵礦山提出“廢石不出窿”要求。而這些恰恰是全尾砂塊石膠結充填的特征。

3.水泥替代品的研制。現普遍膠結材料為水泥，但水泥價格昂貴，費用占充填材料成本的60%～80%，研制與應用水泥替代品具有巨大經濟效益。

4.新理論的創建。鐵礦近幾年才開始采用充填采礦，沒有整套鐵礦充填理論，僅僅參照有色礦山全尾砂充填理論。但因有色礦山與鐵礦選礦工藝不同，全尾砂集料膠結特性也不同，這就需要研究人員對鐵礦全尾砂開展大量的試驗研究，并結合鐵礦山工作人員豐富的現場經驗，總結出一套鐵礦山的充填理論與工藝。

[1]姜峰.草樓鐵礦全尾砂充填方案論證[J].礦業工程,2008.2.

[2]周愛民.中國充填技術概述[J].第八屆國際充填采礦會議論文集,1981.

[3]姜凡均,陳.鼎初.塊石膠結充填新工藝的模擬試驗.礦業研究與開發,1993,13

[4]謝長江,何哲祥等高爐水渣在張馬屯鐵礦充填中的應用.中國礦業，1998,7.

李志慧(1988.10-)，女，漢，河北省秦皇島，河鋼礦業黨委宣傳部二級主管，本科，河鋼集團礦業有限公司，研究方向：華北理工大學礦業工程學院采礦。