銀山礦全尾砂料漿絮凝沉降特性試驗研究*

林金山,熊澤華

(江西銅業(yè)集團銀山礦業(yè)有限責(zé)任公司,江西 德興市 341000)

0 引言

我國是全球最大的礦產(chǎn)資源消費國,未來相當(dāng)長時期對資源的需求將保持不斷增長的態(tài)勢[1-2],特別是多數(shù)礦山淺部資源面臨著日益枯竭的嚴(yán)峻問題,即將進入深部礦體開采階段,為保證深部礦體的安全高效開采,采場充填已是礦山必要進行的工序之一[3-6]。充填開采可以有效控制采空區(qū)形成后的地壓變化,同時可消耗尾廢資源,是實現(xiàn)安全、綠色、高效開采的方法之一[7-8]。

江西銅業(yè)集團銀山礦業(yè)有限責(zé)任公司(簡稱“銀山礦”)是江西銅業(yè)集團公司旗下主力礦山之一,按照礦山計劃,礦山北部淺部資源開采于2021年結(jié)束轉(zhuǎn)入深部開采。深部主體采礦方法為分段空場嗣后充填采礦法。由于尚未進行深入的充填技術(shù)研究,所采用的充填配比參數(shù)和工藝流程僅是根據(jù)類似條件礦山經(jīng)驗,并結(jié)合銀山礦充填采礦工藝要求及尾砂特性類比確定的,存在進一步優(yōu)化的空間。考慮到銀山礦尾砂產(chǎn)率達到84.5%,擬計劃采用全尾砂作為充填骨料,與分級尾砂相比,全尾砂濃縮沉降速度慢[9-12],因此,全尾砂充填的關(guān)鍵技術(shù)之一是實現(xiàn)全尾砂的快速濃縮沉降,其自然沉降和絮凝沉降速度是全尾砂濃縮沉降設(shè)施設(shè)計的主要依據(jù)[13],應(yīng)通過沉降試驗加以確定。

為確定銀山礦全尾砂漿的絮凝沉降速度,通過添加不同絮凝劑測定尾砂沉降速度,進而確定絮凝劑種類和添加制度,優(yōu)選出適用于銀山礦全尾砂充填的絮凝劑類型及使用工況,并與銀山礦選礦廠現(xiàn)用的2種絮凝劑進行對比優(yōu)選。

1 銀山礦全尾砂物理力學(xué)特征

全尾砂粒級組成是充填料漿特性分析亟需確定的參數(shù),也是影響充填尾砂濃縮沉降特性及充填體強度的主要指標(biāo)[14-15],在開展全尾砂沉降特性分析前,需對全尾砂粒級組成進行詳細分析。為確保試驗的合理性,通過對現(xiàn)場尾砂的多次取樣,利用激光粒度分析儀及水篩篩分法開展了全尾砂級配測定[16],全尾砂粒徑組成及粒徑性狀參數(shù)分別見表1和表2,全尾砂粒徑組成曲線見圖1。由表1、表2、圖1 可以看出,全尾砂的不均勻系數(shù)較小,僅為6.76,同時粒徑較細,-37μm 的粒徑占比可達到72.91%,對管道磨損較小,有利于長距離的管道輸送,作為礦山充填骨料的可行性較好。

圖1 全尾砂粒級組成

表1 全尾砂料粒徑組成 %

2 銀山礦全尾砂靜態(tài)濃密沉降試驗

為確定尾砂漿在深錐濃密機內(nèi)的絮凝沉降速度,開展靜態(tài)濃密沉降試驗研究,主要研究內(nèi)容包括幾個方面。

(1) 絮凝劑選型試驗研究。分別開展添加蘇州昊諾、BASF、NT-108A、AN-910-SH、AH-912-SH、AN-926-SHV 等6種不同絮凝劑的全尾砂沉降對比試驗,分析比較不同絮凝劑添加工況下全尾砂的沉降規(guī)律,確定出適合全尾砂特性的最佳絮凝劑類型。

(2) 絮凝劑最佳用量研究。在確定優(yōu)選絮凝劑類型的基礎(chǔ)上,通過加入不同濃度的絮凝劑,比較分析不同濃度絮凝劑對尾砂沉降速度的影響,確定出絮凝劑的最佳添加量。

(3) 最佳礦漿稀釋濃度研究。根據(jù)優(yōu)選的絮凝劑及添加濃度,為了確定適用于銀山礦全尾砂絮凝沉降的兩種絮凝劑的最佳稀釋濃度,分別采用質(zhì)量濃度為6%、8%、10%、12%、14%、16%、25%(礦山原尾砂漿體濃度)的7種全尾砂漿,對比分析最佳礦漿稀釋濃度。

(4) 優(yōu)選絮凝劑與銀山礦現(xiàn)用絮凝劑對比研究。根據(jù)優(yōu)選的絮凝劑及其添加劑量,與銀山礦現(xiàn)用兩種絮凝劑(DRYELOL-b025 與聚丙烯酰胺)對全尾砂沉降特性的影響進行對比分析。

2.1 絮凝劑選型試驗

選型試驗的主要目的是優(yōu)選出適合銀山礦全尾砂特性的絮凝劑。全尾砂按20 g/t、40 g/t、60 g/t的絮凝劑用量,分別添加蘇州昊諾、BASF、NT-108A、AN-910-SH、AH-912-SH、AN-926-SHV 等6種絮凝劑,試驗中尾砂礦漿質(zhì)量濃度初步選為10%。

試驗結(jié)果如圖2所示。分析試驗結(jié)果可得,添加絮凝劑后,尾砂的沉降效果得到明顯改善,對比各絮凝劑在20 g/t、40 g/t、60 g/t三種不同用量下的尾砂沉降高度情況,使用AH-910-SH 和AN-912-SH 兩種絮凝劑的沉降效果明顯較優(yōu),尾砂沉降速度最快,絮凝劑效果好。

圖2 不同絮凝劑選型試驗結(jié)果

2.2 絮凝劑用量試驗

根據(jù)所優(yōu)選的絮凝劑試驗結(jié)果,將AN-910-SH和AH-912-SH 型兩種絮凝劑作為初選絮凝劑,進一步開展不同絮凝劑用量下的尾砂沉降試驗比較研究,試驗采用質(zhì)量濃度為10% 全尾砂礦漿,按10 g/t、15 g/t、20 g/t、25 g/t、35 g/t、40 g/t、45 g/t、50 g/t、55 g/t、60 g/t的比例分別加入AN-910-SH和AH-912-SH 型絮凝劑,觀察兩種絮凝劑在不同添加量情況下的全尾砂沉降速度及沉降特性,分析比較出兩種不同絮凝劑的最佳添加量,試驗結(jié)果如圖3所示。

圖3 不同絮凝劑用量試驗結(jié)果

由圖3可以看出,在礦漿質(zhì)量濃度保持為10%的條件時,全尾砂料漿的沉降速度隨著兩種不同絮凝劑添加量的增加而加快。值得注意的是,當(dāng)AH-912-SH 型絮凝劑添加量達到55 g/t以及AN-910-SH 型絮凝劑添加量達到40 g/t時,全尾砂料漿的沉降效果最好,后續(xù)隨著絮凝劑添加量的增加,尾砂沉降速度的增加效果不明顯,甚至對尾砂的沉降高度起到負作用。因此,根據(jù)結(jié)果可以確定AN-910-SH 型絮凝劑的最佳添加量為40 g/t,而AH-912-SH 型絮凝劑的最佳添加量為55 g/t。

2.3 最佳礦漿稀釋濃度

為了進一步確定適用于全尾砂絮凝沉降的兩種絮凝劑的最佳稀釋濃度,試驗采用質(zhì)量濃度為6%、8%、10%、12%、14%、16%、25%的7種全尾砂漿,按前述試驗優(yōu)選出兩種絮凝劑的最佳添加量,進一步觀察其沉降速度、清液澄清度、底流濃度,從而確定進入立式砂倉或深錐濃密機最佳的尾砂漿體濃度,以及最終的絮凝劑種類及其添加比例。不同質(zhì)量濃度下,兩種絮凝劑在其最佳添加量下的全尾砂的沉降試驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同質(zhì)量濃度漿體添加絮凝劑沉降試驗結(jié)果

由圖4可以看出,無論添加AH-912-SH 還是添加AN-910-SH,當(dāng)全尾砂漿質(zhì)量濃度為10%時,其沉降速度明顯優(yōu)于其他濃度,對比兩種絮凝劑同一時間的沉降高度,發(fā)現(xiàn)其作用的差別可以忽略。

2.4 銀山礦選廠所用絮凝劑沉降對比試驗

由于銀山礦選廠亦有絮凝劑使用,為探討礦山選廠所用絮凝劑與所有優(yōu)選的絮凝劑及添加量對于銀山礦全尾砂濃縮的適應(yīng)性,選擇使用銀山礦選廠的兩種絮凝劑進行了全尾砂(質(zhì)量濃度為10%)絮凝沉降試驗,結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同種類絮凝劑最佳添加量下的沉降效果

由圖5可以看出,銀山礦選廠使用的兩種絮凝劑對銀山礦全尾砂的沉降效果也有顯著作用,均可加快銀山礦全尾砂的沉降速度。

(1) 絮凝效果分析。銀山礦選廠兩種絮凝劑與推薦的絮凝劑的沉降效果對比如圖5(c)所示,由圖5(c)可看出,推薦使用絮凝劑的沉降時間在0～2 min內(nèi),明顯優(yōu)于銀山礦選廠兩種絮凝劑的沉降速度。故而推薦使用的絮凝劑的沉降效果更佳。

(2) 經(jīng)濟性分析。根據(jù)確定的添加比例,銀山礦選廠現(xiàn)用的兩種絮凝劑的最佳添加量均為60 g/t,價格均為20 000元/t,則每噸尾砂消耗的絮凝劑成本為1.2元;而推薦絮凝劑的最佳添加量為40 g/t,價格為18 000元/t,則每噸尾砂消耗的絮凝劑成本為0.72元。綜合絮凝效果和經(jīng)濟性,建議銀山礦全尾砂濃縮采用AN-910-SH 型絮凝劑,最佳添加量為40 g/t。

3 結(jié)論

(1) 開展了絮凝劑選型試驗研究,根據(jù)蘇州昊諾、BASF、NT-108A、AN-910-SH、AH-912-SH、AN-926-SHV 等6 種不同絮凝劑的全尾砂沉降規(guī)律,確定AN-910-SH、AH-912-SH 兩種絮凝劑的全尾砂沉降效果較好。

(2) 基于優(yōu)選的AN-910-SH、AH-912-SH 兩種絮凝劑,開展了不同絮凝劑用量下的全尾砂沉降特性研究,結(jié)果表明:AH-912-SH 型絮凝劑的最佳添加量為55 g/t,AN-910-SH 型絮凝劑的最佳添加量為40 g/t。

(3) 基于優(yōu)選的兩種絮凝劑及其最佳用量,開展了不同全尾砂濃度下的沉降特性研究,當(dāng)全尾砂漿質(zhì)量濃度為10%時,使用絮凝劑的沉降速度明顯最優(yōu),因此,可確定進入立式砂倉或深錐濃密機最佳的尾砂漿質(zhì)量濃度為10%。

(4) 基于優(yōu)選的絮凝劑及其最佳用量,與銀山礦選廠現(xiàn)用兩種絮凝劑進行全尾砂沉降特性的對比分析,AN-910-SH 型絮凝劑的效果最優(yōu),考慮到AN-910-SH 型絮凝劑的最佳添加量為40 g/t,且單位全尾砂絮凝劑成本為0.72元/t,綜合考慮成本、沉降效果等因素,最終推薦選用AN-910-SH 型絮凝劑,添加量為40 g/t。