安庆铜矿尾砂综合利用工艺技术研究及应用

目的:随着开采年限增加,安庆铜矿已逐步面临尾矿库库容不足难题。为此开展了安庆铜矿尾矿综合利用工艺研究,以期实现尾砂资源化利用,降低排尾量,延长尾矿库使用年限。方法:通过安庆铜矿尾砂产出工艺调研,结合尾砂物化特性分析,研究形成了基于旋流分级联合震动脱水的尾砂综合利用工艺技术。并通过工业试验研究,分析了分级粗尾砂产品质量指标与利用效率。结果:试验结果表明,粗尾砂产品-74μm颗粒平均含量低于15%,含水率约18%,硫元素含量低于0.5%,均满足建筑用砂标准。工业试验的尾砂综合利用能力为30 t/h,利用效率为48%,每年可减少约20万t尾矿库排尾量,能有效缓解安庆铜矿尾矿库库容不足难题。意义:相关成果对于面临类似难题的矿山具有较好的指导意义和实用价值,为我国金属矿尾矿固废综合利用技术的发展起到促进作用。

基于灰色理论的尾砂絮凝沉降底流浓度预测研究

絮凝沉降是尾砂浓密脱水的重要措施,为研究絮凝剂类型和絮凝剂单耗对尾砂沉降效果的影响规律,以某铅锌矿全尾砂为试验材料,开展自然沉降与絮凝沉降试验,并以沉降后的底部压缩层质量浓度为研究指标,采用灰色理论模型对试验结果进行预测。研究结果表明:自然沉降难以满足沉降需求,絮凝剂种类及其单耗对尾砂的絮凝沉降效果有较大影响,其中最佳絮凝剂类型为625S絮凝剂,最佳絮凝剂单耗为15 g/t,底部压缩层质量浓度为60%;利用灰色理论模型得出的底部压缩层质量浓度预测值与试验得出的真实值较为接近,最大误差率约为0.06、方差比值为0.3264,小误差概率为1,预测结果可靠性较高。

基于超细磷尾砂的絮凝沉降特性及其胶结膏体充填材料性能研究

目的:本研究旨在提高基于矿山超细磷尾砂的充填质量、效率和经济效益。方法:本研究基于磷尾砂的物化特性,通过控制絮凝剂用量和入料浓度,研究了磷尾砂在絮凝沉降过程中的最佳条件;并通过调整充填料浆的质量浓度和砂灰比,分析了这些因素对充填料浆流动性和充填体力学性能的影响。结果与结论:研究结果表明,超细磷尾砂的最佳絮凝沉降入料浓度为10%,在聚丙烯酰胺用量为25 g/t时,底流浓度可达64.53%。磷尾砂胶结充填料浆的流动性主要由屈服应力决定,其受质量浓度影响较大,受砂灰比影响较小。水泥对超细磷尾砂的固化效果有限。研发针对超细磷尾砂的低成本充填胶凝材料是提升充填体性能的关键途径。意义:本研究为提高基于矿山超细磷尾砂的充填质量、效率和经济效益提供了最佳工程参数和有效途径,具有重要的工程指导意义和应用价值。

固废胶凝材料协同尾砂制备胶结充填材料的研究进展

随着我国冶金行业的快速发展,矿山产出的尾矿规模也越来越大,尾矿的存储不仅占用耕地,破坏环境,而且处理不当会诱发灾害。此外,矿山开采后,为杜绝出现塌方等安全事故,我国要求矿井必须回填,以减少矿井对周围环境的影响。矿山回填是指将充填材料回填到地下采空区,能够控制采空区塌陷和地表沉降,同时还可以将尾砂和低品质冶金渣等固体废弃物回填于地下采场,由此减少固体废弃物在地表的堆积,从而避免环境污染和地质灾害的发生。本文综述了工业固体废弃物中的钢渣、矿渣、工业副产石膏的定义和种类,以及超细尾砂的定义和应用,结合国内外学者的研究,得出固体废弃物胶凝材料协同尾砂制备胶结充填材料在经济与环保上的优势与可行性,并对开发多元固体废弃物胶凝体系进行展望。

大冶新矿种尾砂综合利用研究

大冶铁矿尾矿产出量大,综合利用率低,大量堆积存在安全风险。通过对大冶新矿种尾砂性能进行研究,提出尾砂综合利用方向。结果表明:尾砂密度为3.20g/cm^(3),松散密度为1.25 g/cm^(3),密实密度为1.47 g/cm^(3),松散孔隙率为61%,密实孔隙率为54.1%,尾砂平均粒径为2.626μm,级配不佳;尾砂富含大量Fe和SiO_(2),有害元素S、P含量较少,均少于0.1%,尾砂无放射性污染,同时富含Ti、V、Cr、Ni等多种伴生元素,在种类上属低钙、镁、铝、硅酒钢型铁尾矿。尾砂充填时,采用阴离子1500万型絮凝剂,用量为40 g/t,推荐充填浓度为76%,灰砂比为1∶8。大冶新矿种尾矿通过有价元素及矿物回收、充填矿山采空区、用作元素肥料及土壤改良剂等方式进行回收利用。

活化铁尾砂与镁改性生物炭配施对水稻幼苗生长及盐碱土性质的影响

为探究活化的高硅型铁尾砂与镁改性生物炭配施材料对水稻幼苗生长及盐碱土壤理化性质的影响以及改善盐碱地水稻生产力的可行性,本研究应用电子扫描显微镜对生物炭材料进行形貌结构观察,应用傅里叶变换红外光谱仪对生物炭材料进行官能团表征;开展盆栽实验,探究活化铁尾砂与生物炭材料配施对水稻幼苗的形态学和生理学的影响及对盐碱土的改善效果。结果表明,相比于其他生物炭材料,活化铁尾砂-镁改性生物炭材料孔隙较大,表面更加粗糙,对于养分的吸附能力强,表面的官能团丰富。盆栽实验中活化铁尾砂-镁改性生物炭配施组中水稻幼苗株高、根长、根冠比和干质量分别较对照组提高12.61%、191.49%、42.93%和100.00%;叶片的丙二醛和活性氧含量分别降低65.76%和46.46%;过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、叶绿素和可溶性蛋白值分别升高117.35%、44.75%、55.00%和19.31%。施用活化铁尾砂-镁改性生物炭材料后,盐碱土的电导率降低,p H、总碳、总氮、土壤有效硅、总磷和总钾含量升高。研究证明活化铁尾砂-镁改性生物炭材料性能优越,并且活化铁尾砂与镁改性生物炭配施改善了盐碱土壤理化性质和养分含量,使水稻幼苗活性氧含量降低及抗氧化酶活性提升,减缓盐碱土对水稻幼苗生长的胁迫,促进盐碱土壤中水稻幼苗生理过程,增加干物质积累,可以促进盐碱地水稻幼苗生长。

外加剂对锡尾砂充填料流动特性及抗压强度影响规律研究

充填料浆的流动特性及强度特性对矿山充填质量有着重要影响。为研究外加剂对锡尾矿充填料浆流动特性及充填体抗压强度的影响规律,选用混凝土复合泵送剂、液体早强剂开展了不同添加量条件下充填料浆塌落度、扩展度,以及3、7、28 d充填体单轴抗压强度试验。结果表明:复合泵送剂的添加大幅增加了锡矿尾砂的塌落度及扩展度,有效改善了充填料浆的流动特性。泵送剂在改善充填料浆流动性的同时会影响充填体的强度,针对锡矿全尾砂充填料浆泵送剂较为合理的添加量范围为0.5%~0.8%。早强剂对锡矿尾砂充填体早期强度影响显著,添加后充填体前期抗压强度大幅度增大,同时对后期充填体抗压强度影响较小,针对锡尾矿充填料早强剂较为合理的添加量范围为0.05%~0.15%。

铁尾砂泡沫混凝土的制备及性能

以铁尾砂为细骨料,采用不同掺量的铁尾砂取代天然砂制备目标密度为900 kg/m~3的铁尾砂泡沫混凝土试件,分析铁尾砂掺量对试件干燥收缩率、吸水率、导热系数、抗压强度、劈裂抗拉强度等性能的影响;并采用扫描电镜及图象分析软件分析试件的微观形貌。结果表明:铁尾砂掺量(质量分数)在0~40%范围内,随铁尾砂掺量的增加,泡沫混凝土的干燥收缩率和吸水率下降,导热系数略有增加;泡沫混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度呈先增后减的趋势,铁尾砂掺量20%时抗压和劈裂抗拉强度最高;掺入适量的铁尾砂可改善泡沫混凝土的孔结构,内部孔径趋向均匀,铁尾砂质量分数超过20%时泡沫混凝土的微观结构劣化,这也是导致其力学性能开始下降的原因。

矿山尾砂胶结充填体抗拉强度测试方法研究进展

矿山尾砂胶结充填是实现金属矿绿色开采的重要技术载体,尾砂胶结充填体抗拉力学性能是影响矿山采场充填体整体稳定性以及确保相邻采场安全高效充填采矿的关键要素。科学、准确测量尾砂胶结充填体抗拉强度是确保矿山充填材料强度合理设计的重要环节。尾砂胶结充填材料属于低强度材料,我国尚无针对尾砂胶结充填材料抗拉性能的统一试验方法或测试标准。系统回顾了矿山充填材料抗拉强度测试方法的应用情况,并指出了当前借鉴混凝土、岩土工程等领域抗拉强度测试方法存在的问题。从抗拉强度直接拉伸测试方法、抗拉强度间接拉伸测试方法和适用于尾砂胶结充填材料的抗拉强度测试方法创新3个方面介绍了最新的测试方法研究应用进展。首先系统梳理总结了4种直接拉伸测试方法及其应用场景,然后研究分析了3种间接拉伸测试方法及其应用条件,并对比分析了两大类不同测试方法的优缺点。在研究分析上述测试方法的基础上,并考虑尾砂胶结充填材料的力学特性,创新发明了一种“工字型”尾砂胶结充填体抗拉强度测试法,研发了相应的压-拉转换装置,实现了用单轴压缩的方式开展胶结充填体试样直接拉伸测试。经中国和加拿大相关矿山和研究机构验证,该方法是适用于矿山尾砂胶结充填材料抗拉性能测试的科学方法,目前已被国际矿业咨询机构—Paterson&Cooke公司、加拿大2家矿业公司、中国3家矿业公司采用,可为国内外金属矿山充填采矿研究与设计提供参考与技术支撑。

矿山原位环境尾砂胶结充填体力学性能研究进展

尾砂胶结充填体养护过程受采场原位温度、压力、孔隙水压力等因素影响,导致实验室制备的尾砂胶结充填体试样与相同物料配比的采场原位充填体取芯试样的力学性能存在显著差异。精准预测尾砂胶结充填体在采场原位环境下的力学性能是确保矿山充填配比参数设计合理、经济的重要前提。目前,国内外学者针对单一环境因素对尾砂胶结充填体力学性能的影响取得了丰富的研究成果,但有关多环境因素耦合下尾砂胶结充填体力学性能的定量研究并不充分。系统介绍了采场原位环境下尾砂胶结充填体力学性能的研究现状,从养护压力、养护温度、孔隙水压力和充填体养护装置四个方面介绍了国内外研究进展。首先系统梳理了养护压力、养护温度和孔隙水压力三种采场原位环境因素对尾砂胶结充填体强度影响研究。然后分析了现有充填体养护装置的优缺点。矿冶科技集团在此基础上创新发明了一种“矿山充填原位环境物理孪生试验装置”,该装置能够在室内模拟采场原位环境的温度、压力和孔隙水压力的养护条件,实现采场原位环境因素对尾砂胶结充填体力学性能影响的定量化研究。

含粗骨料尾砂膏体长距离管输流变特性及阻力预测

为探明质量浓度、粗骨料含量、灰砂质量比和水化时间对膏体长距离管输流变特性的影响,本文基于正交设计开展流变实验,采用回归分析建立流变参数预测模型,在此基础上通过理论推导建立管道阻力预测模型,采用现场实测数据验证阻力预测结果的可靠性。结果表明:含粗骨料尾砂膏体属于宾汉流体,质量浓度和粗骨料含量对膏体流变参数的影响最显著;屈服应力随质量浓度的增大呈指数增长,随粗骨料含量的增加呈指数减小,随水化时间的增加呈线性增长,与灰砂质量比的关系不大;塑性粘度随质量浓度的增大呈指数增长,随粗骨料含量的增加呈线性减小,随灰砂质量比和水化时间的增加呈线性增长;建立的流变参数预测模型平均误差小于4.3%,基于宾汉流变模型建立的管道阻力模型预测值比现场实测值偏大12.5%,满足工程应用的精度要求。

基于ANSYS-FLUENT的云南某锡矿尾砂料浆管道输送设计研究

以云南某锡矿井下充填管道为对象,经流变实验获得了该矿山全尾砂流变参数,并采用布金汉方程对尾砂料浆阻力损失进行了初步计算,最后运用ANSYS-FLUENT软件进行了模拟计算,并对模拟结果进行了深入分析。结果表明,较优方案为C1,即水泥量为300 kg/m^(3),质量浓度为72%的尾砂料浆能够在管道内安全输送2600余米,充填流量可达110 m^(3)/h,满足了矿山井下充填制备站至各采场空区的充填需求,确保了充填系统的安全、可靠和高效运行。进一步研究分析发现,在管道内输送的尾砂料浆速度和压力存在边界层效应;管输阻力损失随尾砂料浆的屈服应力及黏度的增加而增加,并得出了阻力损失与屈服应力及黏度之间的关系表达式。本文针对充填采矿法中矿山尾砂料浆合理、安全地管道输送,制定了简便高效的计算、模拟和分析方法,为充填采矿法的实际应用提供了有益指导。

镍渣—全尾砂混合骨料配比试验研究

为实现固废循环利用,降低尾砂和镍渣的固废堆存,开展了镍渣—全尾砂混合骨料配比试验。通过扫描电镜和X射线荧光光谱测定(XRF)方法分析了镍渣和全尾砂的粒级分布和化学成分,利用骨料堆积密实度理论确定了镍渣—尾砂的配比优化范围为4∶6、5∶5和6∶4;考虑料浆的流动性、和易性及充填体强度,最终推荐镍渣—全尾砂的最优配合比为5∶5,料浆的质量浓度为77%~79%,水泥添加量为310 kg/m^(3);针对镍渣—全尾砂充填,镍渣利用量最高不超过50%,最大质量浓度为79%,对应的剪切应力为112.634 Pa,黏度为0.938 Pa·s。

氮添加对稀土尾砂地猴樟幼苗根系生长、生物量分配及非结构性碳水化合物的影响

为探究氮添加对稀土矿尾砂地猴樟(Cinnamomun bodinieri)幼苗生长及非结构性碳水化合物(NSC)含量的影响,以1年生猴樟扦插苗为研究对象,选用硝酸铵钙作为氮肥(含N 15%),设置3种氮肥水平(CK(0)、N1(1.8 g·株^(-1))、N2(3.6 g·株^(-1))),分析不同氮添加水平下猴樟幼苗根系生长、生物量分配和NSC等指标的差异,探讨稀土尾砂地猴樟对氮添加的响应。结果发现:稀土尾砂地氮添加均增加了猴樟幼苗不同组织的生物量积累,其中N1处理下叶生物量、冠层生物量分别较N2处理下显著提升了44.75%、57.43%(P<0.05);N2处理下叶比重分别较CK、N1处理显著提升了123.53%、15.85%(P<0.05)。不论是粗根(直径>2 mm),还是细根(直径≤2 mm),氮添加均显著增加了植物的根长和根表面积(P<0.05),其中N1处理的促进效果最显著(P<0.05);N2处理下的比根长、比表面积均高于CK与N1,且与CK显著差异(P<0.05)。对NSC来说,N1处理提升了叶、茎中的可溶性糖质量分数,而N2处理下细根NSC质量分数分别比CK、N1显著降低了46.49%、28.61%。综上,在稀土矿尾砂地植被恢复过程中,宜选用1.8 g·株^(-1)硝酸铵钙氮肥对猴樟幼苗进行施肥管理。

基于颗粒级配的尾砂料浆管输模式判据与输砂效率计算模型研究

目的:以云南某锡矿选矿厂排放的尾砂为对象,通过试验研究与数值模拟分析尾砂料浆管输模式与输砂效率的影响因素。方法:通过水筛试验测得尾砂级配分布规律,以及料浆流变试验测得料浆流变特性,并结合ANSYS-FLUENT对料浆管输模型模拟计算。结论:对比分析Wasp等判据不足,提出了基于颗粒级配的管输模式新判据,并结合级配模型与流变参数计算了输砂效率,结果与实测值的误差绝对值在5%以内,表明了新判据合理,同时构建了输砂效率计算新模型。意义:研究内容为尾砂料浆管输模式提供了新判据,可为相似情况的矿山尾砂料浆管输应用提供一定的参考价值。

黏性细尾砂料浆流变特性初步研究

为探究黏性细尾砂料浆流变特性,以某金矿细尾砂料浆为研究对象,借助流变仪、pH计、ICP-OES、Zeta电位仪多种手段开展料浆保水性、触变性研究,分析了金矿细尾砂料浆流变特性,探讨了料浆从层流到紊流的转变及扩展度与流变参数的关系。结果表明:①细尾砂的黏土矿物成分含量高和比表面积大的特点是影响料浆保水性、触变性、流动性以及层流—紊流转变的重要内因;②黏土矿物溶出碱阳离子使电动电位下降引起吸附水膜厚度降低,但共用吸附水膜的细尾砂颗粒间吸引力也因此增强,促进絮网结构形成和发展,使絮网结构强度提高,絮网内包裹水量因此增加,再加上较大比表面积使水膜面积增加,导致料浆吸附水量增加;③细尾砂黏土矿物成分越多,比表面积越大,被破坏的絮网结构恢复重建越困难,触变性越明显,通过增加剪切速度和降低料浆浓度可弱化触变性;④细尾砂料浆属于宾汉塑性体,黏土矿物和较大比表面积有助于使料浆维持层流,使料浆屈服应力、刚度系数增加和扩展度降低,扩展度同时受屈服应力和刚度系数控制且遵循负幂函数关系。

基于露天坑尾砂胶结回填治理的充填料浆配比实验研究

某铜矿利用尾砂回填露天坑,以实现采坑治理和尾矿处置。为了提供露天坑治理方案中充填体配比的依据,通过对充填材料进行研究,得到了该矿全尾砂的粒径分布特征、化学成分及矿物组成,以及两种胶凝材料的胶砂强度;再通过充填料浆配比实验研究,得到两种胶凝材料充填体强度、泌水沉缩特性,以及流动性随灰砂比、养护龄期、料浆浓度的变化规律;分析了90 d龄期充填体强度产生倒缩的原因。虽然水泥的胶砂强度优于胶固粉,但除泌水沉缩特性方面水泥优于胶固粉外,在充填体强度、充填料浆流动性、生产成本方面,胶固粉性能均优于水泥,说明胶固粉更适宜作为该矿充填料浆的胶凝材料。通过现场工业试验验证了灰砂比为1∶4和1∶10,浓度为68%和70%配比的充填料浆应用于露天坑封底工程的可行性,在满足强度的基础上为后续工程适当降低灰砂比提供了依据,也为同类型露天坑回填提供了参考。

胶东地区黄金矿山细尾砂胶结充填应用研究

为探究胶东地区黄金矿山细尾砂充填可行性,分析了细尾砂粒级和矿物特征,使用新型胶凝材料制备了细尾砂充填料,通过开展流变和管路输送性能试验,研究了充填料流动性,分析了充填体强度及其形成机理。结果表明:(1)比表面积大和黏土矿物含量高是造成细尾砂充填料流动阻力大和强度低的内因;(2)细尾砂料浆更易出现层流,且层流—紊流临界流速随浓度的增加先缓慢增长再快速增长,结合流变建立的层流—紊流临界流速模型结果可指导控制管路输送流速;(3)随着钙矾石(AFt)和水化硅铝酸钙(C-AS-H)的生成,细尾砂料浆自由水转化成结合水,同时充填体结构在水化产物的填充和包裹作用下不断致密,二者促进了充填体强度的增长。该研究证明通过确定合适浓度和使用新型胶凝材料能够获得满足矿山需求的细尾砂充填体强度。

基于响应面法的废石-细尾砂充填性能优化试验

为获得满足矿山采矿强度要求的废石-细尾砂充填最佳配比,首先根据混合骨料的堆积密实度和料浆浓度初探试验,初步获得配比范围;在此基础上利用响应面法建立了以废石-细尾砂充填体的3、7、28 d抗压强度为响应值的回归模型,揭示了骨料配比、浓度和灰砂比三因素对充填体强度的影响规律,并通过回归模型优选出充填最佳配比,进行半工业试验验证。结果表明,当充填体养护至3、7 d时,浓度和灰砂比两因素的交互作用影响显著;当充填体养护至28 d时,骨料配比与浓度的交互作用影响显著。当骨料配比1∶3、浓度82%、灰砂比1∶4时,废石-细尾砂充填性能完全满足矿山的充填需求,为废石-细尾砂混合骨料膏体充填性能优化提供了理论基础。

岩溶地区某尾矿库尾砂渗漏探查与治理

某尾矿库位于岩溶地区,雨季库区出现塌陷,且下游溶洞口尾砂泄漏,造成当地水土体污染。经现场调查及库区水文地质条件初步分析,认为库区岩溶塌陷导通岩溶管道是尾砂泄漏的主要原因。采用EH4连续电导率剖面仪与五极纵轴测深相结合的综合物探方法,先进行EH4探测,再在EH4圈定的异常部位进行五极纵轴测深,发现在库区岩溶洼地中间发育一条北东向断层及其次生构造,且沿构造附近地表以下80m范围内有大量低阻区,推测为库区的主要过水通道。采用地面帷幕注浆方法,利用钻探查清了尾砂渗漏的主要岩溶通道;利用理论公式计算确定了骨料投入量,并采用“投骨料-注双液浆-注水泥单液浆”的动水注浆技术对大型溶洞或岩溶管道进行了有效封堵。经帷幕注浆治理后,库区内未再出现塌陷情况,下游也未见尾砂泄漏。实践表明,综合物探探测技术与地面帷幕注浆方法能有效解决尾砂渗漏通道探查与治理问题,可为今后类似尾矿库渗漏治理提供借鉴。