膏体充填系统设计说明书

南京铅锌银矿全尾砂膏体充填系统设计说明书长沙矿山研究院南京栖霞山锌阳矿业公司二○○四年十二月1目录1．前言2．充填材料实验室试验结果2.1试验材料来源2.2充填材料基本性能测定2.3试块抗压强度试验2.4试验结果及分析3.半工业试验及结果3.1全尾砂压气造浆试验3.2全尾砂陶瓷过滤机脱水试验3.3全尾砂膏体充填料环管泵送试验3.4全尾砂膏体充填料L型管道自流输送试验3.5膏体充填料试块强度测定3.6全尾砂浆充填钻孔及井下管道自流输送试验3.7半工业试验结果分析及小结4．充填系统设计方案选择4.1充填系统设计原则4.2充填系统方案初选4.3全尾砂脱水方式的选择4.4充填站址及膏体输送方式选择5．设计方案5．1全尾砂输送5．2充填制备站工艺流程5．3系统自动控制5．4充填钻孔及井下官网5．5平面布置5．6系统建设投资6．充填运营成本7.系统设计参数8．技术经济分析及结论21前言南京铅锌银矿地处南京市郊栖霞山风景区，经多次技术改造目前年产矿石量约35万吨，年产尾砂量约10万吨，矿山不具备尾砂外排及堆存条件。矿山原有充填系统亦经多次改造后采取的工艺流程为：选厂尾砂经水力旋流器分级后，粗砂存储于1#立式砂仓用于采场筑坝，细粒级尾泥则存储于2#立式砂仓中用于采场分层充填。充填时用高压水对仓中尾砂进行造浆，然后放砂至立式搅拌桶。散装水泥仓中水泥则经双管螺旋给料后由螺旋电子秤进行计量而输送至搅拌桶中。系统串联有两个搅拌桶，尾砂及水泥经两个搅拌桶搅拌均匀后，用高扬程渣浆泵加压，然后通过钢丝编织塑料管输送至采场进行充填。充填系统制备输送能力45～55m3/h，充填料浆制备输送浓度为：全尾砂料浆65～68%，粗尾砂料浆66～70%，细粒级尾泥为55～58%，胶结充填时采用的灰砂比为分层充填时约1：6，胶面时为1：4。尽管矿山所采用的充填工艺可将尾砂全部充入井下，但从长远的角度来看，矿山原有充填系统与充填工艺存在如下问题：①由于尾泥中粒级过细，为保证其充入采场空区后凝结硬化，水泥耗量大，充填成本高；②由于充填料输送管路总长超过2000m，尤其是地表充填搅拌站至+14m水平以上的充填倍线较大，目前采用高扬程渣浆泵加压输送，其允许输送料浆最大重量浓度较低。泵送设备技术性能的限制导致充填料浆输送浓度难于提高，低浓度充填料浆进入空区后，必然出现分级、离析严重，强度发展慢等现象，同时加大了跑浆的可能性；③现有立式砂仓放砂性能不稳定，放出的尾泥与尾砂浓度较低且不均匀，难于满足高浓度充填的技术要求；④随着生产能力的提高，该充填系统制备输送能力难于满足生产要求。为解决上述技术难题，南京铅锌银矿与长沙矿山研究院合作进行了全尾砂膏体充填新技术研究，先后进行了大量的实验室试验及半工业性试验，并在此基础上，研究确定了全尾砂膏体充填料制备及输送工艺流程。2004年4月完成了系统施工设计，2004年5月～2004年12月完成了充填站的建设及井下充填管网优化，2004年12月20日进行了系统试运行，其结果表明，系统制备输送能力可达80～90m3/h，细粒级尾泥料浆浓度为62%左右，系统运行参数均可实现检测和调节，2005年2月3即可进行全尾砂膏体充填工业试验。2．充填材料实验室试验结果2.1试验材料来源室内试验用材料为南京铅锌银矿选矿厂排放的全尾砂、充填站立式砂仓放出的分级尾砂、尾泥仓放出的尾泥。为便于运输，所取样品经晾晒干燥。试验用水泥为长沙市坪塘新星水泥厂生产的425#普通硅酸盐水泥。2.2充填材料基本性能测定2.2.1全尾砂、分级尾砂与尾泥的物理性能测试三种材料的比重、容重与孔隙率见表1。全尾砂、分级尾砂与尾泥物理性能测试结果表表1材料名称比重（g/cm3）容重（g/cm3）孔隙率（%）全尾砂3.131.6347.92分级尾砂3.161.6149.05尾泥3.14————2.2.2分级尾砂与尾泥粒级组成如表2分级尾砂与尾泥粒级组成如表2材料名称分级尾砂尾泥粒径（μm）小于某粒径的重量百分比（%）小计累计小计累计+17032.1732.179.509.50170～11012.5044.672.8312.33110～8717.0061.675.1717.5087～715.5867.251.3318.8371～436.4273.672.0020.83-4326.3310079.171002.2.3全尾砂粒级组成由激光粒度测定仪测得粒径分布如表3。4全尾砂粒度分布表3粒径（μm）-5-10-15-20-25-30-36-40分计（%）16.437.574.764.584.073.443.782.35累计（%）16.3424.0028.7633.3437.4140.8544.6346.98粒径（μm）-50-71-100-150-200-300-400-500分计（%）5.3110.0311.7211.275.215.072.601.81累计（%）52.2962.3274.0485.3190.5295.5998.19100各分布粒径如下：d10=2.59μmd50=45.49μmd90=193.45μm平均粒径d平均=76.80μm。由粒度测定结果可知，全尾砂中-20μm含量达到33.34%，大于国内外通用的-20μm含量不小于15%的要求。2.2.4全尾砂化学成份测定全尾砂的化学成份参见表4。全尾砂化学成份分析结果表表4材料名称主要化学成份所占百分比（%）SiO2Al2O3MgOCaOFe2O3全尾砂26.791.722.1520.1515.112.2.5全尾砂、分级尾砂与尾泥沉降试验全尾砂、分级尾砂与尾泥沉降试验结果参见表5。由表5可知：全尾砂、分级尾砂与尾泥的最大沉降浓度分别为71.01%、76.92%和64.86%，其达到最大沉降浓度所需的沉降时间分别为6h、6h和24h。南京铅锌银矿全尾砂与分级尾砂的比重较大，在沉降开始后的一段时间内，粗重颗粒快速落淤，与此同时，较细颗粒亦缓慢下移，更细的颗粒则悬浮于沉降筒上部，致使浆面与液面界限浑浊不清。在沉降开始后大约20分钟左右，粗颗粒即已基本压缩沉降到相互紧密接触的状态，在以后的沉降过程中，其继续沉降量较小。对5于悬浮于沉降筒上部的细颗粒则在大约30～60分钟后沉降到颗粒紧密接触的状态。观察结果表明：全尾砂与分级尾砂料浆沉降6小时后即达到最大沉降浓度，这说明南京铅锌银矿全尾砂与分级尾砂沉降速度较快，因此，在现场工业试验与实际生产过程中，应特别注意防止充填料浆在输送管道内出现沉淀而引起堵管事故.全尾砂、分级尾砂与尾泥沉降试验结果表表5沉降时间全尾砂分级尾砂尾泥容积(cm3)沉降浓度(%)容重(g/cm3)容积（cm3）沉降浓度(%)容重(g/cm3)容积(cm3）沉降浓度(%)容重(g/cm3)0’77550.001.5577050.001.5678050.001.545’67054.791.6336575.472.1869054.051.6120’53062.831.8035576.432.2162557.421.671h45068.571.9435576.432.2160058.821.701.5h43569.771.9835576.432.2159559.111.714h42570.592.0035576.432.2156061.221.756h42071.012.0135076.922.2355061.861.767h42071.012.0135076.922.2354062.501.781d42071.012.0135076.922.2351064.521.822d42071.012.0135076.922.2350564.861.836d42071.012.0135076.922.2350564.861.83由于南京铅锌银矿尾泥-325目以下细粒级占79.17%，其达到最大沉降浓度需沉降24小时以上。显然，细粒级尾泥因持有较多的水分而较难达到密实沉降状态，其最大沉降浓度显着低于全尾砂与分级尾砂。2.3试块抗压强度试验2.3.1试验基本条件胶结材料采用425#普通硅酸盐水泥，全尾砂与分级尾砂均分别按1:4、1:6、1:8、1:12、1:15的灰砂比制备试块，其中制备全尾砂试块的重量浓度分别为62%、66%、68%、70%、72%与74%，制备分级尾砂试块的重量浓度分别为65%、68%与72%。尾泥试块按1：2、1：4、1：6灰砂比制备，重量浓度分别为50%、54%、58%与62%。2.3.2试块的制作与养护6采用规格为40×40×160mm的金属试模，按设计的灰砂配比和重量浓度拌制成浆，将拌好的料浆均匀加入同组各个试模，让其沉降和凝固。为了使试块不受损伤，一般在24～36小时后脱模，脱模后的试块及时放入养护池养护。养护池内湿度保持在95%左右，二十八天养护期间的温度均应保持在20℃左右。2.3.3全尾砂胶结充填料与试块基本物理参数全尾砂胶结充填试块基本物理参数参见表6。其主要测定内容为料浆容重与脱水率、试块容重与含水率和每m3充填体的材料消耗。2.3.4试块抗压强度测试各种不同配比的料浆试块按不同的龄期（3天、7天和28天）测定其单轴极限抗压强度值。全尾砂、分级尾砂与尾泥试块抗压强度测定结果参见表7、表8和表9。全尾砂胶结充填试块基本物理参数表表7试块编号灰砂比重量浓度(%)料浆容重(g/cm3)脱水率(%)试块容重(g/cm3)试块含水率(%)每m3充填体各材料消耗(kg)全尾砂水泥水0410-011:4621.6725.01.9724.561189297484-021:4661.7317.91.9824.321198300482-031:4681.888.32.0022.731236309455-041:8621.6925.01.9625.241300162498-051:8661.7518.82.0424.241374172494-061:8701.8812.52.0622.731415177468-071:12621.6926.72.0225.961381115524-081:12661.7518.82.0624.071444120496-091:12701.8315.02.0624.071444120496-101:1562————2.0424.55144396501-111:1566————2.0625.00144897515-121:1570————2.0824.55147198511备注：1、脱水率为料浆沉降至最大浓度后，表面自由水体积与料浆原体积的百分比。2、试块含水率为已脱模试块烘干至恒重时，所失水分与试块未烘干时原重量的百分比。7南京铅锌银矿全尾砂试块强度试验结果表表8试块编号灰砂比添加剂（%）浓度（%）湿容重（g/cm3））试块抗压强度（MPa）R3R7R280410-011:40621.970.390.611.290410-020661.980.280.421.171011-010682.100.610.911.661011-020702.130.721.131.851011-030722.130.741.192.041011-040742.201.011.322.341011-051:60682.170.400.580.871011-060702.170.420.670.991013-070722.230.490.681.121013-080742.260.500.701.201013-101:80682.070.170.190.451013-110702.110.260.310.521013-120722.140.280.350.681013-130742.160.300.440.900410-071:120622.02——0.150.190410-080662.06——0.130.210410-090702.06——0.160.290410-101:150622.04——0.140.200410-110662.06——0.120.130410-120702.08——0.150