膏体充填与尾矿处置技术研究进展

膏体充填与尾矿处置技术研究进展提纲1、超细全尾的概念与特征2、全尾充填与处置技术现状3、全尾充填与处置新技术4、工程实例5、发展趋势1、超细全尾的概念与特征1.1全尾矿与尾矿库铜：0.87%；铅+锌：5%~10%；镍：1%露天：3%-5%全面法：4%-20%充填法：3%-15%崩落法：8%-45%共(伴)生矿占总储量80%；共生矿回收率50%-60%；伴生回收率为40%。品位低回收率低排放量大现有尾矿总量达80亿t年排放尾矿量达6亿t。地质采矿选矿尾矿损贫高全尾矿是指粒级组成未经人工干扰的选厂固体废弃物,排放量大，是金属矿山主要的环境灾害源尾矿库名称发生时间发生地点事故损失云南武定德昌钛矿厂尾矿库2001.7.10云南省武定县7人死亡陕西镇安黄金矿业尾矿库2006.4.30陕西省商洛市17人死亡辽宁海城鼎洋矿业有限公司选矿厂5号尾矿库2007.11.25辽宁省海城市15人死亡，2人失踪，38人受伤山西襄汾新塔矿业公司尾矿库2008.9.8山西省襄汾县276人死亡2003年～2007年我国尾矿库事故统计239121402468101214162003年2004年2005年2006年2007年事故数量1.1全尾矿与尾矿库尾矿库现状尾矿库是矿山最大危险源1.1全尾砂与尾矿库全国各类尾矿库共12655座，近40%尾矿库为非正常库，如同悬在人们头顶的“堰塞湖”，溃决的风险极大2008年山西省襄汾“9.8”尾矿库溃坝事故死亡277人，受伤34人，是中国工业史上一次伤亡人数最多的生产事故。四川汶川震区内尾矿库全部垮坝，为灾区的恢复重建带来极大的困难平均粒径小于0.03mm；-800目大于50%；+200目小于10%；+400目小于30%为了追求选矿回收率，磨尾细度越来越细，超细全尾处置面临新的问题。赋存条件复杂，品位低磨矿目的矿物分离提高回收率1.2超细全尾的定义及特征原因定义粒径/小于某粒径土粒含量/%超细全尾的特征超细全尾沉降速度慢，不足分级必砂的1/10，浓密困难超细全尾渗透性差，是分级尾砂的1/100，脱水困难，采场充填存在较大的安全隐患尾矿孔隙水压力大，固结强度低，难以筑坝浸润线高带来堤坝不安全超细全尾沉降速度慢1.2超细全尾的定义及特征初期坝浸润线尾矿砂水力旋流器细粒尾矿1.3超细全尾处置方式分类超细全尾地表堆存井下充填湿式直排半干式堆存分级尾砂充填全尾砂充填水砂充填普通胶结充填高浓度胶结充填膏体充填干式堆存1.4超细全尾处置演变的技术路线湿式直排干式堆存半干式堆存过滤机浓密机处置方式脱水设备产品形态运输方式滤饼膏体汽车／皮带输送机管道地表处置为了追求处理效率与能力，全尾处置产品从滤饼演变到膏体使超细全尾处置发生了根本性变革1.5超细全尾充填演变的技术路线分级尾砂胶结充填65%-70%料浆制备简单，管道自流输送可靠尾砂产率低，离析严重，料浆需脱水，污染巷道全尾砂高浓度胶结充填70%-75%提高了尾砂利用率，降低可充填料浆的水灰比全尾砂浆少量水需要脱出，料浆质量波动较大添加粗骨料的膏体充填75%-80%料浆稳定性好，充填体质量高沿阻损失大，工艺复杂，需要合适的粗骨料分类充填浓度优点缺点超细全尾膏体充填技术成为重中之重2、全尾充填与处置技术现状上游法筑坝方法：尾矿库最常见的筑坝方法是上升坝包括上游法、下游法和中线法三种。定义：子坝中心线位置不断向初期坝上游方向移升，坝体由流动的矿浆逐渐沉积而成。缺点：浸润线位置高，坝体稳定性较差。优点：工艺简单，管理方便，成本较低，应用广泛。2.1地表直接排放尾矿库下游法定义：子坝中心线位置不断向初期坝下游方向移升。优点：坝体尾矿颗粒粗，渗透性能好，坝体稳定性较高。缺点：管理复杂，只适合于粒度较粗的尾矿。2.1地表直接排放尾矿库中线法定义：坝顶中心线位置始终不变，坝体垂直向上不断升高。特点：尾矿坝均采用了内部不透水带和排水带，以减轻对坝体结构稳定性的不良影响。优缺点：介于上游法与下游法之间，其应用范围逐渐增大2.1地表直接排放尾矿库三种传统湿排方式的优缺点筑坝方法尾矿要求蓄水适应性抗震性升高速度限制筑坝成本上游法全尾砂至少40%~60%的尾矿砂不适合大量蓄水差5~10m/a低下游法适用于任意类型尾矿好好没限制高中线法尾矿砂或低塑性尾矿泥在适当的设计下可临时蓄积洪水一般没限制中2.1地表直接排放尾矿库排放浓度低于30%消耗大量的水中线法的应用比例最低，但是未来尾矿湿法排放的发展方向2.1地表直接排放尾矿库排放浓度按照尾砂的利用方法和利用率，可将充填分为分级尾砂充填和全尾砂充填两大类。2.2井下充填尾砂充填分级尾砂水砂充填胶结充填全尾砂高浓度胶结充填输送浓度65%尾砂利用率50%输送浓度75%尾砂利用率90～100%根据充填体在不同部位以及充填体的作用，充填体分为三大类，要求不同的充填类型才能满足技术要求。2.2井下充填质量分类强度/MPa充填体作用充填体位置充填类型高强度4~5保证假顶作用下的人员安全人工底柱或假顶全尾高浓度胶结充填添加粗骨料的胶结充填分级尾砂胶结充填中强度1~2设备正常行走充填体表面全尾高浓度胶结充填分级尾砂胶结充填低强度0~0.5相邻进路回采时充填体不垮塌其它分级尾砂普通胶结充填水砂充填充填体质量分类分级尾砂充填水砂充填中，重要的是物料的渗透系数，必须超过10cm/h胶结充填中，重要的是料浆凝结速度与充填体强度分级尾砂充填是比较成熟的充填工艺，并逐渐退出历史舞台2.2井下充填1)尾砂量不够；2)超细尾砂仍需筑坝，且难度增大；3)水泥离析，充填体强度不均，造成水泥浪费4)采场需要大量脱水，污染环境。四大问题全尾砂高浓度胶结充填2.2井下充填采用常规的充填设备与设施制备出高浓度全尾砂料浆立式砂仓造浆系统尾砂浓度不稳定料浆停留时间短，影响到搅拌的均匀程度限制浓度的进一步提高全尾砂高浓度充填只是过渡性的技术，现已发展到全尾膏体充填技术重力自流输送系统立式搅拌桶制浆系统3.全尾充填与处置新技术膏体充填概念具有良好稳定性、流动性和可塑性的牙膏状胶结体，在重力或外加力作用下以柱塞流的形态输送到采空区.膏体在管道中停留数小时不沉淀、不分层、不离析膏体在重力或外力作用下能够在采场或管道内顺利流动膏体在输送过程中尽管其形状发生了变化，但其结构基本保持不变膏体形态稳定性流动性可塑性3.1膏体充填3.1膏体充填膏体组成全尾砂＋水＋胶结材料＋（粗骨料）＋（改性材料）胶结材料：普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、钢渣水泥、全砂土胶固材料粗骨料：冶炼水淬渣、棒磨砂、废石等改性材料：粉煤灰、早强剂、减水剂、减阻剂等细粒级膏体粗粒级膏体改性膏体膏体充填概念3.1膏体充填膏体充填工艺强调化学作用回水质量高底流浓度大处理能力大二段连续搅拌混合时间长改善均匀性搅拌速度慢降低磨损性高流量大扬程柱塞泵送钻孔/管道/采场添加泵送剂全尾浓密膏体制备膏体输送3.1膏体充填以过滤设备为核心的多段脱水方式浓密方式以深锥浓密机为核心的一段脱水方式压滤机快速脱水浓缩是膏体充填工艺成功应用的前提深锥浓密机全尾砂浆浓密方式3.1膏体充填多段脱水工艺全尾砂浆普通浓密机高效浓密机立式砂仓带式过滤机真空过滤机框板压滤机滤饼5%～30%50%～65%80%～90%工艺复杂，可靠性差能耗大，运营成本高，设备多，投资大处理能力小浓度调节环节多，先脱水后加水存在的问题滤饼技术是为精矿处理而研制的专用技术，用于尾矿处理具有许多局限性一段脱水工艺3.1膏体充填选厂尾砂浆直接进入深锥浓密机中进行浓缩脱水。工艺简单，只一段脱水；底流浓度大，76%～84%；回水质量高；对设备操作要求极为严格深锥浓密技术是处理超细全尾的专用技术，具有良好的发展前景。深锥浓密机理浓度越向下越高立柱的作用是在运动过程中打破压密层颗粒与水之间的静力平衡，为水的向上排出提供通道。锥部浓度分布示意颗粒间距越向下越小全尾砂借助絮凝作用快速沉降至锥部，进行压密脱水3.1膏体充填3.1膏体充填膏体搅拌工艺使所有物料混合均匀，实现流态化，为管道输送提供条件制备方式立式高速活化搅拌混合卧式多级连续搅拌混合立式－卧式串联制备难点：超细颗粒含量高，表面积大大增加，全尾矿与水泥混合均匀难度大。膏体输送工艺3.1膏体充填膏体输送方法自流输送：利用垂直管段膏体提供的势能来克服整个管线内的阻力泵压输送：利用泵压克服管道阻力)(LHiH)(LHirHPLHLH随着开采深度的不断延伸，为自流输送提供了有利条件，自流输送是膏体充填的发展方向3.1膏体充填膏体输送理论流核区的厚度半径：ir002膏体存在流核结构，这是是膏体输送特性之一。r01010010000.51.01.52.02.53.0表观粘度(Pa.s)时间(s)73%75%77%79%低浓度时，轻微剪切变稠；高浓度时，明显剪切变稀。10100100005101520253035404550表观粘度(Pa.s)时间(s)154080120低剪切速率时，轻微剪切变稠；高剪切速率时，明显剪切变稀。尾矿经过脱水处理后产出的一种高浓度/膏体尾矿砂形成非饱和致密稳固的尾矿堆。3.2尾矿膏体排放尾矿堆存新西兰尾矿干堆效果图尾矿堆存干式：滤饼的形式汽车、皮带运输半干式：膏体的形式管道输送发展趋势工艺更简单成本更经济3.2尾矿膏体排放尾矿高效浓密尾矿管道输送尾矿快速蒸发蒸发量大于降水量的干燥条件；尾砂细度足以形成可堆积的膏体而不需要使用太多的絮凝剂；堆积场大、较平，可借助阳光快速干燥。技术关键适用条件3.2尾矿膏体排放尾矿堆存方式分类可泵送不可泵送膏体尾矿浓缩尾矿尾矿浆湿滤饼干滤饼水资源消耗大渗流状况取决于库型需要建坝运行费用低环境影响大水资源消耗小无渗流建坝费用低运行费用高建坝费用低运行费用低环境影响小渗流量小传统湿排膏体排放干堆3.2尾矿膏体排放尾矿膏体排放技术传统尾矿直排技术优点(1)环保效益突出(2)节约大量生产用水,确保地处干旱地区矿山正常生产(3)有利于回收尾矿废水中所含金属(4)节约大量的药剂消耗(1)传统工艺风险小(2)生产运营成本低(3)建设周期短,可使企业早投产、早见效(4)基建投资少缺点(1)早期设备投资较多(2)生产运营成本较高(1)易造成尾矿跑冒,将直接危害下游居民(2)有害物质渗透到地下,污染地下水资源(3)易出现尾矿坝坍塌事件(4)占地面积大尾矿膏体排放与尾矿直排技术对比3.2尾矿膏体排放4、工程实例4.1膏体充填国内外应用概况国家矿山采矿方法充填材料灰砂比或水泥耗量输送方式充填浓度输送能力美国幸运星期五矿下向分层充填全尾砂6%-10%水泥泵送82%125t/h霍姆斯特克金矿VCR嗣后充填废石、尾砂1:20加拿大克莱顿矿深孔空场采矿法分级尾砂、炉渣、生石灰10-30:1自流70%-72%南非库克-3号矿房柱法尾砂膏体30-40Kg/m3泵送100m3/h德国格隆德铅锌矿下向分层进路式胶结充填全尾砂、重介质分级尾砂6%水泥泵送75%-88%30m3/h澳大利亚芒特艾萨矿分段空场嗣后充填法块石胶结1%水泥皮带15*105m3/a坎宁顿矿全尾砂2%-4%水泥自流79%158t/h80年代中期，膏体充填技术迅速在美国、加拿大、澳大利亚、南非等许多国家得到应用。尾矿膏体处置成为国际研究前沿，已经召开了13届关于膏体与尾矿浓密技术的国际学术会议。矿山采矿方法充填类型灰砂比或水泥耗量输送方式充填浓度输送能力金川公司下向进路式棒磨砂膏体220kg/m3泵送77~79%70~80m3/h铜录山上向进路式碎石膏体180kg/m3泵送84~86%40～50m3/h驰宏公司上向进路式水淬渣膏体1：8自流80%40~60m3/h冬瓜山阶段嗣后充填全尾高浓度1：8自流72~76%80~120m3/h孙村煤矿长壁后退式综采采煤法煤矸石膏体1：19泵送72~75%100~120m3/h张马屯阶段嗣后充填全尾高浓度109.5kg/m3自流60%50m3/h4.1膏体充填国内外应用概况中