[发明专利]一种微细粒尾矿胶结充填用胶结剂

说明书

技术领域

本发明属于尾矿胶结充填材料技术领域，具体涉及一种细粒尾矿胶结充填用的胶凝剂，特别适用于各种金属尾矿分级处理后，物料中以重量计-0.037mm粒级含量≥95％、-0.02mm粒级含量在70％～80％范围的微细粒尾矿的胶结充填。

背景技术

进入工业社会以来，人类对能源的需求日益增大。矿山开采在带来矿产资源的同时，也产生了大量的采空区和尾矿，这些未处理的采空区和形成于地表的尾矿库给企业和社会带来了重大安全隐患。

矿山充填是治理开采沉陷的有效手段，国内外学者对其进行了大量研究，提出了许多行之有效的方法。自20世纪50年代以来，我国矿山充填技术的发展大致经历了四个阶段：50年代采用废石干式充填；60年代发展应用分级尾砂水力充填、碎石水力充填和混凝土胶结充填；70～80年代广泛应用以分级尾砂和天然砂作为充填料的细砂胶结充填技术；90年代全面发展了全尾砂胶结充填、块石砂浆胶结充填、碎石水泥浆胶结充填和膏体泵压输送胶结充填等新技术，促进了我国采矿技术的进步和采矿工业的发展。进入21世纪，矿山开采将转向深部矿体、“三下矿体”以及其它复杂难采矿体。地压控制问题将日益突出，并成为深部高效、安全作业的主要障碍。胶结充填是深部及复杂应力环境下地压控制的有效途径之一，因此，充填采矿法和充填工艺技术越来越受到人们的重视，且在充填采矿法不断改造与发展的过程中得到创新与进步。一方面通过对充填材料和充填体物理力学性质的认识，研究开发来源广泛、成本低廉、便于制浆和输送、充填体强度高的新型充填材料；另一方面，通过对充填体力学作用机理的探讨，结合采矿作业要求，研究新的充填工艺和方式。

随着充填采矿技术,特别是胶结充填采矿技术的日益发展,使矿山许多复杂的技术问题得到了很好的解决,在深部开采、保护地表、“采富保贫”、“三下开采”、降低贫化率和损失率、防止内因火灾、减缓岩爆发生、有效控制地压活动等方面发挥了巨大的作用。

胶结充填又分为分级充填和全尾充填，分级尾砂充填工艺是对尾砂先进行分级脱泥处理，粗粒径颗粒作为骨料，以水泥为胶凝材料，这样使得充填体料浆进入采场更迅速地脱水，充填体的强度也可以得到明显的提高，因此，分级尾砂充填工艺是国内外矿山充填工艺中应用最广泛的方法。全尾砂胶结充填是以没有进行分级脱泥的全粒级尾砂作为充填骨料，与一定比例的胶结材料和水混合均匀搅拌后充入井下采空区的一种充填方式。随着技术经济的发展，推广全尾砂胶结充填作为一种新型高效的充填方式，最大限度的利用尾矿资源，以减少对环境的污染和资源的浪费。

虽然胶结充填具有充填系统工艺简单，充填料浆浓度低，料浆的制备和输送方便等优点，但也存在如下问题：

(1)尾矿利用率低，细粒级尾矿处理困难。采用粗尾矿作骨料时，需对全尾进行分级，将其中的细粒级除去，这部分尾矿粒径非常小，难以固化，固化强度低，筑坝困难，这进一步加大了尾矿的处理难度，提高了尾矿库的建设费用，并使环境污染加重。

(2)对于赋存条件复杂、品位较低的部分矿物，为提高回收率需要进一步细磨，使矿体平均粒径小于0.03mm，且-800目大于50％、+200目小于10％以及+400目小于30％，这些超细全尾沉降速度慢，不足分级尾矿的十分之一，进行浓密困难，渗透性差，是分级尾矿的百分之一，脱水困难，尾矿孔隙压力大，固结强度低。

(3)充填成本高。充填采矿法中，充填成本居高不下，充填费用占到采矿总成本费用的20％左右，有的甚至高达40％，其中胶凝剂成本占充填总成本的近75％。分级超细尾矿、超细全尾矿和尾泥由于粒级过细导致胶结强度不高及难以胶结等问题，不得不提高了固化剂的使用量，进一步加大了充填成本，使得充填成本居高不下。

目前市场上胶凝材料主要针对分级尾矿以及全尾矿充填胶凝剂。中国中文期刊《黄金》2008年第1期刊登的“充填胶凝材料的发展与应用”一文中列出了多种充填胶凝材料，主要的胶凝材料有高水固结材料、赤泥胶结材料、矿渣胶结材料、全砂土固结材料、矿山尾砂固结材料等。其发展趋势向缩短凝固时间、低成本、高强度、易输送、易生产、工艺简单等方向发展,但水泥仍为矿山工程及井下充填应用最广泛的胶凝材料。但上述技术中对分级超细尾矿、超细全尾矿和尾泥的成本依旧较高，因此开发一种成本低、施工简单的超细尾矿充填、干堆用胶凝材料产品迫在眉睫。

胶结充填体的强度和成本,主要是由尾矿自身的性质、充填料浆浓度、胶结材料的选择等多方面因素决定的。因此,深入研究新型、低成本、高早强、高强度的胶凝材料是非常重要的。

发明内容