[发明专利]一种磷矿山高浓度全尾砂自流充填胶凝材料

说明书

本发明公开了一种磷矿山高浓度全尾砂自流充填胶凝材料，其原料包括磷石膏24‑40wt％、磷渣粉30‑40wt％、水泥8‑18wt％、碱性激发剂3‑15wt％、引气组分1‑2wt％、改性植物胶1‑3wt％；改性植物胶是将植物胶、酯化单体、甲基丙烯酰基磺酸钠加水溶解后，升温至70‑85℃，滴加引发剂反应，干燥后制备而成。本发明提供的胶凝材料针对高浓度全尾砂自流充填工艺(料浆质量浓度≥80％)研制，通过加入改性植物胶，使尾砂在胶凝材料中长时间保持稳定而不沉积，几乎不泌水，制备的全尾砂充填料浆流动性好，无需泵送，更有利于运输充填，可以更大程度满足矿山充填体接顶需求；充填料浆固化后的强度是采用普通水泥作胶凝材料制备的充填料浆的2倍以上；原料成本低廉，运输距离近，相应的产品成本低。

技术领域

本发明属于矿山充填技术领域，具体设计磷矿山充填胶凝材料。

背景技术

当今的磷矿采矿行业中，磷矿企业一般也涉及磷酸、黄磷等产品生产。然而，生产1t的磷酸会产出3～5t磷石膏，磷石膏含有磷酸、P、F等杂质，长期堆存容易造成地表/地下水体污染。黄磷的生产同样会产生大量磷渣，磷渣具备一定活性，可以用于水泥混凝土行业，但磷渣中的P₂O₅和F会影响水泥的凝结时间和混凝土早期强度，且市场容量有限，只能消耗部分磷渣。同时，全尾砂自流充填胶凝体系中，充填料浆的质量浓度通常≤70％，该浓度充填料浆含水较多，一是会恶化井下作业环境，增加井底水仓负荷，二是会造成充填体沉缩，导致接顶困难，带来安全隐患。目前，除了采用泵送体系料浆浓度能够超过70％，自流充填体系还没有先例料浆能够达到80％以上。

对于磷矿生产过程中的选矿尾砂的排放问题，充填采矿法是行之有效的解决方法之一，但充填胶凝材料的成本过高限制了该技术的应用。传统的尾矿固结充填技术中一般使用水泥作为固结材料固化胶结尾矿，但水泥单耗量非常大，造成尾矿充填成本居高不下，占采矿总成本的30％左右。水泥胶结尾砂充填还存在脱水难、固结体强度偏低、水泥单耗大、充填成本较高等难题，这也是尾矿充填技术在我国难以大幅度推广的主要因素。

目前使用磷石膏作为充填材料的研究和技术较多，但是大多只解决了某一方面的问题。例如中国授权专利CN103964804A提出了一种低泌水率可泵送磷石膏与黄磷渣充填膏体，以磷石膏为充填骨料，黄磷渣为胶凝材料填充到采空区，充填料浆质量浓度为63％～68％。该方法虽然考虑到了磷石膏充填带来的环境问题和充填胶凝材料的成本问题，低泌水率可以减少P、F等污染物的渗滤作用，磷渣粉也可以节约成本。但是该专利的缺陷在于，尽管泵送可避免堵管等问题，但采用泵送的设备投入和运营成本高；低泌水率还是会存在P、F等污染物浸出问题，63％～68％为一般全尾砂自流充填的浓度值；很多矿山为了满足生产需求均对7d、14d的强度做出了较高要求，而采用磷渣粉作为胶材对充填体的早期强度不利；该发明也仅处理了磷石膏没有解决选矿尾砂的问题。

又例如中国授权专利CN107162547A提供了一种全磷渣胶凝充填材料，以含量大于12％的CaO作为pH调整剂，使磷渣、磷石膏和CaO充填胶凝料浆体系的pH值在12以上。但是，由于磷石膏的缓凝作用，该专利仍然存在早期强度的问题；胶凝材料先要形成料浆，需要对于通用的充填系统工艺作出改造，不切合矿山实际。

2009年中南大学姚志全《开阳磷矿黄磷渣胶结充填技术研究及可靠性分析》一文中对嗣后充填或分层充填采用磷石膏为骨料，黄磷渣和石灰为胶材，浇面采用水泥、磷渣、石灰作为胶材，充填料浆质量浓度57％～60％，7d喝28d强度分别达到0.38和3.22MPa，虽然在消耗磷化工固废的同时一定程度降低了充填胶凝材料成本，但仍然没有消耗磷矿山的尾砂。并且，该方法需要对矿山原有充填系统进行改造，且不同充填位置胶材种类不同，反而增加了充填过程中的复杂性。