膏体充填与尾矿处置技术研究进展

1、提 纲1、超细全尾的概念与特征1.1 全尾矿与尾矿库u铜：铜：0.87%；u铅铅+锌：锌：5%10%；u镍：镍：1%u露天：露天：3%-5%u全面法：全面法：4%-20%u充填法：充填法：3%-15%u崩落法：崩落法：8%-45%u共共(伴伴)生矿占生矿占总储量总储量80%；u共生矿回收率共生矿回收率50%-60% ；u伴生回收率为伴生回收率为40% 。 品位低品位低回收率低回收率低排放量大排放量大u现有尾矿总现有尾矿总量达量达80亿亿tu年排放尾矿年排放尾矿量达量达6亿亿t。地质地质采矿采矿选矿选矿尾矿尾矿损贫高损贫高云南武定德昌钛矿厂尾矿库云南武定德昌钛矿厂尾矿库2001.7.102001

2、.7.10云南省武定县云南省武定县7 7人死亡人死亡陕西镇安黄金矿业尾矿库陕西镇安黄金矿业尾矿库2006.4.302006.4.30陕西省商洛市陕西省商洛市1717人死亡人死亡辽宁海城鼎洋矿业有限公司选辽宁海城鼎洋矿业有限公司选矿厂矿厂5 5号尾矿库号尾矿库2007.11.252007.11.25辽宁省海城市辽宁省海城市1515人死亡，人死亡，2 2人失人失踪，踪，3838人受伤人受伤山西襄汾新塔矿业公司尾矿库山西襄汾新塔矿业公司尾矿库2008.9.82008.9.8山西省襄汾县山西省襄汾县276276人死亡人死亡1.1 全尾矿与尾矿库尾矿库现状尾矿库现状尾矿库是矿山尾矿库是矿山最大危险源最大

3、危险源1.1 全尾砂与尾矿库全国各类尾矿库共全国各类尾矿库共 12655 座，近座，近40%尾矿库为非正常库尾矿库为非正常库 ，如同悬在人们头顶的如同悬在人们头顶的“堰塞湖堰塞湖”，溃决的风险极大，溃决的风险极大u四川汶川震区内尾矿库全部垮坝，为灾区的恢复重建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带来极大的困难u平均粒径小于平均粒径小于0.03mm；u-800目大于目大于50%；u+200目小于目小于10%；u+400目小于目小于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。新的问题。赋存条件复

4、赋存条件复杂，品位低杂，品位低磨矿磨矿目的矿物分离目的矿物分离提高回收率提高回收率1.2 超细全尾的定义及特征原原因因定定义义粒径/小于某粒径土粒含量/%超超细细全全尾尾的的特特征征u 超细全尾沉降速度慢，不足超细全尾沉降速度慢，不足分级必砂的分级必砂的1/10，浓密困难，浓密困难u 超细全尾渗透性差，是分级超细全尾渗透性差，是分级尾砂的尾砂的1/100，脱水困难，采，脱水困难，采场充填存在较大的安全隐患场充填存在较大的安全隐患u 尾矿孔隙水压力大，固结强尾矿孔隙水压力大，固结强度低，难以筑坝度低，难以筑坝浸润线高带来堤坝不安全浸润线高带来堤坝不安全超细全尾沉降速度慢超细全尾沉降速度慢1.2超

5、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超细细全全尾尾1.4 超细全尾处置演变的技术路线湿式直排湿式直排干式堆存干式堆存半干式堆存半干式堆存过滤机过滤机浓密机浓密机处置方式处置方式脱水设备脱水设备产品形态产品形态运输方式运输方式滤饼滤饼膏体膏体汽车皮汽车皮带输送机带输送机管道管道地地表表处处置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优点优点超细全尾膏体充填技术成为重中之重超细全尾膏体充填技术成为

6、重中之重2、全尾充填与处置技术现状上游法上游法筑坝方法：尾矿库最常见的筑坝方法是上升坝筑坝方法：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。包括上游法、下游法和中线法三种。定义：定义：子坝中心线位置不断向子坝中心线位置不断向初期坝上游方向移升，初期坝上游方向移升，坝体由流动的矿浆逐渐坝体由流动的矿浆逐渐沉积而成。沉积而成。缺点：缺点：浸润线位置高，坝体稳浸润线位置高，坝体稳定性较差。定性较差。优点：优点：工艺简单，管理方便，工艺简单，管理方便，成本较低，应用广泛。成本较低，应用广泛。2.1 地表直接排放尾矿库下游法下游法定义：定义：子坝中心线位置不断向子坝中心线位置不断向初

7、期坝下游方向移升。初期坝下游方向移升。优点：优点：坝体尾矿颗粒粗，渗透坝体尾矿颗粒粗，渗透性能好，坝体稳定性较性能好，坝体稳定性较高。高。缺点：缺点：管理复杂，只适合于粒管理复杂，只适合于粒度较粗的尾矿。度较粗的尾矿。 2.1 地表直接排放尾矿库中线法中线法定义：定义：坝顶中心线位置始终不坝顶中心线位置始终不变，坝体垂直向上不断变，坝体垂直向上不断升高。升高。特点：特点：尾矿坝均采用了内部不尾矿坝均采用了内部不透水带和排水带，以减透水带和排水带，以减轻对坝体结构稳定性的轻对坝体结构稳定性的不良影响。不良影响。优缺点：优缺点：介于上游法与下游介于上游法与下游法之间，其应用范围逐法之间，其应用范围

8、逐渐增大渐增大2.1 地表直接排放尾矿库三种三种传统传统湿排湿排方式方式的优的优缺点缺点筑坝筑坝方法方法尾矿尾矿要求要求蓄水适应蓄水适应性性抗震抗震性性升高速度升高速度限制限制筑坝成筑坝成本本上上游游法法全尾砂至少全尾砂至少40%60%的尾矿砂的尾矿砂不适合大量不适合大量蓄水蓄水差差510m/a低低下下游游法法适用于任意适用于任意类型尾矿类型尾矿好好好好没限制没限制高高中中线线法法尾矿砂或低尾矿砂或低塑性尾矿泥塑性尾矿泥在适当的设在适当的设计下可临时计下可临时蓄积洪水蓄积洪水一般一般没限制没限制中中2.1地表直接排放尾矿库u排放浓度低于排放浓度低于30%u消耗大量的水消耗大量的水中线法的应用比

9、例最低，但是未来尾矿湿法排放的发展方向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排放浓度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。全尾砂充填两大类。2.2 井下充填尾尾砂砂充充填填分级尾砂分级尾砂水砂充填水砂充填胶结充填胶结充填全尾砂全尾砂高浓度胶高浓度胶结充填结充填输送浓度输送浓度65%尾砂利用率尾砂利用率50%输送浓度输送浓度75%尾砂利用率尾砂利用率90100%根据充填体在不同部位以及充填体的作用，充填体分为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

10、，要求不同的充填类型才能满足技术要求。三大类，要求不同的充填类型才能满足技术要求。2.2 井下充填质量质量分类分类强度强度/MPa充填体作用充填体作用充填体充填体位置位置充填类型充填类型高强高强度度 45保证假顶作用下保证假顶作用下的人员安全的人员安全人工底人工底柱或假柱或假顶顶全尾高浓度胶结充填全尾高浓度胶结充填添加粗骨料的胶结充填添加粗骨料的胶结充填分级尾砂胶结充填分级尾砂胶结充填中强中强度度12设备正常行走设备正常行走充填体充填体表面表面全尾高浓度胶结充填全尾高浓度胶结充填分级尾砂胶结充填分级尾砂胶结充填低强低强度度00.5相邻进路回采时相邻进路回采时充填体不垮塌充填体不垮塌其它其它分级

11、尾砂普通胶结充填分级尾砂普通胶结充填水砂充填水砂充填充填体质量分类充填体质量分类分级尾砂充填分级尾砂充填水砂充填中，重要的是物料的渗透系数，必须超过水砂充填中，重要的是物料的渗透系数，必须超过10cm/h10cm/h胶结充填中，重要的是料浆凝结速度与充填体强度胶结充填中，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) 1) 尾砂量不够；尾砂量不够；2) 2) 超细尾砂仍需筑坝，且难度增大；超细尾砂仍需筑坝，且难度增大；3) 3) 水泥离析，充填体强度不均，造成水泥浪费水泥离析，充填体强

12、度不均，造成水泥浪费4) 4) 采场需要大量脱水，污染环境。采场需要大量脱水，污染环境。四大四大问题问题全尾砂高浓度胶结充填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或外加力作用下以柱塞流的形态输送到采

13、空区. .膏体在管道中停留数小时不沉淀、膏体在管道中停留数小时不沉淀、 不分层、不离析不分层、不离析膏体在重力或外力作用下能够在采膏体在重力或外力作用下能够在采场或管道内顺利流动场或管道内顺利流动膏体在输送过程中尽管其形状发生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了变化，但其结构基本保持不变稳定性稳定性流动性流动性可塑性可塑性3.1 膏体充填3.1 膏体充填膏体膏体组成组成全尾砂水胶结材料全尾砂水胶结材料（粗骨料）（改性材料）（粗骨料）（改性材料）n 胶结材料：普通硅酸盐水泥，矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅胶结材料：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、

14、全砂土胶固材料酸盐水泥、钢渣水泥、全砂土胶固材料n 粗骨料：冶炼水淬渣、棒磨砂、废石等粗骨料：冶炼水淬渣、棒磨砂、废石等n 改性材料：粉煤灰、早强剂、减水剂、减阻剂等改性材料：粉煤灰、早强剂、减水剂、减阻剂等细粒级膏体细粒级膏体粗粒级膏体粗粒级膏体改性膏体改性膏体膏体充填概念膏体充填概念3.1 膏体充填膏膏体体充充填填工工艺艺二段连续搅拌二段连续搅拌混合时间长混合时间长改善均匀性改善均匀性搅拌速度慢搅拌速度慢降低磨损性降低磨损性高流量大扬程高流量大扬程柱塞泵送柱塞泵送钻孔钻孔/ /管道管道/ /采场采场添加泵送剂添加泵送剂全尾浓密全尾浓密膏体制备膏体制备膏体输送膏体输送3.1 膏体充填以过滤设

15、备为核心的多段脱水方式浓密浓密方式方式以深锥浓密机为核心的一段脱水方式压滤机压滤机快速脱水浓缩是膏体充填工艺成功应用的前提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深锥浓密机全尾砂浆浓密方式全尾砂浆浓密方式3.1 膏体充填多段脱水工艺多段脱水工艺全尾全尾砂浆砂浆普通浓密机普通浓密机高效浓密机高效浓密机立式砂仓立式砂仓带式过滤机带式过滤机真空过滤机真空过滤机框板压滤机框板压滤机滤滤饼饼5%30%50%65%80%90%u工艺复杂，可靠性差工艺复杂，可靠性差u能耗大，运营成本高，能耗大，运营成本高，u设备多，投资大设备多，投资大u处理能力小处理能力小u浓度调节环节多，先脱水后加水浓度调节环

16、节多，先脱水后加水存在的问题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具有许多局限性一段脱水工艺一段脱水工艺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。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；工艺简单，只一段脱水；底流浓度大，底流浓度大，76%84%；回水质量高；回水质量高；对设备操作要求极为严格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。展前景。深深锥锥浓浓密密机机理理浓浓度度越越向向

17、下下越越高高立柱的作用是在运动过程中打破压密层颗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，为水的向上排出粒与水之间的静力平衡，为水的向上排出提供通道。提供通道。锥部浓度分布示意锥部浓度分布示意颗颗粒粒间间距距越越向向下下越越小小全尾砂借助絮凝作用快速沉降至锥部，进行压密脱水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制备方式方式p立式高速活化搅拌混合立式高速活化搅拌混合p卧式多级连续搅拌混合卧式多级连续搅拌混合p立式卧

18、式串联制备立式卧式串联制备膏体输送工艺膏体输送工艺3.1 膏体充填膏体输送方法膏体输送方法自流输送：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：泵压输送：利用泵压克服管道阻力)(LHiH)(LHirHPLHLH随着开采深度的不断延伸，为自流输送提供了有利条件，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自流输送是膏体充填的发展方向3.1 膏体充填膏膏体体输输送送理理论论流核区的厚度半径：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。膏体存在流核结构，这是是膏体输送特性之一。r01010010000.51.01.5

19、2.02.53.0表观粘度(Pa.s)时间(s) 73% 75% 77% 79%低浓度时，轻微剪切变稠；低浓度时，轻微剪切变稠；高浓度时，明显剪切变稀。高浓度时，明显剪切变稀。10100100005101520253035404550表观粘度(Pa.s)时间(s) 1 5 40 80 120低剪切速率时，轻微剪切变稠；低剪切速率时，轻微剪切变稠；高剪切速率时，明显剪切变稀。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/ /膏体尾矿砂形成非膏体尾矿砂形成非饱和致密稳固的尾矿堆。饱和致密稳固的尾矿堆。3.2 尾矿膏体排放尾矿堆存尾矿堆存新西兰尾矿

20、干堆效果图新西兰尾矿干堆效果图尾矿堆存尾矿堆存干式：干式：滤饼的形式滤饼的形式汽车、皮带运输汽车、皮带运输半干式：半干式：膏体的形式膏体的形式管道输送管道输送发展趋势发展趋势工艺更简单工艺更简单成本更经济成本更经济3.2 尾矿膏体排放u尾矿高效浓密尾矿高效浓密u尾矿管道输送尾矿管道输送u尾矿快速蒸发尾矿快速蒸发u 蒸发量大于降水量的干燥条件；蒸发量大于降水量的干燥条件；u 尾砂细度足以形成可堆积的膏体而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；不需要使用太多的絮凝剂；u 堆积场大、较平，可借助阳光快速堆积场大、较平，可借助阳光快速干燥。干燥。技技术术关关键键适适用用条条件件3.2

21、尾矿膏体排放尾矿堆存方式分类尾矿堆存方式分类膏体尾矿膏体尾矿浓缩尾矿浓缩尾矿尾矿浆尾矿浆湿滤饼湿滤饼干滤饼干滤饼p 水资源消耗大水资源消耗大p 渗流状况取决于库型渗流状况取决于库型p 需要建坝需要建坝p 运行费用低运行费用低p 环境影响大环境影响大p 水资源消耗小水资源消耗小p 无渗流无渗流p 建坝费用低建坝费用低p 运行费用高运行费用高p 建坝费用低建坝费用低p 运行费用低运行费用低p 环境影响小环境影响小p 渗流量小渗流量小3.2 尾矿膏体排放尾矿膏体排放技术尾矿膏体排放技术传统尾矿直排技术传统尾矿直排技术优点优点(1)(1)环保效益突出环保效益突出(2)(2)节约大量生产用水节约大量生产

22、用水, ,确保地处确保地处干旱地区矿山正常生产干旱地区矿山正常生产(3)(3)有利于回收尾矿废水中所含有利于回收尾矿废水中所含金属金属(4)(4)节约大量的药剂消耗节约大量的药剂消耗(1)(1)传统工艺风险小传统工艺风险小(2)(2)生产运营成本低生产运营成本低(3)(3)建设周期短建设周期短, ,可使企业早可使企业早投产、早见效投产、早见效(4)(4)基建投资少基建投资少缺点缺点(1)(1)早期设备投资较多早期设备投资较多(2)(2)生产运营成本较高生产运营成本较高(1) (1) 易造成尾矿跑冒易造成尾矿跑冒, ,将直将直接危害下游居民接危害下游居民(2) (2) 有害物质渗透到地下有害物质

23、渗透到地下, ,污染地下水资源污染地下水资源(3)(3)易出现易出现尾矿坝坍塌事件尾矿坝坍塌事件(4)(4)占地面积大占地面积大尾矿膏体排放与尾矿直排技术对比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美国幸运星期五矿幸运星期五矿下向分层充填下向分层充填全尾砂全尾砂6%-10%水泥水泥 泵送泵送82%125t/h霍姆斯特克金矿霍姆斯特克金矿 VCR嗣后充填嗣后充填废石、尾砂废石、尾砂1:20加拿加拿大大克莱顿矿克莱顿矿深孔空场采矿法深孔空场采矿法分级尾砂、炉渣、分级尾砂、炉渣、生

24、石灰生石灰10-30:1自流自流70%-72%南非南非库克库克-3号矿号矿房柱法房柱法尾砂膏体尾砂膏体30-40Kg/m3泵送泵送100m3/h德国德国格隆德铅锌矿格隆德铅锌矿下向分层进路式下向分层进路式胶结充填胶结充填全尾砂、重介质全尾砂、重介质分级尾砂分级尾砂6%水泥水泥泵送泵送75%-88%30m3/h澳大澳大利亚利亚芒特艾萨矿芒特艾萨矿分段空场嗣后充分段空场嗣后充填法填法块石胶结块石胶结1%水泥水泥皮带皮带15*105m3/a坎宁顿矿坎宁顿矿全尾砂全尾砂2%-4%水泥水泥自流自流79%158t/hu 80年代中期，膏体充填技术迅速在美国、加拿大、澳大利亚、年代中期，膏体充填技术迅速在美

25、国、加拿大、澳大利亚、南非等许多国家得到应用。南非等许多国家得到应用。u 尾矿膏体处置成为国际研究前沿，已经召开了尾矿膏体处置成为国际研究前沿，已经召开了13届关于膏体届关于膏体与尾矿浓密技术的国际学术会议。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金川公司下向进路式下向进路式棒磨砂膏体棒磨砂膏体220kg/m3泵送泵送7779% 7080m3/h铜录山铜录山上向进路式上向进路式碎石膏体碎石膏体180kg/m3泵送泵送8486% 4050m3/h驰宏公司驰宏公司上向进路式上向进路式水淬渣膏体水淬渣膏体1：8自流自流80%4060m3/h冬

26、瓜山冬瓜山阶段嗣后充填阶段嗣后充填全尾高浓度全尾高浓度1：8自流自流7276% 80120m3/h孙村煤矿孙村煤矿长壁后退式综长壁后退式综采采煤法采采煤法煤矸石膏体煤矸石膏体1：19泵送泵送7275% 100120m3/h张马屯张马屯阶段嗣后充填阶段嗣后充填全尾高浓度全尾高浓度109.5kg/m3自流自流60%50m3/h4.1 膏体充填国内外应用概况u 中国膏体充填技术研究紧随其后，目前已经在金属矿、煤中国膏体充填技术研究紧随其后，目前已经在金属矿、煤矿、铁矿与铝工业上开始应用研究。矿、铁矿与铝工业上开始应用研究。u 大多处于工业试验阶段，商业化生产较少，主要在关键技大多处于工业试验阶段，商

27、业化生产较少，主要在关键技术、主要设备、监测技术方面受到制约。术、主要设备、监测技术方面受到制约。开开采采特特点点 水水：该矿为含水岩脉，每天从地下开采区抽出：该矿为含水岩脉，每天从地下开采区抽出的用水量约为的用水量约为9800m3。 深深：库克：库克3号矿井的深度为号矿井的深度为1373m，目前回采，目前回采深度到达地表以下深度到达地表以下800m。 地层构造复杂地层构造复杂： 1）由地壳隆起造成的张断层）由地壳隆起造成的张断层 2）由裂缝网造成的局部褶皱）由裂缝网造成的局部褶皱 库克库克3号矿井是南非兰德方丹集团采金公司所属的库克矿号矿井是南非兰德方丹集团采金公司所属的库克矿区的主力矿山，

28、采用房柱法开采，采场采用膏体充填。区的主力矿山，采用房柱法开采，采场采用膏体充填。4.2 Eldorado 集团 Cook3号矿膏体充填充充填填材材料料配配比比l尾矿中含有较高的硫酸盐，影响到尾矿中含有较高的硫酸盐，影响到后期强度。后期强度。l粉煤灰延缓了充填混合料的水化期，粉煤灰延缓了充填混合料的水化期，养护期长达养护期长达12d12d。l充填料的颗粒很细，水的渗滤或排充填料的颗粒很细，水的渗滤或排泄缓慢。泄缓慢。l充填料浆粘度很高，不宜泵送。充填料浆粘度很高，不宜泵送。现今配比：现今配比：95%的尾砂的尾砂4.5%的磨细粒的磨细粒化炉渣化炉渣0.5%的活化剂的活化剂初期配比：初期配比：7%

29、的粉煤灰的粉煤灰3%的水泥的水泥90%尾砂尾砂l 实现了无水泥充填实现了无水泥充填l 地表取样的充填体强度地表取样的充填体强度28d28d达达到到0.93MPa0.93MPal 井下充填体强度比地表高井下充填体强度比地表高1 1倍倍4.2 Eldorado 集团 Cook3号矿膏体充填 地表地表地下地下充填工艺流程4.2 Eldorado 集团 Cook3号矿膏体充填充填充填效果效果该矿井每天的最大充填量为该矿井每天的最大充填量为1500m3。充填量逐月上升，。充填量逐月上升，充填成本逐月下降。充填成本逐月下降。4.2 Eldorado 集团 Cook3号矿膏体充填月月月月月月月月月月月月月月

30、计划和实际投放的充填料计划实际投放的充填料 m ()月月月月月月月月月月月月月月实际计划.00.00.00投放1充填料的费用（兰特）100#1844中段1934中段124#911巷道矿山厂主回风井通风井2143米斜井2053米1#竖井2538米1331中段探矿斜井2#竖井38#62#1261中段水仓1451中段1511中段911巷道14#坑口12#坑口15#坑口D122-1114-1126-2126-1118-110 -C98-1106-1110-2102-1E10 -D98-2110-1D134-1134-21331126112111331126114511511二号竖井竖号一井E126-3

31、水水深深碎碎难难开开采采特特点点4.3 云南某矿山膏体充填实例矿山积存了矿山积存了60多万多万t的选矿尾砂和的选矿尾砂和100多万多万t的炼的炼铅淬渣，而且每年地表尾砂和水淬渣积存量以铅淬渣，而且每年地表尾砂和水淬渣积存量以2530万万t的速度激增。的速度激增。矿区属于长江上游水土保持和环境保护区，工业矿区属于长江上游水土保持和环境保护区，工业废物排放和堆存受到严格限制废物排放和堆存受到严格限制受矿区地形的限制，尾矿库和水淬渣场已无法扩受矿区地形的限制，尾矿库和水淬渣场已无法扩容容全尾产率仅全尾产率仅30%，无法满足充填需求。，无法满足充填需求。应应用用前前提提条条件件4.3 云南某矿山膏体充

32、填实例图5-1充填物料粒级组成曲线图充填骨料（75：25）水淬渣全尾砂（累计百分率粒径（ ）膏体物料的基本物理性能参数膏体物料的基本物理性能参数项目项目比重比重容重容重(t/m(t/m3 3) )孔隙率孔隙率(%)(%)比表面积比表面积(m(m2 2/m/m3 3) )水泥水泥3.13.11.31.358.0658.06582000582000全尾砂全尾砂2.712.711.881.8834.3534.35902000902000水淬渣水淬渣2.592.591.181.1854.4454.44全尾砂的比表面积几全尾砂的比表面积几乎是水泥的乎是水泥的2 2倍。全倍。全尾砂粒级超细，水泥尾砂粒级超

33、细，水泥已经难以裹住全尾砂。已经难以裹住全尾砂。采用普通胶结充填时采用普通胶结充填时其凝结性能较差其凝结性能较差 膏体料浆中细粒含膏体料浆中细粒含量量(-20m)己达到己达到57.95%，几乎没有，几乎没有40450m的骨料，的骨料，这种骨料级配是极不这种骨料级配是极不合理的。合理的。物物料料基基本本属属性性4.3 云南某矿山膏体充填实例一个核心一个核心深锥浓密机深锥浓密机三大系统三大系统尾砂浆脱水浓缩系统尾砂浆脱水浓缩系统膏体搅拌制备系统膏体搅拌制备系统膏体泵送输送系统膏体泵送输送系统一大特色一大特色DCSDCS集散控制系统集散控制系统核核心心与与特特色色4.3 云南某矿山膏体充填实例u 絮

34、凝沉降絮凝沉降u 中心传动耙架中心传动耙架u 底流循环底流循环u溢流清澈溢流清澈u底流浓度达底流浓度达72%78%全全尾尾浓浓密密系系统统4.3 云南某矿山膏体充填实例深锥浓密机深锥浓密机u 水泥控制与计量水泥控制与计量u 全尾控制与计量全尾控制与计量u 水淬渣控制与计量水淬渣控制与计量u 二段连续搅拌二段连续搅拌u 膏体均质不离析膏体均质不离析u 膏体浓度达膏体浓度达78%80%膏膏体体制制备备系系统统4.3 云南某矿山膏体充填实例制备系统制备系统活塞泵送系统（活塞泵送系统（12MPa12MPa）二段钻孔长度二段钻孔长度485m485m和和302m302m最大输送距离最大输送距离4117m4

35、117m 充填倍线充填倍线3以下可自流输送以下可自流输送 钻孔磨损严重钻孔磨损严重膏膏体体输输送送系系统统4.3 云南某矿山膏体充填实例膏体输送系统膏体输送系统u 所有物料流量由计算机精确所有物料流量由计算机精确控制控制u 所有设备通过系统的设置参所有设备通过系统的设置参数来控制其开关和运行状态数来控制其开关和运行状态u 操作人员数量下降操作人员数量下降u 物料配制精确提高物料配制精确提高计计算算机机控控制制系系统统4.3 云南某矿山膏体充填实例DCS集散控制集散控制序号序号指标名称指标名称单位单位数量数量1充填能力充填能力M3/h602充填浓度充填浓度%78813水泥单耗水泥单耗Kg/m32

36、054絮凝剂单耗絮凝剂单耗g/m3205水水t/m31.166电电Kwh/m36.677充填体成本充填体成本元元/m3171.68年充填量年充填量万万m314.19年回水量年回水量万万m31510年用水量年用水量万万m31.811采矿损失率采矿损失率%312采矿贫化率采矿贫化率%8 膏体充填应用成功的膏体充填应用成功的关键在于大大简化了关键在于大大简化了工艺流程。工艺流程。 采用深锥浓密机进行采用深锥浓密机进行一段浓密脱水，在地一段浓密脱水，在地表进行水泥干式添加表进行水泥干式添加工艺，采用工艺，采用2025cm的大塌度膏体物料进的大塌度膏体物料进行充填，降低了膏体行充填，降低了膏体充填工艺的

37、实际运用充填工艺的实际运用难度。难度。 膏体充填浓度达到膏体充填浓度达到7881%，最大日充填，最大日充填1264 m3，月均充填能，月均充填能力也达到力也达到11000 m3。生生产产实实践践效效果果4.3 云南某矿山膏体充填实例4.4 尾矿堆存国内外概况国外尾矿堆存概况国外尾矿堆存概况u 加拿大的加拿大的RobinskyRobinsky于于19731973年首次提出年首次提出“高浓度排放高浓度排放”概念，但真正地在全世界范围内推广应用是在概念，但真正地在全世界范围内推广应用是在19901990年年之后之后u 国外比较成熟的做法是国外比较成熟的做法是, ,首先将矿浆压缩成滤饼首先将矿浆压缩成

38、滤饼, ,再加再加水调整至合适的输送浓度水调整至合适的输送浓度u 堆场排放方式主要以中央浓缩排放为主堆场排放方式主要以中央浓缩排放为主, ,也有四周排放也有四周排放与山谷排放方式与山谷排放方式4.4 尾矿堆存国内外概况The Kidd Greek Mine/铜锌铜锌1973干燥后干燥后80.4%中心浓缩排放（中心浓缩排放（CTDCTD）The Alcan Vaudreuil /铝土铝土1987干燥前干燥前50%干燥后干燥后65%8080年代中期完成传统赤泥湿年代中期完成传统赤泥湿排向干堆的改造排向干堆的改造The Falconbrige Strathcona1998极冷环境下的浓缩尾矿的生极冷

39、环境下的浓缩尾矿的生产和沉积产和沉积 Aloca/铝铝198547%-51%干燥后干燥后70%使用从铝工业发展而来的干使用从铝工业发展而来的干堆技术堆技术The Peak Mine/金铜金铜199255%-62%CTDCTDThe Osborne Mine/铜金铜金199672%-74%边坡角边坡角4%4%The Century Zinc Mine/锌锌199952%-58%下山谷排放模式下山谷排放模式(DVD)(DVD)The Sunrise Dam Gold Mine/金金2003-CTDCTD技术技术, ,边坡角边坡角1.5%-2%1.5%-2%国内尾矿堆存概况国内尾矿堆存概况国内开始使

40、用尾矿堆存始于国内开始使用尾矿堆存始于2020世纪世纪9090年代，主要用于黄金尾矿年代，主要用于黄金尾矿和铝矿赤泥的处理。和铝矿赤泥的处理。矿山矿山投入年份投入年份滤饼浓度滤饼浓度工艺流程工艺流程归来庄金矿归来庄金矿199322%-23%尾矿压滤尾矿压滤皮带运输皮带运输堆场堆存堆场堆存柴胡栏子金矿柴胡栏子金矿199417%-18%排山楼金矿排山楼金矿199720%沟谷型：沟谷型：中国铝业河南分公司赤泥堆场、中州分公司烧结法中国铝业河南分公司赤泥堆场、中州分公司烧结法赤赤 泥堆场泥堆场平地高台型：山西分公司湿法赤泥堆场、广西分公司干法赤平地高台型：山西分公司湿法赤泥堆场、广西分公司干法赤泥堆场

41、泥堆场人工凹地型：山东分公司第二赤泥堆场人工凹地型：山东分公司第二赤泥堆场4.4 尾矿堆存国内外概况p 首次采用干法输送、干法堆存技术的赤泥堆场首次采用干法输送、干法堆存技术的赤泥堆场p 堆场占地堆场占地45hm45hm2 2，共分为，共分为5 5个库区个库区p 至至20032003年，最高赤泥堆积高度达年，最高赤泥堆积高度达20m20m，累计堆存赤泥，累计堆存赤泥650650万万t t，使用堆场库容使用堆场库容400400万万m m3 3赤泥堆场剖面示意图赤泥堆场剖面示意图4.5 某铝厂地表膏体排放实例排水层排水层防渗层防渗层排水管排水管溢流管溢流管（逐层加高）（逐层加高）分期子坝分期子坝堆

42、存赤泥堆存赤泥土石基层土石基层项目项目湿容重湿容重/g.cm-3干容重干容重/g.cm-3空隙比空隙比饱和度饱和度/%压缩系数压缩系数/MPa塑性指塑性指数数/%赤泥粒级较细，赤泥粒级较细，属中等压缩性土，具有饱和的粉质粘土的某些特性属中等压缩性土，具有饱和的粉质粘土的某些特性堆场赤泥基本性质表堆场赤泥基本性质表级级配配曲曲线线粒径小于粒径小于0.019mm0.019mm的含量的含量为为74%74%，属于细粒尾矿。，属于细粒尾矿。粒 径 （)4.5 某铝厂地表膏体排放实例堆场运行情况堆场运行情况堆场内各库区轮流进行均堆场内各库区轮流进行均衡布料，每层排放厚度控衡布料，每层排放厚度控制在制在40

43、cm40cm左右，实现四周左右，实现四周向中央排放方式向中央排放方式现现场场赤赤泥泥排排放放赤泥赤泥布料布料赤泥赤泥干燥干燥干燥到含水量干燥到含水量3030可视为可视为一个干燥周期，然后排放一个干燥周期，然后排放第二层赤泥。第二层赤泥。排排放放一一层层赤赤泥泥4.5 某铝厂地表膏体排放实例干干燥燥程程度度的的检检测测及及分分析析取取样样孔孔布布置置各库区赤泥平均含水量各库区赤泥平均含水量库库库库库 含水量不仅表征着堆场含水量不仅表征着堆场赤泥干燥程赤泥干燥程度，也是衡度，也是衡量量堆场稳定性的重要指堆场稳定性的重要指标。标。 饱和度是指孔隙水与饱和度是指孔隙水与空隙体积之比空隙体积之比4.5

44、某铝厂地表膏体排放实例干干燥燥程程度度的的检检测测及及分分析析 一般认为，赤泥含水量应随深度的增加而逐渐降低。一般认为，赤泥含水量应随深度的增加而逐渐降低。但从检测结果看，其趋势并不明显。但从检测结果看，其趋势并不明显。01020304050123456789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20取样深度取样深度h/mh/m含含水水率率w w/ /% %1 1号孔号孔2 2号孔号孔3 3号孔号孔1-31-3号取样孔取样深度和含水率关系图号取样孔取样深度和含水率关系图赤泥含水量在赤泥含水量在30%-40%30%-40%波动，波动，其原因主要是赤泥细度、其原因主要是赤泥

45、细度、表层结壳和水分下渗表层结壳和水分下渗4.5 某铝厂地表膏体排放实例堆堆场场裂裂纹纹 赤泥赤泥经过脱水、析水、干燥硬化，堆场表层赤泥由经过脱水、析水、干燥硬化，堆场表层赤泥由流塑状态变为硬塑状态，形成结构强度流塑状态变为硬塑状态，形成结构强度 赤泥由于蒸发、附液的分离、下渗等而逐渐干固，赤泥由于蒸发、附液的分离、下渗等而逐渐干固，堆场表面会开始出现裂缝现象堆场表面会开始出现裂缝现象开裂开裂发育发育延伸延伸破裂破裂被翻晒破坏被翻晒破坏被赤泥覆盖被赤泥覆盖重新开裂重新开裂成成因因 沉降缝沉降缝 干缩缝干缩缝 温度缝温度缝 可溶盐溶解可溶盐溶解4.5 某铝厂地表膏体排放实例实实施施效效果果p 按

46、照目前的运行模式，堆积体在最终堆积高度达到按照目前的运行模式，堆积体在最终堆积高度达到50-60m50-60m的使用年限内，仍然保证其边坡稳定性；的使用年限内，仍然保证其边坡稳定性；p 堆场赤泥干燥到含水量堆场赤泥干燥到含水量35%35%以下时，可以视为一个干以下时，可以视为一个干燥周期完成；燥周期完成；p 随着赤泥层厚度的增加，到达底部排水层的赤泥附随着赤泥层厚度的增加，到达底部排水层的赤泥附液将逐渐减少，逐步演变为降低堆存体水头的安全液将逐渐减少，逐步演变为降低堆存体水头的安全措施；措施；p 堆场干燥以迅速排除表面集水和蒸发干燥为主，其堆场干燥以迅速排除表面集水和蒸发干燥为主，其晒面积是制

47、约赤泥干燥的重要因素。晒面积是制约赤泥干燥的重要因素。4.5 某铝厂地表膏体排放实例4.6 秘鲁COBRIZA MINE膏体排放实例工程背景工程背景座落在山区，海拔座落在山区，海拔23002300以上；以上； 此前的尾矿处置是将其直接排入当此前的尾矿处置是将其直接排入当地河流，由于环境原因必须进行改造，地河流，由于环境原因必须进行改造，但地形不允许传统湿排。但地形不允许传统湿排。 如不及时改造，将造成如不及时改造，将造成75007500人失业；人失业； 全年气候干燥，年降水量全年气候干燥，年降水量63mm63mm，温，温度度12-3112-31，蒸发量大；，蒸发量大；选厂与尾矿库的距离较大。选

48、厂与尾矿库的距离较大。CobrizaCobriza工厂概貌工厂概貌由此决定了由此决定了CobrizaCobriza矿山向膏体排放的模式进行改造矿山向膏体排放的模式进行改造在一个处理量为在一个处理量为30t/d的小深锥的小深锥中模拟进行，经过中模拟进行，经过30天的连续运天的连续运行，结果表明能连续获得浓度为行，结果表明能连续获得浓度为76%以上的不离析尾矿，且深锥以上的不离析尾矿，且深锥底流塌落度为底流塌落度为21.623.5cm。深深锥锥试试验验塌塌落落度度测测量量流流槽槽示示意意图图流槽试验用来预测和反应自流槽试验用来预测和反应自然沉积时可能出现的沉积角，然沉积时可能出现的沉积角，一般在一

49、般在110%左右左右。流流槽槽试试验验4.6 秘鲁COBRIZA MINE膏体排放实例工艺流工艺流程特点程特点4.6 秘鲁COBRIZA MINE膏体排放实例u分级尾矿用于充填，微细粒用于膏体堆存分级尾矿用于充填，微细粒用于膏体堆存u深锥浓密后直接向尾矿库排放深锥浓密后直接向尾矿库排放u均采用泵压输送均采用泵压输送运行运行情况情况 经过反复的调试和运行，深锥达到经过反复的调试和运行，深锥达到330t/d330t/d的处的处理量，底流经柱塞高压泵送到沉积点，经过固结理量，底流经柱塞高压泵送到沉积点，经过固结和蒸发干燥，能达到稳定性的要求。和蒸发干燥，能达到稳定性的要求。14m 14m 深锥浓缩机深锥浓缩机尾矿池一年的沉积尾矿池一年的沉积 膏体排放到沉积点膏体排放到沉积点4.6 秘鲁COBRIZA MINE膏体排放实例u 单层沉积最少需要单层沉积最少需要3天能出现蒸发裂纹天能出现蒸发裂纹u 厚层沉积产生深厚层沉积产生深/宽的蒸发裂纹，较之薄