專利名稱：一種鐵尾礦固化干堆方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵尾礦固化干堆方法，屬于礦山安全技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鐵礦石經(jīng)過破碎、球磨、濕法選礦后，要產(chǎn)生約占原礦量50%以上的品位較低的以硅酸鹽礦物為主的廢渣，這種廢渣稱為鐵尾礦。因鐵尾礦顆粒細(xì)、持水性強、含水率高，而綜合利用率較低，在尾礦庫堆存過程中存在潰壩風(fēng)險。我國是一個礦業(yè)大國，90%以上的尾礦采用上游法筑壩堆存，近年來，我國尾礦庫垮塌事故接連不斷發(fā)生，造成了重大人員傷亡和環(huán)境污染，凸顯出傳統(tǒng)的尾礦堆存方式存在安全隱患。目前，我國的尾礦堆存方式有以下幾種
一是庫壩式堆存其方法是先用砂土筑壩，內(nèi)充尾礦礦漿，礦漿在堆存過程中逐漸沉降，清水在庫尾通過回水井排除。該法的優(yōu)點是壩體建成后運行費用低，工藝簡單；存在的主要問題是一次性筑壩投資大，土地占用量大，尾礦長期處于飽和含水狀態(tài)，存在巨大的安全風(fēng)險。以該法為基礎(chǔ)，采用礦漿在入庫前先采用螺旋分級機分級，粗粒級尾礦堆存在壩上作為筑壩材料，細(xì)粒級尾礦在庫內(nèi)堆存，這種方法可以減少筑壩需要的砂石材料和筑壩費用，但因粗粒態(tài)尾礦粘聚性差，很容易發(fā)生滲流破壞，安全風(fēng)險更大。二是壓濾干堆其方法是尾礦在入庫前先進行深錐濃縮，在濃縮過程中添加聚丙烯酰胺絮凝劑加速沉降，然后壓濾，使尾礦的含水率降到30%以下，濾餅用汽車或皮帶運輸機輸送到堆場。該法與庫壩式堆存相比，安全性得到顯著提高，但尾礦處理和運輸?shù)馁M用高昂，尾礦存在遇水二次泥化和干燥揚塵的問題。三是膏體堆存很多尾礦如氧化鋁選尾礦顆粒細(xì)，含水率高，難沉降，故在尾礦漿中添加水泥和粉煤灰后，泵送到堆場的中央豎管，形成類似噴泉狀，礦漿從堆場中央開始向四周流淌，在流淌過程中因蒸發(fā)逐漸失去流動性成為膏體。與庫壩式堆存相比，該法安全性提高，但因外加材料量很大，膏體含水率高，堆存體積與原礦漿相比幾乎不減少，而且存在干化體揚塵和泥化的問題。此外，鐵尾礦漿在濃密池中加入混凝劑，使礦漿濃度提高到50%以上，再加水泥、 石灰、石膏、粉煤灰等材料混合攪拌成為膏體，待其固化后再入庫壓實堆存。該法的優(yōu)點是對尾礦庫要求不高，無需排水設(shè)施，存在的問題是尾礦在高濃度條件下很難輸送，同時固化體需要二次壓實，工程量大，需要分區(qū)作業(yè)，實際上對場地的要求很嚴(yán)格。實踐表明現(xiàn)行的尾礦堆存方式難以滿足在極端自然和氣象條件下的安全需要， 要從根本上消除尾礦庫存在的潛在垮塌風(fēng)險和降低運行成本，就有必要研究開發(fā)新型的尾礦堆存技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種專門針對鐵尾礦固化干堆的生產(chǎn)方法，以解決鐵尾礦安全堆存問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是首先制備固化劑，然后將固化劑和鐵尾礦混合攪拌，最后進行干堆，其具體步驟包括如下
(1)固化劑的制備先將鋼渣、化工廢石膏、熟料、生石灰、粉煤灰和添加劑分別進行干燥、篩分、破碎成尺寸小于IOmm的顆粒，然后按配方計量混合均勻，自然陳化他以上后再磨粉，粉體細(xì)度控制為0. 08 mm篩余量小于10%，得到固化劑；
(2)鐵尾礦和固化劑混合料的混配將鐵尾礦漿、固化劑均按照干基質(zhì)量流量進行配料把質(zhì)量濃度為20 60%鐵尾礦漿折算為干基100份與2 10份固化劑在連續(xù)流動狀態(tài)下攪拌混合得到混合料，為使攪拌更加均勻充分，將混合料中的10%料漿返回攪拌槽繼續(xù)與原礦漿配料攪拌，90%料漿直接泵送到堆場；
(3)鐵尾礦和固化劑混合料干堆將步驟(2)中得到的混合料經(jīng)泵輸送到堆場區(qū)域， 先挖出一條溝，在溝中充填混合料，在充填放料的尾端排水，直至充填和排水完成。待充填料初凝后，挖掘充填料攤鋪在溝的外沿作為埂，在埂的攤鋪過程中進行碾壓和整形，最終要求埂的角度彡75°，高度彡細(xì)，寬度>6m。初始埂建成后，向埂圍成的堆存區(qū)域內(nèi)充填混合料，沿埂的內(nèi)沿位置開始、由外向內(nèi)充填混合料，待溝內(nèi)充滿后料漿自流到其它區(qū)域直至與埂高度平，在排礦的尾方向用回水井或堰排水，待充填體初凝后，挖掘充填物料攤鋪到埂上，開始第二個筑埂和充填循環(huán)，第二次起埂的外沿與第一次埂的頂部外沿的距離>600 mm，通過這種方式，最終形成一個類似金字塔的尾礦干堆體。以上述堆存方式，尾礦庫應(yīng)該分成不同的區(qū)域，分別適應(yīng)充填、排水、固化、起埂的需要。所述固化劑的各組份為鋼渣53 81 wt%、化工廢石膏1. 8 、熟料10 25wt%、粉煤灰5 10wt%、生石灰2 7wt%、添加劑0. 2 1. 0wt%。所述鋼渣為煉鋼過程產(chǎn)生的以硅酸鈣為主的廢渣，熟料的主要礦物為硅酸三鈣、 硅酸二鈣、鐵鋁酸四鈣，生石灰為碳酸鈣煅燒得到的以氧化鈣為主的礦物。所述化工廢石膏可以為磷石膏、脫硫石膏、鈦石膏和氟石膏中的任意一種。所述添加劑由硫酸鈉、氯化鈉、氯化鈣、氯化鐵、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵和木質(zhì)素磺酸鈣中的兩種或兩種以上按任意比例混合配制而成。所述鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為20 60wt%的呈流體狀的液固混合物， 干基是鐵礦石經(jīng)破碎、濕法球磨和磁選后剩余的含鐵量< 15wt%的鐵尾礦，主要礦物為普通硅酸鹽礦物，粒度分布范圍為粒徑小于20 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%、粒徑大于500 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%。所述鐵尾礦固化干堆各組分按重量份計量為(均按干基計)尾礦100份，固化劑 2 10份，混合料漿的濃度為22 65%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點和積極效果本發(fā)明為鐵尾礦固化干堆提供了一種新方法，固化劑主要原料以工業(yè)廢渣為主，成本低廉，生產(chǎn)工藝簡單；混合料攪拌、輸送和放礦工藝簡單，動力消耗低，容易工程實施。在堆存過程中，混合料各組分將發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，最終形成以水化鋁硅酸鹽為主的凝膠礦物把細(xì)粒態(tài)尾礦膠結(jié)成為具有一定承載力和水穩(wěn)性的復(fù)合材料，耐霜凍、耐濕熱、耐酸堿、抗炭化；而且沒有環(huán)境污染。通過這種方式進行的鐵尾礦固化與傳統(tǒng)技術(shù)相比，節(jié)約了筑壩需要的粘土和砂石等天然資源，又降低了成本和簡化了工藝，是一種從根本上解決尾礦安全堆存的技術(shù)方法。


圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明，但本發(fā)明不限于以下范圍。實施例1 如圖1所示，本鐵尾礦固化干堆方法的具體步驟如下
(1)固化劑的制備先將鋼渣53 wt%、磷石膏、熟料25wt%、生石灰7wt%、粉煤灰 10襯％和添加劑1. 0wt%分別進行干燥、篩分、破碎成尺寸小于IOmm的顆粒，然后按配方計量混合均勻，自然陳化他后粉磨，粉體細(xì)度控制為0. 08 mm篩篩余小于8%，得到固化劑；添加劑由硫酸鈉20wt%、氯化鈉40wt%、氯化鈣5wt%、氯化鐵15wt%、聚合硫酸鋁5wt%、聚合硫酸鐵 5wt%、木質(zhì)素磺酸鈣10wt%混合配制而成。(2)鐵尾礦和固化劑混合料的攪拌將鐵尾礦漿、固化劑均按照干基質(zhì)量流量進行配料把質(zhì)量濃度為60%的鐵尾礦漿折算為干基100份與2份固化劑在連續(xù)流動狀態(tài)下攪拌混合得到混合料，混合料中的10%料漿返回攪拌槽繼續(xù)與原礦漿配料攪拌，90%料漿直接泵送到堆場；(鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為60wt%的呈流體狀的液固混合物，干基是鐵礦石經(jīng)破碎、濕法球磨和磁選后剩余的含鐵量為Hwt%的鐵尾礦，主要礦物為赤鐵礦、石英、長石、電氣石、綠泥石、白云石、碳酸鈣等普通硅酸鹽礦物，粒度分布范圍為粒徑小于20 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%、粒徑大于500 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%。)
(3)鐵尾礦和固化劑混合料干堆將步驟(2)中得到的混合料經(jīng)泵輸送到堆場區(qū)域，先挖出一條溝，在溝內(nèi)充填混合料，在充填放料的尾端排水，直至充填和排水完成。待充填料初凝后，挖掘充填料攤鋪在溝的外沿作為埂，在埂的攤鋪過程中進行碾壓和整形，最終要求埂的角度為75°，高度為3m，寬度為6m。初始埂建成后，可向埂圍成的堆存區(qū)域內(nèi)充填混合料，沿埂的內(nèi)沿位置開始、由外向內(nèi)充填混合料，待溝內(nèi)充滿后料漿自流到其它區(qū)域直至與埂高度齊平，在排礦的尾方向用回水井或堰排水，待充填體初凝后，挖掘充填物料攤鋪到埂上，開始第二個筑埂和充填循環(huán)，第二次起埂的外沿與第一次埂的頂部外沿應(yīng)有600 mm的距離，通過這種方式，最終形成一個類似金字塔的尾礦干堆體。以上述堆存方式，尾礦庫應(yīng)該分成不同的區(qū)域，分別適應(yīng)充填、排水、固化、起埂的需要。上述鐵尾礦筑埂材料7d抗壓強度0. 5MPa, 28天抗壓強度2. 5MPa ；上述鐵尾礦充填材料1 完成泌水，24h初凝，7d抗壓強度0. 2MPa, 28天抗壓強度0. 8MPa ；兩類材料7d 后飽和浸泡24h水浸不散，干燥至含水率小于5%時，不粉化，飽和浸泡時不泥化。實施例2 如圖1所示，本鐵尾礦固化干堆方法的具體步驟如下
(1)固化劑的制備先將鋼渣67 wt %、脫硫石膏3wt%、熟料17. 5wt%、生石灰4. 5wt%、 粉煤灰7. 5襯％和添加劑0. 5wt%分別進行干燥、篩分、破碎成尺寸小于IOmm的顆粒，然后按配方計量混合均勻，自然陳化IOh后粉磨，粉體細(xì)度控制為0. 08 mm篩篩余小于9%，得到固化劑；添加劑由硫酸鈉20wt%、氯化鈉40wt%、氯化鐵15wt%、聚合硫酸鐵5wt%、木質(zhì)素磺酸鈣 20wt%混合配制而成。(2)鐵尾礦和固化劑混合料的攪拌將鐵尾礦漿、固化劑均按照干基質(zhì)量流量進行配料把質(zhì)量濃度為35%鐵尾礦漿折算為干基100份與8份固化劑在連續(xù)流動狀態(tài)下攪拌混合得到混合料，混合料中的10%料漿返回攪拌槽繼續(xù)與原礦漿配料攪拌，90%料漿直接泵送到堆場；(鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為35wt%的呈流體狀的液固混合物，干基是鐵礦石經(jīng)破碎、濕法球磨和磁選后剩余的含鐵量為Hwt%的鐵尾礦，主要礦物為赤鐵礦、 石英、長石、電氣石、綠泥石、白云石、碳酸鈣等普通硅酸鹽礦物，粒度分布范圍為粒徑小于 20 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%、粒徑大于500 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%。)
(3)鐵尾礦和固化劑混合料干堆將步驟(2)中得到的混合料經(jīng)泵輸送到堆場區(qū)域， 先挖出一條溝，在溝中充填混合料，在充填放料的尾端排水，直至充填和排水完成。待充填料初凝后，挖掘充填料攤鋪在溝的外沿作為埂，在攤鋪過程中進行碾壓和整形，最終要求埂的角度60°，高度細(xì)，寬度7m。初始埂建成后，向埂圍成的堆存區(qū)域內(nèi)充填混合料，放礦位置布置在埂的內(nèi)沿，待溝內(nèi)充滿后料漿自流到其它區(qū)域直至與埂高度平，在排礦的尾方向用回水井或堰排水，待充填體初凝后，挖掘充填物料攤鋪到埂上，開始第二個筑埂和充填循環(huán)，第二次起埂的外沿與第一次埂的頂部外沿應(yīng)有1000 mm的距離，通過這種方式，最終形成一個類似金字塔的尾礦干堆體。以上述堆存方式，尾礦庫應(yīng)該分成不同的區(qū)域，分別適應(yīng)充填、排水、固化、起埂的需要。上述鐵尾礦筑埂和充填材料的性能相同，充填完畢后的1 泌水完成，24h初凝， 7d抗壓強度0. 3MPa，觀天抗壓強度1. OMPa ； 7d后飽和浸泡24h水浸不散，干燥至含水率小于5%時，不粉化，飽和浸泡時不泥化。實施例3 如圖1所示，本鐵尾礦固化干堆方法的具體步驟如下
(1)固化劑的制備先將鋼渣81 wt %、鈦石膏1.8wt%、熟料10wt%、生石灰2wt%、粉煤灰 5襯％和添加劑0. 2wt%分別進行干燥、篩分、破碎成尺寸小于IOmm的顆粒，然后按配方計量混合均勻，自然陳化8小時后粉磨，粉體細(xì)度控制為0. 08 mm篩篩余為4%，得到固化劑；添加劑由硫酸鈉20wt%、氯化鈉50wt%、聚合硫酸鋁10wt%、木質(zhì)素磺酸鈣20wt%混合配制而成。(2)鐵尾礦和固化劑混合料的攪拌將鐵尾礦漿、固化劑均按照干基質(zhì)量流量進行配料把質(zhì)量濃度為20%鐵尾礦漿折算為干基100份與10份固化劑在連續(xù)流動狀態(tài)下攪拌混合得到混合料，混合料中的10%料漿返回攪拌槽繼續(xù)與原礦漿配料攪拌，90%料漿直接泵送到堆場；(鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為20wt%的呈流體狀的液固混合物，干基是鐵礦石經(jīng)破碎、濕法球磨和磁選后剩余的含鐵量為12wt%的鐵尾礦，主要礦物為赤鐵礦、 石英、長石、電氣石、綠泥石、白云石、碳酸鈣等普通硅酸鹽礦物，粒度分布范圍為粒徑小于 20 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%、粒徑大于500 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%。)
(3)鐵尾礦和固化劑混合料干堆將步驟(2)中得到的混合料經(jīng)泵輸送到堆場區(qū)域，在起始階段，先挖出一條溝，在溝中充填混合料，在充填放料的尾端排水，直至充填和排水完成。待充填料初凝后，挖掘充填料攤鋪在溝的外沿作為埂，在埂的攤鋪過程中進行碾壓和整形，最終要求埂的角度為75°，高度為細(xì)，寬度為6m。初始埂建成后，向埂圍成的堆存區(qū)域內(nèi)充填混合料，放礦位置布置在埂的內(nèi)沿，待溝內(nèi)充滿后料漿自流到其它區(qū)域直至與埂高度平，在排礦的尾方向用回水井或堰排水，待充填體初凝后，挖掘充填物料攤鋪到埂上，開始第二個筑埂和充填循環(huán)，第二次起埂的外沿與第一次埂的頂部外沿應(yīng)有600 mm的距離， 通過這種方式，最終形成一個類似金字塔的尾礦干堆體。以上述堆存方式，尾礦庫應(yīng)該分成不同的區(qū)域，分別適應(yīng)充填、排水、固化、起埂的需要。上述鐵尾礦筑埂和充填材料的性能相同，充填完畢后的1 泌水完成，30h初凝， 7d抗壓強度0. 2MPa，觀天抗壓強度0. 8MPa ； 7d后飽和浸泡24h水浸不散，干燥至含水率小于5%時，不粉化，飽和浸泡時不泥化。實施例4 如圖1所示，本鐵尾礦固化干堆方法的具體步驟如下
(1)與實施例1相同，其中化工廢石膏采用氟石膏，添加劑為硫酸鈉70wt%，粉煤灰 30wt%混合配制而成。(2)與實施例1所述的步驟相同。
(3)與實施例3所述步驟相同。 上述鐵尾礦筑埂和充填材料的性能相同，充填完畢后的1 泌水完成，31h初凝， 7d抗壓強度0. 15MPa, 28天抗壓強度1. IMPa ； 7d后飽和浸泡24h水浸不散，干燥至含水率小于5%時，不粉化，飽和浸泡時不泥化。
權(quán)利要求
1.一種鐵尾礦固化干堆方法，其特征在于包括如下具體步驟(1)固化劑的制備先將鋼渣、化工廢石膏、熟料、生石灰、粉煤灰和添加劑分別進行干燥、篩分、破碎成尺寸小于IOmm的顆粒，然后按配方計量混合均勻，自然陳化他以上后再磨粉，粉體細(xì)度控制為過0. 08 mm篩余量小于10%，得到固化劑；(2)鐵尾礦和固化劑混合料的混配將鐵尾礦漿、固化劑均按照干基質(zhì)量流量進行配料把鐵尾礦漿折算為干基100份與2 10份固化劑在連續(xù)流動狀態(tài)下攪拌混合得到混合料，混合料中的一部分料漿返回攪拌槽繼續(xù)與原礦漿配料攪拌，一部分料漿直接泵送到堆場；(3)鐵尾礦和固化劑混合料干堆將步驟(2)中得到的混合料經(jīng)泵輸送到堆場區(qū)域，先挖出一條溝，在溝中充填混合料，在充填放料的尾端排水，直至充填和排水完成；待充填料初凝后，挖掘充填料攤鋪在溝的外沿作為埂，在埂的攤鋪過程中進行碾壓和整形；初始埂建成后，向埂圍成的堆存區(qū)域內(nèi)充填混合料，沿埂的內(nèi)沿位置開始、由外向內(nèi)充填混合料，待溝內(nèi)充滿后料漿自流到其它區(qū)域直至與埂高度齊平，在排礦的尾方向用回水井或堰排水， 待充填體初凝后，挖掘充填物料攤鋪到埂上，開始第二個筑埂和充填循環(huán)；通過這種方式， 最終形成一個類似金字塔的尾礦干堆體；以上述堆存方式，尾礦庫分成不同的區(qū)域，分別適應(yīng)充填、排水、固化、起埂的需要。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵尾礦固化干堆方法，其特征在于所述固化劑的各組份為鋼渣53 81 wt %、化工廢石膏1. 8 4wt%、熟料10 25wt%、粉煤灰5 10wt%、生石灰 2 7wt%、添力口齊[J 0. 2 1. 0wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵尾礦固化干堆方法，其特征在于所述化工廢石膏可以為磷石膏、脫硫石膏、鈦石膏和氟石膏中的任意一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵尾礦固化干堆方法，其特征在于所述添加劑由硫酸鈉、氯化鈉、氯化鈣、氯化鐵、聚合硫酸鋁、聚合硫酸鐵和木質(zhì)素磺酸鈣中的兩種或兩種以上按任意比例混配而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵尾礦固化干堆方法，其特征在于所述鐵尾礦漿是從選礦工藝排出的濃度為20 60wt%的呈流體狀的液固混合物，干基是鐵礦石經(jīng)破碎、濕法球磨和磁選后剩余的含鐵量< 15wt%的鐵尾礦，主要礦物為普通硅酸鹽礦物，粒度分布范圍為粒徑小于20 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%、粒徑大于500 μ m的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵尾礦固化干堆方法，其特征在于所述混合料中的10%料漿返回攪拌槽繼續(xù)與原礦漿配料攪拌，90%料漿直接泵送到堆場。
7.根據(jù)權(quán)利要求書1所述的鐵尾礦固化干堆方法，其特征在于所述步驟(3)中，溝外沿埂側(cè)壁與水平方向的角度< 75°、高度< 細(xì)、寬度> 6m ；第二次起埂的外沿與第一次埂的頂部外沿的距離彡600 mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鐵尾礦固化干堆方法，屬于礦山安全技術(shù)領(lǐng)域。在尾礦漿中添加以鋼渣、化工廢石膏、熟料、粉煤灰、生石灰為主要原料生產(chǎn)的固化劑和和化學(xué)添加劑，通過二次混合攪拌，同步實現(xiàn)尾礦沉降、排水、固化堆存。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明工藝過程簡單，成本低，占地面積小，安全性高，是一種鐵尾礦安全堆存的新方法。
文檔編號B09B1/00GK102527690SQ201210006549
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者伍祥, 唐國棟, 夏舉佩, 張召述, 徐士申, 徐煒, 李金恩, 王金博, 羅中秋, 羅均耀 申請人:昆明理工大學(xué), 玉溪大紅山礦業(yè)有限公司