專利名稱：一種鐵尾礦固化干堆方法
技術領域：
本發明涉及一種鐵尾礦固化干堆方法，屬于礦山安全技術領域。
背景技術：
鐵礦石經過破碎、球磨、濕法選礦后，要產生約占原礦量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、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險。我國是一個礦業大國，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生，造成了重大人員傷亡和環境污染，凸顯出傳統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，存在巨大的安全風險。以該法為基礎，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，細粒級尾礦在庫內堆存，這種方法可以減少筑壩需要的砂石材料和筑壩費用，但因粗粒態尾礦粘聚性差，很容易發生滲流破壞，安全風險更大。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，但尾礦處理和運輸的費用高昂，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，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。該法的優點是對尾礦庫要求不高，無需排水設施，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，需要分區作業，實際上對場地的要求很嚴格。實踐表明現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險和降低運行成本，就有必要研究開發新型的尾礦堆存技術。

發明內容
本發明的目的是提供一種專門針對鐵尾礦固化干堆的生產方法，以解決鐵尾礦安全堆存問題。本發明的技術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量流量進行配料把質量濃度為20 60%鐵尾礦漿折算為干基100份與2 10份固化劑在連續流動狀態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)中得到的混合料經泵輸送到堆場區域， 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，寬度>6m。初始埂建成后，向埂圍成的堆存區域內充填混合料，沿埂的內沿位置開始、由外向內充填混合料，待溝內充滿后料漿自流到其它區域直至與埂高度平，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，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，尾礦庫應該分成不同的區域，分別適應充填、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的質量分數小于10%、粒徑大于500 μ m的質量分數小于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%。本發明與現有技術相比具有如下優點和積極效果本發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廢渣為主，成本低廉，生產工藝簡單；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，混合料各組分將發生化學反應，最終形成以水化鋁硅酸鹽為主的凝膠礦物把細粒態尾礦膠結成為具有一定承載力和水穩性的復合材料，耐霜凍、耐濕熱、耐酸堿、抗炭化；而且沒有環境污染。通過這種方式進行的鐵尾礦固化與傳統技術相比，節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方法。


圖1是本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明，但本發明不限于以下范圍。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量流量進行配料把質量濃度為60%的鐵尾礦漿折算為干基100份與2份固化劑在連續流動狀態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的質量分數小于10%、粒徑大于500 μ m的質量分數小于10%。)
(3)鐵尾礦和固化劑混合料干堆將步驟(2)中得到的混合料經泵輸送到堆場區域，先挖出一條溝，在溝內充填混合料，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域內充填混合料，沿埂的內沿位置開始、由外向內充填混合料，待溝內充滿后料漿自流到其它區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，第二次起埂的外沿與第一次埂的頂部外沿應有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，尾礦庫應該分成不同的區域，分別適應充填、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量流量進行配料把質量濃度為35%鐵尾礦漿折算為干基100份與8份固化劑在連續流動狀態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的質量分數小于10%、粒徑大于500 μ m的質量分數小于10%。)
(3)鐵尾礦和固化劑混合料干堆將步驟(2)中得到的混合料經泵輸送到堆場區域， 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，寬度7m。初始埂建成后，向埂圍成的堆存區域內充填混合料，放礦位置布置在埂的內沿，待溝內充滿后料漿自流到其它區域直至與埂高度平，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，第二次起埂的外沿與第一次埂的頂部外沿應有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，尾礦庫應該分成不同的區域，分別適應充填、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量流量進行配料把質量濃度為20%鐵尾礦漿折算為干基100份與10份固化劑在連續流動狀態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的質量分數小于10%、粒徑大于500 μ m的質量分數小于10%。)
(3)鐵尾礦和固化劑混合料干堆將步驟(2)中得到的混合料經泵輸送到堆場區域，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，寬度為6m。初始埂建成后，向埂圍成的堆存區域內充填混合料，放礦位置布置在埂的內沿，待溝內充滿后料漿自流到其它區域直至與埂高度平，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，第二次起埂的外沿與第一次埂的頂部外沿應有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，尾礦庫應該分成不同的區域，分別適應充填、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份固化劑在連續流動狀態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)中得到的混合料經泵輸送到堆場區域，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，向埂圍成的堆存區域內充填混合料，沿埂的內沿位置開始、由外向內充填混合料，待溝內充滿后料漿自流到其它區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；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域，分別適應充填、排水、固化、起埂的需要。
2.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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的質量分數小于10%、粒徑大于500 μ m的質量分數小于10%。
6.根據權利要求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與原礦漿配料攪拌，90%料漿直接泵送到堆場。
7.根據權利要求書1所述的鐵尾礦固化干堆方法，其特征在于所述步驟(3)中，溝外沿埂側壁與水平方向的角度< 75°、高度< 細、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
本發明涉及一種鐵尾礦固化干堆方法，屬于礦山安全技術領域。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的固化劑和和化學添加劑，通過二次混合攪拌，同步實現尾礦沉降、排水、固化堆存。與現有技術相比，本發明工藝過程簡單，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 優先權日2012年1月11日
發明者伍祥, 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, 玉溪大紅山礦業有限公司