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1、教授、博士生导师教授、博士生导师北京科技大学土木与环境工程学院院长北京科技大学土木与环境工程学院院长吴爱祥Tel:13501268918 E-mail: Tel:13501268918 E-mail: 国务院特殊津贴专家国务院特殊津贴专家 国家杰出青年基金获得者国家杰出青年基金获得者 教育部教育部“奖励计划奖励计划”特聘教授特聘教授膏体充填与尾矿处置膏体充填与尾矿处置 技术研究进展技术研究进展吴爱祥吴爱祥北京科技大学北京科技大学20102010年全国采矿技术与装备进展年评报告会年全国采矿技术与装备进展年评报告会提 纲1 1、超细全尾的概念与特征、超细全尾的概念与特征2 2、全尾充填与处置技术现
2、状、全尾充填与处置技术现状3 3、全尾充填与处置新技术、全尾充填与处置新技术4 4、工程实例、工程实例5 5、发展趋势、发展趋势1、超细全尾的概念与特征1.1 全尾矿与尾矿库u铜：0.87%；u铅+锌：5%10%；u镍：1%u露天：3%-5%u全面法：4%-20%u充填法：3%-15%u崩落法：8%-45%u共(伴)生矿占 总储量80%；u共生矿回收率 50%-60% ；u伴生回收率为 40% 。 品位低回收率低排放量大u现有尾矿总 量达80亿tu年排放尾矿量达6亿t。地质采矿选矿尾矿损贫高全尾矿是指粒级组成未经人工干扰的选厂固体废弃物全尾矿是指粒级组成未经人工干扰的选厂固体废弃物 排放量大，
3、是金属矿山主要的环境灾害源排放量大，是金属矿山主要的环境灾害源尾矿库名称尾矿库名称发生时间发生时间发生地点发生地点事故损失事故损失云南武定德昌钛矿厂尾矿库2001.7.10云南省武定县7人死亡陕西镇安黄金矿业尾矿库2006.4.30陕西省商洛市17人死亡辽宁海城鼎洋矿业有限公司选 矿厂5号尾矿库2007.11.25辽宁省海城市15人死亡，2人失 踪，38人受伤山西襄汾新塔矿业公司尾矿库2008.9.8山西省襄汾县276人死亡1.1 全尾矿与尾矿库尾矿库现状尾矿库是矿山 最大危险源1.1 全尾砂与尾矿库全国各类尾矿库共 12655 座，近40%尾矿库为非正常库 ， 如同悬在人们头顶的“堰塞湖”，
4、溃决的风险极大uu20082008年山西省襄汾年山西省襄汾 “ “9.8” 9.8” 尾矿库溃坝事故死亡尾矿库溃坝事故死亡277277人，受人，受 伤伤3434人，是中国工业史上一次伤亡人数最多的生产事故。人，是中国工业史上一次伤亡人数最多的生产事故。u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u平均粒径小于0.03mm；u-800目大于50%；u+200目小于10%；u+400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 新的问题。赋存条件复 杂，品位低磨矿目的矿物分离提高回收率1.2 超细全尾的定义及特征原 因定 义超 细 全 尾 的 特 征u 超
5、细全尾沉降速度慢，不足分级必砂的1/10，浓密困难u 超细全尾渗透性差，是分级尾砂的1/100，脱水困难，采场充填存在较大的安全隐患u 尾矿孔隙水压力大，固结强度低，难以筑坝浸润线高带来堤坝不安全超细全尾沉降速度慢1.2超细全尾的定义及特征1.3超细全尾处置方式分类超 细 全 尾地表堆存地表堆存井下充填井下充填湿式直排湿式直排半干式堆存半干式堆存分级尾砂充填分级尾砂充填全尾砂充填全尾砂充填水砂充填水砂充填普通胶结充填普通胶结充填高浓度胶结充填高浓度胶结充填膏体充填膏体充填干式堆存干式堆存1.4 超细全尾处置演变的技术路线湿式直排干式堆存半干式堆存过滤机浓密机处置方式脱水设备产品形态运输方式滤饼
6、膏体汽车皮 带输送机管道地 表 处 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 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分级尾砂胶分级尾砂胶 结充填结充填65%-65%- 70%70%料浆制备简单，管料浆制备简单，管 道自流输送可靠道自流输送可靠尾砂产率低，离析严重，尾砂产率低，离析严重， 料浆需脱水，污染巷道料浆需脱水，污染巷道全尾砂高浓全尾砂高浓 度胶结充填度胶结充填70%-70%- 75%75%提高了尾砂利用率提高了尾砂利用率 ，降低可充填料浆，降低可充填料浆 的水灰比的水灰比全尾砂浆少量水需要脱出全尾砂浆少量水需要脱出 ，料浆质量波动较大，料浆质量波
7、动较大添加粗骨料添加粗骨料 的膏体充填的膏体充填75%-75%- 80%80%料浆稳定性好，充料浆稳定性好，充 填体质量高填体质量高沿阻损失大，工艺复杂，沿阻损失大，工艺复杂， 需要合适的粗骨料需要合适的粗骨料分类充填浓 度优点缺点超细全尾膏体充填技术成为重中之重2、全尾充填与处置技术现状上游法筑坝方法：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。定义：子坝中心线位置不断向 初期坝上游方向移升， 坝体由流动的矿浆逐渐 沉积而成。缺点：浸润线位置高，坝体稳 定性较差。优点：工艺简单，管理方便， 成本较低，应用广泛。2.1 地表直接排放尾矿库下游法定义：子坝中心线位置不断向 初期
8、坝下游方向移升。优点：坝体尾矿颗粒粗，渗透 性能好，坝体稳定性较 高。缺点：管理复杂，只适合于粒 度较粗的尾矿。 2.1 地表直接排放尾矿库中线法定义：坝顶中心线位置始终不 变，坝体垂直向上不断 升高。 特点：尾矿坝均采用了内部不 透水带和排水带，以减 轻对坝体结构稳定性的 不良影响。 优缺点：介于上游法与下游法 之间，其应用范围逐渐 增大2.1 地表直接排放尾矿库三种 传统 湿排 方式 的优 缺点筑坝 方法尾矿 要求蓄水适应 性抗震 性升高速度 限制筑坝成 本上 游 法全尾砂至少 40%60% 的尾矿砂不适合大量 蓄水差510m/a低下 游 法适用于任意 类型尾矿好好没限制高中 线 法尾矿砂
9、或低 塑性尾矿泥在适当的设 计下可临时 蓄积洪水一般没限制中2.1地表直接排放尾矿库u排放浓度低于30%u消耗大量的水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 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 全尾砂充填两大类。2.2 井下充填尾 砂 充 填分级尾砂水砂充填胶结充填全尾砂高浓度胶 结充填输送浓度65%尾砂利用率50%输送浓度75%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 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 分类强度 /MPa充填体作用充填体 位置充填类型高强 度 4
10、5保证假顶作用下 的人员安全人工底 柱或假 顶全尾高浓度胶结充填 添加粗骨料的胶结充填 分级尾砂胶结充填中强 度12设备正常行走充填体 表面全尾高浓度胶结充填 分级尾砂胶结充填低强 度00.5相邻进路回采时 充填体不垮塌其它分级尾砂普通胶结充填 水砂充填充填体质量分类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10cm/h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2.2 井下充填1) 尾砂量不够；2) 超细尾砂仍需筑坝，且难度增大；3) 水泥离析，充填体强度不均，造成水泥浪费4) 采场需要大量脱水，污染环境。四大 问题全尾砂高浓
11、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全尾砂高浓度充填只是过渡性的技术，现已发展到全尾全尾砂高浓度充填只是过渡性的技术，现已发展到全尾 膏体充填技术膏体充填技术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.膏体在管道中停留数小时不沉淀、 不分层、不离析膏体在重力或外力作用下能够在采 场或管道内顺利流动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
12、不变膏体形态膏体形态稳定性流动性可塑性3.1 膏体充填3.1 膏体充填膏体 组成全尾砂水胶结材料（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 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n 改性材料：粉煤灰、早强剂、减水剂、减阻剂等细粒级膏体粗粒级膏体改性膏体膏体充填概念3.1 膏体充填膏 体 充 填 工 艺 强调化学作用强调化学作用 回水质量高回水质量高 底流浓度大底流浓度大 处理能力大处理能力大 二段连续搅拌 混合时间长 改善均匀性 搅拌速度慢 降低磨损性 高流量大扬程 柱塞泵送 钻孔/管道/采场 添加泵送剂全尾浓密膏体制备膏体
13、输送3.1 膏体充填以过滤设备为核心的多段脱水方式浓密 方式以深锥浓密机为核心的一段脱水方式压滤机 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全尾砂浆浓密方式3.1 膏体充填多段脱水工艺全尾 砂浆普通浓密机高效浓密机立式砂仓带式过滤机真空过滤机框板压滤机滤 饼5%30%50%65%80%90%u工艺复杂，可靠性差 u能耗大，运营成本高， u设备多，投资大 u处理能力小 u浓度调节环节多，先脱水后加水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 具有许多局限性一段脱水工艺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。工艺简单，只一段脱水；底流浓度大，76%8
14、4%；回水质量高；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 展前景。深 锥 浓 密 机 理浓 度 越 向 下 越 高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 提供通道。锥部浓度分布示意颗 粒 间 距 越 向 下 越 小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 方式p立式高速活化搅拌混合p卧式多级连续搅拌混合p立式卧式串联制备难点：超细颗粒含量高，表面积大大增加，全尾矿与水难点：超细颗粒含量高，表面积大大增加，全尾矿与水 泥混合
15、均匀难度大。泥混合均匀难度大。膏体输送工艺3.1 膏体充填膏体输送方法自流输送：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：利用泵压克服管道阻力LHLH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3.1 膏体充填膏 体 输 送 理 论流核区的厚度半径：膏体存在流核结构，这是是膏体输送特性之一。r0低浓度时，轻微剪切变稠； 高浓度时，明显剪切变稀。低剪切速率时，轻微剪切变稠； 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/膏体尾矿砂形成非 饱和致密稳固的尾矿堆。3.2 尾矿膏体排放尾矿堆存新西兰尾矿干堆效果图尾矿堆存干式：滤饼
16、的形式汽车、皮带运输半干式：膏体的形式管道输送发展趋势工艺更简单 成本更经济3.2 尾矿膏体排放u尾矿高效浓密u尾矿管道输送u尾矿快速蒸发u 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 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 干燥。技 术 关 键适 用 条 件3.2 尾矿膏体排放尾矿堆存方式分类可泵送可泵送不可泵送不可泵送膏体尾矿浓缩尾矿尾矿浆湿滤饼干滤饼p 水资源消耗大 p 渗流状况取决于库型 p 需要建坝 p 运行费用低 p 环境影响大p 水资源消耗小 p 无渗流 p 建坝费用低 p 运行费用高p 建坝费用低 p 运行费用低 p 环境影响小 p 渗流量小传统湿排传统湿排膏体排放膏体排放干堆干堆3.2 尾矿膏体排放尾矿膏体排放技术传统尾矿直排技术优点(1)环保效益突出 (2)节约大量生产用水,确保地处 干旱地区矿山正
