膏体充填知识

背景：近20年来,膏体充填技术取得了很大的进步,在全世界范围内备受关注,尤其是加拿大、南非、澳大利亚、德国、美国等矿业发达国家得到应用。

优势：膏体充填技术可以使用全尾砂,具有料浆不脱水离析、充填体强度高、水泥耗量小等优点,是充填技术的发展方向。

限制条件：不得不承认,相对于浆体充填乃至高浓度充填而言,膏体充填所涉及的工艺环节多、控制精度高、初期投资大。

同时,膏体充填还有一些关键技术及理论亟待解决,比如尾砂浓密制备工序的完善、管道磨损、膏体输送理论、关键设备的消化与吸收等。

实质：膏体充填的实质在于膏体材料的胶质性及保水性
分类：全尾砂膏体充填和粗骨料膏体充填（是在全尾砂中添加粗颗粒物料,如风砂、棒磨砂、水淬碴、碎石等,其目的是为了提高充填体强度,改善膏体流动性）。

现状：通过长期试验研究,在理论方面,膏体可泵性测定、膏体物料流变特性、膏体充填系统可靠性取得了可喜的成果,并提出了金川似均质料浆水力坡度经验公式;在工艺方面,膏体制备工艺、膏体输送工艺等方面成绩斐然,其中膏体二段连续搅拌设备已经定型,得到推广应用。

但是,试验过程中暴露出工艺复杂、设备较多、故障率较高等问题,尤其是全尾砂过滤脱水工艺设备存在一定的问题,井下添加水泥浆致使膏体浓度下降,影响了在金川的工业化应用。

技术原理：
要制备合格的膏体并输送至井下充填采场(或尾矿库)一般要经过3个大环节，即尾矿脱水浓缩物料搅拌制浆高浓度管道输送
尾砂膏体泵送充填工艺要求尾砂浆浓度为65%~80%,而选矿厂输送出的尾砂浆浓度通常很低,一般在25%~30%之间,因此,将选矿厂输送来的尾砂浆进行高效浓缩脱水非常重要。

金川公司全尾砂浓缩采用两级脱水浓缩工艺。

第1级为旋流器与高效浓缩机配套使用,共安装了Φ250旋流器64台,Φ100m浓缩机2台。

第2级为采用过滤机将尾砂浆制成含水率为20%左右的尾砂滤饼,其型号为DZ G30/1800水平带式真空过滤机,共2台。

但在试验过程中,过滤系统出现了过滤机的滤带调节阀损坏、过滤机不稳定、滤饼浓度太低、过滤机下料口堵塞、过滤机滤布严重跑偏、过滤机滤带被卡等事故。

为了提高尾砂浓缩的稳定性及滤饼质量,大冶公司对尾砂浓缩脱水工艺进行改进。

来自选矿厂的尾砂浆经过Φ45m高效浓密机一段脱水,再泵入全尾砂仓贮存。

尾砂仓体积400 m3,内装简易搅拌装置,配合传统造浆工艺,以便稳定尾砂浆浓度及流量,并防止尾砂板结。

之后全尾砂仓内的尾砂进入带式压滤机进行二段脱水,制成含水15%左右的滤饼。

压滤机型号为L AROX,压滤面积32m3,共4台。

尽管如此,仍暴露出全尾砂二段脱水工艺成本高、能耗大、设备可靠性差。

认识到全尾砂二段脱水工艺的弊端后,采用高效浓密机进行全尾砂一级脱水成为人们的共识。

选矿厂来的全尾砂浆用离心泵接力输送到充填站,经过搅拌槽进入浓密机,浓度可以直接达到74%~76%。

浓度合格的尾砂浆可直接通过浓密机的底流泵给搅拌槽供料配制膏体。

全尾砂一级浓缩技术大大简化了全尾砂浓缩制备工艺,是膏体制备技术的重大突破。

设备：近20年来,膏体制备设备ATD型连续混合搅拌机,从开始的AT DⅠ型、ATDⅡ型发展到现在ATDⅢ型,设备的规格逐渐增大,最大给料粒度为-30mm,设备已定型。

AT D)型系列混合搅拌机已成为专用膏体充填配套设备,一段搅拌为ATD)-600双轴叶片式搅拌机,采用间断非等螺距交叉组合叶片搅拌器;二段搅拌为ATD)-700双螺旋搅拌输送机,采用内外反向螺带螺旋搅拌器。

膏体泵送系统,还主要依赖于国外进口设备,均为全液压双缸活塞泵。

KO S系列泵采用S型管道转辙器,具有磨损部件少、自动密封性能好、输送混合物料适应性强、堵塞概率低等优点;缺陷是泵壳体有一大的方形吸入口,硬的、塑性差的物料容易通过这个吸入口,可能造成排出口处堵塞或者压力损失。

K SP系列泵采用了2项专利技术,即裙阀和密封环,其抗剪力和扭矩更大,密封件使用寿命长。

D H C系列泵的换向机构为锥阀,这种结构适合小颗粒、不易离析的膏体。

相对而言,K SP系列泵更适合粗骨料膏体输送,是泵压输送的理想设备,能够适应颗粒多、粒度大的膏体充填材料。

存在的问题：
(1)浓密机的适应性问题。

(2)充填管道磨损问题。

(3)膏体自流输送问题。

(4)膏体制备与输送的监控仪器仪表问题。

(7)我国的膏体设备制造水平低，使用效果差我国自行生产的连续式浓密机，脱水效果较差，底流浓度仅能达到65%左右;过滤机虽然能够生产含水率较低的尾矿滤饼，但能耗高，滤布易堵塞，运行成本高;控制水平低，远程控制电气易出故障，检测仪表精度低，不准确因此，我国膏体技术的发展受到了很大的制约。

(8)膏体充填技术落后对于技术方面的一些问题未得到明确的解答，包括什么是膏体?不同的矿山应采用何种配比?如何提高浓缩底流浓度，使之达到膏体制备所需要的浓度?如何解决管道的局部磨损?
(9)我国膏体堆存技术刚刚起步膏体堆存的设计流程尚不明确，还无法确定膏体堆存中的某些关键参数
进展及方向：
（1）膏体充填主要向工艺简洁的方向发展,尽可能减少工序环节和设备数量,降低系统的控制难度,提高系统运行的可靠程度。

（2）膏体充填所采用的物料趋向于3种,即胶凝材料、细骨料、粗骨料。

（3）全尾砂浆制备技术已经从传统的二级浓缩脱水演变成一级高效浓密,大大简化了全尾砂浓缩脱水制备工艺,解决脱水工艺成本高、能耗大、设备可靠性差等问题,是膏体制备技术的重大突破。

（4）水泥添加方式由地面制浆井下添加、地面制浆地面添加简化成地面干式添加水泥方式,省去了水泥制浆系统,使泵送系统简化成一条膏体输送管路,降低了管理难度。

（5）膏体制备系统已经成熟,设备已经国产化且已定型。

（6）目前的膏体充填中,还存在浓密机的适应性、充填管道磨损、膏体自流输送以及膏体制备与输送的监控仪器仪表4个比较有代表性的问题,制约着膏体充填技术的进一步推广应用。

关键技术：
（1）膏体充填制备设备的简洁有效，是膏体充填技术成功应用的基础。

（2）膏体充填系统中，采用适当的水泥添加方式是关键技术之一。

1．1．2尾矿库危害
目前国内绝大部分金属矿山都采用传统的水力
输送法送尾矿入库，不仅对环境造成严重的破坏，增加了安全隐患，而且大量占有土地，增加矿山的投资规模和尾矿库的运营成本，成为制约金属矿山可持
续发展的主要问题之一
龙涛，刘太春，高玉宝．我国金属矿山固体废弃物污染及其对策分析［J］．中国矿业，2010，19(6):54－56．。