金属矿山固废充填研究现状与发展趋势

金属矿山固废充填研究现状与发展趋势

王龙 单立海 李昱

山金设计咨询有限公司 山东烟台 264006

摘要：随着全球范围资源与环境的可持续发展问题愈加受到关注，充填采矿法在矿山也得到越来越广泛的应用，目前已成为我国《绿色矿山建设标准》所推荐的主要采矿方法。该法在提高资源的开采率和安全性以及保护环境等方面具有很多优势，却因其成本相对较高，在矿山尤其是低品位矿山的推广应用中受到了一定的限制。基于此，本篇文章对金属矿山固废充填研究现状与发展趋势进行研究，以供参考。

关键词：金属矿山；固废充填；现状与发展

引言

随着国家对资源安全重视程度的提升，尾矿固废资源处置以及利用的需求在逐渐增强。通过调查评价尾矿库的空间分布、数量、尾矿的毒害性和综合利用率，可以为土地和空间规划、生态环境恢复和矿产资源保护提供有效支持。近年来，不少企业将尾矿应用到了一些新的领域，如玻璃制造、建筑中的砌块以及装修用墙砖地砖等。虽然在尾矿固废减量化以及无害化方面取得了一定成果，但利用量十分有限，资源最大化的目标以及相应的产业链目标仍然没有实现。因此，尾矿固废的处置和利用是我国目前急需解决的重要问题。随着科技的不断进步，我国对于矿山尾矿固废的处理途径日益丰富，治理效果也愈发显著。

1充填采矿技术的功能

工业废弃物排放量大且处理利用率低的问题不容忽视，严重制约着绿色采矿模式的实施。随着充填采矿技术在矿山的应用，借助充填工艺将废石、煤矸石等固体废料用于矿山充填，在保护生态环境的同时最大化利用资源，符合可持续发展战略规划，使得“无废矿山”成为可能。德国瓦尔什姆煤矿、德国格隆德铅锌矿、南京栖霞山铅锌银矿等真正实现了“无废矿山”，妥善将废弃物用于填充、发电等用途。可见充填采矿技术发展前景十分广阔，是矿山今后设计的优先考虑。利用充填采矿技术可迅速充填采矿流程中留下的采空区，采空区应力分布得到明显改善。该技术的应用可实现对采空区围岩的有效支撑，围岩稳定性、坚固性明显提高。另外，充填采矿技术对采矿工作面也有积极作用，可加速工作面的形成，缩短采矿生产周期，提高采矿生产能力，也能在一定程度上减轻地压的冲击。充填采矿技术使得复杂地段矿山的开采活动如松破矿岩、大水矿床的开采成为了可能，可最大限度回收矿石、处理废弃物。同时采用“采富保贫”方法保证下部或底盘资源富饶的矿山得到充分开采，较为贫瘠的矿山得到一定保护，防止其资源的枯竭、生态的进一步恶化。

2我国尾矿固废处置现状

将尾矿破碎以及筛分后，可用于制备建筑材料，如水泥、混凝土集料、硅酸盐尾砂砖、熔渣花砖、瓦、微晶玻璃、加气混凝土、铸石、泡沫材料、陶粒、泡沫玻璃和耐火材料等。将尾矿作为原材料制备了多孔陶瓷，其具有耐高温和耐腐蚀的优点，极大提升了尾矿的附加值；另外还以铁尾矿、粉煤灰等工业废弃物为原材料、硅酸盐水泥为胶凝材料，采用物理发泡的方法制备了一种泡沫保温材料，该材料不仅性能良好，且不污染环境。以铜尾矿、铁尾矿为原料，制备了一种３Ｄ打印建筑材料，对其进行了毒性和放射性测试，结果表明，其为环境友好型材料；以细粒低硅铁尾矿及非水泥类固化剂为原料，加入三乙醇胺硬化促进剂和硬脂酸乳液防水剂制备了环保砖；提出铁尾矿可应用于胶凝材料的生产、混凝土的制备以及一些新型砖的制备；以珍珠岩尾矿为原材料制备了一种新型轻质泡沫保温隔热材料；以铁尾矿为原料制备了一种多孔砖，经测试，该砖强度高、孔隙率低；以钼尾矿为原料成功制备出了一种新型储水材料；以硅砂尾矿和其他工业废弃物为原料制备了陶瓷材料；以石墨尾矿作为硅质材料生产了蒸压加气混凝土；对尾矿水化性能是否受机械活化的影响以及影响程度进行了研究，发现其可以用作补充胶凝材料；研究发现可用金矿石尾矿作为生产水泥的硅质原料；以钒尾矿作为主要原料，再辅以矿渣、水泥熟料以及石膏制备了泡沫混凝土。

3金属矿山固废充填工艺

3.1废石胶结充填工艺

破碎后的废石堆存至充填骨料堆场待用，在水泥仓上部安装除尘器，仓底部周围安装高压风喷嘴破拱装置，漏斗下接螺旋输送机。充填时，水从矿山高位水池直流至搅拌站水池，调浓水由潜水泵上至水称，定量计量后经增压泵给入搅拌机内。洗管和润管时，水直接由矿山高位水池直接给入充填混凝土拖泵的泵斗内。破碎后的废石、水泥和水在强力搅拌机中充分搅拌后，经导流槽卸料至充填泵泵斗，由充填泵加压后经充填管道泵送至充填区域进行充填。充填开始时，先行冲洗充填管道，见充填采场回复信号后，充填站内制浆系统再启动，采场充填预计将要结束时发出停止信号，充填站得到停止信号后，立即停止给灰和供砂，所剩砂浆流完后相继停车，用清水柱将管内剩余料浆泵送至采场。根据设计的充填工艺，开展充填系统建设工作，充填系统的各个部分建设完成经过整体调试运行后均可正常运行。充填料浆进入采场后不脱水、不离析，且在采场中能够基本流平，整体性好。保障安全生产的同时实现了资源节约，具有显著的社会、经济和环境效益。

3.2尾砂胶结充填工艺

选厂产出的全尾矿经渣浆泵和尾砂输送管道扬送至充填站的膏体仓储浓密机中，添加絮凝剂处理后形成高浓度底流。膏体仓储浓密机中的全尾砂浆存储一段时间后，通过仓体顶部阶梯阀排出上部清水，可进一步提高放砂浓度。开启仓底均质活化造浆装置，并在放砂过程中间歇性地对高浓度全尾砂浆进行全仓扰动，在降低风耗的同时实现高浓度稳态放砂。双仓的设计可以保证一仓在造浆充填的同时，另一仓在进砂存砂。两仓轮流进砂和放砂，可最大限度保证每天的尾砂进砂量。胶凝材料（矿渣微粉）由胶凝剂生产线生产，通过气力输送系统运送至充填站的集成水泥仓中。在充填作业时，通过粉料的给料（稳流放料机）和计量（螺旋计量秤）装置，将胶凝材料卸入搅拌设备与全尾砂浆混合。同时，根据充填的浓度要求，添加适量调浓水。浓缩全尾砂浆、胶凝材料、水在搅拌制备系统中经一段高速活化搅拌后，被制备成合格的充填料浆。制备好的充填料浆一路经料斗、钻孔和井下管网自流输送至待充区域，另一路可经由充填泵泵送至塌陷区地表。充填运营成本主要包括胶凝材料成本、充填料浆制备成本、输送成本、电费、充填系统维护及人员工资等。

结束语

在绿色高质量发展的新要求下，尾矿资源综合利用势在必行。目前对尾矿的处置方式主要有资源回收利用、回填矿山采空区、制作肥料、作为建筑材料的原料以及围池造田等。上述方式不但使尾矿固废得到了有效利用，推动了新材料、新工艺以及新技术的发展，还解决了环境污染问题，也在一定程度上促进了经济的发展。我国矿山企业应承担起尾矿资源利用的主体责任，从源头上消 减固废量，为推进我国绿色矿山建设作出努力。

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