甘肅全尾礦充填工藝技術有哪些

1. 采礦工程充填技術的應用發展論文

采礦工程充填技術的應用發展論文

摘要 ：近幾年，我國采礦工程不斷擴大，充填技術的理論和實踐被廣泛應用，尤其是隨著膠結充填技術的不斷改進，提升了充填技術在采礦工程中的地位。在采礦過程中，主要利用的還是水力和膠結作為充填技術，可以提高礦產的采礦率，促進采礦工程的總體效率以及安全性，提高采礦企業的經濟效益，推動采礦工程的快速發展。這些填充技術能夠適用各種煤礦環境，更好的處理采礦工程中所遇到的問題，在我國采礦工程中起著非常重要的作用。此外，采礦工程中充填技術的應用與發展，在很大程度上提升了采礦企業的經濟效益，促進了采礦技術的發展。本文主要闡述了充填技術在采礦工程中的應用和發展，並且針對問題，提出合理的解決措施。

關鍵詞 ：采礦工程；充填技術；應用與發展

隨著我國科學技術的不斷創新，傳統的采礦技術已經不能現代化社會的發展趨勢，不能順應新形勢下的社會發展要求。面對這樣的局面，就要利用采礦充填技術，具備高回採率，安全性能高和環保的特點，采礦充填技術的關鍵是充填，主要選擇砂礫，煤灰渣，碎石以及石塊等物質，對在地下采礦過程中挖出來的空區進行充填。研究數據表明，與傳統采礦技術相比，充填技術略顯勝出，充填技術可以有效的加強採煤區地層的穩定性，以免發生倒塌。還可以提升礦產資源的回收率，提高企業的發展能力，廢石是填充材料的關鍵，其經濟性較好。在尾砂回填後，可以降低自然災害的發生率，此外，還能夠在一定程度上降低礦井深處高溫帶來的風險，保證生產的安全性。

1采礦工程中採用的填充技術

充填技術是對采礦工程采空區用碎石，砂子等材料進行填充，從而達到支撐的效果，以免圍岩跨落和變形。如今的充填技術，應用比較多的方法有水力充填法，膠結充填法以及膏體充填法。

1.1水力充填法

水力充填法是一種應用最早的充填技術，目前這項技術已經成為「三下」煤層，特厚煤層開採的關鍵頂板管理技術。水力充填法的原理是把固體物料作為漿體或膏體，在通過遠距離進行傳送，其特點就是成本低，傳送效率高，並且不會受到季節和地勢的影響。如今我國也已經研究成功了高濃度漿料管道直流輸送工藝。

1.2膠結充填法

膠結充填法是以尾料作為材料進行膠結充填的，被采礦工程廣泛應用。充填物所選擇的尾料包含很多的顆粒，對此膠結面積增大，形成了觸變性質體制。目前，高濃度全尾礦膠結填充技術已經相對成熟，被采礦工程廣泛應用，應用率高達80％，物料傳送質量高達70％。

1.3膏體充填法

現階段，我國膏體充填法的應用發展還不是很完善，和其他充填技術相比還處於落後狀態。膏體充填法的質量會受到很多因素的影響，例如攪拌方法，水含量，攪拌質量以及顆粒成分。膏體充填法在工藝上比較繁瑣，技術含量非常高，操作管理流程復雜，需要在大量的實踐中深入分析和不斷優化。

2我國填充技術的發展現狀

根據我國煤礦以往的產礦量和充填技術有關的數據表明，可以對充填技術未來的發展作出以下分析。隨著我國煤礦的不斷開采，在采礦過程中造成的.土地坍塌的賠償費用逐年增加，呈上升趨勢，變得越來越高。煤礦利用充填技術開采所增加的成分得知，早在幾年前發現充填采空區增加的煤開采成本約等於採煤所造成的土地坍塌賠償所增加的噸煤成本。我國是一個礦產資源豐富，並且資源存儲量以及消耗量最大的國家，在煤礦開采過程中，周圍的環境和地表會受到破壞，就在礦產開采成本上升的同時，周邊環境也受到了影響，容易帶來安全事故。對此，研發了一項矸石充填技術，就是常說的一種綠色充填技術。采空區利用充填技術可以降低周邊環境和地表的破壞程度，降低廢料排放率。在煤礦開采過程中，會出現很多采空區，還會使頂板和礦柱發生變化，容易發生安全事故。在采空區應用矸石充填技術，矸石不用上井，就能很好的處理矸石污染耕地以及環境帶來的嚴重後果。並且減少煤柱，資源回收率也明顯升高。這項技術會在未來的采礦工程中應用最廣泛的一種充填技術，會得到很好的推行和使用。

3填充技術的應用原則

3.1環境保護為前提

在采礦工程中使用充填技術，第一要考慮的就是環境因素。我國現階段提出的可持續發展戰略，對采礦工程來講，不但要完成自身的可持續發展，還要重視環境的保護。對此，要選擇適合的充填技術，要了解采礦工程的地勢環境，並且綜合分析目標地區的周圍環境，掌握環境和環境之間的聯系。選擇適合的充填技術，可以很好的掌控環境污染，加強對環境的保護。在采礦工程中使用充填技術，要注意整理開采過程中的材料，以免浪費材料，要充分利用材料資源。對采礦工程中的尾砂和煤灰，要加強回收利用，實現可持續發展，以保護環境為前提。

3.2安全生產為基礎

在工程展開中，安全是每個工程都非常重視的一個問題。所以在采礦工程實施中，必須要保證施工人員的生命安全問題，選擇適合的充填技術。對此，在選擇采礦充填技術過程中，首先需要對采礦地域的環境進行勘察，排除地質方面的安全問題，綜合考慮低壓措施以及采礦方法，確保在采礦工程利用充填技術時，不會帶來安全隱患。3.3合適的充填系統在采礦工程中利用充填系統時，必須以充填量的多少來作為基本准則。在采礦工程展開之前，要嚴格把控好采充平衡，對采礦地進行預測和規劃，合理的制定采礦地的礦產量和采礦量。確保所用的礦產量和所采出的礦產量相同，掌控好二者的產量。所以，要合理的制定充填系統，防止因過度開采導致浪費礦產資源，保證在采礦工程中不出現安全隱患問題。

4填充技術在應用過程中的問題

現如今，充填技術在我國采礦工程中被廣泛應用，並且這樣采礦技術已經非常成熟，對采礦工程的發展有很大的推動作用，具有很大的優勢，能夠取得很好的經濟效益。但從總體上來講，采礦充填技術在實際應用過程中還是存在一些問題。大多數采礦企業在采礦過程中，所選擇的充填技術缺乏科學性，沒有完全掌握好采礦工程所在地的實際狀況，導致采礦技術的應用沒有按照因地制宜的基本原理，造成采礦工程的效率下降，所取得的礦產在質量和數量上都比較低。充填采礦技術對材料的要求非常高。在采礦工程的實際施工當中，需要利用非常繁瑣的采礦技術，操作性與技術性都非常強。但是礦山自身結構相對復雜，導致礦產量和預想的產量存在很大的差異。對此，在礦產開采過程中，僅僅利用充填技術是不夠的，還需要融合高強度的新型填充材料，從而保證采礦的效率和產出量。然而，采礦企業要想購買大量的新型填充材料，就會影響企業的生產成本以及企業的經濟效益。

5填充技術的應用與發展展望

5.1優化填充管理制度

充填站擔任著采礦工程的調配管理工作。首先，充填站具有大量的先進開采機械和電子設備，這類先進的安裝設備，為充填材料提供了很大的便利。同時，也要考慮充填站在管理上的不足。充填站的設備相對齊全，然而如果沒有科學的管理制度，那麼這類設備的系統就不能完成自身的工作，對采礦工作起不到任何推進作用。對此，就要不斷優化充填站的管理制度，定期對這些設備進行檢測，制定合理的檢查制度，像一些分散的填充材料，要進行統一保管。定期對機械設備以及電子設備進行檢測，保證設備的系統質量符合工作展開的標准要求。對充電站設備與系統的管理，有安全專門的人員去監管，並派遣專業的技術人員定期檢查工作，一旦發展設備具有安全隱患，要馬上實施維修，以免帶來不必要的麻煩。

5.2創新采礦充填技術

我國采礦工程的不斷發展，離不開采礦技術的創新與進步。在使用充電采礦技術的同時，也要對充填采礦工藝進行創新，加強采礦企業的快速發展，提高企業競爭力。關於充填采礦工藝的創新，第一要對傳統的充填工藝進行詳細分析，了解傳統充填工藝的特點。第二，要根據本地的礦產類型和特性，研究和創新充填工藝。例如在一些大礦體的礦山，都非常穩定，但礦產的開采非常困難。在這種狀況下，就要選擇中深孔和淺孔空場技術，就能獲取很好的采礦效果。在這種情況下，充填材料最好利用高水材料和塊石膠結材料，這些材料能夠更好的對采空區進行充填。利用科學合理的創新充填采礦工藝，可以減少採礦的生產成本，提高采礦效率。對此，充填工藝的創新，可以實現更好的采礦效果，提高采礦企業的經濟效益。

5.3提高對創新充填技術材料的研究

在充填采礦技術中，充填材料是必備的。充填材料的不同，對充填采礦技術的應用效果也是不同的。好的充填材料不但可以提升采礦工程的工作效率和工作質量，在很大程度上也保證了采礦工程的安全性。隨著采礦技術的不斷創新，充填材料的應用正漸漸走向新型的充填固化材料。對此，就要不斷增強新型填充固化材料的研發，全面分析充填材料的物理特徵，掌握材料的成本和組織方法以及骨料框架。新型的充填固化材料強度高，成本低，對采礦行業的發展以及可持續發展都有著非常重要的意義。就目前狀況來講，我國已經研發出固化材料，其材料的固結速度非常快，效率高並且濃度低，方便使用。其自身具備輕質性，便利性等特徵，能夠更好的適應材料的遠程傳送，為采礦工程提供了便利。

5.4充填技術設備的維護

隨著充填技術的快速發展，其作業方法和相關設備以及充填儀器的更新換代也非常快。在這些充填設備當中，充填料貯倉起著關鍵性作用，它能夠直接影響充填材料的質量和充填效果，但是在傳統充填工藝上卻不被重視。然而在新型充填技術當中，採用了加以改過的立式充填料貯倉，可以更好的確保充填料的質量。而在尾砂處理環節，就要利用精準度非常高的水力旋流器。在漿料傳送階段利用這些先進的技術和自動化控制系統，能夠提升作業質量以及作業效率。

6結語

綜上所述，隨著我國科學技術的蓬勃發展和采礦工程的不斷擴大，采礦工程的相關采礦技術也是日新月異，而充填技術的廣泛應用為采礦企業奠定了堅實的基礎。采礦企業要想在激烈的市場競爭中站穩腳跟，就要不斷優化充填站的管理制度，不斷對采礦工程的充填技術以及采礦工藝進行創新研究。利用新型充填材料，提高充填材料的強度，進而較少材料成本，選擇輕便的充填材料進行遠程傳送。充填技術的逐漸發展，推進了高效，自動化，智能化的采礦作業方式的展開，進而提高了采礦企業的經濟效益，保護了生態環境的發展。並且礦區里的工作人員得到了解放，改善了他們的工作環境，減少了工作人員的工作量，在很大程度上提高了工作人員的勞動生產力和工作效率。特別是對一些工作環境復雜，稀有礦床的開采，充填技術被廣泛應用，不斷滿足新形勢下采礦資源的發展要求，促進了采礦工程中充填技術的發展。

參考文獻：

[1]許成章.采礦工程中充填技術的應用分析[J].中華民居，2015（3）；112-114.

[2]荊延林.充填采礦技術應用發展及存在的問題研究[J].科技與企業，2015（10）；209-210.

[3]李享.礦山地質探礦工程中存在的問題與解決措施[J].科技創新導報，2016（14）；224-226.

[4]楊井志.充填技術在采礦工程中的應用發展[J].黑龍江科技信息，2016（2）；305-306.

2. 石棉尾礦綜合利用技術研究

鄭水林¹李楊²劉福來¹杜高翔¹朱多功³

（1.中國礦業大學［北京］，北京 100083；2.北京工業大學實驗學院，北京 100024；3.阿克塞富利達非金屬開發公司，甘肅省阿克塞哈薩克族自治縣 736400）

摘要 以石棉尾礦為原料，採用酸浸、氧化除鐵、控制鹼析Mg（OH）₂以及酸浸渣鹼溶、稀酸法控制沉析SiO₂工藝，並在鹼析和稀酸沉析過程中適時進行表面處理和粒徑控制，制備了超細Mg（OH）₂和超細高比表面積SiO₂。中試主要產品的技術指標為：①超細氫氧化鎂：中位粒徑（d₅₀）（1.0±0.2）μm，Mg（OH）₂＝98%±0.5%，白度＞92.0；②超細二氧化硅：BET比表面積為190～479 m²/g，孔體積為0.47～1.01 cm³/g，平均孔徑3～8nm，干基SiO₂含量為≥99%，白度≥93.0；③產出率（以加工1000 kg尾礦計）：超細氫氧化鎂≥420 kg，超細高比表面積二氧化硅≥310 kg，尾礦中氧化鎂和二氧化硅的回收率80%以上^［1～16］。

關鍵詞 石棉尾礦；綜合利用；氫氧化鎂；二氧化硅。

第一作者簡介：鄭水林，男，生於1956年，中國礦業大學［北京］化學與環境工程學院教授，博士生導師，長期從事非金屬礦物選礦和深加工的教學與研究。E-mail：[email protected]。

一、前言

石棉尾礦包括石棉礦的圍岩和伴生礦物，如蛇紋石以及經分選以後廢棄的七級短棉和粉塵。西部地區是中國主要石棉產區，產量佔全國石棉總產量的90%以上。目前中國西部石棉產區每選出1 t合格的3～5級石棉需用石棉礦石26～28 t，也即每產1 t成品棉要產生25～27 t尾礦。西部礦區（青海茫崖、新疆巴州、羌若三礦）等地每年生產成品石棉約30萬t，每年新增尾礦750萬t以上。同時，該地區累積石棉尾礦已達數千萬t，僅甘肅阿克塞紅柳溝礦區累計堆積尾礦就達到1300萬t以上。這些尾礦不僅佔用了大量的土地，而且由於尾礦中所含的大部分是粉狀物，遇風漫天飛，形成嚴重的環境污染。因此，解決堆積如山的石棉尾礦是中國西部石棉產區，乃至整個西部地區環境保護的重大挑戰之一。

自20世紀80年代以來，國內外對石棉尾礦的綜合利用進行了一些研究，如制備磚瓦、陶瓷、微晶玻璃、多孔二氧化硅、白炭黑以及提取氧化鎂、金屬鎂等，但除了加拿大諾蘭達公司和澳大利亞Golden Triangle Resources公司等正在投資建以石棉尾礦為原料的金屬鎂生產廠之外，其他利用尚未形成大規模的工業化。迄今為止，國外進行的主要研究是採用鹽酸、硫酸或混酸浸取石棉尾礦或用碳酸鈉、碳酸氫銨處理石棉尾礦製取鎂鹽、氧化鎂或鎂金屬。但多數研究只是為了回收石棉尾礦中的氧化鎂或者鎂，而沒有考慮二氧化硅的回收。WALSH George R及DELMAS Michel P B在採用鹽酸浸取石棉尾礦後進行過濾，得到鎂鹽，再用鹽酸溶液洗滌濾渣，得到高比表面積（B.E.T最高440 m²/g）二氧化硅^［1～16］（CA2240082，1998/07/27）。

中國石棉尾礦綜合利用技術存在的主要問題是：①開發的產品技術含量不高或質量不穩定，如大多數為純度不高的氧化鎂、二氧化硅或普通白炭黑，不能產生經濟效益；②大多數為實驗室試驗研究，沒有解決工業化的關鍵技術問題，距離工業化較遠；③沒有完全解決二次廢渣的利用問題。

石棉尾礦的主要化學成分是SiO₂和MgO，是一種資源。高效綜合利用這種資源既是環保的需要，也是經濟發展的需要。研究是基於這種需要，在大量實驗室試驗研究的基礎上，在甘肅阿克塞哈薩克自治縣建立了日處理1t左右石棉尾礦的中試生產線，採用高新技術，充分利用尾礦中的各種礦物和化學組分，開發市場前景好、技術含量和附加值高的超細Mg（OH）₂和超細高比表面積SiO₂產品，同時在綜合利用中不產生新的污染，走出了一條石棉尾礦高效綜合利用、環境效益與經濟效益統一之路。

二、原料、試劑和工藝設備

（一）原料

中試用石棉尾礦取自甘肅省阿克塞縣紅柳溝，主要化學成分列於表1。

表5 中試改進試驗結果

由表5可見，與中試生產的統計結果相比，氫氧化鎂的產率由37.8%提高到40%以上，其中2-（1）號樣提高到45%，提高幅度為5.82%～19.05%，平均提高幅度為13.54%，應該說是較為顯著的。但超細二氧化硅的產率大體與中試生產的統計結果持平，主要是顯著減少了鹼和酸的用量，從而降低了生產成本。

四、生產成本和經濟效益

根據中試的物料消耗，處理1000 kg石棉尾礦的可變成本為3874.6元，可產出超細氫氧化鎂420 kg以上，高比表面積（＞190 m²/g）超細二氧化硅310 kg。

目前高純超細（d₅₀＝0.7～1.5μm）氫氧化鎂的價格為7000～15000 元/t；高比表面積（＞190 m²/g）超細二氧化硅的價格為9000～30000元/t，其中用作消光劑、塑料薄膜開口劑、無光噴墨列印紙的高比表面積超細二氧化硅的價格為15000～20000萬元/t，考慮用戶大多位於東部經濟發達地區，生產地距用戶遠，超細氫氧化鎂平均按7000 元/t、高比表面積超細二氧化硅平均按12000 元/t計算，處理1000 kg石棉尾礦的產值（不考慮副產品氧化鐵紅）為6660元。

以年處理10000 t石棉尾礦計算：

需要工人及管理人員225人，按年人均工資及福利18000元計算，年工資總額405萬元，平均處理每t石棉尾礦需人工費405元。

設備折舊費按固定資產投資4680萬元計算，10年折完，每年折舊費468萬元，平均每t石棉尾礦折舊費468元。

銷售及其他費用按處理每t尾礦300元計算。

合計處理每t石棉尾礦的生產成本為5047.6元。年處理10000 t石棉尾礦的總成本為5047.6萬元。

年處理10000 t石棉尾礦所得氫氧化鎂和高比表面積超細二氧化硅的產值為

10000×6660＝6660（萬元）

不考慮副產品氧化鐵紅的收益，處理10000 t石棉尾礦的年利稅為

6660-5047.6＝1612.4（萬元）

即處理1000 kg石棉尾礦利稅為1612.4元。

除了較顯著的經濟效益以外，成果應用後還具有顯著的社會效益。可以減輕並最終消除細粒石棉尾礦的飛揚對生態環境的危害。同時，作為後石棉時代的接續產業，石棉尾礦高效綜合利用項目有利於西部石棉產區（少數民族地區）經濟的持續發展和社會的穩定。

五、結論

1）以石棉尾礦為原料，採用酸浸、氧化除鐵、控制鹼析Mg（OH）₂以及酸浸渣鹼溶、稀酸法控制沉析SiO₂工藝，並在鹼析和稀酸沉析過程中適時進行表面處理或表面改性，可生產超細Mg（OH）₂和超細高比表面積SiO₂。

2）中試產品的主要物化指標：①超細氫氧化鎂：中位粒度（d₅₀） 1.0μm左右，MgO含量67%以上，白度93.0左右；②超細和高比表面積二氧化硅：比表面積190～479 m²/g，SiO₂含量（干基） 99%以上，白度≥93.0；孔體積0.47～1.01 cm³/g，DBP 值（l 鄰苯二甲二丁酯吸收值） 2.0 cm³/g左右。

中試產出率（以加工1000 kg尾礦計）：超細氫氧化鎂≥420 kg，超細高比表面積二氧化硅≥310 kg，尾礦中氧化鎂和二氧化硅的回收率80%以上。

3）處理1000 kg石棉尾礦的可變成本為3874.6元，利稅為1612.4元，具有顯著的經濟效益和社會效益。

參考文獻

［1］Leao V A.EPD.Congr.Proc.Sess.symp.，1997.511-527

［2］Katahira A.V.Hydrometallurgy，1997（45）：323-331

［3］Yang K.EPD Congress，Proc.Symp.，1996，363-373

［4］Magram P，Chapman C D.Recycl.Mat.Eng.Mater.Inter.Symp.1995（3）

［5］周心艷，范建平.用石棉尾礦生產沉澱二氧化硅.化工生產與技術，1998（4）：43-45

［6］范建平，張毅安.石棉尾礦酸浸法製取微孔二氧化硅和輕質氧化鎂的工藝研究.陝西化工，1996（3）：29-31

［7］代厚全，駱開均，張萬成.從蛇紋石制備輕質碳酸鎂和輕質氧化鎂的擴試研究.四川師范大學學報（自然科學版），1998，21（2）：192-195

［8］於少明，楊保俊，單承湘.利用蛇紋石提鎂殘渣制備五水偏硅酸納的研究.礦冶工程，2000，20（4）：51-53

［9］崔崇，張濤，童明德.人造硅灰結構及火山灰活性研究.材料研究.2000，28（5）：14-17

［10］廖其龍，盧忠遠.用石棉尾礦生產免燒磚.非金屬礦，1997（6）：34-35

［11］廖其龍，盧忠遠.用石棉尾礦為主要原料制備微晶玻璃.西南工學院學報，1998，13（1）：1-3

［12］廖其龍，盧忠遠.用石棉尾礦為主要原料研製耐熱混凝土.礦產綜合利用，1997（4）：44-46

［13］楊佔中，董鳳芝，劉玉金.石棉尾礦在陶瓷生產中的應用研究.礦產保護與利用，1998（4）：47-48

［14］蔣文玖.石棉尾礦微晶玻璃裝飾板材的研製.玻璃與搪瓷.1997，26（1）：31-33

［15］盧忠遠，王海濱，蘇光蘭等.石棉尾礦水熱合成建築材料的研究.環境科學，1997，18（1）：68-69

［16］呂憲俊，唐建英.利用蛇紋石製取氧化鎂和白炭黑.化工礦山技術，1997，26（1）：40-42

Study on the Pilot Technique of Comprehensive Utilization of Asbestos Tailing

Zheng Shuilin¹，Li Yang²，Liu Fulai¹，Du Gaoxiang¹，Zhu Duogong³

（1.China University of Mining and Technology，Beijing，100083；2.Beijing Polytechnic University，Beijing，100022；3.Arkesai Fulida Non-Metal Development Co.Ltd，Gansu Province，736400）

Abstract：The ultra-fine Mg（OH）₂and large surface area precipitated SiO₂have been made by integrating of acid leaching，oxidizing and purifying，alkali leaching of the acid leaching resie and precipitating technology from asbestos tailing.The major properties of Mg（OH）₂proced by pilot-scale test shown that middle particle size is 1.0μm±0.2μm，content of Mg（OH）₂is 98%±0.5%，whiteness is more than 92.And the major properties of precipitated SiO₂proced by pilot-scale test showed that specific surface area（BET） is 190-479 m²/g，pore volume is 0.47-1.01 cm³/g，middle pore diameter is 3～8nm，content of SiO₂（dry） is more than 99%and whiteness is more than 93.The magnesium and silicon dioxide recovery of asbestos tailing is up to 80%，more than 420 kg of ultra-fine Mg（OH）₂and 310 kg of large surface area precipitated SiO₂can be obtained from 1000 kg of asbestos tailings in pilot-scale test.

Key word：asbestos tailing，comprehensive utilization，magnesium hydroxide，silicon dioxide.