甘肃全尾矿充填工艺技术有哪些

1. 采矿工程充填技术的应用发展论文

采矿工程充填技术的应用发展论文

摘要 ：近几年，我国采矿工程不断扩大，充填技术的理论和实践被广泛应用，尤其是随着胶结充填技术的不断改进，提升了充填技术在采矿工程中的地位。在采矿过程中，主要利用的还是水力和胶结作为充填技术，可以提高矿产的采矿率，促进采矿工程的总体效率以及安全性，提高采矿企业的经济效益，推动采矿工程的快速发展。这些填充技术能够适用各种煤矿环境，更好的处理采矿工程中所遇到的问题，在我国采矿工程中起着非常重要的作用。此外，采矿工程中充填技术的应用与发展，在很大程度上提升了采矿企业的经济效益，促进了采矿技术的发展。本文主要阐述了充填技术在采矿工程中的应用和发展，并且针对问题，提出合理的解决措施。

关键词 ：采矿工程；充填技术；应用与发展

随着我国科学技术的不断创新，传统的采矿技术已经不能现代化社会的发展趋势，不能顺应新形势下的社会发展要求。面对这样的局面，就要利用采矿充填技术，具备高回采率，安全性能高和环保的特点，采矿充填技术的关键是充填，主要选择砂砾，煤灰渣，碎石以及石块等物质，对在地下采矿过程中挖出来的空区进行充填。研究数据表明，与传统采矿技术相比，充填技术略显胜出，充填技术可以有效的加强采煤区地层的稳定性，以免发生倒塌。还可以提升矿产资源的回收率，提高企业的发展能力，废石是填充材料的关键，其经济性较好。在尾砂回填后，可以降低自然灾害的发生率，此外，还能够在一定程度上降低矿井深处高温带来的风险，保证生产的安全性。

1采矿工程中采用的填充技术

充填技术是对采矿工程采空区用碎石，砂子等材料进行填充，从而达到支撑的效果，以免围岩跨落和变形。如今的充填技术，应用比较多的方法有水力充填法，胶结充填法以及膏体充填法。

1.1水力充填法

水力充填法是一种应用最早的充填技术，目前这项技术已经成为“三下”煤层，特厚煤层开采的关键顶板管理技术。水力充填法的原理是把固体物料作为浆体或膏体，在通过远距离进行传送，其特点就是成本低，传送效率高，并且不会受到季节和地势的影响。如今我国也已经研究成功了高浓度浆料管道直流输送工艺。

1.2胶结充填法

胶结充填法是以尾料作为材料进行胶结充填的，被采矿工程广泛应用。充填物所选择的尾料包含很多的颗粒，对此胶结面积增大，形成了触变性质体制。目前，高浓度全尾矿胶结填充技术已经相对成熟，被采矿工程广泛应用，应用率高达80％，物料传送质量高达70％。

1.3膏体充填法

现阶段，我国膏体充填法的应用发展还不是很完善，和其他充填技术相比还处于落后状态。膏体充填法的质量会受到很多因素的影响，例如搅拌方法，水含量，搅拌质量以及颗粒成分。膏体充填法在工艺上比较繁琐，技术含量非常高，操作管理流程复杂，需要在大量的实践中深入分析和不断优化。

2我国填充技术的发展现状

根据我国煤矿以往的产矿量和充填技术有关的数据表明，可以对充填技术未来的发展作出以下分析。随着我国煤矿的不断开采，在采矿过程中造成的.土地坍塌的赔偿费用逐年增加，呈上升趋势，变得越来越高。煤矿利用充填技术开采所增加的成分得知，早在几年前发现充填采空区增加的煤开采成本约等于采煤所造成的土地坍塌赔偿所增加的吨煤成本。我国是一个矿产资源丰富，并且资源存储量以及消耗量最大的国家，在煤矿开采过程中，周围的环境和地表会受到破坏，就在矿产开采成本上升的同时，周边环境也受到了影响，容易带来安全事故。对此，研发了一项矸石充填技术，就是常说的一种绿色充填技术。采空区利用充填技术可以降低周边环境和地表的破坏程度，降低废料排放率。在煤矿开采过程中，会出现很多采空区，还会使顶板和矿柱发生变化，容易发生安全事故。在采空区应用矸石充填技术，矸石不用上井，就能很好的处理矸石污染耕地以及环境带来的严重后果。并且减少煤柱，资源回收率也明显升高。这项技术会在未来的采矿工程中应用最广泛的一种充填技术，会得到很好的推行和使用。

3填充技术的应用原则

3.1环境保护为前提

在采矿工程中使用充填技术，第一要考虑的就是环境因素。我国现阶段提出的可持续发展战略，对采矿工程来讲，不但要完成自身的可持续发展，还要重视环境的保护。对此，要选择适合的充填技术，要了解采矿工程的地势环境，并且综合分析目标地区的周围环境，掌握环境和环境之间的联系。选择适合的充填技术，可以很好的掌控环境污染，加强对环境的保护。在采矿工程中使用充填技术，要注意整理开采过程中的材料，以免浪费材料，要充分利用材料资源。对采矿工程中的尾砂和煤灰，要加强回收利用，实现可持续发展，以保护环境为前提。

3.2安全生产为基础

在工程展开中，安全是每个工程都非常重视的一个问题。所以在采矿工程实施中，必须要保证施工人员的生命安全问题，选择适合的充填技术。对此，在选择采矿充填技术过程中，首先需要对采矿地域的环境进行勘察，排除地质方面的安全问题，综合考虑低压措施以及采矿方法，确保在采矿工程利用充填技术时，不会带来安全隐患。3.3合适的充填系统在采矿工程中利用充填系统时，必须以充填量的多少来作为基本准则。在采矿工程展开之前，要严格把控好采充平衡，对采矿地进行预测和规划，合理的制定采矿地的矿产量和采矿量。确保所用的矿产量和所采出的矿产量相同，掌控好二者的产量。所以，要合理的制定充填系统，防止因过度开采导致浪费矿产资源，保证在采矿工程中不出现安全隐患问题。

4填充技术在应用过程中的问题

现如今，充填技术在我国采矿工程中被广泛应用，并且这样采矿技术已经非常成熟，对采矿工程的发展有很大的推动作用，具有很大的优势，能够取得很好的经济效益。但从总体上来讲，采矿充填技术在实际应用过程中还是存在一些问题。大多数采矿企业在采矿过程中，所选择的充填技术缺乏科学性，没有完全掌握好采矿工程所在地的实际状况，导致采矿技术的应用没有按照因地制宜的基本原理，造成采矿工程的效率下降，所取得的矿产在质量和数量上都比较低。充填采矿技术对材料的要求非常高。在采矿工程的实际施工当中，需要利用非常繁琐的采矿技术，操作性与技术性都非常强。但是矿山自身结构相对复杂，导致矿产量和预想的产量存在很大的差异。对此，在矿产开采过程中，仅仅利用充填技术是不够的，还需要融合高强度的新型填充材料，从而保证采矿的效率和产出量。然而，采矿企业要想购买大量的新型填充材料，就会影响企业的生产成本以及企业的经济效益。

5填充技术的应用与发展展望

5.1优化填充管理制度

充填站担任着采矿工程的调配管理工作。首先，充填站具有大量的先进开采机械和电子设备，这类先进的安装设备，为充填材料提供了很大的便利。同时，也要考虑充填站在管理上的不足。充填站的设备相对齐全，然而如果没有科学的管理制度，那么这类设备的系统就不能完成自身的工作，对采矿工作起不到任何推进作用。对此，就要不断优化充填站的管理制度，定期对这些设备进行检测，制定合理的检查制度，像一些分散的填充材料，要进行统一保管。定期对机械设备以及电子设备进行检测，保证设备的系统质量符合工作展开的标准要求。对充电站设备与系统的管理，有安全专门的人员去监管，并派遣专业的技术人员定期检查工作，一旦发展设备具有安全隐患，要马上实施维修，以免带来不必要的麻烦。

5.2创新采矿充填技术

我国采矿工程的不断发展，离不开采矿技术的创新与进步。在使用充电采矿技术的同时，也要对充填采矿工艺进行创新，加强采矿企业的快速发展，提高企业竞争力。关于充填采矿工艺的创新，第一要对传统的充填工艺进行详细分析，了解传统充填工艺的特点。第二，要根据本地的矿产类型和特性，研究和创新充填工艺。例如在一些大矿体的矿山，都非常稳定，但矿产的开采非常困难。在这种状况下，就要选择中深孔和浅孔空场技术，就能获取很好的采矿效果。在这种情况下，充填材料最好利用高水材料和块石胶结材料，这些材料能够更好的对采空区进行充填。利用科学合理的创新充填采矿工艺，可以减少采矿的生产成本，提高采矿效率。对此，充填工艺的创新，可以实现更好的采矿效果，提高采矿企业的经济效益。

5.3提高对创新充填技术材料的研究

在充填采矿技术中，充填材料是必备的。充填材料的不同，对充填采矿技术的应用效果也是不同的。好的充填材料不但可以提升采矿工程的工作效率和工作质量，在很大程度上也保证了采矿工程的安全性。随着采矿技术的不断创新，充填材料的应用正渐渐走向新型的充填固化材料。对此，就要不断增强新型填充固化材料的研发，全面分析充填材料的物理特征，掌握材料的成本和组织方法以及骨料框架。新型的充填固化材料强度高，成本低，对采矿行业的发展以及可持续发展都有着非常重要的意义。就目前状况来讲，我国已经研发出固化材料，其材料的固结速度非常快，效率高并且浓度低，方便使用。其自身具备轻质性，便利性等特征，能够更好的适应材料的远程传送，为采矿工程提供了便利。

5.4充填技术设备的维护

随着充填技术的快速发展，其作业方法和相关设备以及充填仪器的更新换代也非常快。在这些充填设备当中，充填料贮仓起着关键性作用，它能够直接影响充填材料的质量和充填效果，但是在传统充填工艺上却不被重视。然而在新型充填技术当中，采用了加以改过的立式充填料贮仓，可以更好的确保充填料的质量。而在尾砂处理环节，就要利用精准度非常高的水力旋流器。在浆料传送阶段利用这些先进的技术和自动化控制系统，能够提升作业质量以及作业效率。

6结语

综上所述，随着我国科学技术的蓬勃发展和采矿工程的不断扩大，采矿工程的相关采矿技术也是日新月异，而充填技术的广泛应用为采矿企业奠定了坚实的基础。采矿企业要想在激烈的市场竞争中站稳脚跟，就要不断优化充填站的管理制度，不断对采矿工程的充填技术以及采矿工艺进行创新研究。利用新型充填材料，提高充填材料的强度，进而较少材料成本，选择轻便的充填材料进行远程传送。充填技术的逐渐发展，推进了高效，自动化，智能化的采矿作业方式的展开，进而提高了采矿企业的经济效益，保护了生态环境的发展。并且矿区里的工作人员得到了解放，改善了他们的工作环境，减少了工作人员的工作量，在很大程度上提高了工作人员的劳动生产力和工作效率。特别是对一些工作环境复杂，稀有矿床的开采，充填技术被广泛应用，不断满足新形势下采矿资源的发展要求，促进了采矿工程中充填技术的发展。

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2. 石棉尾矿综合利用技术研究

郑水林¹李杨²刘福来¹杜高翔¹朱多功³

（1.中国矿业大学［北京］，北京 100083；2.北京工业大学实验学院，北京 100024；3.阿克塞富利达非金属开发公司，甘肃省阿克塞哈萨克族自治县 736400）

摘要 以石棉尾矿为原料，采用酸浸、氧化除铁、控制碱析Mg（OH）₂以及酸浸渣碱溶、稀酸法控制沉析SiO₂工艺，并在碱析和稀酸沉析过程中适时进行表面处理和粒径控制，制备了超细Mg（OH）₂和超细高比表面积SiO₂。中试主要产品的技术指标为：①超细氢氧化镁：中位粒径（d₅₀）（1.0±0.2）μm，Mg（OH）₂＝98%±0.5%，白度＞92.0；②超细二氧化硅：BET比表面积为190～479 m²/g，孔体积为0.47～1.01 cm³/g，平均孔径3～8nm，干基SiO₂含量为≥99%，白度≥93.0；③产出率（以加工1000 kg尾矿计）：超细氢氧化镁≥420 kg，超细高比表面积二氧化硅≥310 kg，尾矿中氧化镁和二氧化硅的回收率80%以上^［1～16］。

关键词 石棉尾矿；综合利用；氢氧化镁；二氧化硅。

第一作者简介：郑水林，男，生于1956年，中国矿业大学［北京］化学与环境工程学院教授，博士生导师，长期从事非金属矿物选矿和深加工的教学与研究。E-mail：[email protected]。

一、前言

石棉尾矿包括石棉矿的围岩和伴生矿物，如蛇纹石以及经分选以后废弃的七级短棉和粉尘。西部地区是中国主要石棉产区，产量占全国石棉总产量的90%以上。目前中国西部石棉产区每选出1 t合格的3～5级石棉需用石棉矿石26～28 t，也即每产1 t成品棉要产生25～27 t尾矿。西部矿区（青海茫崖、新疆巴州、羌若三矿）等地每年生产成品石棉约30万t，每年新增尾矿750万t以上。同时，该地区累积石棉尾矿已达数千万t，仅甘肃阿克塞红柳沟矿区累计堆积尾矿就达到1300万t以上。这些尾矿不仅占用了大量的土地，而且由于尾矿中所含的大部分是粉状物，遇风漫天飞，形成严重的环境污染。因此，解决堆积如山的石棉尾矿是中国西部石棉产区，乃至整个西部地区环境保护的重大挑战之一。

自20世纪80年代以来，国内外对石棉尾矿的综合利用进行了一些研究，如制备砖瓦、陶瓷、微晶玻璃、多孔二氧化硅、白炭黑以及提取氧化镁、金属镁等，但除了加拿大诺兰达公司和澳大利亚Golden Triangle Resources公司等正在投资建以石棉尾矿为原料的金属镁生产厂之外，其他利用尚未形成大规模的工业化。迄今为止，国外进行的主要研究是采用盐酸、硫酸或混酸浸取石棉尾矿或用碳酸钠、碳酸氢铵处理石棉尾矿制取镁盐、氧化镁或镁金属。但多数研究只是为了回收石棉尾矿中的氧化镁或者镁，而没有考虑二氧化硅的回收。WALSH George R及DELMAS Michel P B在采用盐酸浸取石棉尾矿后进行过滤，得到镁盐，再用盐酸溶液洗涤滤渣，得到高比表面积（B.E.T最高440 m²/g）二氧化硅^［1～16］（CA2240082，1998/07/27）。

中国石棉尾矿综合利用技术存在的主要问题是：①开发的产品技术含量不高或质量不稳定，如大多数为纯度不高的氧化镁、二氧化硅或普通白炭黑，不能产生经济效益；②大多数为实验室试验研究，没有解决工业化的关键技术问题，距离工业化较远；③没有完全解决二次废渣的利用问题。

石棉尾矿的主要化学成分是SiO₂和MgO，是一种资源。高效综合利用这种资源既是环保的需要，也是经济发展的需要。研究是基于这种需要，在大量实验室试验研究的基础上，在甘肃阿克塞哈萨克自治县建立了日处理1t左右石棉尾矿的中试生产线，采用高新技术，充分利用尾矿中的各种矿物和化学组分，开发市场前景好、技术含量和附加值高的超细Mg（OH）₂和超细高比表面积SiO₂产品，同时在综合利用中不产生新的污染，走出了一条石棉尾矿高效综合利用、环境效益与经济效益统一之路。

二、原料、试剂和工艺设备

（一）原料

中试用石棉尾矿取自甘肃省阿克塞县红柳沟，主要化学成分列于表1。

表5 中试改进试验结果

由表5可见，与中试生产的统计结果相比，氢氧化镁的产率由37.8%提高到40%以上，其中2-（1）号样提高到45%，提高幅度为5.82%～19.05%，平均提高幅度为13.54%，应该说是较为显着的。但超细二氧化硅的产率大体与中试生产的统计结果持平，主要是显着减少了碱和酸的用量，从而降低了生产成本。

四、生产成本和经济效益

根据中试的物料消耗，处理1000 kg石棉尾矿的可变成本为3874.6元，可产出超细氢氧化镁420 kg以上，高比表面积（＞190 m²/g）超细二氧化硅310 kg。

目前高纯超细（d₅₀＝0.7～1.5μm）氢氧化镁的价格为7000～15000 元/t；高比表面积（＞190 m²/g）超细二氧化硅的价格为9000～30000元/t，其中用作消光剂、塑料薄膜开口剂、无光喷墨打印纸的高比表面积超细二氧化硅的价格为15000～20000万元/t，考虑用户大多位于东部经济发达地区，生产地距用户远，超细氢氧化镁平均按7000 元/t、高比表面积超细二氧化硅平均按12000 元/t计算，处理1000 kg石棉尾矿的产值（不考虑副产品氧化铁红）为6660元。

以年处理10000 t石棉尾矿计算：

需要工人及管理人员225人，按年人均工资及福利18000元计算，年工资总额405万元，平均处理每t石棉尾矿需人工费405元。

设备折旧费按固定资产投资4680万元计算，10年折完，每年折旧费468万元，平均每t石棉尾矿折旧费468元。

销售及其他费用按处理每t尾矿300元计算。

合计处理每t石棉尾矿的生产成本为5047.6元。年处理10000 t石棉尾矿的总成本为5047.6万元。

年处理10000 t石棉尾矿所得氢氧化镁和高比表面积超细二氧化硅的产值为

10000×6660＝6660（万元）

不考虑副产品氧化铁红的收益，处理10000 t石棉尾矿的年利税为

6660-5047.6＝1612.4（万元）

即处理1000 kg石棉尾矿利税为1612.4元。

除了较显着的经济效益以外，成果应用后还具有显着的社会效益。可以减轻并最终消除细粒石棉尾矿的飞扬对生态环境的危害。同时，作为后石棉时代的接续产业，石棉尾矿高效综合利用项目有利于西部石棉产区（少数民族地区）经济的持续发展和社会的稳定。

五、结论

1）以石棉尾矿为原料，采用酸浸、氧化除铁、控制碱析Mg（OH）₂以及酸浸渣碱溶、稀酸法控制沉析SiO₂工艺，并在碱析和稀酸沉析过程中适时进行表面处理或表面改性，可生产超细Mg（OH）₂和超细高比表面积SiO₂。

2）中试产品的主要物化指标：①超细氢氧化镁：中位粒度（d₅₀） 1.0μm左右，MgO含量67%以上，白度93.0左右；②超细和高比表面积二氧化硅：比表面积190～479 m²/g，SiO₂含量（干基） 99%以上，白度≥93.0；孔体积0.47～1.01 cm³/g，DBP 值（l 邻苯二甲二丁酯吸收值） 2.0 cm³/g左右。

中试产出率（以加工1000 kg尾矿计）：超细氢氧化镁≥420 kg，超细高比表面积二氧化硅≥310 kg，尾矿中氧化镁和二氧化硅的回收率80%以上。

3）处理1000 kg石棉尾矿的可变成本为3874.6元，利税为1612.4元，具有显着的经济效益和社会效益。

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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.