镍渣在充填法采矿中规模化与高值化利用的优化方法技术

本发明专利技术公开了一种镍渣在充填法采矿中规模化与高值化利用的优化方法，首先选择镍渣粒径、镍渣与尾砂比、胶砂比和料浆质量浓度4因素进行3水平的正交试验设计，开展胶结充填体强度试验和充填料浆流变特性参数测试，建立充填体强度和充填料浆流变特性数学模型。然后以单位体积充填料浆成本作为优化目标，以充填体强度和充填料浆流变特性作为约束条件，建立充填料浆配比优化设计模型。最后求解其优化模型获得镍渣与尾砂混合充填料浆的优化配比。该优化方法能够优化镍渣粒径、镍渣与尾砂配比、水泥用量以及料浆浓度。在满足充填矿山胶结充填体强度和料浆流变特性要求的基础上，实现镍渣在充填法采矿中的规模化与高值化利用之目的。充填法采矿中的规模化与高值化利用之目的。充填法采矿中的规模化与高值化利用之目的。

【技术实现步骤摘要】
镍渣在充填法采矿中规模化与高值化利用的优化方法


[0001]本专利技术涉及一种低品质固废资源化利用与充填法采矿的交叉技术，尤其涉及一种冶炼镍渣与选矿尾砂在充填采矿中规模化和高值化利用的优化方法。

技术介绍

[0002]随着经济高速发展以及对矿产资源的持续开发，富矿和优质条件的矿产资源日趋减少，而面临更多深埋、高应力和大水矿床等不良的矿产资源开发，因此，充填采矿法是上述矿产资源实现安全和环保开采的重要选择，也是创建无废矿山和绿色采矿的必由之路。与其他方法相比，充填采矿法工艺复杂、采矿成本高，经济效益差。
[0003]为了降低充填采矿成本，提高采矿经济效益，低成本充填材料开发与利用是必由之路。利用高炉矿渣(水淬渣)开发矿渣基充填胶凝材料已在充填矿山得到广泛应用，也已经获得了显著的经济效益和环保效益。但由于受环保政策影响，逐步限制水泥和钢铁企业产能，导致高炉矿渣在减少以及建材与混凝土需求量在增大，不仅致使矿渣利用成本在提高，而且在某些地区还供不应求。与此相反，由于镍渣、铜渣、铅锌渣等有色渣的活性低、硬度高、粉磨难度大，因此利用率低(＜12％)。显然，低品质固废资源规模化和高值化利用，是目前亟待开展研究的重要课题。
[0004]镍渣是镍冶炼排放的有色渣之一。根据目前镍的冶炼工艺，每生产1吨镍要排放6
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16吨镍渣。由于矿源、冶炼工艺、冷却方式的不同，镍渣的化学成分变化大，且活性低。加之镍渣粉磨难度大、生产成本高，导致资源化利用效益差，因此大部分冶炼镍渣采用在地表堆放处理。不仅造成有色冶金渣固废资源的巨大浪费，而且还对环境造成严重污染。
[0005]随着对环境保护日趋重视以及更加严格管理，科技工作者已经开展镍渣资源化利用研究，镍渣资源化利用越来越受到人们的高度关注与技术开发。
[0006]根据已发表的学术论文和专利技术专利，总结出目前镍渣固废利用研究与应用主要在以下三个方面：
[0007](1)镍渣砂替代部分砂石料在混凝土中的应用。该应用涉及的专利技术专利包括：中国专利CN 103613332 A、CN 109180039 A、CN 109503086 A、CN 111116078 A、CN 111410487、CN 111484276 A CN 111548064 A等。上述专利是将镍渣破碎成本不同粒径的镍渣颗粒，替代部分砂石料用于混凝土，减少砂石料。其共同特点是：针对工程需求以及可利用的镍渣物化特性，确定替代砂石配比。众所周知，不同冶炼工艺和排放方式，镍渣物化特性存在很大的不确定和变异性，这是影响镍渣资源化利用重要因素之一。显然，基于特定镍渣和混凝土工程镍渣利用专利技术，很难将复杂特性的镍渣在不同要求的混凝土工程中推广应用。
[0008](2)镍渣粉磨超细粉作为水泥掺合料的应用。该应用所涉及的专利技术专利包括：中国专利CN 104556921A、CN 105948542 A、CN 106587675B、CN 107032644A、CN 107032717B、CN 107698180A、CN 107814499A、CN 108609925B、CN 108793866B、CN 111533469A、CN 111559901A、CN 111747697A、CN 112551939A、CN 112608043 A、CN 112723843 A CN 112851150 A等。其专利技术与镍渣砂在混凝土中应用的思路相同，是针对镍渣和胶凝材料
需求，确定镍渣粉用于水泥掺合料的比例。由于镍渣物化特性导致掺量不能推广应用。
[0009](3)利用镍渣生产免烧砖的镍渣资源化应用。针对镍渣潜在的火山灰质活性，利用镍渣生产免烧砖是镍渣资源利用另一途径。该应用的专利技术专利有：中国专利CN 10452912 A、CN 105859210 A、CN 108409281 A、CN 111333393 A。其专利技术也是针对特定镍渣提出的特定免烧砖的配合比。
[0010]目前尚无镍渣在充填采矿中应用的专利技术专利。仅查阅到部分学术论文，如：
[0011]刘同有等(2000)利用镍渣作充填骨料，开展金川镍闪速炉水淬渣胶结充填配合比优化设计。其研究结果表明，闪烁炉水淬渣作为骨料用于充填采矿，存在的主要问题是充填料浆分层离析显著，并且对管道磨损严重。
[0012]综上可见，由于镍渣比重大，原状镍渣作为充填骨料存在主要问题如下：充填料浆分层离析显著，潜在堵管爆管高风险，镍渣对充填管道磨损严重，缩短充填管道使用时间。将镍渣作为水泥掺合料，由于活性低要求细度高，存在粉磨难度大、生产成本高，经济效益差以及掺合量小等问题。
[0013]近年来，镍渣规模化和高值化利用已经引起人们的高度关注，提出了镍渣在建材和混凝土中综合利用专利技术，涉及专利包括：CN 108863255 A、CN 109704677 A和CN 111116125 A。其专利技术专利创新性在于：利用粗渣作骨料替代部分砂石，利用细镍渣粉作部分胶凝剂减少水泥用量。但上述专利技术仍给出镍渣砂或镍渣粉确定的配合比。考虑到镍渣的不确定性与可变性，专利技术与之相适应的镍渣砂与镍渣粉配比优化利用的专利技术目前尚未出现。
[0014]与建材和混凝土领域不同，充填法采矿对胶结体强度要求低(R
28d
<5MPa)，且不同采矿方法对强度要求不同。充填法采矿需要长距离管道输送充填料浆以及长时间连续作业，对料浆的流动性、稳定性以及管道磨损提出特殊要求。
[0015]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0016]本专利技术的目的是针对原状镍渣粒径和比重大，作为充填骨料的充填料浆存在分层离析以及管道磨损的问题，提供一种镍渣在充填法采矿中规模化与高值化利用的优化方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。
[0017]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0018]本专利技术的镍渣在充填法采矿中规模化与高值化利用的优化方法，其特征在于，包括步骤如下：
[0019](1)对冶炼镍渣进行晾晒或烘干，采用破碎+粉磨混合处理工艺，将镍渣加工成含粒状与粉状两种粒径的镍渣混合体；
[0020](2)对选矿尾砂浆体进行浓缩与烘干，进行选矿尾砂的物化特性分析；根据尾砂中粒径小于74μm细泥含量进行尾砂分类；
[0021](3)利用42.5普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，并作为<60μm的粉体镍渣潜在活性激发剂，实现对镍渣潜在活性激发发生水化作用来提高胶结体强度；
[0022](4)根据步骤(1)、(2)、(3)所述的镍渣粉和砂，并选择矿山选矿尾砂和水泥胶凝材料，进行镍渣
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尾砂混合充填料浆的配比正交试验设计；
[0023](5)根据步骤(4)所述的镍渣
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尾砂充填料正交试验设计方案制备充填料浆，开展充填体强度试验，由此获得镍渣
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尾砂充填料浆3d、7d、28d胶结充填体强度试验结果；
[0024](6)根据步骤(4)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍渣在充填法采矿中规模化与高值化利用的优化方法，其特征在于，包括步骤如下：(1)对冶炼镍渣进行晾晒或烘干，采用破碎+粉磨混合处理工艺，将镍渣加工成含粒状与粉状两种粒径的镍渣混合体；(2)对选矿尾砂浆体进行浓缩与烘干，进行选矿尾砂的物化特性分析；根据尾砂中粒径小于74μm细泥含量进行尾砂分类；(3)利用42.5普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，并作为<60μm的粉体镍渣潜在活性激发剂，实现对镍渣潜在活性激发发生水化作用来提高胶结体强度；(4)根据步骤(1)、(2)、(3)所述的镍渣粉和砂，并选择矿山选矿尾砂和水泥胶凝材料，进行镍渣
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尾砂混合充填料浆的配比正交试验设计；(5)根据步骤(4)所述的镍渣
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尾砂充填料正交试验设计方案制备充填料浆，开展充填体强度试验，由此获得镍渣
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尾砂充填料浆3d、7d、28d胶结充填体强度试验结果；(6)根据步骤(4)所述的镍渣
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尾砂充填料浆正交试验设计方案，制备混合充填料浆，采用流变仪开展充填料浆流变特性参数测试，由此获得镍渣
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尾砂充填料浆的初始屈服应力与粘度系数的测试结果；(7)根据步骤(5)所述的镍渣
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尾砂充填料浆充填体强度试验结果，采用二次多项式进行回归分析，建立三种龄期混合料胶结充填体强度模型：R
3d
＝f1(x1,x2,x3,x4)R
7d
＝f2(x1,x2,x3,x4)、R
28d
＝f3(x1,x2,x3,x4)；其中，R
3d
、R
7d
、R
28d
分别代表充填体3d、7d、28d单轴抗压强度；f1(x1,x2,x3,x4)、f2(x1,x2,x3,x4)、f3(x1,x2,x3,x4)分别代表充填体3d、7d、28d强度与充填料浆配比的关系；x1,x2,x3,x4分别代表镍渣粒径、镍渣与尾砂配比、胶砂比以及充填料浆的质量浓度，所述胶砂比指水泥:(镍渣+尾砂)的比例；(8)根据步骤(6)所述的镍渣
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尾砂充填料浆流变特性参数测试结果，采用二次多项式进行回归分析，建立充填料浆的流动性与稳定性数学模型：τ＝f4(x1,x2,x3,x4)、η＝f5(x1,x2,x3,x4)；其中，τ、η分别代表充填料浆的屈服应和粘度系数；f4(x1,x2,x3,x4)、f5(x1,x2,x3,x4)分别代表充填料浆的屈服应力和粘度系数与充填料浆配比的关系；(9)根据步骤(4)所述的镍渣
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尾砂充填料浆正交试验设计方案，以及充填料浆的镍渣、尾砂、水泥和水的成本，进行充填料浆成本计算；并采用回归分析建立充填料浆成本模型：C
T
＝f6(x1,x2,x3,x4)。其中，C
T
代表单位立方充填料浆总成本，元/m3，f6(x1,x2,x3,x4)代表充填料浆成本模...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴迪，肖柏林，张席芝，高谦，曹辉，吴凡，巴蕾，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：