一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，属于采矿回填【技术领域】，特别涉及到地下埋藏钾盐矿开采后采空区井下回填的生产工艺，是保证内陆埋藏钾盐矿资源地下开采安全生产的工艺方法之一。本发明的生产工艺流程为：混合成充填材料充填材料输送到采空区凝结成型回填并满足采空区回填的强度要求本发明具有以下回填效果：分解分级生产的尾矿与卤水母液和凝结剂搅拌混合成充填材料直接回填到井下采空区，其充分利用了钾盐矿加工生产氯化钾过程中较难处理的卤水母液与凝结剂混合后的凝结特性，将不同粒径的尾矿凝结成型，提高了充填料回填强度和降低了生产操作费用和投资；本技术较适用于地下埋藏钾盐矿井下开采加工生产氯化钾过程中副产尾矿的直接井下回填，是目前地下埋藏钾盐矿开采采空区回填及回采最具规模化推广应用的生产技术。
【专利说明】—种地下钾盐矿采空区回填的生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种采空区回填的生产方法，尤其是涉及一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法。
【背景技术】
[0002]目前，固体钾盐矿主要来自于盐湖卤水蒸发和地下开采。从地下开采出来的可溶性钾盐矿，选矿后会得到大量的尾盐(NaCl)和卤水母液。富含氯化镁的卤水母液也不能排放，并且尾矿由于具有快速的水溶性特征，若集中地面堆存需要建设大面积的室内尾盐棚且占用大量土地，否则副产尾矿淋溶或吸湿溶解进入地面水体(江、河、湖泊、水库)将引发生态环境灾难。另外，钾盐矿的开采矿工程是采用旱采，必然形成采空区，有的矿层离地面较浅，岩盐稳定性变化的不确定因素较多，必须通过尾矿回填来保证地下钾盐矿的正常开采和提高钾盐矿的的回采率，同时满足地下埋藏钾盐矿井下开采的安全生产要求。因此，内陆地区地下固体钾盐矿资源加工生产钾肥，必须考虑副产尾矿回填和卤水母液的利用问题。传统的钾盐矿有两种采矿方法，水法采矿和干法采矿。水法采矿不存在采空区回填问题。干法采矿是对钾盐矿进行选矿得到精矿和尾矿，其中尾矿中带有80%以上的NaCl，得到的尾矿通常堆放在矿区。尾矿由于具有其水溶性的特征，若集中地面储存，需占用大量土地。卤水储存将形成面积颇大的人工盐类湖泊。若排入地面水体(江、河、湖泊、水库)，将造成污染水体，引发生态环境问题，钾盐矿尾矿中含盐固体废料和卤水是潜在的大污染源。
[0003]国内金属矿山回填，钾盐矿尾矿不能在地面上堆放，卤水也不能排放，因此，利用干法采矿开采钾盐矿，必须考虑尾矿和氯化镁卤水的回填问题。但是，传统充填方法一般采用硅酸盐水泥为粘结剂与尾砂一起回到采空区，但是，由于内陆地区地下埋藏钾盐矿与金属矿山存在较大的差异性，副产尾矿为可溶性盐并产生大量卤水母液，而且钾盐矿采空区的充填需要一定的强度，普通的传统的金属矿山回填的硅酸盐水泥方法并不适用于地下可溶性钾盐矿山的回填，并且硅酸盐水泥用量太大，经济指标差目前国内外可溶性固体尾矿成规模性的回填并没有成熟的技术。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对这种地下开采出来的可溶性钾盐矿加工钾肥副产的尾矿和卤水母液特点，提供一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法。该方法通过凝结剂把尾矿一卤水母液凝结可形成强度较高的充填材料，而且实现了与部分卤水母液同时回填，在处理固体尾矿的同时，也消耗了钾肥生产过程中副产的的卤水母液。为此，本发明的一个目的在于提出一种充填强度较高的低成本环保的地下埋藏钾盐矿井下采空区回填的生产方法。
[0005]本发明所述的一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，是充填材料将可溶性钾盐矿进行选矿得到钾盐矿的尾矿、齒水和凝结剂搅拌混合成充填材料，将充填材料输送到钾盐矿，工艺流程为:地下埋藏钾盐矿开采得到的固体原矿——井下分解分级——分级尾矿与卤水母液和凝结剂搅拌混合成充填材料一输送到采空区凝结成型回填并满足井下采空区回填的强度要求，其步骤为:
a.地下固体钾盐矿采用旱采采掘钾盐矿形成井下采空区；
b.将步骤a旱采采掘得到的钾盐矿原矿在井下经过分解——分级加工氯化钾后得到副产物粗颗粒氯化钠，即得分级尾矿；
c.分级尾矿与卤水母液和凝结剂按照比例搅拌混合成充填材料；
d.将充填材料凝结成型回填到井下采空区，回填后井下采空区的抗压强度为0.5?
0.6Mpa，达到采空区回填的强度范围，实现固体钾盐矿井下采空区回填、回采。
[0006]步骤a所述的固体钾盐矿为地下埋藏的光卤石矿、光卤石与钾石盐混合矿和光卤石与石盐混合矿，采空区是采用旱采采掘钾盐矿形成的能供回填的采空区。
[0007]步骤b所述的在井下经过分解分级加工产生的用于采空区回填的粗颗粒氯化钠分级尾矿的质量控制要求为:氯化钠(NaCl)含量大于80%,氯化钾(KCl)含量小于2%,分级尾矿粒度为2?15 mm。
[0008]步骤c所述的分级尾矿与卤水母液和凝结剂按比例搅拌混合成充填材料，它们的质量比例控制范围为分级尾矿:卤水母液:凝结剂=75.0?95.0: 3.0?15.0: 2.0?
10.0。。
[0009]步骤c所述的卤水母液为钾盐矿原矿在井下经过分解一分级加工氯化钾过程中副产的富含氯化镁的卤水饱和母液，为氯化镁和氯化钠和氯化钾的三相饱和母液。所述的氯化镁和氯化钠和氯化钾中的钾离子、镁离子、氯离子的质量浓度为K+:1?3%、Mg2+:5?10%、CF:18 ?30%ο ο
[0010]步骤c所述的凝结剂为氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、天然白云石矿煅烧后的氧化隹丐镁(Mg0.CaO)混合物、氢氧化镁Mg (OH) 2和氢氧化韩Ca (OH) 2的一种或几种组合。
[0011]步骤d所述的将充填材料凝结成型回填到井下采空区，是将充填材料通过机械设备直接输送到井下回填采空区，输送的机械设备为用于输送混凝土的机械装备，具体为皮带输送机、螺旋输送机、装载机中的一种或者一种以上。
[0012]所述的凝结剂为氧化镁，氧化镁:卤水:尾矿的质量比为2.0?9.0: 3.0?11.0:80.0 ?95.00
[0013]步骤d所述凝结成型是指充填材料输送到井下采空区后凝结成型的时间为4?72小时，凝结成型的充填材料强度在0.6Mpa以上，大于井下钾盐矿采空区回填材料要求的抗压强度0.5?0.6Mpa。
[0014]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0016]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。所述的实施例，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0017]本发明上述和/或附加的方面和优点，从结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。
[0018]下面结合实施例对本发明做进一步的说明，但不限于实施例。
[0019]实施例1
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。所述的实施例，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0020]下面参考图1对本发明做进一步的描述。
[0021]如图1所示，根据本发明的一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，首选将通过旱采得到的钾盐矿进行选矿后得到钾盐矿尾矿、齒水和氧化镁一起混合搅拌成充填材料。例如，在本发明的一个示例中，可先将钾盐矿的尾矿供给到搅拌槽中并调节供给量，同时将氧化镁从料仓中供给到搅拌槽中并调节供给量，另外，由卤水槽将卤水供到搅拌槽，最后搅拌成充填材料，可选地，氧化镁:卤水:尾矿的质量比为2.0?9.0: 3.0?11.0: 80.0?
95.0。根据试验，养护龄期越长，强度越高。
[0022]按照分级尾矿:氧化镁:齒水母液的质暈百分配比为:95.0:2.0:3.0,在常温条件下，加入1900千克尾矿，40千克氧化镁，60千克卤水母液采用混凝土搅拌混合机进行混合，混合时间为45分钟，混合压实4小时后凝结成型为1.1m3的混合充填材料，分别在以下时间进行充填材料试模取样测试其充填材料抗压强度如下表I所示。
[0023]表1-^-?-:-:
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实施例2:
按照分级尾矿:氧化镁:卤水母液的质暈百分配比为:80.0:9.0:11.0，在常温条件下，加入1600千克尾矿，180千克氧化镁，220千克卤水母液采用混凝土搅拌混合机进行混合，混合时间为45分钟，混合压实4小时后凝结成型为1.27m3的混合充填材料，分别在以下时间进行充填材料试模取样测试其充填材料抗压强度如下表2所示。
[0024]表2
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实施例3:
按照分级尾矿:氧化镁:齒水母液的质暈百分配比为:87.0:5.0:8.0,在常温条件下，加入1740千克尾矿，100千克氧化镁，160千克卤水母液采用混凝土搅拌混合机进行混合，混合时间为45分钟，混合压实4小时后凝结成型为1.19m3的混合充填材料，分别在以下时间进行充填材料试模取样测试其充填材料抗压强度如下表3所示。
[0025]表3
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实施例4:
按照分级尾矿:氢氧化镁:齒水母液的质暈百分配比为:88.0:6.0:6.0，在常温条件下，加入1760千克尾矿，120千克氢氧化镁，120千克卤水母液采用混凝土搅拌混合机进行混合，混合时间为45分钟，混合压实8小时后凝结成型为1.31m3的混合充填材料，分别在以下时间进行充填材料试模取样测试其充填材料抗压强度如下表4所示。
[0026]表4
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实施例5:
按照分级尾矿:氧化钙:齒水母液的质暈百分配比为:85.0:8.0:7.0,在常温条件下，加入1700千克尾矿，160千克氢氧化镁，140千克卤水母液采用混凝土搅拌混合机进行混合，混合时间为60分钟，混合压实72小时后凝结成型为1.30m3的混合充填材料，分别在以下时间进行充填材料试模取样测试其充填材料抗压强度如下表5所示。
[0027]表5
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实施例6:
按照分级尾矿:氢氧化钙:齒水母液的质暈百分配比为:90.0:5.0:5.0，在常温条件下，加入1800千克尾矿，100千克氢氧化镁，100千克卤水母液采用混凝土搅拌混合机进行混合，混合时间为45分钟，混合压实24小时后凝结成型为1.33m3的混合充填材料，分别在以下时间进行充填材料试模取样测试其充填材料抗压强度如下表6所示。
[0028]表6
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I U, ! I 丨 1).991.25 I 1.3S I L 12 实施例7:
按照分级尾矿:氧化钙镁:卤水母液的质暈百分配比为:80.0:12.0:8.0，在常温条件下，加入1600千克尾矿，240千克氢氧化镁，160千克卤水母液采用混凝土搅拌混合机进行混合，混合时间为60分钟，混合压实72小时后凝结成型为1.37m3的混合充填材料，分别在以下时间进行充填材料试模取样测试其充填材料抗压强度如下表7所示。
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实施例8:
按照分级尾矿:氧化镁:氢氧化钙:卤水母液的质暈百分配比为:86.0:1.5:3.5:9.0,在常温条件下，加入1720千克尾矿，30千克氧化镁，70千克氢氧化钙，180千克卤水母液采用混凝土搅拌混合机进行混合，混合时间为60分钟，混合压实72小时后凝结成型为1.32m3的混合充填材料，分别在以下时间进行充填材料试模取样测试其充填材料抗压强度如下表8所示。
[0030]表 8
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实施例9:
按照分级尾矿:氧化钙:氢氧化镁:卤水母液的质暈百分配比为:84.0:6.0:2.0:8.0,在常温条件下，加入1680千克尾矿，120千克氧化钙，40千克氢氧化镁，160千克卤水母液采用混凝土搅拌混合机进行混合，混合时间为60分钟，混合压实72小时后凝结成型为1.32m3的混合充填材料，分别在以下时间进行充填材料试模取样测试其充填材料抗压强度如下表9所示。
[0031]表9:ir.,:1 1 ? ? IIIIII
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实施例10:
按照分级尾矿:氧化钙:氧化镁:氢氧化镁:齒水母液的质暈百分配比为:75.0:
5.0:1.5:3.5:14.0，在常温条件下，加入1520千克尾矿，100千克氧化钙，30千克氧化镁，70千克氢氧化镁，280千克卤水母液采用混凝土搅拌混合机进行混合，混合时间为60分钟，混合压实72小时后凝结成型为1.30m3的混合充填材料，分别在以下时间进行充填材料试模取样测试其充填材料抗压强度如下表10所示。
[0032]表10
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实施例11:
按照分级尾矿:氧化钙:氧化镁:氢氧化钙:齒水母液的质暈百分配比为:75.0:
4.0:2.5:3.5:15.0，在常温条件下，加入1500千克尾矿，80千克氧化钙，50千克氧化镁，70千克氢氧化钙，300千克卤水母液采用混凝土搅拌混合机进行混合，混合时间为60分钟，混合压实72小时后凝结成型为1.29m3的混合充填材料，分别在以下时间进行充填材料试模取样测试其充填材料抗压强度如下表11所示。
[0033]表 11
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已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，其特征在于，将可溶性钾盐矿进行选矿得到的钾盐矿的尾矿、卤水和凝结剂混合搅拌成充填填材料，然后将充填材料输送到钾盐矿采空区回填，其步骤为: a.地下固体钾盐矿采用旱采采掘钾盐矿形成井下采空区； b.将步骤a旱采采掘得到的钾盐矿原矿在井下经过分解——分级加工氯化钾后得到副产物粗颗粒氯化钠，即得分级尾矿； c.分级尾矿与卤水母液和凝结剂按照比例搅拌混合成充填材料； d.将充填材料凝结成型回填到井下采空区，回填后井下采空区的抗压强度为0.5?0.6Mpa，达到采空区回填的强度要求。
2.权利要求1所述的一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，其特征在于，步骤a所述的固体钾盐矿为地下埋藏的光卤石矿、光卤石与钾石盐混合矿和光卤石与石盐混合矿，采空区是采用旱采采掘钾盐矿形成的能供回填的采空区。
3.权利要求1所述的一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，其特征在于，步骤b所述的在井下经过分解分级加工产生的用于采空区回填的粗颗粒氯化钠分级尾矿的质量控制要求为:氯化钠(NaCl)含量大于80%，氯化钾(KCl)含量小于2%，分级尾矿粒度为2?15mm ο
4.权利要求1所述的一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，其特征在于，步骤c所述的分级尾矿与卤水母液和凝结剂按比例搅拌混合成充填材料，它们的质量比例控制范围为分级尾矿:卤水母液:凝结剂=75.0?95.0: 3.0?15.0: 2.0?10.0。
5.权利要求1所述的一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，其特征在于，步骤c所述的卤水母液为钾盐矿原矿在井下经过分解一分级加工氯化钾过程中副产的富含氯化镁的卤水饱和母液，为氯化镁和氯化钠和氯化钾的三相饱和母液。
6.权利要求5所述的一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，其特征在于，氯化镁和氯化钠和氯化钾中的钾离子、镁离子、氯离子的质量浓度为K+:1?3%、Mg2+:5?10%、Cl—:18 ?30%ο
7.权利要求1所述的一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，其特征在于，步骤c所述的凝结剂为氧化镁(MgO)、氧化钙(CaO)、天然白云石矿煅烧后的氧化钙镁(Mg0.CaO)混合物、氢氧化镁Mg (OH)2和氢氧化钙Ca (OH)2的一种或几种组合。
8.权利要求1所述的一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，其特征在于，步骤d所述的将充填材料凝结成型回填到井下采空区，是将充填材料通过机械设备直接输送到井下回填采空区，输送的机械设备为用于输送混凝土的机械装备，具体为皮带输送机、螺旋输送机、装载机中的一种或者一种以上。
9.权利要求1所述的一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，其特征在于，所述充填材料自流输送到钾盐矿的采空区。
10.权利要求1所述的一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，其特征在于，所述的凝结剂为氧化镁:卤水:尾矿的质量比为2.0?9.0: 3.0?11.0: 80.0?95.0。
11.权利要求1所述的一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，其特征在于，步骤d所述凝结成型是指充填材料输送到井下采空区后凝结成型的时间为4?72小时，凝结成型的充填材料强度在0.6Mpa以上，大于井下钾盐矿采空区回填材料要求的抗压强度0.5?0.6Mpa。
12.权利要求11所述的一种地下钾盐矿采空区回填的生产方法，其特征在于，材所述充填材料通过泵输送到钾盐矿的采空区。
【文档编号】C01D3/08GK104131836SQ201410346864
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】曾波, 王国栋, 李骥, 郭会仙, 余波 申请人:云南省化工研究院