Исследование эффективности применения пастовой закладки

© М.Н. Трофимов, 2013

УДК 622.7 М.Н. Трофимов

ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПАСТОВОЙ ЗАКЛАДКИ

Выполнены исследования по определению эффективности и целесообразности использования дисперсных хвостов Агинского ГОКа и ОФ Учалинского ГОКа. Исследования включали приготовление литых и пастовых закладочных смесей и сравнение свойств полученной закладки.

Ключевые слова: хвосты обогащения, пастовые закладочные смеси, дисперсность.

В настоящее время на основе хвостов обогащения в основном готовятся литые твердеющие закладочные смеси, имеющие угол растекания 4-60 и способные транспортироваться по трубам в самотечном режиме. Водоотдача таких смесей находится в пределах 5-6%.

Совершенствование технологии обогащения влечет существенное извлечение дисперсности хвостов обогащения. Использование таких хвостов обогащения для приготовления литых твердеющих смесей ведет к увеличению расхода вяжущего для достижения заданной прочности, уменьшению скорости набора прочности.

В мировой практике на основе дисперсных хвостов готовят пастовые закладочные смеси, характеризующиеся полным отсутствием водоотде-ления и повышенной вязкостью. Преимущества пастовой закладки перед литой: увеличение скорости твердения смеси; увеличение прочности закладки при меньшем количестве цемента; практически не имеет усадки; снижает давление на перемычку. Недостатки: закладка пастообразной консистенции обычно требует применение насосов для транспортирования по горизонтальным трубопроводам; пастообразная закладка в выра-

ботанном пространстве растекается под достаточно крутым углом, что требует специальных мер по обеспечению полноты закладки.

Нами были выполнены исследования по определению эффективности и целесообразности использования дисперсных хвостов ЗИФ Агинского ГОКа ЗАО «Камголд» (таблица 1) и ОФ Учалинского ГОКа (таблица 4). Исследования включали приготовление литых и пастовых закладочных смесей и сравнение свойств полученной закладки.

Основной отличительной особенностью хвостов является их дисперсность (таблица 1), что влечет высокую водоудерживающую способность. Как правило, дисперсные хвосты в закладочных работах не применяются, т.к. они требуют высокого расхода цемента для достижения заданной прочности.

В связи с этим были исследованы 3 варианта использования хвостов:

- использование в качестве заполнителя только хвосты ЗИФ с различным расходом цемента (литая закладка);

- использование хвостов ЗИФ совместно с дробленой породой (литая закладка);

- использование хвостов ЗИФ при пониженном расходе воды в составе смеси (пастовая закладка).

Таблица 1

Характеристика хвостов ЗИФ Агинского

ГОКа

Остатки на ситах, мм, % Плотность, т/м3 Волоулержи-ваюшая способность, ло-ли ел.

0,074 0,044 -0,044

3 14 83 2,6 0,72

Составы определялись расчетным путем, а затем корректировались и уточнялись экспериментально.

Составы и результаты представлены в табл. 2 и 3.

Оценивая результаты табл. 2 и 3 можно сказать, что прочностные свойства пастовой закладки значительно выше, чем у литой закладочной смеси. Это говорит о том, что пастовая закладка является оптимальным вариантом для утилизации дисперсных хвостов обогатительных фабрик, при этом показывает удовлетворительные прочности и дает возможность снижать расход цемента, что является существенным фактором при высокой стоимости вяжущего.

Аналогичные исследования были проведены на хвостах ОФ Учалин-ского ГОКа.

Составы и результаты представлены в табл. 5 и 6.

Анализируя табл. 5 и 6 отметим, что прочностные свойства пастовой закладки выше в 1,5 раза на цементном вяжущем и в 1,4 раза выше на сложном вяжущем (це-мент+шлак).

Для более подробного исследования мы решили оценить влияние крупного заполнителя на пастовую закладку, с сохранением основных реологических свойств закладочной смеси. В роли крупного заполнителя использовали известняковый отсев фракции 0-8 мм и фракции 020 мм. Соотношение известняка к

хвостам не превышает 50 %. Результаты представлены в табл. 7.

По данной таблице можно сказать, что добавление в пастовый состав крупного заполнителя оказывает положительное влияние на прочность закладочной смеси. Это замечено на цементном вяжущем, при соотношении хвосты:известняк (фр. 0-20 мм) 50:50, где прочность увеличилась на 30% и на сложном вяжущем, где прочность увеличилась на 14-34%.

Пастовые закладочные смеси, вследствие большой вязкости, требуют использования насосов для транспортирования их по трубам до выработанного пространства, что в определенной степени усложняет и удорожает процесс закладочных работ.

Известно, что в строительстве, для повышения пластичности и удобоук-ладываемости бетонных смесей, широко применяются различные пластифицирующие добавки. В связи с этим мы исследовали возможность ввода в состав пастовой закладки различных добавок, с целью получения реологических свойств, позволяющих транспортировать их в режиме самотека. Реологические свойства оценивали по расплыву смеси, выпущенной из цилиндра высотой 10 см и диаметром 55 мм. Качественная литая смесь при расплыве имеет следующие параметры: диаметр круга (<<) - 19-22 см; высота (Ь) - 0,8-1,5 см; угол растекания 4-60.

В данном случае эксперимент проводился на хвостах Учалинского ГОКа.

В качестве базового был принят следующий состав пастовой закладки: цемент - 170 кг/м3; хвосты - 1493 кг/м3;

Таблица 2

Составы литых закладочных смесей на основе хвостов ЗИФ и результаты их испытаний

Расхол компонентов смеси, Угол Прочность, МПа, в возрасте

кг/м3 расте- 28 суток

цемент заполнитель вода кания,

хвосты Новопетровский град.

щебень олного кубика средняя

150 797 - 643 5 1,2 1,13

1,1

1,1

200 770 - 639 5,5 1,3 1,37

1,3

1,5

200 770 - 640 5,5 1,5 1,47

1,5

1,4

200 538 538 550 5,5 1,5 1,5

1,5

1,5

Примечание: на каждый состав закладочной смеси было приготовлено и испытано по три кубика.

Таблица 3

Состав пастовой закладки на основе хвостов ЗИФ и результаты ее испытаний

Расхол компонентов смеси, кг/м3 Прочность, МПа, в возрасте 28 суток

цемент хвосты вола одного кубика срелняя

195 950 560 2,8 2,63

2,5

2,6

Таблица 4

Характеристика хвостов ОФ Учалинского ГОКа

Остатки на ситах, мм, % Плотность, т/м3 Водоудерживающая способность, доли ед.

0,074 0,044 -0,044

25 12 63 3,56 0,42

Таблица 5

Составы литых закладочных смесей на основе хвостов ОФ Учалинского ГОКа и результаты их испытаний

Расход компонентов смеси, кг/м3 Плотность, т/м3 Прочность, МПа, в возрасте 28 суток

вяжущее заполнитель вода

цемент шлак хвосты

170 - 1248 600 2,02 0,6

100 200 1128 582 2,01 2,1

Таблица 7

Результаты испытания пастовых закладочных смесей

Таблица 6

Составы пастовых закладочных смесей на основе хвостов ОФ Учалинского ГОКа и результаты их испытаний

Расход компонентов смеси, кг/м3 Плотность, т/м3 Прочность, МПа, в возрасте 28 суток

вяжущее заполнитель вода

цемент шлак хвосты

170 - 1423 545 2,13 0,9

100 200 1340 512 2,15 2,9

Расход компонентов смеси, кг/м3 Плотность, т/м3 Прочность, МПа, в возрасте 28 суток

вяжущее заполнитель вода

цемент шла к хвосты Известняковый отсев фр. 0-8 мм Известняковый отсев фр. 0-20 мм

170 - 1044 447 - 482 2,14 0,8

170 - 780 780 - 442 2,17 0,8

170 - 1081 - 463 479 2,20 0,8

170 - 829 - 829 424 2,25 1,2

100 200 1008 432 - 458 2,195 3,5

100 200 744 744 - 416 2,20 3,5

100 200 1022 - 438 464 2,22 3,3

100 200 787 - 787 400 2,28 3,9

вода - 560 кг/м3.

Прочность в возрасте 14 суток -0,55 МПа.

Прочность в возрасте 28 суток -0,8 МПа.

Добавки, которые мы применили, в основном используются для бетонных смесей. При добавлении пластификаторов в пастовый состав их количество значительно превысило те рамки, которые применяются в бетонах. Полученные результаты представлены в табл. 8.

При данных экспериментах, требуемая подвижность смеси не наблюдалась, прочностные свойства были увеличены в пределах погрешности эксперимента. Исключение составил Егдош1х-6000 в коли-

честве 2 %, обладал хорошей подвижностью, но значительной потерей прочности.

Для более полной оценки свойств добавок, мы решили добавить в состав смеси крупный заполнитель, дробленую породу фракции -5 мм, в пропорции с хвостами 50 : 50.

Базовый состав пастовой закладки: цемент - 170 кг/м3; хвосты - 775 кг/м3; порода - 775 кг/м ; вода - 425 кг/м3.

Прочность в возрасте 14 суток -0,75 МПа.

Прочность в возрасте 28 суток -1,8 МПа.

Полученные результаты представлены в табл. 9.

Название добавки Количество добавки, % Количество добавки, кг/м3 Примечание Прочность, МПа

14 дней 28 дней

Актипласт-ТК 6 10,2 Смесь стала чуть более пластичной, легче перемешивается, с1=10см 0,65 0,9

Ergomix-6000 1 1,7 Смесь более пластичная, легче перемеш., не растекается. 0,6 0,95

2 3,4 Диаметр 20 см, Ь= 1 см 0,3 0,65

МР-22 1,5 2,55 Смесь более пластичная. 0,55 1Д

Актипласт-ТК (воздухововле-кающий) 9 15,3 Смесь хорошо размешивается, при перемешивании выделялось немного воды, с1=10,5 см Ь-З см. 0,55 0,95

Актипласт-ПМ 9 15,3 Смесь хорошо размешивается, хорошо выгрузилась из кружки, при перемешивании выделялось немного воды. 0,5 0,9

Ergomix-190 1,6 2,72 Эффекта не достигнуто, вода выделилась на поверхности. 0,5 0,95

Monolit 2,5 4,25 Пластифицирующий эффект есть, но не течет, после поднятия цилиндра держало форму 0,5 0,95

Concretan L/SP 2 3,4 Пластифицирующий эффект есть, но не растекается 0,6 1

te

Название Количество добавки, % Количество добавки, кг/м3 Примечание Прочность, МПа

добавки 14 дней 28 дней

Егдош1х-6000 1,5 2,55 Растекалась хорошо, d=20 см, Ь=1.1 см 0,95 1,5

Актипласт-ПМ 10,2 17,34 d=18 см, Ь=1.4 см 1 1,55

Актипласт-ТК 10,2 17,34 Связная, d=14 см, Ь=1.8 см 0,8 1,45

МР-22 Связная, пышная хо-

3 5,1 рошо перемешивается d=13 см, Ь=2,5 см 0,7 1,8

Отметим, что образцы закладки, спустя двое суток распалубочной прочности не набрали, в свою очередь базовый пастовый состав набрал ее за сутки.

При добавлении крупного заполнителя требуемая подвижность смеси была достигнута, это видно по добавкам Егдош1х-6000 и Актипласт-ПМ, прочностные свойства незначительно упали, но количество добавляемого пластификатора достаточно большое и экономически нецелесообразно.

В результате исследований по использованию добавок можно сказать следующее, что ожидаемого эффекта в определенных экономических рамках достигнуто не было.

Выводы

1. Эффективно использовать дисперсные хвосты обогатительных фабрик возможно путем применения пас-товой закладки.

2. Ввод в пастовую закладку крупных материалов, в соотношении с хвостами от 30 % до 50 %, оказывает положительное влияние на прочность закладочной смеси, без ухудшения реологических свойств смеси.

3. При использовании дисперсных хвостов обогащения пастовая закладка позволяет уменьшить удельный расход цемента на 30-50 кг/м3, в сравнении с литой закладкой. В условиях Учалинского ГОКа, в случае перевода закладочных работ полностью на использование хвостов обогащения, это позволит получить, за счет снижения расхода вяжущего, экономический эффект в размере 40-60 млн. рублей в год, что существенно превышает затраты, связанные с переходом на технологию приготовления и транспорта пластовой закладки, гттш

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Трофимов М.Н. - УРАЛМЕХАНОБР, Научно-исследовательский и проектный институт в области горного дела, металлургии и обогащения полезных ископаемых, Екатеринбург, т. (343) 3442742 доб. 2000.

_А