Etude sur les caractéristiques de résistance et les caractéristiques d'épaississement des

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8361 (2023) Citer cet article

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Pour certaines nouvelles mines, le taux d'utilisation des résidus n'est pas satisfaisant lorsqu'on utilise des résidus non classés comme agrégat de remblai pour le remblai cimenté. Dans le même temps, avec les progrès de la technologie de traitement des minéraux, les résidus rejetés par le concentrateur deviennent progressivement plus fins. Par conséquent, le remplissage cimenté avec des résidus à grain fin comme agrégat deviendra la direction du développement de la technologie de remplissage à l'avenir. Dans cet article, la faisabilité du remblai de résidus de particules fines est étudiée en prenant les résidus de particules de -200 mesh comme agrégat dans la mine d'or de Shaling. Le calcul montre que le taux d'utilisation des résidus est passé de 45,1 % à 90,3 % en utilisant des résidus de maille 200 comme agrégat de remplissage. La méthode de conception composite centrale de surface de réponse (RSM-CCD) a été utilisée pour étudier la résistance du remblai avec un matériau cimentaire activé par un alcali comme liant en prenant la concentration massique du coulis de remblai et le rapport sable-liant comme facteurs d'entrée. Les résultats montrent que la résistance à 28 jours du remblai avec des résidus à grains fins calibrés comme agrégat de remplissage peut atteindre 5,41 MPa lorsque le rapport sable-liant est de 4, ce qui peut répondre pleinement aux besoins de la mine pour la résistance du remblai. Le test d'épaississement des résidus de particules fines de maille 200 a été réalisé par un test de concentration limite statique et un test d'épaississement dynamique. Dans le cas de l'ajout de 35 g/t de floculant non ionique BASF 6920, la concentration de 64,74 % de mortier de queue peut atteindre 67,71 % après 2 h d'épaississement statique, et la concentration peut atteindre 69,62 % après 2 h d'épaississement statique. La vitesse d'alimentation de l'épaississeur doit être contrôlée entre 0,4 et 0,59 t/(m2 h). Dans ce cas, la concentration en sous-verse de l'épaississant est relativement élevée, qui est de 64,92 à 65,78 %, et la teneur en solides de l'eau de trop-plein est inférieure à 164 ppm. Le processus conventionnel d'épaississement complet des résidus a été amélioré grâce à la conception d'un épaississeur à cône profond à haute efficacité et d'un silo à sable vertical. La faisabilité des résidus à grains fins en tant que granulats de remplissage a été démontrée en combinant le test du taux de remplissage des résidus à grains fins, les données du test d'épaississement et le processus d'épaississement amélioré. Les résultats de la recherche peuvent servir de référence à d'autres mines pour utiliser des résidus à grain fin comme agrégat de remplissage pour concevoir un système de remplissage.

Les résidus sont des déchets solides industriels générés lors du développement et de l'utilisation des ressources minérales, qui sont principalement stockés en surface sous la forme de réservoirs à résidus1. L'existence du réservoir de résidus, tout en occupant une grande quantité de ressources terrestres, les agents chimiques résiduels, les ions de métaux lourds libres et les polluants produits après altération dans les résidus s'infiltreront dans le sous-sol avec le flux d'eau, provoquant une pollution du sol et des ressources en eaux souterraines2,3. Les résidus à grains fins séchés dans le réservoir de résidus sont faciles à polluer par la poussière en cas de vent, ce qui affecte gravement l'ordre de vie normal des résidents environnants4,5. Dans le même temps, avec l'accumulation continue de résidus dans le réservoir de résidus, il est facile de provoquer des catastrophes géologiques telles que des coulées de débris et des inondations soudaines dues à la rupture du barrage du réservoir de résidus6,7. L'existence d'un réservoir de résidus constitue une menace potentielle pour le milieu environnant et la vie des gens. La méthode d'extraction minière consiste à remblayer la zone exploitée avec des résidus produits par le traitement du minerai complété par du ciment et de l'eau. Il peut non seulement réduire le rejet de résidus et contrôler la pression du site minier, mais également empêcher l'affaissement de surface et améliorer le taux de récupération du minerai8,9. En raison des caractéristiques ci-dessus, la méthode d'extraction par remplissage est devenue la méthode d'extraction préférée pour la construction de mines vertes10. Le rapport et la concentration du remblai et le choix du granulat de remplissage déterminent la résistance du remblai11,12. Pour cette raison, certains chercheurs13 ont établi un modèle de prédiction de la résistance du remblai en utilisant le réseau neuronal BP et ont optimisé son rapport en fonction des résultats du test physique intérieur et du test de rapport des particules de résidus14. Wen et al.15 ont utilisé des résidus non classés comme agrégat de remplissage et ont introduit un système d'évaluation globale floue pour obtenir le rapport optimal de boue de remplissage. Wu et al.16 ont étudié le ratio de résidus entiers de matériaux cimentaires par test orthogonal et ont établi un modèle de prédiction de régression du remblai. Sur la base de la méthode d'analyse de surface de réponse, Fu et al.17 ont étudié l'influence de la fraction massique du coulis de remplissage, du dosage de liant et du rapport d'agrégats de remplissage sur la résistance du remblai à différents âges.

Le processus d'épaississement des résidus est une partie importante du remplissage cimenté de la pâte de résidus18,19. La concentration de la sousverse après épaississement affecte grandement le coût d'exploitation du remplissage cimenté de la mine. Par conséquent, certains chercheurs20,21 ont étudié l'effet de la consommation unitaire de floculant sur la vitesse de sédimentation du mortier de queue à partir du mécanisme du floculant sur le processus de sédimentation du mortier de queue. Eswaraiah et al.22 ont étudié l'effet de différents types de floculants sur le tassement du mortier de résidus dans différentes conditions de pH. Wang et al.23 ont étudié l'effet de l'ajout de floculant sur l'épaississement et la sédimentation des résidus avec un mortier de résidus de cuivre-molybdène comme objet de recherche. Certains chercheurs24,25 ont étudié le mécanisme de floculation des résidus et ont établi une relation quantitative entre les conditions de floculation et les caractéristiques volumiques de la structure des résidus.

Les chercheurs ci-dessus ont étudié le recyclage des résidus avec des résidus complets ou des résidus à gros grains classés comme objet de recherche26,27, mais n'ont pas pris en compte le taux d'utilisation des résidus. En utilisant des résidus entiers ou des résidus grossiers comme agrégat de remplissage, certaines mines ont encore un faible taux d'utilisation des résidus. Dans le même temps, avec les progrès de la technologie de traitement des minerais, les particules de résidus rejetées par le concentrateur seront de plus en plus fines28.

À l'heure actuelle, la plupart des mines utilisent des résidus complets comme agrégat de remplissage pour remplir le goaf29,30. Cependant, comme le remblai est un matériau composite composé de résidus entiers, de matériau cimentaire et d'eau31, le volume de résidus entiers produit par un mètre cube de minerai est souvent supérieur à un mètre cube lorsqu'il est préparé en corps de remplissage. Il est donc difficile d'atteindre l'objectif d'absence de rejet de déchets lorsque la mine utilise des résidus non classés comme agrégat de remplissage. Afin d'améliorer encore le taux d'utilisation des résidus, cet article combine la situation réelle d'une mine d'or dans le Shandong et divise le total des résidus en deux parties. Les résidus à grains grossiers supérieurs à 200 mesh sont vendus comme matériaux de construction32,33, et les résidus à grains fins inférieurs à 200 mesh sont utilisés comme agrégat de corps de remplissage pour remplir le goaf. Dans le même temps, avec l'amélioration de la technologie d'enrichissement et l'amélioration du taux de récupération des ressources en minerai, la taille des particules de résidus produits par le concentrateur diminuera progressivement. La technologie de remplissage avec des particules fines comme agrégat de remplissage deviendra un sujet brûlant dans la recherche future de la technologie de remplissage.

L'utilisation de résidus à grains fins de maille 200 comme agrégat de remplissage se heurte à deux problèmes techniques majeurs : par rapport aux résidus complets ou aux résidus à grains grossiers, les résidus à grains fins ont une vitesse de floculation et de sédimentation plus lente, et la concentration de sous-verse obtenue par l'épaississeur est plus faible dans le même temps. Les résidus fins sont utilisés comme agrégat de remplissage et l'agent de cimentation traditionnel est utilisé comme corps de remplissage du matériau de cimentation. Sa force est difficile de répondre à la demande minière.

Compte tenu des problèmes mentionnés ci-dessus, cet article prend l'ensemble des résidus d'une mine d'or dans la province du Shandong comme objet de recherche, utilise la méthode de dépistage de l'eau en laboratoire pour classer l'ensemble des résidus et utilise les résidus à grain fin de 200 mesh comme objet de test. À l'aide d'un test similaire, les résidus à grains fins ont été soumis au test de simulation de sédimentation par floculation dynamique de l'épaississeur. Sur la base de la théorie de la sédimentation des résidus, le mécanisme de sédimentation du processus de sédimentation par floculation des résidus à grains fins a été analysé. L'agent de cimentation auto-développé de Feiyi Co., Ltd. a été utilisé pour concevoir le test de rapport du corps de remplissage avec des résidus de maille 200 comme agrégat par la méthode RMS-CCD. La résistance et ses facteurs d'influence du corps de remplissage pendant 3 jours, 7 jours et 28 jours sous différents agents de cimentation et ratio de résidus et différentes concentrations de masse de boue ont été étudiés. La faisabilité d'une opération de remplissage avec des résidus à grains fins classés comme agrégat de remplissage dans une mine d'or dans la province du Shandong a été analysée. Les résultats de la recherche peuvent fournir une référence théorique et expérimentale pour la conception du remplissage des résidus à grains fins.

La mine d'or de schiste sera construite dans une très grande mine d'or souterraine avec une échelle d'extraction de 12 000 tonnes/jour et une production annuelle d'environ 10 tonnes d'or. Le volume quotidien de la zone vide est d'environ 4 300 m3, la production quotidienne moyenne de résidus est d'environ 11 300 t et la proportion de résidus de -200 mesh est d'environ 50 %. La mine est exploitée par la méthode d'extraction par remplissage et la quantité quotidienne moyenne de résidus de remplissage est d'environ 5 100 tonnes. Si les résidus non classés sont utilisés pour le remplissage, le taux d'utilisation des résidus est de 45,1 %. Afin d'améliorer le taux d'utilisation des résidus, il est décidé d'utiliser des résidus de maille 200 comme agrégat de remplissage pour le remplissage. Le schéma de principe de la construction du système de remplissage est le suivant : après que les résidus généraux du concentrateur sont classés par un crible vibrant à haute fréquence, les résidus à gros grains (résidus sur le crible vibrant à haute fréquence) sont ensuite traités et vendus comme matériaux de construction, tandis que les résidus à grain fin (résidus sous le crible vibrant à haute fréquence) entrent dans la piscine à lisier pour le remplissage. Le taux d'utilisation des résidus est passé de 45,1 % à 90,3 %. La faisabilité des résidus à grains fins comme agrégat de remplissage (résistance du remblai, concentration de floculation sédimentation) est étudiée. Le processus d'écoulement est illustré à la Fig. 1. Les résidus dilués à grains fins sont transportés vers l'épaississeur pour la floculation et la sédimentation, et la sousverse de l'épaississeur est transportée vers le silo à sable vertical pour le stockage et le tassement ultérieur. Le mortier de résidus déposés et l'agent de cimentation stocké dans le silo d'agent de cimentation sont transportés vers le mélangeur pour une agitation complète afin de préparer la boue de remplissage. La bouillie de remplissage préparée est transportée par la pompe industrielle de remplissage vers la zone de remplissage via la canalisation de remplissage (tableau 1).

Le diagramme de flux de processus de remblayage.

Les résidus utilisés dans le test provenaient de la mine d'or de Shanling. Les propriétés physiques de l'ensemble des résidus sont déterminées par des essais en laboratoire et les résultats sont présentés dans le tableau 2. La composition chimique de l'ensemble des résidus est présentée dans le tableau 3. La poudre de cimentation utilisée dans l'essai est un matériau cimentaire à base de laitier. Le matériau est préparé en broyant le laitier produit lors de la fusion de la fonte brute ou d'autres métaux et en ajoutant un activateur alcalin. La composition et le rapport des matières premières sont présentés dans le tableau 1.

La composition granulométrique des résidus de la mine d'or a été analysée par l'analyseur de taille de particules laser BT-9300ST, et les résultats sont présentés à la Fig. 1. On peut voir sur la Fig. 2 que les particules de résidus de maille 200 représentent 47,63% du total des résidus. L'ensemble des résidus a été criblé et les résidus calibrés inférieurs à 200 mesh ont été retenus comme granulats de remblai pour effectuer le test du rapport de remblai. La distribution granulométrique des résidus de maille 200 après criblage est illustrée à la Fig. 3.

Distribution granulométrique des résidus non classés.

Distribution granulométrique des résidus -200 mesh.

Dans cet article, la teneur en solides du coulis de remblai (la concentration massique du coulis de remblai) et le rapport sable-liant du coulis de remblai ont été utilisés comme facteurs d'entrée, et la résistance à la compression libre du remblai pendant 3 jours, 7 jours et 28 jours a été utilisée comme valeur de réponse pour étudier l'effet du rapport sable-liant et de la concentration massique du coulis de remblai et leur interaction sur la résistance à la compression libre du remblai. le remblai. Le test exploratoire préliminaire montre que lorsque le rapport sable-liant du coulis de remblai est de 4 ~ 8 et que la concentration massique est de 70 à 74 %, il peut non seulement répondre à la demande de fluidité du coulis de remblai, mais également obtenir une résistance de remblai plus élevée. Par conséquent, la concentration massique du coulis de remblai et le rapport sable-liant du coulis de remblai ont été sélectionnés comme facteur d'entrée dans le test, et la plage était de 4 ~ 8 et 70–74 % respectivement. La méthode CCD du logiciel Design-Experts a été utilisée pour concevoir un test à trois niveaux (− 1,0,1) à deux facteurs (rapport sable-liant du coulis de remblai, concentration massique du coulis de remblai)34. Les facteurs expérimentaux et les niveaux sont présentés dans le tableau 4.

Selon les facteurs d'essai et les niveaux conçus dans le tableau 4, la recette du coulis de remblai a été réalisée. Les résultats des tests sont présentés dans le tableau 5.

En prenant le facteur d'essai A et le facteur d'essai B comme variables indépendantes, et la résistance à la compression du corps de remplissage Y comme réponse, l'analyse de régression non linéaire des données d'essai du tableau 5 peut être utilisée pour classer la fonction de réponse à la résistance à la compression du remblai avec des résidus de particules fines comme agrégat pendant 3 jours, 7 jours et 28 jours.

Fonction de réponse de résistance à la compression sur 3 jours :

Fonction de réponse de résistance à la compression sur 7 jours :

Fonction de réponse à la résistance à la compression sur 28 jours :

Dans la formule : A est le rapport sable-liant du coulis de remblai, B est \(\cdot\) la teneur en solides du coulis de remblai (%).

Selon le test de sélection de floculant effectué par le laboratoire de remplissage de Feiyi Co., Ltd., lorsque la concentration de boue de résidus à grains fins est de 9,52 %, le floculant est un floculant non ionique BASF 6920 et la quantité ajoutée de floculant est de 35 g/t, la vitesse de sédimentation des résidus est relativement rapide et la teneur en solides du liquide clair au-dessus de l'interface eau-sable est la plus faible. Le test de concentration limite statique et le test de similarité d'épaississement dynamique ont été effectués sur la boue de résidus avec une concentration de 9,52 %. La concentration de la boue de résidus rejetée par le concentrateur de la mine d'or est de 30 %. L'essai de concentration limite statique de la boue de résidus avec une concentration de 30 % est effectué. Les résultats des tests peuvent fournir une référence de test pour la conception du système d'épaississement des résidus dans la station de remplissage.

La boue de résidus à grains fins avec des concentrations de 9,52 % et 30 % a été préparée à l'aide d'un cylindre de mesure de 1 000 mL, dans lequel un floculant non ionique BASF 6920 a été ajouté, et la quantité d'ajout de floculant était de 35 g/t, comme illustré à la Fig. 4. Observez l'effet de sédimentation des résidus et enregistrez les données de sédimentation en fonction du temps. Les résultats expérimentaux sont présentés dans les tableaux 6 et 7.

Test de concentration limite statique.

Préparation du floculant

Le floculant est un floculant non ionique BASF 6920, qui est préparé dans un diluant à 35 g / t à température ambiante pour être utilisé. Le processus de préparation est illustré à la Fig. 5.

Processus de préparation du floculant.

Essai d'épaississement dynamique

Quatre pompes péristaltiques ont été utilisées dans l'essai dynamique pour pomper de l'eau diluée, du floculant et des résidus à grains fins dans le système d'alimentation du dispositif d'essai d'épaississement, et l'échantillon de minerai de sousverse a été pompé du fond du dispositif d'essai. Eau diluée avec de l'eau du robinet ; le floculant a été ajouté par deux points d'administration différents, et la quantité ajoutée était basée sur les données obtenues à partir du test statique. La concentration massique des résidus est d'environ 9,52 %, puis placée dans un baril de 100 L avec un mélangeur électrique pour bien mélanger uniformément, et enfin pompée dans le pipeline. En calculant et en ajustant la vitesse de la pompe péristaltique, les échantillons de floculant et de résidus peuvent atteindre le rapport d'addition optimal du test statique et simuler les résultats du test d'épaississement dans différentes conditions. Lorsque la hauteur de la couche de boue est de 175 mm, l'eau de débordement est échantillonnée et mesurée, et lorsque la hauteur de la couche de boue est de 350 mm, la concentration de sous-écoulement est échantillonnée et mesurée.

Le test d'épaississement dynamique utilise un dispositif de test de simulation d'épaississant de 100 mm de diamètre, comme illustré à la Fig. 6.

Équipement de test de simulation d'épaississeur de diamètre 100 mm.

Résultat du test

L'essai de sédimentation épaississante dynamique étudie principalement l'influence de différentes vitesses d'alimentation sur la clarté de l'eau de surverse et la concentration de sousverse à une concentration d'alimentation d'environ 9,52 %. Les résultats des tests sont présentés dans le tableau 8 et la figure 7.

Diagramme d'essai dynamique de sédimentation dense.

Selon l'expérience en ingénierie, le coût de l'agent de cimentation représente plus de 70% du coût de l'opération de remplissage. Par conséquent, en fonction des besoins des différentes mines, l'ajustement de la concentration de boue et du rapport sable-liant dans la plage de 70 % à 74 % et de 4 à 8 peut réduire considérablement le coût de l'opération de remplissage de la mine. La formule empirique fiable de la résistance du remblai peut fournir une référence pour l'ajustement de la concentration du coulis de remplissage et du rapport ciment-sable conformément aux exigences des conditions de travail. Maintenant, le test d'hypothèse-P test est effectué sur le modèle de fonction d'ajustement avec la résistance à la compression du remblai comme réponse. La variance de chaque variable explicative dans le modèle de régression de surface de réponse est indiquée dans le tableau 9. Dans le modèle de fonction d'ajustement de surface de réponse, le niveau de signification α = 0,05, si la valeur P d'une variable explicative dans la fonction d'ajustement est inférieure à 0,05, cela indique que l'élément est un élément significatif dans le modèle. Si la valeur P de l'élément est supérieure à 0,1, cela indique que l'élément est un élément non significatif dans le modèle. Lors de l'ajustement de la fonction de modèle, cet élément doit être omis pour simplifier la fonction de modèle. D'après le tableau 9, on peut voir que les valeurs P de l'élément de la variable explicative B2 dans chaque modèle sont toutes supérieures à 0,1, de sorte que l'élément de la variable explicative B2 est un élément non significatif dans la fonction du modèle. La fonction du modèle est modifiée et la fonction de réponse de résistance à la compression non confinée modifiée du remblai est la suivante :

Fonction de réponse de résistance à la compression sur 3 jours :

Fonction de réponse de résistance à la compression sur 7 jours :

Fonction de réponse à la résistance à la compression sur 28 jours :

Dans la formule : A est le rapport sable-liant du coulis de remblai, B est la teneur en solides du coulis de remblai (%).

Le coefficient de détermination ajusté (R2 ajusté) de la fonction d'ajustement de la résistance à la compression du remblai à 3 jours, 7 jours et 28 jours après correction est de 0,9648, 0,9898 et 0,982, respectivement. En général, la fluctuation de la valeur est faible et proche de 1, indiquant que la fonction d'ajustement a une grande fiabilité.

En prenant la valeur mesurée et la valeur prédite de la résistance du remblai comme valeurs d'ordonnée et d'abscisse des points dans le diagramme d'analyse d'erreur, l'analyse d'erreur du modèle de prédiction de la résistance à la compression du remblai est effectuée, comme illustré à la Fig. 8. On peut voir sur la Fig. moins de 7 %, et l'erreur du modèle de prédiction de la résistance à la compression sur 28 jours est inférieure à 14 %. Il montre que l'erreur de prédiction du modèle de prédiction de la résistance à la compression non confinée basée sur la méthode d'analyse de surface de réponse se situe dans la plage contrôlable. Le modèle peut être utilisé comme formule empirique pour la résistance à la compression du corps de remplissage, et il peut être utilisé comme référence pour la mine pour ajuster la concentration et le rapport de la boue de remplissage en fonction des besoins des différentes conditions de travail.

Courbe d'erreur entre la valeur réelle et la valeur calculée du modèle de surface de réponse.

La variable indépendante de la fonction de réponse de la valeur de résistance à la compression du remblai est réécrite sous la forme de codage du facteur :

Fonction de réponse de résistance à la compression sur 3 jours :

Fonction de réponse de résistance à la compression sur 7 jours :

Fonction de réponse à la résistance à la compression sur 28 jours :

Dans la formule, Y3, Y7 et Y28 sont la résistance à la compression du corps de remplissage pendant 3 jours, 7 jours et 28 jours, respectivement. fonction de réponse de la force de 3 jours, 7 jours et 28 jours, comme illustré à la Fig. 9. L'amplitude ou la courbure de la valeur absolue de la pente de la fonction dans le diagramme de perturbation de la fonction de surface de réponse reflète la sensibilité de la valeur de la fonction de réponse au codage de ce facteur. Plus la valeur absolue de la pente ou la courbure de la fonction de réponse est grande, plus la valeur de la fonction de réponse est sensible à ce facteur.

Diagramme de perturbation au niveau du facteur.

À partir de la Fig. 9, on peut voir que le facteur A (rapport sable-liant du coulis de remblai) est une courbe quadratique dans la carte des perturbations, et le facteur B (concentration massique du coulis de remblai) est une ligne droite dans la carte des perturbations. De toute évidence, la courbure de la courbe du facteur A est supérieure à celle de la courbe du facteur B, de sorte que la sensibilité de la résistance à la compression du remblai au rapport sable-liant est supérieure à celle de la concentration en masse de la boue de remblai. D'autre part, à partir du tableau 9, on peut voir que la valeur F de la variable explicative A dans la fonction de résistance à la compression de la pâte à 3 jours, 7 jours et 28 jours est supérieure aux autres variables explicatives, indiquant que le rapport sable-liant a l'influence la plus évidente sur la valeur de résistance à la compression, ce qui est cohérent avec les résultats de l'analyse de sensibilité à l'aide de la carte de perturbation.

La surface de réponse de la résistance à la compression à 3 jours, 7 jours et 28 jours a été réalisée en utilisant le modèle de prédiction établi, comme le montre la Fig. 10. On peut voir sur la figure que la résistance à la compression à 3 jours du remblai diminue avec l'augmentation du rapport sable-liant du coulis de remblai, mais avec l'augmentation du rapport sable-liant, la résistance à 3 jours du remblai diminue progressivement. Lorsque la concentration massique du coulis de remblai est de 70 % et que le rapport sable-liant du coulis de remblai passe de 4 à 6, la résistance à la compression à 3 jours du remblai diminue de 54 %. Lorsque le rapport sable-liant du coulis de remblai passe de 6 à 8, la résistance à la compression à 3 jours du remblai diminue de 37 %. Cela montre que la résistance à la compression à 3 jours du remblai augmente avec l'augmentation de la concentration massique et diminue avec l'augmentation du rapport sable-liant. En effet, la principale raison de la formation de la résistance du remblai est que l'agrégat dans le remblai est lié à un tout par le produit de la réaction d'hydratation de l'agent de cimentation-acide silicique hydraté et aluminate de calcium hydraté. Dans une certaine mesure, plus la phase de gel de silice-alumine produite par l'hydratation de l'agent de cimentation est importante, plus la cohésion à l'intérieur de l'agrégat du remblai est importante, et plus la résistance à la compression simple du remblai est élevée35. Par conséquent, le liant est le principal facteur affectant la résistance du remblai. Plus la concentration massique de la suspension de remblai est élevée, plus la teneur en agrégats de la suspension de remblai est élevée, plus la teneur en agrégats de la suspension de remblai est élevée, plus il est facile de former une structure de squelette dense, et une bonne structure de squelette peut permettre au remblai d'obtenir une capacité portante plus élevée.

Diagramme d'analyse caractéristique de la surface de réponse.

Lorsque la période de durcissement est de 3 jours, le taux d'atténuation de la résistance du remblai est de 54 % lorsque le rapport sable-liant passe de 4 à 6, et le taux d'atténuation de la résistance du remblai est de 37 % lorsque le rapport sable-liant augmente de 6 à 8. Cela est dû au fait qu'au stade précoce de la réaction d'hydratation, bien que la teneur en liant de ce dernier soit inférieure à celle du premier, la surface de contact entre ce dernier et l'eau est plus grande, donc la réaction d'hydratation la vitesse de ce dernier est plus rapide et plus de ciment est produit, de sorte que la réduction de résistance de ce dernier est inférieure à celle du premier. Lorsque la période de cure est de 28 jours, l'hydratation dans le remblai est plus suffisante. A ce moment, la teneur en agent liant dans le remblai détermine la quantité de ciment générée lors de la réaction d'hydratation. Par conséquent, le rapport d'atténuation de la résistance du remblai avec le rapport sable-liant passant de 4 à 6 est inférieur au rapport d'atténuation de la résistance du remblai avec le rapport sable-liant passant de 6 à 8.

Le test d'épaississement statique consiste à tester le tassement libre des particules de résidus sous l'action de la gravité, ce qui simule le processus de tassement libre des boues de résidus dans un silo à sable vertical. On peut voir sur les Fig. 11 et 12 que le taux de tassement de l'interface entre les eaux de débordement et le mortier de résidus est lié à la concentration de mortier de résidus. Plus la concentration du mortier de queue est faible, plus la vitesse de descente de l'interface est rapide. Avec l'augmentation de la concentration du mortier de queue, la vitesse d'enfoncement de l'interface ralentit progressivement. Lorsque la concentration du mortier de queue atteint la concentration limite de tassement statique, la vitesse de descente de l'interface diminue à 0.

Courbe de concentration limite de sédimentation statique de boue de concentration de 9,52 %.

La courbe de concentration limite de sédimentation statique d'une concentration de 30% de boue.

À partir des Fig. 13 et 14, on peut voir que lorsque la vitesse d'alimentation de l'épaississeur passe de 0,40 (t/m2·h) à 1,25 (t/m2·h), la teneur en solides de l'eau de surverse augmente de 94,5 ppm à 242,9 ppm, et la concentration de sousverse diminue de 65,78 % à 61,96 %. La teneur en solides de l'eau de débordement augmente avec l'augmentation de la vitesse d'alimentation de l'épaississant, et la concentration de sous-verse diminue avec l'augmentation de la vitesse d'alimentation de la machine d'essai. En effet, les particules de résidus provoqueront une montée de liquide légèrement inférieure au volume des particules de résidus pendant le processus d'enfoncement dans l'épaississeur. L'augmentation de la vitesse d'alimentation de l'épaississeur augmente les particules de résidus dans le même niveau de liquide de l'épaississeur. Lorsque les particules de résidus dans le niveau de liquide sont déposées, un plus grand volume de niveau de liquide augmentera, tandis que la section transversale de l'épaississeur reste inchangée. Par conséquent, l'augmentation de la vitesse d'alimentation de l'épaississeur augmente la vitesse de montée du niveau de liquide dans l'épaississeur. L'augmentation de la vitesse de montée du niveau de liquide augmente la résistance des particules de résidus pendant le processus d'enfoncement. Cela conduit à un temps plus long pour que les résidus terminent la sédimentation par floculation. La boue interne de l'épaississeur est dans un état d'équilibre dynamique et le temps nécessaire aux particules de résidus pour terminer le processus de floculation et de sédimentation augmente, ce qui entraîne l'échec d'une floculation et d'une sédimentation suffisantes de certains résidus dans l'épaississeur. Par conséquent, lorsque la vitesse d'alimentation de l'épaississeur augmente, la concentration de sousverse diminue et la teneur en solides de l'eau de surverse augmente.

Graphique de tendance de la concentration de sous-verse.

Tableau de bord de la teneur en solides dans l'eau de trop-plein.

On peut voir dans le tableau 6 que la concentration de sédimentation maximale statique de la boue de résidus avec une concentration de 9,52 % était de 48,65 % en ajoutant 35 g/t de floculant non ionique BASF 6920. Dans l'expérience d'épaississement dynamique, la concentration en sous-verse de la boue de résidus peut atteindre plus de 61,9 % après l'épaississeur. En effet, les molécules de floculant adsorbent les particules de résidus sur des résidus entiers, les molécules de floculant adsorbent les particules de résidus sur leur structure de réseau en chaîne lorsqu'elles entrent en collision avec les particules de résidus. Sous l'action de la gravité, les particules de résidus encapsulent une partie de l'eau libre pour former une structure de floc instable relativement importante grâce au « pontage » des molécules de floculant. La formation de la structure des flocs accélère la vitesse de sédimentation des particules de résidus dans le liquide. Lorsque la structure du floc a coulé dans la zone d'action du râteau épaississeur, sous la contrainte de cisaillement du râteau, le réseau de chaînes de la structure du floc instable avec un volume relativement important s'est rompu et a libéré de l'eau libre enveloppée à l'intérieur de la structure du floc. Une fois qu'une partie de l'eau libre enveloppée est évacuée, la jonction du réseau de chaînes brisées forme une structure de floc plus petite et plus stable pendant le processus de collision36. Le processus est illustré à la Fig. 15. Par rapport au processus de sédimentation par floculation statique, le processus de sédimentation par floculation dynamique des résidus sous l'action de la contrainte de cisaillement non seulement décharge l'eau libre entre les flocs et les flocs, mais libère également de l'eau libre enveloppée dans la structure relativement instable des flocs formée uniquement sous l'action de la gravité, ce qui augmente encore la concentration de la sousverse.

Processus dynamique de sédimentation par floculation des résidus.

Selon les résultats des tests d'épaississement dynamique, la vitesse d'alimentation recommandée de l'épaississant est de 0,4 ~ 0,59 t/(m2·h). À cette vitesse, la concentration de sous-écoulement de l'épaississant est de 64,92 % à 65,78 % et la teneur en solides de l'eau de trop-plein est inférieure à 164 ppm. La concentration en sous-verse de l'épaississant est relativement élevée et la teneur en solides de l'eau de trop-plein est relativement faible. La concentration en sousverse de l'épaississeur est maintenue à environ 65 %. Si le processus conventionnel de remplissage des résidus non classés (tel qu'illustré à la Fig. 16) est suivi, la sousverse de l'épaississeur à cône profond à haut rendement entre directement dans le mélangeur et est préparée avec le liant pour préparer la boue de remblai. Même si le rapport sable-liant est mélangé à 4:1, la concentration de la boue de remblai résultante n'est que d'environ 70 %. Cela conduit à une résistance plus élevée du remblai uniquement en ajoutant plus de liant, ce qui augmente considérablement le coût de l'opération de remplissage. Afin d'obtenir une concentration de sous-verse plus élevée, de manière à atteindre l'objectif de réduction du coût de l'opération de remplissage, le processus d'épaississement des résidus conventionnel uniquement par l'épaississeur à cône profond à haute efficacité est amélioré par l'épaississeur à cône profond à haute efficacité complété par le silo à sable vertical, comme illustré à la Fig. pompe à air pour le stockage et le tassement ultérieur afin d'obtenir une concentration plus élevée de mortier de queue.

Procédé conventionnel d'épaississement des résidus non classés.

Processus d'épaississement optimisé.

Le processus d'épaississement dans le silo à sable vertical est illustré à la Fig. 18. Le processus d'épaississement dans le silo à sable vertical est analysé. Lorsque la quantité d'alimentation du silo à sable vertical est égale à la quantité de décharge, le silo à sable vertical est dans un état d'équilibre dynamique. A ce moment, la concentration du mortier de queue dans le silo à sable ne change plus avec le temps. À ce moment, l'équation du bilan matière dans le silo à sable vertical est :

Processus d'épaississement du silo à sable vertical.

Bilan matière total :

Bilan des particules solides dans le mortier de queue :

Bilan liquide dans le mortier de queue :

En supposant que l'eau de débordement ne contient pas de particules de résidus, il y a :

Dans la formule : QF, QU, Q0 sont les flux de l'orifice d'alimentation du silo à sable vertical, de la sortie de sous-verse et de l'orifice de trop-plein, m3/h ; φF、φF、φ0 sont la fraction massique des particules solides dans l'entrée d'alimentation, la sortie de sous-verse et le trop-plein respectivement.

La conception raisonnable du silo à sable vertical coopère avec l'arrangement scientifique du temps de remplissage, et le matériau à l'intérieur du silo à sable vertical est en équilibre dynamique. Selon la formule (13), le flux solide de l'orifice d'alimentation du silo à sable vertical est à peu près égal au flux solide de sa sortie de sousverse. Selon les résultats des tests de concentration limite d'épaississement statique du mortier de queue avec une concentration de 30%, on peut voir que le mortier de queue entrant dans le bac à sable vertical après le premier épaississement de l'épaississant est effectué dans le bac à sable vertical pendant plus de 2 h. La concentration de sousverse du bac à sable vertical atteindra environ 68 %. Si le temps d'épaississement secondaire dépasse 4 h, la concentration en sousverse peut atteindre environ 70 %. Cela réduit considérablement les coûts d'exploitation du remplissage de la mine.

Dans le même temps, selon l'expérience pratique, le processus d'épaississement ne comprend que l'épaississeur à cône profond à haut rendement. En raison de l'influence de la hauteur de la paroi latérale de l'épaississeur, la concentration à faible débit de l'épaississeur diminuera lentement avec l'augmentation du temps de travail de remplissage. Le nouveau procédé d'épaississement composé d'un épaississeur à cône profond à haute efficacité et d'un bac à sable vertical peut non seulement maintenir la stabilité de la concentration de la sousverse après épaississement pendant l'opération de remplissage, mais également le nouveau bac à sable vertical et l'épaississeur peuvent être considérés comme un petit bassin accidentel. Lorsque le système de remblai tombe en panne et doit être réparé, si le temps de traitement de l'accident n'est pas long, le mortier de queue peut être directement envoyé au bac à sable vertical et à l'épaississeur pour le stockage. Cette conception réduit les coûts de maintenance de la station de remblai dans le but d'assurer la qualité du remblai de la mine.

Les résidus non classés de la mine d'or de Shandong Shaling ont été classés et les résidus à grain fin classés inférieurs à 200 mesh ont été utilisés comme agrégat de remblai pour le test de résistance. Les résultats des tests montrent que lorsque le rapport sable-liant est de 4 et que la concentration massique du remblai est de 74 %, la résistance du remblai pendant 3 jours, 7 jours et 28 jours est respectivement de 3,511 MPa, 4,668 MPa et 5,41 MPa, ce qui peut répondre pleinement aux besoins de la mine pour la résistance du remblai. Les résultats des calculs montrent que, par rapport aux résidus non classés comme agrégat de remblai, le taux d'utilisation des résidus dans la mine d'or peut être augmenté de 45,1 % à 90,3 % lorsque les résidus à grains fins classés inférieurs à 200 mesh sont utilisés comme agrégat de remblai.

Sur la base de la méthode RSM-CCD, le modèle de prédiction de la résistance à la compression à 3 jours, 7 jours et 28 jours du remblai a été établi. La continuité du modèle dans la plage de test a été testée par la valeur R2 ajustée du modèle. L'analyse de l'applicabilité et de l'erreur du modèle a montré que le modèle pouvait être utilisé pour estimer la résistance à la compression du remblai dans la plage de rapport sable-liant 4 ~ 8 et concentration de boue de remblai de 70 à 74 %, et l'erreur était inférieure à 15 %. La sensibilité de l'influence du rapport sable-liant et de la concentration massique du coulis de remblai sur la résistance à la compression du remblai a été analysée par diagramme de perturbation. Les résultats ont montré que la sensibilité de la résistance du remblai au rapport sable-liant du coulis de remblai était supérieure à celle de la concentration massique.

Dans le cas de l'ajout de 35 g/t de floculant non ionique BASF 6920, le test de concentration limite statique des résidus montre que la concentration de 64,74 % de mortier de résidus peut atteindre 67,71 % après 2 h d'épaississement statique, et la concentration peut atteindre 69,62 % après 4 h d'épaississement statique. Les résultats du test d'épaississement dynamique montrent que la vitesse d'alimentation de l'épaississeur doit être contrôlée entre 0,4 et 0,59 t/(m2·h). À ce moment, la concentration de sous-écoulement de l'épaississant est relativement élevée, qui est de 64,92 % ~ 65,78 %, et la teneur en solides de l'eau de trop-plein est inférieure à 164 ppm.

Le processus conventionnel d'épaississement complet des résidus a été amélioré en utilisant la conception d'un épaississeur et d'un silo à sable vertical. Le processus amélioré d'épaississement des résidus peut assurer l'approvisionnement stable de la concentration de sousverse. Lorsque le temps d'épaississement secondaire du mortier de résidus est supérieur à 2 h, la concentration de sousverse peut atteindre environ 68 %. Lorsque le temps d'épaississement est supérieur à 4 h, la concentration en sousverse peut atteindre environ 70 %.

Grâce à la recette du test de boue de remblai et du test d'épaississement du remblai en laboratoire et à l'optimisation et à la mise à niveau du système d'épaississement sur site, la faisabilité de l'utilisation de résidus à grains fins comme agrégat de remblai est démontrée. Les résultats des tests et les résultats de la conception d'optimisation peuvent servir de référence à d'autres mines pour utiliser les résidus à grain fin comme agrégat de remblai pour la conception du système de remblai.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié.

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Les travaux de cette étude sont financés par la National Natural Science Foundation of China (Grant No. 52274194), la Natural Science Foundation of Hunan Province of China (Grant No. 2021JJ30265).

École d'ingénierie des ressources, de l'environnement et de la sécurité, Université des sciences et technologies du Hunan, Xiangtan, 411201, Hunan, Chine

Xian-qing Wang, Wen Wan, Ru-gao Gao, Zhen-xing Lu, Xiao-yu Tang et Bao-jie Fan

Feny Co., Ltd., Changsha, 410600, Chine

Xian-qing Wang & Zhong-liang Yao

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Correspondance à Wen Wan.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Wang, Xq., Wan, W., Yao, Zl. et coll. Étude sur les caractéristiques de résistance et les caractéristiques d'épaississement d'un remblai cimenté fin classé dans une mine d'or. Sci Rep 13, 8361 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35254-w

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Reçu : 23 mars 2023

Accepté : 15 mai 2023

Publié: 24 mai 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-35254-w

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