An investigation into the develpoment and potential of foam minefill

Abstract

Mine backfill, which is used to fill underground voids created during mining excavations, has recently become an integral part of underground mining. Many mines re-use mine tailings—created when valuable minerals were separated from gangue minerals in the mine processing plant—as mine backfill to reduce environmental exposure to tailings, maintain underground stability, and increase ore recovery. Three types of mine backfill are currently used in underground mining excavations: hydraulic, paste, and rock backfill. However, these materials have limitations that encourage ongoing research for innovative approaches to reduce weight, improve rheology, and minimize costs. Foam minefill (FMF) is a novel material proposed for backfilling mines, fabricated by mixing stable foam into a mixture of tailings, binders, and water using a foaming agent and foam generator. This action creates micro-air bubbles within the FMF mass, resulting in a cellular structure. The new filling material has a patent pending by McGill University. This research develops and investigates the properties of FMF, and explores its potentials. Uniaxial compressive strength (UCS), mercury intrusion porosimetry, microscopy, and rheology tests were carried out to achieve the research objectives. Samples of FMF were prepared using a sulfide-free tailings from a copper mine as the inert material, normal Portland cement as the binding agent, and Stable Air® foam as the air entraining agent. Properties were compared among samples prepared using different binder dosages, pulp densities, volumes of air entrained, and foam mixing times. Given that sulfide minerals commonly present in mine tailings pose problems in terms of oxidation and deterioration of backfill material, sulfide tailings from a gold mine were used to prepare foamed paste fill (FPF) samples for a second set of laboratory experiments. The FPF was compared to conventional paste fill to investigate how the incorporation of foam affects the properties of paste fill. Sulfide-free FMF properties were highly influenced by the binder dosage, volume of air entrained, and the interaction between these two variables. A prolonged mixing time appeared to destroy the surfactant molecules that stabilize the air bubbles. This ultimately resulted in the collapse of the entire cellular structure in the FMF and a significant decrease in UCS and FMF density. Moreover, air bubbles tended to coalesce when the volume of entrained air was increased. In FPF made with gold tailings containing sulfide, elevated amounts of foam reduced the UCS in the long term, probably by increasing oxygen diffusion into the mixture and promoting pyrite oxidation. However, addition of 5% air improved the UCS of the FPF samples after 56 days of curing. Results show there is a strong potential for foam fill technology in mining applications, especially in areas where there is a shortage of tailings or lack of water resources. The addition of air can compensate for this shortage and complete the void filling. Moreover, the use of foam can significantly decrease backfill density and promote a safer working environment for the miners.Mine de remblai, qui est utilisé pour remplir les vides souterrains créés au cours des excavations minières, est récemment devenue une partie intégrante de l'exploitation minière souterraine. Beaucoup de mines de réutilisation des résidus miniers-créés lors de minéraux précieux ont été séparés de minéraux de la gangue dans le traitement de la mine de plantes comme matériau de remblayage afin de réduire l'exposition environnementale à résidus, maintenir la stabilité souterraine, et la récupération augmentation de minerai.Trois types de matériaux de remblai sont actuellement utilisés dans des excavations souterraines minières: hydraulique, la pâte, et le rock remblai. Cependant, ces matériaux présentent des limitations qui encouragent la recherche continue des approches novatrices pour réduire le poids, améliorer la rhéologie, et de minimiser les coûts. Mousse Minefill (FMF) est un nouveau matériau proposé pour les mines de remblayage, fabriqués en mélangeant mousse stable dans un mélange de résidus, des liants, et de l'eau en utilisant un agent moussant et de la mousse générateur. Cette action crée des bulles micro-air dans la masse FMF, résultant en une structure cellulaire. Le nouveau matériau de remplissage a un brevet en instance par l'Université McGill.Cette recherche développe et étudie les propriétés de la FMF, et explore ses potentialités. Essais de résistance à la compression uniaxiale (UCS), porosimétrie au mercure, la microscopie et rhéologie ont été menées pour atteindre les objectifs de recherche.Des échantillons de FMF ont été préparés en utilisant un sulfure libre résidus provenant d'une mine de cuivre en tant que matériau inerte, de ciment Portland normal, l'agent de liaison, et la mousse de Air® Stable à titre d'agent entraîneur d'air. Propriétés ont été comparées entre les échantillons préparés en utilisant différents dosages de liant, la densité de la pâte, les volumes d'air entraîné, et de mousse temps de mélange.Étant donné que les minéraux sulfurés couramment présents dans les résidus miniers posent des problèmes en termes d'oxydation et la détérioration des matériaux de remblayage, les résidus de sulfure provenant d'une mine d'or ont été utilisés pour préparer remblai en pâte expansé (FPF) échantillons pour une deuxième série d'expériences de laboratoire. La FPF a été comparé au remplissage de pâte conventionnelle pour étudier comment l'incorporation de mousse affecte les propriétés de la pâte de remplissage.Propriétés FMF gratuitement sulfures ont été fortement influencés par le dosage de liant, volume d'air entraîné, et l'interaction entre ces deux variables.Un temps de malaxage prolongé apparu pour détruire les molécules tensioactives qui stabilisent les bulles d'air. Cela a finalement abouti à l'effondrement de toute la structure cellulaire dans la FMF et une diminution significative de la densité UCS et FMF. En outre, des bulles d'air ont tendance à coalescer lorsque le volume d'air entraîné a été augmentée.Dans FPF faite avec des résidus contenant du sulfure d'or, des quantités élevées de mousse réduit le SCU à long terme, probablement en augmentant la diffusion de l'oxygène dans le mélange et favoriser l'oxydation de la pyrite. Cependant, l'addition de 5% d'air amélioré les UCS des échantillons FPF après 56 jours de cure.Les résultats montrent qu'il ya un fort potentiel pour la technologie de mousse de remplissage dans les applications minières, en particulier dans les zones où il ya une pénurie de résidus ou le manque de ressources en eau. L'ajout d'air peut compenser cette pénurie et de compléter le remplissage de vide. En outre, l'utilisation de mousse peut réduire considérablement la densité de remblai et de promouvoir un environnement de travail plus sûr pour les mineurs