基于膠固粉的全尾砂膠結(jié)充填試驗(yàn)

郭江龍 徐佳林 白 金

(1．河北省沙河市金地聯(lián)辦鐵礦；2．英國(guó)薩里大學(xué))

基于膠固粉的全尾砂膠結(jié)充填試驗(yàn)

郭江龍1徐佳林1白 金2

(1．河北省沙河市金地聯(lián)辦鐵礦；2．英國(guó)薩里大學(xué))

采用鋼廠廢棄物、激發(fā)劑、早強(qiáng)劑及分散劑，研制出一種充填膠結(jié)材料——膠固粉，具有良好的懸浮性、流動(dòng)性，無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn)。將其替代水泥用于全尾砂膠結(jié)充填，不僅早期強(qiáng)度可以滿足充填采礦的技術(shù)要求，后期強(qiáng)度穩(wěn)定甚至遞增，且干縮小、成本低，抗硫酸鹽侵蝕，可有效解決高細(xì)度尾砂只能采取分級(jí)尾砂膠結(jié)充填及分級(jí)細(xì)粒尾砂堆置的難題，在礦山行業(yè)中有較好的推廣應(yīng)用前景。

激發(fā)劑 早強(qiáng)劑 分散劑 膠固粉 細(xì)粒尾砂

膠固粉是利用煉鐵水淬廢渣磨粉和煉鋼廢渣細(xì)磨粉狀物質(zhì)研制，在激發(fā)劑的作用下，充分激發(fā)其內(nèi)在的活力，與全尾砂充分拌合，從而實(shí)現(xiàn)管道自流輸送。

料漿生產(chǎn)成本低，易操作，克服了細(xì)尾砂泥化不膠結(jié)、水化反應(yīng)差、強(qiáng)度低、7 d后強(qiáng)度滯長(zhǎng)等問(wèn)題，適用于礦山全尾砂膠結(jié)充填，尤其能實(shí)現(xiàn)對(duì)提高選礦回收率造成過(guò)磨細(xì)粒尾砂的全尾砂膠結(jié)充填。

1 充填材料與試驗(yàn)方法

1.1 充填材料

選擇試驗(yàn)原材料：礦渣、鋼渣、粉煤灰、化學(xué)添加劑(激發(fā)劑、早強(qiáng)劑、分散劑)、全尾砂[1]。

(1)礦渣微粉S95。煉鐵廢渣水淬后粉磨產(chǎn)品，產(chǎn)品性能符合國(guó)標(biāo)S95；煉鋼廢棄渣，細(xì)度-200目網(wǎng)篩；電廠廢棄物粉煤灰，過(guò)-200目網(wǎng)篩。

(2)激發(fā)劑(5%～20%)。采用氧化鈣、復(fù)合石灰粉(酸性土壤改良劑，氫氧化鈣含量80%以上)、氫氧化鈉、偏硅酸鈉、碳酸鈉等物料復(fù)合而成。

(3)早強(qiáng)劑(0.5%～5%)。采用碳酸鈉、硫酸鈉、亞硝酸鈉、硫代硫酸鈉、乙酸鈉等鈉鹽；氫氧化鋰、碳酸鋰等鋰鹽；三乙醇胺、氯化鈣等鈣鹽、氯化鎂等其中的某些物質(zhì)復(fù)合而成，能使充填體的后期強(qiáng)度無(wú)倒縮影響，甚至有遞增趨勢(shì)。

(4)分散劑(0%～5%)。主要由木質(zhì)素磺酸鈣等減水劑、膨潤(rùn)土、腐植酸鈉、六偏磷酸鈉、三聚磷酸鈉、六水氯化鎂等其中的某些材料復(fù)合而成。

(5)全尾砂。為某金礦、鐵礦、銅礦的全尾砂。

礦渣、鋼渣、粉煤灰化學(xué)成分見(jiàn)表1，鋼渣XRD圖譜見(jiàn)圖1。

表1 礦渣、鋼渣、粉煤灰化學(xué)成分 %

來(lái)源SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO總碳SO3P2O5K2ONa2OTiO2萊鋼礦渣微粉S9532.199.360.1335.193.170.131.83濟(jì)鋼鋼渣(-200目)32.7913.392.7638.629.05煙臺(tái)某磚廠(-200目)粉煤灰49.6020.664.974.301.371.050.340.161.360.511.12

1.2 試驗(yàn)方法

將礦渣、鋼渣、粉煤灰、化學(xué)添加劑有選擇的與全尾砂混合料加水混合攪拌后注模成型，試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm，養(yǎng)護(hù)溫度(20±1) ℃，相對(duì)濕度90%以上，分別測(cè)定3，7，28 d養(yǎng)護(hù)齡期的抗壓強(qiáng)度。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 某金礦全尾砂膠結(jié)試驗(yàn)

全尾砂粒級(jí)分布見(jiàn)表2、化學(xué)成分見(jiàn)表3。

將煉鐵(鋼)廢棄渣82%、激發(fā)劑15%、早強(qiáng)分散劑3%混合均勻，與某金礦全尾砂按一定的灰砂比、濃度加水混合攪拌均勻，流動(dòng)度為400 mm，結(jié)果見(jiàn)表4[2]。

2.2 某鐵礦全尾砂膠結(jié)試驗(yàn)

全尾砂粒級(jí)分布見(jiàn)表5、化學(xué)成分見(jiàn)表6。

圖1 濟(jì)鋼鋼渣XRD圖譜

表2 某金礦全尾砂粒級(jí)分布

表3 某金礦尾砂主要組分 %

成分TFeSSiO2CaOMgOAl2O3含量1.3110.03267.6082.2361.00514.766

表4 充填體單軸抗壓強(qiáng)度

表5 某鐵礦全尾砂粒級(jí)分布

表6 某鐵礦尾砂化學(xué)組分 %

成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3含量28.435.0224.4515.872.9015.29成分K2ONa2OTiO2P2O5燒失含量1.891.450.501.122.50

將煉鐵(鋼)廢棄渣80%、粉煤灰5%、激發(fā)劑10%、早強(qiáng)分散劑5%與某鐵礦全尾砂加水混合攪拌均勻，流動(dòng)度為405 mm，強(qiáng)度見(jiàn)表7。

表7 充填體單軸抗壓強(qiáng)度

為了驗(yàn)證其對(duì)細(xì)尾砂的膠結(jié)能力，對(duì)該鐵礦-400目細(xì)尾砂進(jìn)行了膠結(jié)試驗(yàn)?；疑氨葹?∶4，充填料漿濃度為55%，試驗(yàn)試塊3,7,28 d強(qiáng)度分別為1.28，2.25，3.48 MPa[3]。

2.3 某銅礦全尾砂膠結(jié)試驗(yàn)

全尾砂粒級(jí)分布及化學(xué)組成見(jiàn)表8、表9。

表8 某銅礦全尾砂粒級(jí)分布

表9 某銅礦尾砂組分 %

成分SiO2Al2O3CaOAuMgOCuTFeS含量55.678.803.900.153.070.058.258.97

注：Au含量單位為×10-6。

將煉鐵(鋼)廢棄渣85%、激發(fā)劑12%、早強(qiáng)劑2%、分散劑1%混合均勻，并與某銅礦全尾砂按1∶6，60%濃度加水混合攪拌均勻，流動(dòng)度410 mm。3，7，28，56 d抗壓強(qiáng)度分別為0.55，1.92，3.00，3.35 MPa。

3 結(jié) 論

(1)試驗(yàn)表明：膠固粉完全可以替代水泥作為充填膠結(jié)材料，在沒(méi)有添加石膏等增強(qiáng)劑的情況下，完全靠激發(fā)劑激發(fā)工業(yè)廢棄物的潛在活性，使其具有良好的膠凝、固化性能。

(2)膠固粉的開(kāi)發(fā)利用，有效解決了高細(xì)度、高黏性全尾砂在充填采礦中只能采用分級(jí)尾砂膠結(jié)充填方式，以及分級(jí)細(xì)粒尾砂堆置的難題。

(3)膠固粉全尾砂充填料漿的膠結(jié)性能與自流輸送性能得到了有效協(xié)調(diào)，使料漿的膠結(jié)性、輸送性以及強(qiáng)度指標(biāo)滿足了上向水平分層及下向水平分層充填采礦法的技術(shù)要求。

(4)利用膠固粉全尾砂充填，實(shí)現(xiàn)了煉鐵(鋼)廢棄物和礦山尾礦砂等工業(yè)三廢的再利用，提高了采礦回采率的同時(shí)處理了采空區(qū)，有較好的推廣應(yīng)用前景。

[1] 董 璐.超細(xì)全尾砂新型膠結(jié)充填料水化機(jī)理與性能[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2013(4)：1572-1574.

[2] 胡亞軍，姚振鞏，南世卿，等.全尾砂膠結(jié)粒徑配比優(yōu)化研究[J].采礦技術(shù),2010,10(5):17-18

[3] 金文斌．全尾砂膠結(jié)充填料的粒級(jí)優(yōu)化及料漿流變特性研究[D]．長(zhǎng)沙：長(zhǎng)沙礦山研究院，1991.

2015-02-09)

郭江龍(1985—)，男，科長(zhǎng)，助理工程師，054106 河北省沙河市十里亭鎮(zhèn)。