钢渣基固结粉充填胶凝材料开发与应用研究

针对河钢矿业中关铁矿超细全尾砂充填采矿法存在的胶结体强度低和胶凝材料成本高等问题,利用钢渣、矿渣和脱硫石膏固体废弃物,开展钢渣基固结粉充填胶凝材料研究。对矿山可以利用的钢渣、矿渣和脱硫石膏等固废物料,进行物化特性分析与质量评价;开展尾砂全固废固结粉胶结充填体强度的正交试验,以及全尾砂充填料浆流变特性研究。试验结果显示,脱硫石膏对胶结体7 d强度的影响大于钢渣微粉,而钢渣微粉对胶结体28 d强度的影响大于脱硫石膏。根据矿山对胶结体强度和充填料浆流变特性的要求,确定钢渣基固结粉胶凝材料的优化配方为:钢渣30%,脱硫石膏10%、矿渣60%。基于胶砂比1∶4和质量分数为64%进行胶结充填体强度测试,其充填体7 d、28 d强度分别达到了1.98 MPa、3.3 MPa,满足矿山对胶结充填强度的要求。固结粉胶凝材料成本分别比42.5水泥和市售胶固粉降低38%、28%,中关铁矿工业化充填试验结果证明其值得在铁矿山推广应用。     

以冶金渣为胶凝材料的全尾砂胶结充填料的制备

以矿渣-钢渣-脱硫石膏为胶结剂,以密云铁矿全尾砂为骨料,制备用于胶结充填采矿的充填材料。综合分析料浆流动度和胶结充填体试块强度,优化胶结充填料配比,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)微观分析观察其微观结构和水化产物。试验结果表明,当胶结剂中矿渣掺量为60%、脱硫石膏掺量为12%、钢渣掺量为28%、胶砂比为1∶4、充填料浆浓度为80%时,料浆适应膏体泵送的流动性要求,充填体28 d抗压强度为8.62 MPa,满足矿山充填强度要求。     

碱激发矿渣胶结剂对尾砂充填料浆流动性和抗压强度的影响

针对固体浓度、胶结剂含量、激发剂/胶结剂(Al/Bi)比、硅酸钠/氢氧化钠(SS/SH)比对尾砂胶结充填料浆(CPB)流动性和抗压强度的影响进行了试验研究,结果表明:碱激发矿渣基充填料浆流动性和抗压强度均优于水泥基充填料浆。随固体浓度与SS/SH比值增大,碱激发矿渣基充填料浆流动性降低,而提高胶结剂含量与Al/Bi比值,碱激发矿渣基充填料浆流动性得到改善;随着固体浓度和胶结剂含量的增加,充填体试块强度随之增加,但增长速率降低;当Al/Bi比值小于0.3时,随着Al/Bi增大,碱激发矿渣充填体试块强度增加;Al/Bi比值大于0.3时,充填体试块强度呈现下降趋势;SS/SH比值对碱激发矿渣基充填体试块强度的影响则与养护时间有关。     

高浓度胶结充填体强度影响因素试验研究

为得到煤矿高浓度胶结充填材料的合理配比,以水泥、粉煤灰、料浆浓度、养护时间为变化参数,采用正交试验法研究了不同养护龄期、水泥含量、粉煤灰含量和料浆浓度下四因素对胶结充填体强度的影响,以及不同水泥含量、粉煤灰含量和料浆浓度下三因素对胶结充填体坍落度的影响。结果表明:养护龄期对充填抗压强度影响最大,最不敏感的是粉煤灰含量;水泥含量对充填体坍落度的影响最大,最不敏感的是料浆浓度。同时表明运用正交试验优化胶结充填体强度的最佳条件,即水泥含量10%、粉煤灰含量20%、料浆浓度80%、养护时间为28 d,其单轴抗压强度为4.68 MPa,坍落度为243 mm,能够满足充填开采的要求。     

高掺量钢渣无熟料体系制备全尾砂胶结充填料

以钢渣和尾砂为主要充填材料,综合分析料浆流动性能和胶结充填体强度,确定胶结充填料的优化配比,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)微观分析观察其微观结构和水化产物。试验结果表明,当钢渣掺量为63%、脱硫石膏掺量为12%、矿渣掺量为25%时,料浆流动性能满足自流型胶结充填的流动性要求,充填体28 d抗压强度为3.73 MPa,满足矿山充填强度要求。     

钢渣基固结粉胶凝材料开发与应用研究

针对中关铁矿高泥尾砂,利用钢渣、矿渣和脱硫石膏等 固废资源,开展替代水泥的钢渣基固结粉胶凝材料研究。首 先进行全尾砂及活性胶凝材料物化及粒径分析,然后开展钢 渣基固结粉胶结充填体强度试验。根据正交试验极差分析 及回归分析,确定钢渣基固结粉优化配方为钢渣35%、脱硫 石膏18%和矿渣微粉47%;其尾砂胶结充填体强度约是水 泥强度的1.5倍,材料成本仅为42.5普通硅酸盐水泥成本的 40%左右。工业试验结果表明,尾砂胶结充填体7d、28d抗 压强度超过工业充填设计指标,钢渣基尾砂充填固结粉满足 矿山充填采矿要求。     

会宝岭铁矿全尾砂胶结充填最优配比试验研究

会宝岭铁矿拟采用全尾砂骨料和水泥胶凝剂进行嗣后充填,对料浆流动性及充填体强度开展全尾砂胶结充填料配比试验。采用回归正交组合设计方法对全尾砂料浆的坍落度、充填体养护28天和90天的强度性能进行了研究。结果表明:料浆浓度在70%~75%时可泵性较好;充填体养护28天和90天的抗压强度、弹性模量、内聚力随着料浆重量浓度、水泥用量的增加有增大的趋势;强度性能回归分析得出充填浓度75%、水泥用量10.5%的情况下,全尾砂胶结充填体达到满足该矿生产需要的最佳强度性能。     

水泥协同多固废固化铬铁渣充填材料的制备及性能研究

为解决铬铁渣堆存占地面积大、污染土壤与水体、资源化利用水平低的问题，以矿渣-石灰-脱硫石膏-水泥熟料协同激发制备四元体系新型充填材料，揭示料浆流变性能、力学性能的变化规律，结合扫描电镜阐述充填体水化机理，通过毒性浸出试验探明充填材料固化/稳定化机理。结果表明：料浆流变曲线符合Hershel-Bulkley模型，随着减水剂掺量的增加，料浆屈服应力显著降低，铬铁渣掺量是影响料浆屈服应力变化的非显著性因素。随着铬铁渣掺量的增加，充填体抗压强度呈降低趋势；减水剂掺量从0.1%增加至0.4%的过程中，抗压强度呈先上升后降低的趋势；随着脱硫石膏掺量的增加，早期强度呈上升趋势，后期强度呈先上升后降低的趋势；石灰掺量从5%增加至20%的过程中，抗压强度呈快速上升趋势，且掺量越大，上升幅度越明显。当铬铁渣∶矿渣∶石灰∶脱硫石膏∶水泥∶减水剂为30∶30∶20∶8∶12∶0.3,抗压强度达最优值。充填体微观结构形貌以柱状钙矾石和团聚状C-S-H凝胶为主，二者紧密黏结形成整体。水化28 d充填体毒害离子浸出浓度满足《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)要求，对Cr³⁺和Cr<...     

胶结剂种类及掺量对尾砂胶结膏体充填材料性能的影响

对三种胶结剂的不同掺量对粗、细尾砂胶结膏体充填材料性能的影响规律进行了试验研究,并对部分硬化体进行了扫描电镜分析。试验结果表明,无论尾砂是粗或细,均随胶结剂外掺量增加,硬化体7d和28d抗压强度增加,但对料浆析水率影响不大;对于细尾砂,在5%胶结剂掺量下,矿渣基复合胶结剂的胶结强度比纯硅酸盐水泥(包括复合硅酸盐水泥)强;对于粗尾砂,在30%胶结剂掺量下,矿渣基复合胶结剂的胶结强度比硅酸盐水泥弱。扫描电镜分析表明,在胶结膏体充填材料中矿渣基复合胶结剂水化产物比纯硅酸盐水泥水化产物分布均匀,前者比后者显微结构更密实。对胶结膏体充填材料的增强机理分析表明,增加充填集料之间的胶结连结、晶体连结能有效提高充填硬化体强度。结论是要制备低胶结剂掺量的胶结膏体充填材料,分散胶结剂水化产物是有效措施。     

粉煤灰—石膏—钢渣复掺充填料浆制备与性能研究

针对水泥作为胶结材料会增大充填采矿成本的问题,采用钢渣、粉煤灰及石膏作为材料开展粉煤灰—石膏—钢渣基胶结材料研究,并对充填体强度进行了分析。研究表明:充填体强度随着粉煤灰掺量增加表现出先增大后减小的趋势,并且都在粉煤灰掺量为15%时达到最大值,说明单掺粉煤灰存在最佳掺量现象;充填体的强度随着钢渣掺量增加也表现出先增大后减小趋势,并且都在钢渣掺量为30%时达到最大值,说明单掺钢渣也存在最佳掺量值;当石膏掺量从0增加至8%时,单掺粉煤灰或钢渣下的充填体抗压强度随着石膏掺量增加表现出不断增大趋势,并且石膏掺量增加更有利于提高充填体的早期抗压强度;复掺粉煤灰和钢渣情况下,充填体的抗压强度得到了显著提高,并且复掺粉煤灰和钢渣的充填体强度均要高于单掺粉煤灰或钢渣的充填体强度。     

矿渣基胶凝材料开发和充填体强度与流变特性研究

针对中关铁矿高泥尾砂充填骨料,开展了矿渣基胶凝 材料试验研究.通过矿渣基胶凝材料胶结体强度试验,获得 复合激发剂配比为熟料１０％、脱硫石膏１５％,矿渣基胶凝材 料激发剂与矿渣微粉之比为１∶３.利用该新型胶凝材料, 分别采用１∶４和１∶８两种胶砂比,进行尾砂胶结体强度验 证试验.结果表明,胶砂比为１∶４的全尾砂胶结体２８d强 度大于２．５MPa,可满足中关铁矿一步骤采场的充填体强度 的要求;胶砂比为１∶８的全尾砂胶结体强度大于１．５ MPa, 可以满足二步骤矿柱采场的充填体强度要求.最后针对中 关铁矿高泥尾砂,开展了不同胶砂比和料浆浓度的胶结充填 体强度和充填料浆的流变特性试验,满足揭示了矿渣基胶凝 材料胶结体强度和料浆流变特性的变化规律,为新型胶凝材 料在中关铁矿应用奠定了基础.     

全尾砂充填新型胶凝材料在铜山铜矿的应用研究

根据铜山铜矿的充填胶凝材料选择和充填料配比参数设计,开展了全尾砂新型胶凝材料胶结充填体和水泥胶结充填体的强度对比试验。在研究全尾砂基本物理力学性质的基础上,采用全面试验法测试了不同灰砂比、不同料浆浓度全尾砂充填体试块单轴抗压强度。结果表明:新型胶凝材料不仅成本低于水泥,而且胶结强度高,在灰砂比1:8、浓度68%、28 d养护龄期的条件下,新型胶凝材料胶结试块抗压强度是水泥胶结试块抗压强度的8.2倍。因此,推荐充填料浆浓度68%～70%,新型胶凝材料与全尾砂比为1:8进行工业充填试验。采场充填体现场钻孔取样表明,新型胶凝材料充填体试样平均抗压强度为2.85 MPa,满足矿山对充填强度和充填质量的要求。     

温度对矿渣基充填料流变和强度影响试验研究

近些年,矿渣基胶结料因其成本低、强度高、流动性好、抗侵蚀好等优点,在国内金属矿山充填中得到了广泛的应用。然而,不同矿山的井下环境温度差别较大,矿渣基胶结料的无差别应用极易导致充填质量与设计预期产生较大偏差。鉴于此,本研究以水泥为对照,对比分析了矿渣基充填料在不同温度(5、20和35℃)下流变和强度演化规律。结果表明:2种胶结料类型料浆的流变(屈服应力与塑性粘度)和触变均随温度的增高而增大,但水泥基充填料流变参数对温度敏感程度更高。2种类型充填料的触变与塑性粘度均呈现出明显的线性关系。除了5℃下3 d强度外,同一温度下矿渣基充填料的强度始终高于水泥基充填料,且前者的强度对温度变化更加敏感,同时随着温度增高,试样强度的增长速率逐渐降低。     

新型减水剂改善充填料浆性能试验研究

为了解决目前凡口铅锌矿因溢流尾砂充填料浆浓度偏低而导致的水泥单耗高、充填体强度偏低等问题,本文采用新型减水剂改善料浆流变性能,提高溢流尾砂料浆的输送浓度及管道输送性能。开展了基于新型减水剂的料浆扩散度、流变试验及充填材料配比试验。试验表明采用新型减水剂可明显改善充填料浆的流动性,对充填体强度产生有益影响。最终确定最优配比料浆的浓度为66%、灰砂比为1:6,节灰率达15.4%,充填体7d单轴抗压强度提高率为42.4%,充填体28d单轴抗压强度提高率为15.2%,实现充填成本降低了为4%,具有明显的经济效益及推广应用的意义。     

尾砂颗粒级配对水泥-钢渣基复合充填料浆流变特性及力学强度的影响

针对胶东半岛某金矿尾砂充填料浆流动性差、充填体质量低等问题,以该矿全尾砂为研究对象,以当地钢渣、脱硫石膏等工业固体废弃物制备新型胶凝材料,通过正交试验,探究尾砂粉磨时间、灰砂比、料浆质量浓度对充填料浆流变特性及力学强度的影响.研究结果表明,随着灰砂比和料浆质量浓度的增大,料浆黏度和屈服应力增大.尾砂粉磨时间从１５min增加至７５min的过程中,料浆屈服应力从３１．１７Pa增加至５４．５１Pa,增幅为７４．８８％,尾砂颗粒越细,较多的细颗粒会堆积在有效流动的料浆中,阻碍料浆正常流动,颗粒剪切接触越充分,屈服应力越大.随着尾砂粉磨时间的延长,细颗粒尾砂填充至胶凝体系大孔洞中,提高了充填体致密度,充填体抗压强度表现为上升趋势,但当尾砂粉磨时间超过４５min时,起骨架支撑作用的粗颗粒尾砂含量相对减少,颗粒间结构较松散,充填体后期强度增加越不明显.抗压强度极差分析结果显示,对充填体抗压强度影响的敏感性大小排序依次为:料浆质量浓度、灰砂比、尾砂粉磨时间.     

高官营铁矿高强度新型胶凝材料研究

针对高官营铁矿超细全尾砂,以唐山周边地区的水泥、石灰、脱硫石膏和矿渣为原料,开展了替代水泥的高强度低成本新型充填胶凝材料研究。采用正交试验设计进行了水泥、石灰和脱硫石膏胶凝材料胶结体强度试验。极差分析显示,新型胶凝材料胶结充填体7 d强度影响因素重要程度排序为水泥、石灰、脱硫石膏。充填体7 d强度优化配方为水泥3.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%,强度为2.79 MPa,约为32.5R水泥的5.3倍。胶结充填体28 d强度影响权重与7 d强度影响权重相反,28 d强度优化配方为水泥4.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%,强度为5.04 MPa,约为32.5R水泥的4.5倍。通过SEM电镜分析得出,新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C-S-H凝胶,胶结充填体强度的提高是这两种水化产物不断形成与发育的结果。砂浆流变特性试验说明,砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填料浆达到了宾汉体流体状态,适合进行料浆管道输送。现场工业试验表明：胶砂比为1∶5、砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填体28 d强度为4.91 MPa,满足充填进路下部充填体28 d强度大于4 MPa的设计要求,与室内试验结果的误差为2.6%,说明室内试验得到的测试数据可靠度较高,并且在强度性能和接顶率方面较32.5R水泥效果更佳,为矿山进行安全高效充填作业提供了有力保障。     

纤维增强水泥-尾砂基复合充填材料力学及流变特性研究

针对水泥-尾砂基复合充填体脆性高、强度低、质量差等问题,以聚丙烯纤维作为增强剂,探究纤维掺量和纤维长度对复合充填料浆流变行为的影响,采用Hershel-Bulkey模型(简称H-B模型)进行非线性回归拟合分析,获得充填料浆流变特性参数,借助正交设计的试验方法,考察纤维掺量、纤维长度和粉煤灰掺量对充填体养护龄期1 d、3 d、7 d和28 d抗压强度的影响。研究结果表明：随着纤维掺量的增加,充填料浆初始表观黏度和屈服应力不断增大。纤维掺量从0.2%增加至0.8%的过程中,屈服应力增加了60.19%；纤维长度从3 mm增加至12 mm的过程中,屈服应力增加了35.3%。不同养护龄期下充填体抗压强度随着纤维长度和纤维掺量的增加均表现为先上升后降低的趋势,纤维掺量0.6%和纤维长度9 mm是其临界点,适宜的纤维能在充填体内部均匀分散,形成致密的网络结构以承载外界荷载,从而改善充填体力学性能。     

某多金属矿新型充填胶凝材料性能及微观结构研究

采用矿渣新型胶凝材料为胶结剂,细尾砂为骨料,开展充填料浆流动度、泌水率和充填配比试验,研究浓度、灰砂比对料浆流动性、泌水率、充填体抗压强度的影响,以及不同养护龄期下充填体抗压强度的发展规律。结果表明：充填浓度对料浆流动度、泌水率的影响较大,随着浓度的提高,料浆流动度和泌水率显著降低;灰砂比的影响相对较小,随着灰砂比的降低,料浆流动度、泌水率略有提高;充填体抗压强度随浓度的增加而提高,随灰砂比的减小而降低,新型胶凝材料充填体在养护早期3 d强度发展较为缓慢,7 d后强度开始明显提高,28 d后强度仍能持续增长,且养护60 d强度相比28 d提高约20%;矿渣微粉在水泥、石膏等激发作用下生成纤维状C-S-H、针棒状钙矾石等水化产物是充填体产生强度的主要原因。     

某金矿充填料浆流变性能及充填体强度的影响研究

料浆的配比对矿山料浆管道输送及充填体的单轴抗压强度有重要影响。以云南某金矿的尾砂作为实验原料,对质量浓度为64%到72%的料浆以及各灰砂比下的充填料浆进行流变实验分析,研究了质量浓度、灰砂比对屈服应力、表观粘度的影响,对不同配比、养护龄期的试件进行单轴抗压强度测试。实验结果表明,质量浓度、水泥掺量对料浆屈服应力和初始表观粘度呈正相关增长,质量浓度越大,对料浆屈服应力和初始表观粘度影响越显著,水泥掺量越多,对屈服应力和初始表观粘度影响越不显著。养护龄期由7d增至14d时,试件单轴抗压强度增幅最高可达200%,由14d增至28d时,最高仅达60%。     

高官营铁矿高强度新型胶凝材料研究

针对高官营铁矿超细全尾砂,以唐山周边地区的水泥、石灰、脱硫石膏和矿渣为原料,开展了替代水泥的高强度低成本新型充填胶凝材料研究。采用正交试验设计进行了水泥、石灰和脱硫石膏胶凝材料胶结体强度试验。极差分析显示,新型胶凝材料胶结充填体7 d强度影响因素重要程度排序为水泥、石灰、脱硫石膏。充填体7 d强度优化配方为水泥3.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%,强度为2.79 MPa,约为32.5R水泥的5.3倍。胶结充填体28 d强度影响权重与7 d强度影响权重相反,28 d强度优化配方为水泥4.5%、石灰2.5%、脱硫石膏17.5%,强度为5.04 MPa,约为32.5R水泥的4.5倍。通过SEM电镜分析得出,新型胶结材料的主导水化产物为钙矾石和C—S—H凝胶,胶结充填体强度的提高是这两种水化产物不断形成与发育的结果。砂浆流变特性试验说明,砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填料浆达到了宾汉体流体状态,适合进行料浆管道输送。现场工业试验表明：胶砂比为1∶5、砂浆浓度为68%的新型胶凝材料充填体28 d强度为4.91 MPa,满足充填进路下部充填体28 d强度大于4 MPa的设计要求,与室内试验结果的误差为2.6%,说明室内试验得到的测试数据可靠度较高,并且在强度性能和接顶率方面较32.5R水泥效果更佳,为矿山进行安全高效充填作业提供了有力保障。