自流型礦渣基尾砂充填材料的研究

楊 坤

山東魯碧建材有限公司

1 前言

近年來，對(duì)于礦產(chǎn)資源開發(fā)來說，采礦工業(yè)是社會(huì)發(fā)展的重要條件，隨著當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)于礦產(chǎn)資源的需求量逐漸提高，然而礦產(chǎn)資源的開發(fā)使用會(huì)帶來一系列的環(huán)境污染問題，比如在金屬礦山開采中，固體廢料為礦渣排放的污染量是最高的，且很難實(shí)現(xiàn)金屬尾礦綜合利用，因此也成為了當(dāng)前社會(huì)高度重視的問題。尾礦是選礦的重要材料，其所開發(fā)的尾砂排放量和堆積量較大，由于尾礦所導(dǎo)致的環(huán)境問題也比較嚴(yán)峻，為改善這一問題國內(nèi)外針對(duì)尾礦資源化利用進(jìn)行了深入探究。

2 礦渣機(jī)尾砂充填材料目前存在的問題

對(duì)于充填膠結(jié)粉料來說，礦渣是其主要原材料，不僅能夠充分實(shí)現(xiàn)廢物再利用，同時(shí)利用這種材料制備的尾砂充填性能也能夠基本滿足礦山的充填需求。目前國內(nèi)外研究學(xué)者在利用礦渣進(jìn)行充填材料配置進(jìn)行了深入研究，并且該技術(shù)逐漸完善，為今后開發(fā)新型礦渣基尾砂充填材料奠定了重要基礎(chǔ)，但目前還存在以下問題：，比如早期強(qiáng)度，由于自流型基尾砂充填料濃度相對(duì)較低，所形成的填充體強(qiáng)度比較弱，早期開發(fā)的填充材料使用激發(fā)劑無法激發(fā)其內(nèi)部的強(qiáng)度，導(dǎo)致最終材料早期強(qiáng)度效果不佳。在充填濃度方面，自流型尾砂充填物料本身存在充填濃度較低的問題，其濃度主要集中在70%的范圍內(nèi)，充填濃度也會(huì)導(dǎo)致成本相對(duì)較高，早期強(qiáng)度低，綜合利用率低等。如何能夠提高填充料濃度也成為了當(dāng)前高度重視的問題。流動(dòng)性能方面，針對(duì)流動(dòng)性尾砂填充材料在輸送系統(tǒng)上沒有嚴(yán)格的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，無法準(zhǔn)確判斷物料是否滿足基本的自流充填要求，因此對(duì)于礦渣基尾礦砂填充材料進(jìn)行研究，主要集中于充填體的強(qiáng)度，而沒有對(duì)其流動(dòng)性以及損失進(jìn)行分析。對(duì)于充填材料來說流動(dòng)度是很可應(yīng)用于礦山充填體系的重要指標(biāo)，即便能夠達(dá)到基本的早期強(qiáng)度要求，如果無法滿足流動(dòng)度也不能應(yīng)用于充填工藝中。經(jīng)濟(jì)效益方面可以使用多種激發(fā)劑，比如水玻璃，氫氧化鈉等，但相對(duì)來看成本較高，而且使用性很低，比如強(qiáng)堿具有一定的腐蝕性，氫氧化鈉吸水性較強(qiáng)，給后期實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)帶來不便，因此針對(duì)礦渣基尾山充填材料進(jìn)行分析過程中，應(yīng)當(dāng)實(shí)現(xiàn)低成本，高性能，具有較強(qiáng)實(shí)用性作為主要研究方向。

3 自流型礦渣基尾砂充填材料相關(guān)配比分析

傳統(tǒng)在制備尾砂充填材料時(shí)主要成分為水泥，但利用該材料進(jìn)行制作過程中成本較高，而且能源消耗較大，凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)，目前為尋找經(jīng)濟(jì)性能較好的替代品，很多礦山逐漸開始使用礦渣作為材料，將礦渣與水?dāng)嚢柽^程中會(huì)發(fā)生水化反應(yīng)，部分固體溶解水化之后進(jìn)而水化被礦渣表面的低滲透保護(hù)膜阻止，使水無法浸入玻璃體內(nèi)部，而礦渣中的離子無法滲出。在水中能夠保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，因此相對(duì)來看在水中礦渣玻璃是惰性的，而要想保持礦渣膠凝性，需要經(jīng)過一定條件才能夠發(fā)揮出來，而這種作用是破壞礦渣玻璃體，能夠促進(jìn)其發(fā)生水化反應(yīng)。我們參照現(xiàn)有配方，以分級(jí)尾砂作為集料，以1:10 作為灰砂比，68%的固體濃度分析材料初始及一小時(shí)之內(nèi)的拓展度，損失以及凝結(jié)時(shí)間等指標(biāo)，分別使用5%，10%，50%和20%的水泥材料作為礦渣尾砂充填材料，分析結(jié)果時(shí)發(fā)現(xiàn)，隨著水泥摻入量增加，填料的流動(dòng)性將減小，主要是由于水泥需水量大，當(dāng)增加水泥摻量之后水泥漿體中的水分會(huì)增加，進(jìn)而降低其流動(dòng)度，同時(shí)由于還有較高含量的玻璃體，這種玻璃體表面吸水性差能夠用于水泥間隙結(jié)構(gòu)填充占據(jù)水分空間，將結(jié)構(gòu)中的水?dāng)D出后膠體本身粘度降低，流動(dòng)性改善，而從需水量和凝結(jié)時(shí)間上來看，由于礦渣表面光滑，很難吸水，水泥保水性相比礦渣來說要好，因此當(dāng)增加水泥摻量之后，該材料泌水性將逐漸降低，同時(shí)增加水泥產(chǎn)量之后由于水泥本身的水化反應(yīng)會(huì)生成相應(yīng)的硅酸鈣，乳酸鈣等，同時(shí)生成的氫氧化鈣也會(huì)從一定程度上加快礦渣水化，增加其反應(yīng)程度，最終形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，縮短凝結(jié)時(shí)間。利用這種方法，我們分別比較了水泥，石灰，石膏這三種材料，通過設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，最終我們發(fā)現(xiàn)半水石膏，二水石膏以及石灰對(duì)于最終充填材料產(chǎn)生的影響是不同的，使用半水石膏時(shí)能夠顯著縮短凝結(jié)時(shí)間，接頂率提升，但相對(duì)來看流動(dòng)性能降低，強(qiáng)度降低，而二水石膏能夠增加流動(dòng)性和早期強(qiáng)度，石灰可提高后期強(qiáng)度，但不利于凝結(jié)時(shí)間，通過正交實(shí)驗(yàn)獲取最優(yōu)配比，最終提出71%的礦渣，25%的石膏，3%的石灰，1%的硫酸鋁，半水和二水石膏比為1:2，這種條件下所制備的無水泥礦渣基尾充填材料配比是比較合適的，能夠增加材料的流動(dòng)性，減少溺水率，縮短凝結(jié)時(shí)間。

4 減水劑的應(yīng)用

在所配置的自流型礦渣膠結(jié)粉料體系過程中，為能夠提高固體濃度，進(jìn)一步提升礦渣的綜合利用率，減少其對(duì)于環(huán)境的污染，通過實(shí)驗(yàn)我們發(fā)現(xiàn)改變膠結(jié)粉料比對(duì)于整體流動(dòng)性影響較小，因此為能夠提高流動(dòng)度需要配合使用減水劑，使用混凝土減水劑不會(huì)改變?cè)胁牧辖M份，在不減少用水量的前提下能夠有效改善混凝土性能，增加流動(dòng)性。主要是由于減水劑是一種表面活性劑，加入到混凝土中之后能夠破壞水泥原有的結(jié)構(gòu)，分散膠囊顆粒，釋放結(jié)構(gòu)自由水，增加流動(dòng)性。自流型礦渣尾砂充填材料與混凝土具有類似構(gòu)成，因此可使用一定含量的減水劑于尾砂充填體系中以改善其性能。

5 小結(jié)

總而言之，在本研究中通過實(shí)驗(yàn)分析表明，將水泥，石膏，石灰，這些原材料作為充填膠結(jié)材料成分在配比上各有利弊，為能夠獲得流動(dòng)性能好，后期強(qiáng)度高，接頂率高等性能，需要合理進(jìn)行配比，同時(shí)為能夠提高。尾砂充填材料流動(dòng)性，需要適當(dāng)增加一定含量的減水劑，以改善尾紗沖天體系的流動(dòng)性能。