CN101691291A - 一种生产含赤泥的膏体全尾砂充填料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种生产含有赤泥的膏体全尾砂胶结充填料的方法，属于环境保护工程领域和矿业工程领域其特征在于首先分别将所需原料赤泥、矿渣、脱硫石膏烘干，然后将赤泥、矿渣、水泥熟料、脱硫石膏按干基重量百分比分别以24％-50％，30％-56％，1％-15％，1％-15％单独磨或混磨至比表面积300-900m2/kg制得胶凝材料，再按胶凝材料/全尾砂为0.08-0.20，水/胶凝材料为1.2-3.0搅拌均匀就可得到合格的膏体全尾砂充填料。本发明可大量利用目前难于综合利用的赤泥、脱硫石膏和全尾砂等固体废弃物，并能够解决水泥胶结充填采矿成本高、早期强度低的问题。

Description

一种生产含赤泥的膏体全尾砂充填料的方法
技术领域
本发明属于环境保护工程领域和矿业工程领域，特别涉及一种利用拜尔法赤泥、水淬高炉矿渣、脱硫石膏、全尾砂这些固体废弃物生产膏体全尾砂充填料的方法。
背景技术
矿业开发一方面促进了经济发展和社会进步，而另一方面却又造成了环境污染，影响了社会的发展。矿山充填技术是为了满足矿业开发的需要而逐步发展起来的，一般采用天然砂、棒磨砂、废石或者全尾砂作为填充集料，水泥作胶结剂，充填水泥单耗约200m2/kg，由于原料中水泥和天然砂、棒磨砂的成本较高，许多矿山对于胶结充填也只能望而却步。
我国的矿山每年排放的全尾砂量高达10亿t以上，截止到2007年我国的全尾砂堆存总量在70亿吨以上。以前，全尾砂大量作为混凝土的骨料而被使用，但因近年来其粒径越来越细遇到了一些技术上难以克服的困难，需要有新的技术和方法对全尾砂进行资源化利用。赤泥是氧化铝工业生产过程中排出的固体废弃物，是目前排量较大，对自然环境危害严重又难以利用的工业废渣之一。我国氧化铝行业前些年以烧结法为主，近些年来大都采用拜尔法。烧结法赤泥含较多的C2S等水硬性组分，其利用已有一定的基础。而拜尔法赤泥不含水硬性组分，因此原来应用于烧结法赤泥的技术大都不能应用于拜尔法赤泥。拜尔法赤泥因其SiO2、Fe2O3、Al2O3、CaO的含量较高，用来代替黏土生产硅酸盐水泥的研究比较深入。此外，美国凯撒铝和化学公司经过多年研究开发出两种赤泥产品，一种是填充废料覆盖层，就是采用向拜耳赤泥中加入粘结剂，以助于赤泥的输送和土工技术，另一种是吸收剂，吸附液体的能力可和某些工业固体物料竞争。发明专利“矿山充填胶结剂(CN1186899A)”提供了一种胶凝材料，赤泥∶石灰∶矿渣∶石膏∶粉煤灰的添加范围为1∶(0.02-0.10)∶(0.5-1.5)∶(0.15-0.25)∶(0.3-0.8)，如赤泥∶石灰∶矿渣∶石膏∶粉煤灰为1∶0.004∶0.66∶0.2∶0.5时28天强度为23MPa；赤泥∶石灰∶矿渣∶粉煤灰的添加范围为1∶(0.4-0.6)∶(0.5-1.5)∶(0.3-0.8)，如赤泥∶石灰∶矿渣∶粉煤灰为1∶0.5∶1∶0.5时28天强度为3.48MPa。该专利所用的赤泥为烧结法赤泥，该发明专利主要是利用了其中所含的C2S等水硬性矿物自身的胶结性。此外，该专利只是发明了一种矿山充填用的胶结剂，没有涉及到膏体充填料的问题。从该发明书实例所给出的强度看，其胶结剂本身的强度远低于42.5强度等级的普通硅酸盐水泥强度。
发明内容
本发明的目的就是要克服胶结充填采矿成本高和解决全尾砂、拜尔法赤泥大量堆存危害环境的问题。
一种生产含赤泥的膏体全尾砂充填料的方法，实施步骤如下：
(1)将拜尔法赤泥烘干至含水率0.01％-1％，烘干后的赤泥磨细至比表面积700-900m2/kg；将水淬高炉矿渣烘干至含水率0.01％-1％，烘干后的水淬高炉矿渣磨细至比表面积400-500m2/kg；将脱硫石膏烘干至含水率0.01％-1％，烘干后的脱硫石膏磨细至比表面积400-500m2/kg；将水泥熟料磨细至比表面积300-400m2/kg。
(2)按干基重量百分比将步骤(1)准备的赤泥磨细粉24％-50％，水淬高炉矿渣的磨细粉30％-56％，脱硫石膏磨细粉1％-15％，水泥熟料磨细粉1％-15％在混料机中混合均匀制得胶凝材料A。
(3)将步骤(1)烘干的水淬高炉矿渣单独粉磨至比表面积350-450m2/kg，按干基重量百分比将该矿渣粉与步骤(1)烘干的拜尔法赤泥、脱硫石膏、水泥熟料分别以30％-56％、24％-50％、1％-15％、1％-15％在球磨机中混磨至比表面积400-600m2/kg制得胶凝材料B。
(4)将全尾砂进行含水量检测，并按全尾砂加入总量将其含水率换算成含水量，按胶凝材料/全尾砂重量比为0.08-0.20，水/胶凝材料重量比为1.2-3.0拌和均匀就可制得合格的膏体全尾砂胶结充填料。
本发明所使用的赤泥为拜尔法赤泥，矿渣为水淬的高炉矿渣，石膏为电厂的脱硫石膏。制备以赤泥和水淬高炉矿渣为主要胶凝材料的膏体全尾砂充填料技术原理是，拜尔法赤泥一般含有大量的微米、亚微米甚至纳米级的细颗粒，这些颗粒可使得膏体全尾砂充填料具有较好的保水性、流动性。此外某些组分可以参与胶凝物的生成，其他的的极细的惰性充填物对的级配也具有积极贡献。拜尔法赤泥一般含有5％-8％的碱金属氧化物，具有很强的碱性，这个特征限制了拜尔法赤泥在其他领域的应用。但经过超细粉磨的矿渣粉在有水存在的条件下很容易被强碱激发而产生很高的强度。基于这个原理，本发明通过控制这两个主要物料的磨细度，并加入脱硫石膏和水泥熟料作为辅助激发剂，制备出保水性好、不易分层、不易离析，具有良好流动性和较高硬化强度的膏体全尾砂充填料。
本发明所用的赤泥为拜尔法赤泥，其优越之处在于所研制的以赤泥和水淬高炉矿渣为主要胶凝材料生产的膏体全尾砂充填料比用42.5强度等级普通硅酸盐水泥为胶凝材料的膏体全尾砂充填料在强度和稳定性上性能更好，且所用原料包括赤泥、水淬高炉矿渣、脱硫石膏、水泥熟料、全尾砂，其中赤泥、脱硫石膏和全尾砂占整个膏体全尾砂充填材料干基总量的90.1％-94％，这三类物质都是大量堆积的难于处理的固体废弃物，原料不仅无成本，使用后还可解它们占用土地、污染环境等问题，所以本发明具有较好的经济效益和社会效益
本发明的有益之处：
(1)局部解决了拜尔法赤泥、脱硫石膏、全尾砂不易综合利用的难题；
(2)由于采用的原料多为固体废弃物，故生产成本大大低于传统水泥胶结充填料，减轻矿山充填的经济压力，有利于提高资源开采回收率；
(3)充分利用赤泥对超细矿渣粉的碱激发作用和其含有极细微粒的特征使得本发明比起传统的水泥胶结充填材料具有更好的早期强度和更好的抗离析和抗分层的能力，可提高充填采矿的开采效率。
具体实施方式
实施例1
(1)将赤泥烘干至含水率0.7％，然后磨细至比表面积800m2/kg。
(2)将高炉水渣烘干至含水率0.6％，然后磨细至比表面积420m2/kg。
(3)将脱硫石膏烘干至含水率0.8％，然后磨细至比表面积420m2/kg。
(4)将水泥熟料磨细至比表面积350m2/kg。
(5)按干基重量百分比将上述准备的赤泥磨细粉24％，水淬高炉矿渣的磨细粉56％，脱硫石膏10％，水泥熟料10％在混料机中混合均匀制得胶凝材料A。
(6)将全尾砂进行含水量检测，并按其的加入总量将其含水率换算成含水量，按胶凝材料A/全尾砂重量比为0.18，水/胶凝材料重量比为1.2拌和均匀制得膏体全尾砂胶结充填料M-1。
相比较，用等量的42.5等级普通硅酸盐水泥代替步骤(5)中的胶凝材料A，按与步骤(6)相同的胶凝材料/全尾砂的比例和水/胶凝材料的比例制备膏体全尾砂充填料M-2，性能如表1所示。从表1可以看出，用本发明所制备的膏体全尾砂充填料M-1要比用水泥制备的膏体全尾砂充填料M-2具有更好的强度。
表1  实施例1中膏体全尾砂充填料主要性能指标
Figure G2009100931267D0000041
实施例2
分别将赤泥烘干至含水率0.9％，水淬高炉矿渣烘干至含水率0.4％、脱硫石膏烘干至含水率0.6％，再将水淬高炉矿渣单独粉磨至比表面积400m2/kg，按干基重量百分比将该矿渣粉与干燥的赤泥、脱硫石膏、水泥熟料分别以56％、24％、11％、9％在球磨机中混磨至比表面积407m2/kg制得胶凝材料B。
将全尾砂进行含水量检测，并按其的加入总量将其含水率换算成含水量，按胶凝材料B/全尾砂重量比为0.11，水/胶凝材料重量比为2.24拌和均匀制得膏体全尾砂胶结充填料。
按上述步骤制备出的膏体全尾砂充填料具有如表2所示的性能指标。
表2  实施例2中膏体全尾砂充填料主要性能指标
  1天抗折/抗压强度(MPa)   0.814/1.745
  3天抗折/抗压强度(MPa)   1.151/2.888
  7天抗折/抗压强度(MPa)   2.045/4.020
  28天抗折/抗压强度(MPa)   2.162/5.100
  泌水率(％)   ≤0.5％
  坍落度(cm)   12
  初凝时间(h)   /
  终凝时间(h)   /
实施例3
(1)将赤泥烘干至含水率0.8％，磨细至比表面积800m2/kg。
(2)将水淬高炉矿渣烘干至含水率0.3％，磨细至比表面积420m2/kg。
(3)将脱硫石膏烘干至含水率0.9％，磨细至比表面积420m2/kg。
(4)将水泥熟料磨细至比表面积350m2/kg。
(5)按干基重量百分比将上述准备的赤泥磨细粉50％，水淬高炉矿渣的磨细粉30％，脱硫石膏9％，水泥熟料11％在混料机中混合均匀制得胶凝材料A。
(6)将全尾砂进行含水率检测，并按其加入的总量将其含水率换算成含水量，按胶凝材料A/全尾砂重量比为0.18，水/胶凝材料重量比为1.2拌和均匀制得膏体全尾砂胶结充填料。
按上述步骤制备出的膏体全尾砂充填料具有如表3所示的性能指标。
表3  实施例3中膏体全尾砂充填料主要性能指标
  1天抗折/抗压强度(MPa)   1.011/2.422
  3天抗折/抗压强度(MPa)   1.601/3.596
  7天抗折/抗压强度(MPa)   1.713/4.639
  28天抗折/抗压强度(MPa)   2.555/7.065
  泌水率(％)   0
  初凝时间(h)   2.3
  终凝时间(h)   3.5
实施例4
(1)将赤泥烘干至含水率0.8％，磨细至比表面积800m2/kg。
(2)将高炉水渣烘干至含水率0.4％，磨细至比表面积420m2/kg。
(3)将脱硫石膏烘干至含水率0.7％，磨细至比表面积420m2/kg。
(4)将水泥熟料磨细至比表面积350m2/kg。
(5)按干基重量百分比将上述准备的赤泥磨细粉24％，水淬高炉矿渣的磨细粉56％，脱硫石膏8％，水泥熟料12％在混料机中混合均匀制得胶凝材料A。
(6)将全尾砂进行含水量检测，并按其加入的总量将其含水率换算成含水量，按胶凝材料A/全尾砂重量比为0.18，水/胶凝材料重量比为1.45拌和均匀制得膏体全尾砂胶结充填料。
按上述步骤制备出的膏体全尾砂充填料具有如表4所示的性能指标。
表4  实施例4中膏体全尾砂充填料主要性能指标
  1天抗折/抗压强度(MPa)   0.899/1.703
  3天抗折/抗压强度(MPa)   1.020/2.558
  7天抗折/抗压强度(MPa)   1.458/3.960
  28天抗折/抗压强度(MPa)   2.162/5.925
  泌水率(％)   ≤1％
  坍落度(cm)   18
  初凝时间(h)   2.5
  终凝时间(h)   4

Claims (2)

1.一种生产含有赤泥的膏体全尾砂充填料的方法，其特征在于，将拜尔法赤泥烘干至含水率0.01％-1％，烘干后的赤泥磨细至比表面积700-900m2/kg；将水淬高炉矿渣烘干至含水率0.01％-1％，烘干后的水淬高炉矿渣磨细至比表面积400-500m2/kg；将脱硫石膏烘干至含水率0.01％-1％，烘干后的脱硫石膏磨细至比表面积400-500m2/kg；将水泥熟料磨细至比表面积300-400m2/kg；按干基重量百分比将上述准备的赤泥磨细粉24％-50％，水淬高炉矿渣的磨细粉30％-56％，脱硫石膏磨细粉1％-15％，水泥熟料磨细粉1％-15％在混料机中混合均匀制得胶凝材料A；将烘干的水淬高炉矿渣单独粉磨至比表面积350-450m2/kg，按干基重量百分比将该矿渣粉与上述烘干的拜尔法赤泥、脱硫石膏、水泥熟料分别以30％-56％、24％-50％、1％-15％、1％-15％在球磨机中混磨至比表面积400-600m2/kg制得胶凝材料B。
2.如权利要求1所述一种生产含有赤泥的膏体全尾砂充填料的方法，其特征在于，将全尾砂进行含水量检测，并按全尾砂加入总量将其含水率换算成含水量，将胶凝材料A或B按胶凝材料/全尾砂重量比为0.08-0.20，水/胶凝材料重量比为1.2-3.0拌和均匀就可制得合格的膏体全尾砂胶结充填料。
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