CN102190469A - 一种新型尾砂固结剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明具体涉及一种以高炉水淬矿渣磨细微粉为主要原料的新型尾砂固结剂及其制备方法。其特征在于包括：重量浓度为9％～17.54％的硅酸盐水泥熟料、重量浓度为10％～17.54％的硬石膏、重量浓度为6％～10％的生石灰、重量浓度是0.2‰～6‰的Na2SO4、重量浓度为0.2‰～0.5‰的羟甲基纤维素、重量浓度为5％～10％的粉煤灰、重量浓度为43.65％～69.96％的高炉水淬矿渣磨细微粉。上述各组分分别用烘干机烘干后放入搅拌机搅拌混合均匀，再经皮带输送机输送到球磨机进行研磨。本发明利用冶炼厂排放的高炉矿渣作为主要原料，既降低了成本，又解决了矿渣的处理，具有生产成本低、加工简单、使用灵活方便的优点。在充填体强度相同的条件下，在同等条件下本发明的使用量只需普通水泥的一半或更少。

Description

一种新型尾砂固结剂及其制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种以高炉水淬矿渣磨细微粉为主要原料的新型尾砂固结剂及其制备方法。
技术背景
伴随着有色金属矿产资源的开发，开采矿山给人们带来了巨大的财富，但同时，也留下了许许多多采空区，这种被留下的采空区如不及时充填，将导致周围岩体崩落，危及安全作业和正常开采，另一方面，矿山生产产生的采矿废水、选矿尾砂、以及冶炼、发电产生的矿渣、粉煤灰等被大量的排放，造成部分资源的浪费，而且其中的重金属污染物会污染矿区土壤、水体，严重破坏了矿区的自然环境和生态平衡。目前，在我国，大部分有色矿山的采矿废弃物没有得到妥善处置。
矿山充填工艺是一种可将废石加工后回填坑内采空区的工艺过程，其目的就是保证矿山安全生产、防止地表陷落和减少环境污染。充填工艺包括充填料的加工制备和输送两个环节。目前，矿山充填工艺以水力充填为主，即制备成一定形式的固液两相料浆，料浆中包括骨料和固结剂，骨料一股采用采矿尾砂、天然砂、细沙或其他工业固体废料为主要原料，固结剂一股采用水泥作为主要原料。将上述料浆采用泵送，或自流输送方式，经管道系统排放至坑内采空区，料浆自行脱水、疏干，变成具有一定强度的充填体，支撑和维护采空区周围的岩体，防止岩体崩落，保证正常生产。由于固结剂的主要成分为水泥，成本非常高，且生产水泥本身就是高污染、高耗能，破坏环境。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术回填料浆的固结剂以水泥为主要原料，成本高的缺陷，提供一种以高炉水淬矿渣磨细微粉为主要原料，降低成本和环保的新型尾砂固结剂及其制备方法。
本发明是通过如下技术方案来实现的：
即一种新型尾砂固结剂，其特征在于包括：
组分1：硫铝酸盐水泥熟料、铁铝酸盐水泥熟料、氟铝酸盐水泥熟料、高铝酸盐水泥熟料、硅酸盐水泥熟料中的任一种，组分1在固结剂中的重量浓度为9％～17.54％；
组分2：硬石膏、磷石膏、电厂脱硫石膏、石膏中的任一种或它们的任意比例混合的混合物，组分2在固结剂中的重量浓度为10％～17.54％；
组分3：石灰或工业废料中的碱渣化合物，组分3在固结剂中的重量浓度为6％～10％；
组分4：KCl、Nacl、CaCl2、MgCl2、ZnCl2、Na2CO3、KC2O3、Li2O3、含锂化物Na2SO4、K2SO4、Al2(SO3)3、Na2SO4、NaF、Na3PO4、NaNO3、KNO3中的任一种或者它们以任意比例混合而成的混合物，组分4在固结剂中的重量浓度是0.2‰～6‰；
组分5：工业萘系高效泵送剂和聚缩酸系减水剂中的一种或羟甲基纤维素和羟乙基纤维素中的一种，组分5在固结剂中的重量浓度为0.2‰～0.5‰；
组分6：高钙石灰石粉、粉煤灰、硅灰、铝矾土粉中的一种或者它们以任意比例混合而成的混合物，组分6在固结剂中的重量浓度为5％～10％；
组分7：高炉水淬矿渣磨细微粉，组分7在粘结材料中的重量浓度为43.65％～69.96％。
2、根据权利要求1所述的新型尾砂固结剂，其特征在于上述各组分的细度为380～420m2/kg。
3、根据权利要求1所述的新型尾砂固结剂的制备方法，其特征在于：将各组分分别用烘干机烘干后放入搅拌机搅拌混合均匀，再经皮带输送机输送到球磨机进行研磨。
4、根据权利要求1所述的新型尾砂固结剂制备的料浆，其特征在于以采矿尾砂作为骨料，加入5％～10％的固结剂，形成的料浆的重量浓度为50％～75％。
本发明所述的固结剂加入料浆时，可以采用如下两种方法：
1)将采矿尾矿与水混合形成浓度均匀的料浆，将固结剂通过加料器加入到该料浆中，并且在混合机中(双卧轴搅拌机)将该料浆混合2-5分钟，以形成重量浓度为50％～75％的料浆，并且通过泵送或重力将该料浆经过管道输送到矿场。
2)将采矿尾矿与水混合形成浓度为35％--60％料浆而后将其输送到地下，在通过泵输送或重力将其经过管道输送到回填矿物的地方，将固结剂通过加料器加入到管道内的料浆中，固结剂通过管道内的湍湍流动与料浆混合。
本发明利用冶炼厂排放的高炉水矿渣作为主要原料，既降低了成本，又解决了矿渣的处理，具有生产成本低、加工简单、使用灵活方便的优点。利用本发明固结剂制备的料浆具有如下优点：
1)流动性好，易于管道输送；
2)初凝时间长，终凝时间短，凝结硬化快早期强度高；
3)耐地下水盐溶液和5％Na2SO4，溶液，性能良好，侵蚀后仍保持原状态，没有疏松现象；
4)干缩比小于万分之0.2。
本发明与全水胶固料，山水水泥、矿渣水泥及我公司发明推荐的新型尾砂固结剂进行了实验室平行对比试验，其中各材料充填试验强度对比见表：
我公司与山东金岭矿业合作进行了充填材料优选试验研究工作，主要对以往公司应用的充填材料进行了一定资料收集与相关实验室试验及工业试验。主要对全水胶固料，山水水泥、矿渣水泥及我公司发明推荐的新型尾砂固结剂进行了实验室平行对比试验，其中各材料充填试验强度对比见下表：
Figure GDA0000019852570000031
上表实验室数据说明新型尾砂固结剂强度性能十分明显。在相同浓度、灰砂比条件下，其充填体实验强度基本为其它类型充填材料的2倍以上。
为进一步检验新型尾砂固结剂实际充填效果，自申请人组织了3次充填工业试验，在原充填系统条件下直接采用发明所述的固结剂替代了普通水泥。试验采场分别选择在山东金岭矿业股份有限公司采矿区203.204.205采场。由于受井下充填及采矿影响，在采场充填结束一周至两周内对充填现场及充填体进行了取样强度检测结果见下表：
采场号 分层高度 充填空区体积 平均充填浓度 充填灰砂比 充填体沉降高度(cm) 充填体回缩率 采场充填面坡度 充填体强度(mpa)   充填体离析与分层现象   可见离析层厚度(cm)
203 11 5088 66.7％ 1∶8 25 2.3％ 2.5‰ 4.22   较明显 3-5
204 5 726 67.2％ 1∶10 15 3％ ＜4‰ 2.96   不明显 2-4
205 5 828 67.1％ 1∶6 6 1.2％ 平整 7.67   不明显 /
通过充填体工作试验说明新型尾砂固结剂用于井下充填效果十分理想，充填制备过程中，悬浮性、流动性能均较好对充填系统有较好的适应性：充填体早期强度整体性及回缩率等均能很好的满足采矿要求。
本发明所述的固结剂较普通水泥具有量省的优点，在充填体强度相同的条件下，在同等条件下新型尾砂固结剂使用量只需普通水泥的一半或更少，这为新型尾砂胶固剂充填可实现经济效益创造了条件。若按充填体28d期龄抗压强度达到2mpa的技术性能为基准，对每立方米充填浆体的新型尾砂固结剂与普通水泥材料单耗，材料成本等比较结果如下表：
充填材料成本对比
Figure GDA0000019852570000041
综上所述，本发明解决了长期存在的充填质量问题等生产技术难题，提高了充填质量和采矿率，降低了采矿损失率与贫化率，充填成本减少25％以上，本发明将矿渣变废为宝，有利于保护环境和节约型经济的推广。可为企业和社会带来显著地经济效益和社会效益，具有广阔的推广应用前景。
具体实施方式
实施例1
本实施例的各组分的重量浓度如下：
组分1：硅酸盐水泥孰料        9％
组分2：硬石膏                10％
组分3：生石灰                6％
组分4：Na2SO4                0.2‰
组分5：羟甲基纤维素          0.2‰
组分6：粉煤灰                5％
组分7：高炉水淬矿渣磨细微粉  69.96％
将上述各组分，准确称量，利用搅拌机搅拌均匀，用皮带输送机输送到球磨机中进行研磨，研磨至细度为380m2/kg后放入成品仓备用。
制备料浆时，先将采矿尾矿与水混合形成浓度均匀的料浆，将固结剂通过加料器加入到该料浆中，并且在混合机中(双卧轴搅拌机)将该料浆混合2分钟，以形成重量浓度为70％的料浆，并且通过泵送或重力将该料浆经过管道输送到矿场即可。
料浆的抗压强度测试如下：
Figure GDA0000019852570000051
实施例2
本实施例的各组分的重量浓度如下：
组分1：铁铝酸盐水泥熟料      13％
组分2：磷石膏                15％
组分3：生石灰                6％
组分4：Nacl                  3‰
组分5：羟甲基纤维素          0.25‰
组分6：铝矾土粉              7.05％
组分7：高炉水淬矿渣磨细微粉  58.625％
将上述各组分，准确称量，用皮带输送机输送到球磨机中进行研磨，研磨至细度为400m2/kg后放入成品仓备用。
制备料浆时，将采矿尾矿与水混合形成浓度为60％料浆而后将其输送到地下，在通过泵输送或重力将其经过管道输送到回填矿物的地方，将固结剂通过加料器加入到管道内的料浆中，固结剂通过管道内的湍湍流动与料浆混合即可。
料浆的抗压强度测试如下：
Figure GDA0000019852570000061
实施例3
本实施例的各组分的重量浓度如下：
组分1：硅酸盐水泥            17.54％
组分2：硬石膏                17.54％
组分3：生石灰                5.85％
组分4：KCl                   6‰
组分5：羟乙基纤维素          0.5‰
组分6：高钙石灰石粉          9.37％
组分7：高炉水淬矿渣磨细微粉  43.65％
将上述各组分，准确称量，用皮带输送机输送到球磨机中进行研磨，研磨至细度为420m2/kg后放入成品仓备用。
制备料浆时，先将采矿尾矿与水混合形成浓度均匀的料浆，将固结剂通过加料器加入到该料浆中，并且在混合机中(双卧轴搅拌机)将该料浆混合5分钟，以形成重量浓度为70％的料浆，并且通过泵送或重力将该料浆经过管道输送到矿场即可。
Figure GDA0000019852570000062

Claims (4)

1.一种新型尾砂固结剂，其特征在于包括：
组分1：硫铝酸盐水泥熟料、铁铝酸盐水泥熟料、氟铝酸盐水泥熟料、高铝酸盐水泥熟料、硅酸盐水泥熟料中的任一种，组分1在固结剂中的重量浓度为9％～17.54％；
组分2：硬石膏、磷石膏、电厂脱硫石膏、石膏中的任一种或它们的任意比例混合的混合物，组分2在固结剂中的重量浓度为10％～17.54％；
组分3：石灰或工业废料中的碱渣化合物，组分3在固结剂中的重量浓度为6％～10％；
组分4：KCl、Nacl、CaCl2、MgCl2、ZnCl2、Na2CO3、K2CO3、Li2O3、含锂化物.Na2SO4、K2SO4、Al2(SO3)3、Na2SO4、NaF、Na3PO4、NaNO3、KNO3中的任一种或者它们以任意比例混合而成的混合物，组分4在固结剂中的重量浓度是0.2‰～6‰；
组分5：工业萘系高效泵送剂和聚缩酸系减水剂中的一种或羟甲基纤维素和羟乙基纤维素中的一种，组分5在固结剂中的重量浓度为0.2‰～0.5‰；
组分6：高钙石灰石粉、粉煤灰、硅灰、铝矾土粉中的一种或者它们以任意比例混合而成的混合物，组分6在固结剂中的重量浓度为5％～10％；
组分7：高炉水淬矿渣磨细微粉，组分7在粘结材料中的重量浓度为43.65％～69.96％。
2.根据权利要求1所述的新型尾砂固结剂，其特征在于上述各组分的细度为380～420m2/kg。
3.根据权利要求1所述的新型尾砂固结剂的制备方法，其特征在于：将各组分分别用烘干机烘干后放入搅拌机搅拌混合均匀，再经皮带输送机输送到球磨机进行研磨。
4.根据权利要求1所述的新型尾砂固结剂制备的料浆，其特征在于以采矿尾砂作为骨料，加入5％～10％的固结剂，形成的料浆的重量浓度为50％～75％。
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