CN102887677B - 利用镍渣提铁后二次水淬渣生产自流胶结充填料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用镍渣提铁后二次水淬渣生产自流胶结充填料的方法，分别烘干并磨细二次水淬渣、脱水芒硝、脱硫石膏、电石渣和水泥熟料；按干基质量百分比混合磨细后的粉料，加入高效减水剂，混匀得胶凝材料；检测全尾砂或棒磨砂的含水率，并换算成含水量，按胶凝材料与全尾砂或胶凝材料与棒磨砂的干基质量比，将胶凝材料与全尾砂或胶凝材料与棒磨砂配制成一定浓度的料浆，拌合均匀，制得高浓度细砂自流胶结充填料。本生产方法以二次水淬渣为主基料生产胶凝材料；并用该胶凝材料配制成高浓度自流胶结充填料，其中固废比例达到98%以上，不仅大大降低了自流胶结充填料的生产成本，也解决了金川镍渣提铁后二次水淬渣大量堆存的难题。

Description

利用镍渣提铁后二次水淬渣生产自流胶结充填料的方法
技术领域
    本发明属于胶结充填采矿技术领域，涉及一种用于采空区填充的胶结充填料，特别涉及一种利用镍渣提铁后的二次水淬渣生产自流胶结充填料的方法。
背景技术
矿业资源是现代社会发展与进步的基础。一个国家缺少必备的矿业资源，将会严重制约国家社会进步与经济发展。金川集团有限公司是我国最大的镍钴生产基地，依托多金属共生的硫化铜镍矿床，是集采、选、冶、化为一体的特大型有色联合企业，是我国的“镍都”和铂族金属提炼中心。金川公司为我国经济快速发展提供着大量的、必不可少的矿物资源同时，也产生了大量的固体废弃物。
金川公司每年产生大量的镍渣，由于产生的镍渣相对集中，因地制宜的将镍渣“榨干吃净”是较科学的处理方法。金川公司将镍渣经过提铁处理，产生的二次水淬镍渣急需进行综合利用。另外，我国矿山每年排放的选矿尾矿高达10亿吨以上，随着尾矿的大量堆积，环境问题越来越严重。将全尾砂作为骨料充填到一般的矿山中，不但能够解决环境问题，而且可以大规模地处理掉尾矿。专利申请《一种综合利用高温镍冶炼熔融渣的方法》（申请号200610156309.5，公开号CN101020968，公开日2007.08.22）提供了一种大规模处理镍渣的方法，首先将镍冶炼渣在高温熔融状态下进行还原，提炼其中的金属铁、镍等元素，然后将剩余的二次渣制备微晶玻璃。该方法可以利用二次镍渣，但是前期投资大，单位投资综合利用二次镍熔渣的量较少，而且不能解决金川公司矿区胶结充填减少水泥消耗和降低成本的难题。专利申请《矿山充填用高炉水淬渣胶凝材料及其制备方法》（申请号201110215876.4，公开号CN102381847，公开日2012.03.21）提供了一种矿山充填胶凝材料，以普通硅酸盐水泥熟料粉末、水淬渣粉末、硬石膏粉末和生石灰粉末为原料，在水泥熟料：水淬渣：硬石膏：生石灰=35:40:15:10时，形成的充填体强度比普通硅酸盐水泥在同样配比下形成的充填体强度高出20%以上。该方法将普通硅酸盐水泥熟料与水淬高炉渣作为矿山充填用的胶结剂，所用的原料含较多水泥熟料，价格偏高，不能够解决金川公司二次水淬渣的堆积和金川矿区胶结充填采矿中减少水泥消耗和降低成本的难题。专利申请《用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料及其制备方法》（申请号201110123904.X，公开号CN102249611，公开日2011.11.23）提供了一种用于胶结充填采矿的胶凝材料，由100重量份的A组分与5～35重量份的B组分混合而成：A组分由下述百分含量原料组成：80～100%的矿渣粉，0-20%的粉煤灰，0-10%的水泥熟料或早强水泥；B组分由下述百分含量原料组成：100份的石灰和/或石膏、0-10份增强剂、0-5份减水剂，以及0-20份的硅酸钠、碳酸钠和十二水和硫酸铝钾中的任意一种或几种。如用于胶结充填采矿矿山的胶凝材料由100重量份的A组份与16重量份的B组分混合而成：A组分由下述百分含量的原料组成：90%的矿渣粉，5%的粉煤灰，5%的水泥熟料；所述的B组分由下述重量配比组成：100份的石灰和石膏（石灰85wt%、石膏15wt%）、5份60wt%的三乙醇胺和40wt%的氯化钙、2份的萘系高效减水剂、8份75wt%的硅酸钠和25wt%的十二水和硫酸铝钾时，制备浓度为68wt%、胶砂比为1:7的胶砂块28d抗压强度为4.1MPa。该胶凝材料采用的原料过多，制备过程繁琐，不利于在一般矿山胶结充填中的推广。另外，仍然不能够解决金川公司二次水淬渣堆积和在矿区胶结充填采矿中减少水泥消耗和降低胶结充填成本的难题。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种利用镍渣提铁后二次水淬渣生产自流胶结充填料的方法，大规模使用二次水淬渣，在解决二次水淬渣堆积问题的同时，减少水泥消耗，降低胶结充填成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用镍渣提铁后二次水淬渣生产自流胶结充填料的方法，以二次水淬镍渣为主要原料，以全尾砂或棒磨砂为细骨料，制备出具有良好流动性能的新型充填材料，该生产方法具体按以下步骤进行：
步骤1：烘干二次水淬渣，磨细至比表面积为400～600m2/kg；
烘干脱水芒硝，磨细至比表面积为200～400m2/kg；
烘干脱硫石膏，磨细至比表面积200～400m2/kg；
烘干电石渣，磨细至比表面积200～400m2/kg；
将水泥熟料磨细至比表面积300～400m2/kg；
步骤2：按干基质量百分比，分别取二次水淬渣磨细粉80～85%、脱水芒硝磨细粉0～5%、水泥熟料磨细粉2～4%、脱硫石膏磨细粉5～7%和电石渣磨细粉5～7%，各组份总量100%，混合，然后加入高效减水剂，混合均匀，制得胶凝材料；
步骤3：检测全尾砂含水率，并换算成含水量，然后，按胶凝材料与全尾砂的干基质量比0.17～0.25，分别取步骤2中的胶凝材料和全尾砂，并配制成浓度为79～84%的料浆，拌合均匀，制得高浓度细砂自流胶结充填料；
本发明生产方法以镍渣提铁后的二次水淬渣为主基料生产胶凝材料；二次水淬渣、脱硫石膏与电石渣均为工业生产中产生的大宗固废物质，使其生产成本远低于使用42.5普通硅酸盐水泥生产胶凝材料的成本。用该胶凝材料配制的全尾砂高浓度自流胶结充填料中固废比例达到98%以上，性能优于42.5普通硅酸盐水泥配制的高浓度细砂自流胶结充填料，在解决金川镍渣提铁后二次水淬渣大量堆存难题的同时，解决了金川矿区胶结充填采矿大量消耗水泥和成本高的难题，具有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明生产方法通过用废治废的创新技术，以二次水淬镍渣为主要原料，以全尾砂或棒磨砂为细骨料，制备一种低成本、高强度的充填料。在综合利用大量二次水淬镍渣的同时制备出适合矿山充填，具有良好流动性能的新型充填材料；使固体废弃物得到了大规模利用。不仅解决了金川镍渣提铁后二次水淬渣大量堆存的难题，而且解决了金川矿区胶结充填采矿大量消耗水泥和成本高的难题，降低企业的生产成本，同时保护了周边环境，达到一举双得的效果。
本发明镍渣提铁后二次水淬渣生产自流胶结充填料的方法，具体按如下步骤进行：
步骤1：将二次水淬渣烘干至含水率0.01～1%，磨细至比表面积为400～600m2/kg；
烘干二次水淬渣是为了提高粉磨效率，残余含水率越低，粉磨效率越高，但当含水率低于0.01%时，再继续降低含水率对提高粉磨效率已不明显。在干旱季节很容易将二次水淬渣的含水率烘干至0.01%；但在潮湿季节把残余水分烘得过低会引起高耗能、高成本。因此潮湿季节可将含水率烘干至1%，超过1%会使粉磨效率大幅度下降。
将脱水芒硝烘干至含水率0.01～1%，磨细至比表面积为200～400m2/kg；
将脱硫石膏烘干至含水率0.01～1%，磨细至比表面积200～400m2/kg；
将电石渣烘干至含水率0.01～1%，磨细至比表面积200～400m2/kg；
将水泥熟料磨细至比表面积300～400m2/kg；
步骤2：按干基质量百分比，分别取二次水淬渣磨细粉80～85%、脱水芒硝磨细粉0～5%、水泥熟料磨细粉2～4%、脱硫石膏磨细粉5～7%和电石渣磨细粉5～7%，各组份总量100%，混合，然后加入质量为各组份混合后混合物总质量0～1%的高效减水剂，混合均匀，制得胶凝材料；
步骤3：对全尾砂进行含水率检测，将检测到的全尾砂的含水率换算成含水量，然后，按胶凝材料与全尾砂的干基质量比0.17～0.25，分别取步骤2中的胶凝材料和全尾砂，并配制成浓度为79～84%的料浆，拌合均匀，制得高浓度细砂自流胶结充填料；
或者，对棒磨砂进行含水率检测，将检测到的棒磨砂的含水率换算成含水量，然后，按胶凝材料与棒磨砂的干基质量比0.17～0.25，分别取步骤2中的胶凝材料和棒磨砂，并配制成浓度为79～84%的料浆，拌合均匀，制得高浓度细砂自流胶结充填料。
浓度为79～84%的料浆是充填料浆自流充填的最佳浓度范围，低于此范围，料浆易离析、分层、脱水，高于此范围无法实现自流充填。
二次水淬渣中含有一定量的玻璃相，在硫酸盐激发与碱激发的复合激发下，可以发生水化反应生成大量的含结晶水复盐和C-S-H凝胶、含羟基硅铝网络体等物质。同时，由于减水剂的加入可以大幅改善充填料的流动性能，可以在重力作用下自流充填，降低充填成本。本发明通过控制二次水淬渣的磨细度，并加入脱硫石膏、脱水芒硝作为硫酸盐激发剂，加入少量的水泥熟料、电石渣作为碱激发剂，加入极少量的高效减水剂（当不添加减水剂时，需要使料浆的浓度取较低数值，胶凝材料与全尾砂或者胶凝材料与棒磨砂的干基质量比取较高数值），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高浓度细砂自流充填料。
本发明生产方法中的各种参数都是申请人通过大量实验得到的结果。可以实现利用镍渣提铁后二次水淬渣做胶凝材料的主要原料生产自流胶结充填料。镍渣提铁后二次水淬渣不同于现有技术中的“高炉水淬矿渣”、“钢渣”、“粉煤灰”、“赤泥”、“煤矸石”等废弃物。采用本生产方法彻底解决了镍渣提铁后二次水淬渣大量堆积的难题；同时实现在生产自流胶结充填料的过程中的高性能和低成本。
实施例1
将镍渣提铁后的二次水淬渣烘干至含水率0.7%，磨细至比表面积600m2/kg；脱水芒硝烘干至含水率0.2%，磨细至比表面积200 m2/kg；脱硫石膏烘干至含水率0.8%，磨细至比表面积200m2/kg；电石渣烘干至含水率0.6%，磨细至比表面积200m2/kg；将水泥熟料磨细至比表面积350m2/kg；按干基质量百分比，分别取二次水淬渣磨细粉85%、脱水芒硝磨细粉3%、水泥熟料磨细粉2%、脱硫石膏磨细粉5%和电石渣磨细粉5%，混合，然后加入质量为混合后形成物料总质量0.17%的PC减水剂，混合均匀，制得胶凝材料；对棒磨砂进行含水率检测，将检测到看棒磨砂的含水率换算成含水量，按照胶凝材料与棒磨砂的干基质量比为0.25，分别取胶凝材料和棒磨砂，配制成浓度为82%的料浆，拌合均匀制得高浓度细砂自流胶结充填料M-1。
制得的自流胶结充填料的性能如表1所示。
表1  实施例1制得的高浓度细砂充填料主要性能指标
基本指标 M-1
7d抗折强度(MPa) 1.85
28d抗折强度(MPa) 1.94
7d抗压强度(MPa) 3.13
28d抗压强度(MPa) 4.38
泌水率（%） 0
流动度（mm） 390
初凝时间（h） 7.7
终凝时间（h） 12
从表1可以看出，本发明方法制备的高浓度细砂自流胶结充填料M-1的7d抗压强度为3.13MPa、28d抗压强度为4.38MPa；流动度390mm，完全能够满足矿山充填对强度与流动度的要求。
实施例2
将镍渣提铁后的二次水淬渣烘干至含水率1%，然后磨细至比表面积500m2/kg；脱水芒硝烘干至含水率0.5%，磨细至比表面积300 m2/kg；脱硫石膏烘干至含水率1%，磨细至比表面积400m2/kg；电石渣烘干至含水率0.5%，磨细至比表面积300m2/kg；水泥熟料磨细至比表面积300m2/kg；按干基质量百分比，分别取二次水淬渣磨细粉83%、脱水芒硝磨细粉5%、水泥熟料磨细粉2%、脱硫石膏磨细粉5%和电石渣磨细粉5%，混合，然后加入质量为各组份混合后混合物总质量0.5%的PC减水剂，混合均匀，制得胶凝材料；对全尾砂进行含水率检测，将检测到的全尾砂含水率换算成含水量，按胶凝材料与全尾砂干基质量比0.25，分别取胶凝材料和全尾沙，并配制成浓度为82%的料浆，制得高浓度细砂自流胶结充填料M-2。
制得的自流胶结充填料M-2的性能指标，如表2所示。
表2  实施例2制得的高浓度细砂自流胶结充填料主要性能指标
基本指标 M-2
7d抗折强度(MPa) 0.91
28d抗折强度(MPa) 1.02
7d抗压强度(MPa) 1.93
28d抗压强度(MPa) 3.21
泌水率（%） 0
流动度（mm） 400
初凝时间（h） 6.7
终凝时间（h） 11.5
从表2可以看出，本发明生产方法制备的高浓度细砂自流胶结充填料M-2的28d抗压强度为3.21MPa，流动度为400mm。完全能够满足矿山充填对强度与流动度的要求。
实施例3
将镍渣提铁后的二次水淬渣烘干至含水率0.01%，磨细至比表面积400m2/kg；脱硫石膏烘干至含水率0.01%，磨细至比表面积300m2/kg；电石渣烘干至含水率0.01%，磨细至比表面积400m2/kg；水泥熟料磨细至比表面积400m2/kg；按干基质量百分比，分别取二次水淬渣磨细粉84%、水泥熟料磨细粉2%、脱硫石膏磨细粉7%和电石渣磨细粉7%，混合，然后加入质量为各组份混合后混合物总质量1%的PC减水剂，混合均匀，制得胶凝材料；对棒磨砂进行含水率检测，将检测到的棒磨砂的含水率换算成含水量，按胶凝材料与棒磨砂干基质量比为0.17，分别取胶凝材料和棒磨砂，并配制成浓度79%的料浆，拌合均匀，制得高浓度细砂自流胶结充填料M-3。
制得的高浓度细砂自流胶结充填料M-3的主要性能指标，如表3所示。
表3 实施例3制得的高浓度细砂自流胶结充填料主要性能指标
基本指标 M-3
7d抗折强度(MPa) 0.62
28d抗折强度(MPa) 1.52
60d抗折强度(MPa) 1.71
7d抗压强度(MPa) 1.25
28d抗压强度(MPa) 3.18
60d抗压强度(MPa) 3.43
泌水率（%） 0
流动度（mm） 385
初凝时间（h） 23
终凝时间（h） -
从表3可以看出，本发明方法制得的自流胶结充填料的7d抗压强度为1.25MPa，28d抗压强度为3.18MPa，流动度为385mm。完全能够满足矿山充填对强度与流动度的要求。
实施例4
将镍渣提铁后的二次水淬渣烘干至含水率0.08%，磨细至比表面积450m2/kg；脱水芒硝烘干至含水率0.01%，磨细至比表面积250 m2/kg；脱硫石膏烘干至含水率0.1%，磨细至比表面积350m2/kg；电石渣烘干至含水率1%，磨细至比表面积250m2/kg；水泥熟料磨细至比表面积320m2/kg；按干基质量百分比，分别取二次水淬渣磨细粉80%、脱水芒硝磨细粉4%、水泥熟料磨细粉4%、脱硫石膏磨细粉6%和电石渣磨细粉6%，混合，然后加入质量为各组份混合后混合物总质量0.7%的PC减水剂，混合均匀，制得胶凝材料；对棒磨砂进行含水检测，将检测到的棒磨砂的含水率换算成含水量，按照胶凝材料与棒磨砂干基质量比0.21，分别取胶凝材料和棒磨砂，并配制成浓度为84%的料浆，拌合均匀，制得高浓度细砂自流胶结充填料M-4。
制得的自流胶结充填料M-4的主要性能指标，如表4所示。
表4  实施例4制得的高浓度细砂自流胶结充填料主要性能指标
基本指标 M-4
7d抗折强度(MPa) 1.07
28d抗折强度(MPa) 2.25
60d抗折强度(MPa) 3.28
7d抗压强度(MPa) 1.96
28d抗压强度(MPa) 3.42
60d抗压强度(MPa) 3.56
泌水率（%） 0
流动度（mm） 390
初凝时间（h） 12
终凝时间（h） 23.5
从表4可以看出，本发明生产方法制得的自流胶结充填料的7d抗压强度1.96MPa，28d抗压强度3.42MPa；初凝时间12h,终凝时间23.5h，流动度为390mm。完全能够满足矿山充填对强度与流动度的要求。
实施例5
将镍渣提铁后的二次水淬渣烘干至含水率0.2%，磨细至比表面积550m2/kg；脱水芒硝烘干至含水率0.06%，磨细至比表面积350 m2/kg；脱硫石膏烘干至含水率0.5%，磨细至比表面积250m2/kg；电石渣烘干至含水率0.09%，磨细至比表面积360m2/kg；水泥熟料磨细至比表面积380m2/kg；按干基质量百分比，分别取二次水淬渣磨细粉85%、脱水芒硝磨细粉1%、水泥熟料磨细粉3%、脱硫石膏磨细粉5%和电石渣磨细粉6%，混合，然后加入质量为各组份混合后混合物总质量0.7%的PC减水剂，混合均匀，制得胶凝材料；对棒磨砂进行含水检测，将检测到的棒磨砂的含水率换算成含水量，按照胶凝材料与棒磨砂干基质量比0.20，分别取胶凝材料和棒磨砂，并配制成浓度为83%的料浆，拌合均匀，制得高浓度细砂自流胶结充填料。
实施例6
按实施例1的方法得到各磨细粉，并混合均匀，制得胶凝材料；对全尾砂进行含水率检测，将检测到的全尾砂的含水率换算成含水量，然后，按胶凝材料与全尾砂的干基质量比0.25，分别取胶凝材料和全尾砂，并配制成浓度为79%的料浆，拌合均匀，制得高浓度细砂自流胶结充填料。

Claims (4)

1.一种利用镍渣提铁后二次水淬渣生产自流胶结充填料的方法，以二次水淬镍渣为主要原料，以全尾砂或棒磨砂为细骨料，制备出具有良好流动性能的充填材料，其特征在于，该生产方法具体按以下步骤进行：
步骤1：烘干二次水淬渣，磨细至比表面积为400～600m2/kg；
烘干脱水芒硝，磨细至比表面积为200～400m2/kg；
烘干脱硫石膏，磨细至比表面积200～400m2/kg；
烘干电石渣，磨细至比表面积200～400m2/kg；
将水泥熟料磨细至比表面积300～400m2/kg；
步骤2：按干基质量百分比，分别取二次水淬渣磨细粉80～85%、脱水芒硝磨细粉0～5%、水泥熟料磨细粉2～4%、脱硫石膏磨细粉5～7%和电石渣磨细粉5～7%，各组份总量100%，混合，然后加入高效减水剂，混合均匀，制得胶凝材料；
步骤3：检测全尾砂含水率，并换算成含水量，然后，按胶凝材料与全尾砂的干基质量比0.17～0.25，分别取步骤2中的胶凝材料和全尾砂，并配制成浓度为79～84%的料浆，拌合均匀，制得高浓度细砂自流胶结充填料；
或者，检测棒磨砂含水率，并换算成含水量，然后，按胶凝材料与棒磨砂的干基质量比0.17～0.25，分别取步骤2中的胶凝材料和棒磨砂，并配制成浓度为79～84%的料浆，拌合均匀，制得高浓度细砂自流胶结充填料。
2.如权利要求1所述的利用镍渣提铁后二次水淬渣生产自流胶结充填料的方法，其特征在于，所述步骤1中烘干后的二次水淬渣、脱水芒硝、脱硫石膏和电石渣的含水率均为0.01～1%。
3.如权利要求1所述的利用镍渣提铁后二次水淬渣生产自流胶结充填料的方法，其特征在于，所用高效减水剂的质量为各组份混合后混合物总质量的0～1%并且不为0。
4.一种利用镍渣提铁后二次水淬渣生产自流胶结充填料的方法，以二次水淬镍渣为主要原料，以全尾砂或棒磨砂为细骨料，制备出具有良好流动性能的充填材料，其特征在于，该生产方法具体按以下步骤进行：
步骤1：烘干二次水淬渣，磨细至比表面积为400～600m2/kg；
烘干脱水芒硝，磨细至比表面积为200～400m2/kg；
烘干脱硫石膏，磨细至比表面积200～400m2/kg；
烘干电石渣，磨细至比表面积200～400m2/kg；
将水泥熟料磨细至比表面积300～400m2/kg；
步骤2：按干基质量百分比，分别取二次水淬渣磨细粉80～85%、脱水芒硝磨细粉0～5%、水泥熟料磨细粉2～4%、脱硫石膏磨细粉5～7%和电石渣磨细粉5～7%，各组份总量100%，混合，制得胶凝材料；
步骤3：检测全尾砂含水率，并换算成含水量，然后，按胶凝材料与全尾砂的干基质量比0.25，分别取步骤2中的胶凝材料和全尾砂，并配制成浓度为79%的料浆，拌合均匀，制得高浓度细砂自流胶结充填料；
或者，检测棒磨砂含水率，并换算成含水量，然后，按胶凝材料与棒磨砂的干基质量比0.25，分别取步骤2中的胶凝材料和棒磨砂，并配制成浓度为79%的料浆，拌合均匀，制得高浓度细砂自流胶结充填料。
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