CN103739222A - 一种下向分层充填采矿用水泥胶凝材料 - Google Patents

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Abstract

针对铜渣尾砂和棒磨砂混合充填料，本发明公开了一种用于下向分层胶结充填法采矿的水泥胶凝材料。该胶凝材料按质量百分比计包括2%—3%芒硝，0.5%—1%的氯化钙，余量为水泥，还可包括质量百分比为0.5%—1.5%的亚硫酸钠。本发明同时公开了一种使用上述水泥胶凝材料与铜渣尾砂和棒磨砂混合充填料及自来水制备的充填料浆，其中水泥胶凝材料与铜渣尾砂与棒磨砂混合充填料的质量比为1:4，自来水的质量百分比为22%，铜渣尾砂和棒磨砂的质量比为1:9—2:8。使用本发明提供的方法制备的充填体具有较高的早期强度，满足下向分层胶结充填对充填体早期强度的要求，且解决了铜渣尾砂废料的堆放对环境的污染以及废弃物资源化利用问题。

Description

一种下向分层充填采矿用水泥胶凝材料
技术领域
本发明涉及一种水泥胶凝材料，具体涉及一种针对铜渣尾砂和棒磨砂混合充填料的下向分层充填采矿用的水泥胶凝材料。
背景技术
铜渣尾砂是铜镍水淬渣提铁后排放的固体废弃物，是一种粉状物料。由于铜渣尾砂中的氧化物含量较低，活性较差，难以进行资源化利用，导致铜渣尾砂大量积压，不仅占用土地，而且还污染环境。在采矿生产中，利用铜渣尾砂替代部分棒磨砂作为充填料充填采场，是解决铜渣尾砂资源化利用和保护环境的主要途径之一。但是对于采用下向分层胶结充填法开采，由于充填体为采场的假顶，因此为了确保采场的安全生产，对充填体强度尤其是早期强度的要求较高。同时，由于掺加铜渣尾砂的棒磨砂混合充填料的物化特性以及颗粒级配发生变化，因此直接影响水泥胶结充填体的强度尤其是早期强度。因此，提高铜渣尾砂在采矿生产中应用，关键在于适用于铜渣尾砂—棒磨砂混合充填料的水泥胶凝材料的开发。
发明内容
本发明为解决铜渣尾砂-棒磨砂混合充填料在采用水泥作为胶凝材料时存在的胶结充填体早期强度偏低的问题，开发可以用于下向分层胶结充填法开采的铜渣尾砂和棒磨砂混合充填料的具有早强特性的水泥胶凝材料，从而提高了胶结充填体的早期强度。上述目的是通过下述方案实现的：
一种水泥胶凝材料，其特征在于，该水泥胶凝材料以质量百分比计包括：2%—3%芒硝，0.5%—1%的氯化钙，余量为水泥。
根据上述的水泥胶凝材料，其特征在于，所述水泥胶凝材料中还包括质量百分比为0.5%—1.5%的亚硫酸钠。
一种使用上述的水泥胶凝材料制备的充填料浆，其特征在于，所述充填料浆还包括铜渣尾砂充填料、棒磨砂充填料和自来水，所述铜渣尾砂充填料和棒磨砂充填料的质量为1:9—2:8，所述自来水的质量百分比为22%。
根据上述的充填料浆，其特征在于，所述铜渣尾砂充填料的成分以质量百分比计包括：30%—50%SiO2，30%—60%Fe2O3，1%—15%MgO，1.5%—5%CaO，2.5%—6%Al2O3，余量为杂质；所述铜渣尾砂充填料的粒度为300目以下。
根据上述的充填料浆，其特征在于，所述棒磨砂充填料的成分以质量百分比计包括：70%—85%SiO2，6%—10% Al2O3，3%—6% MgO，3%—6% CaO，3%—8% Fe2O3，不大于0.1%S；所述棒磨砂充填料的密实密度为2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度为1.5t/m3—1.6t/m3，孔隙率为40%—42%，粒度分布为d10=0.13mm—0.16mm，d50=0.8mm—1.0mm、d60=1.0mm—1.5mm，d90=2.9mm—3.3mm，dav=0.8mm—1.2mm，不均匀系数为7—9。
一种制备上述的充填料浆的方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步骤：
（1）将所述芒硝、氯化钙、亚硫酸钠和水泥按比例混合，得到水泥胶凝材料；
（2）将所述铜渣尾砂充填料与棒磨砂充填料按照1:9—2:8的质量比进行混合，获得铜渣尾砂与棒磨砂混合充填料；
（3）将步骤（1）中的水泥胶凝材料与步骤（2）中的混合充填料按照1:4的质量比混合，并加入自来水，使料浆的质量浓度为78%，用砂浆泵搅拌均匀。
本发明利用芒硝、氯化钙、亚硫酸钠和水泥按照合理的比例混合组成水泥胶凝材料，可以提高铜渣尾砂和棒磨砂混合充填料胶结充填体的早期强度，同时，铜渣尾砂在混合充填料中的质量百分比为10%—20%，减少了棒磨砂充填料的用量，降低充填料的加工成本，同时还避免铜渣尾砂在地表堆放所造成对环境污染。
具体实施方式
本发明的水泥胶凝材料的成分以质量百分比计包括：2%—3%芒硝，0.5%—1%的氯化钙，余量为水泥。优选的，水泥胶凝材料中还包括质量百分比为0.5%—1.5%的亚硫酸钠。加入亚硫酸钠后，水泥胶凝材料的早强性能更为突出。
使用本发明的水泥胶凝材料可制备充填料浆，具体操作为：
（1）将芒硝、氯化钙、亚硫酸钠和水泥按比例混合，得到水泥胶凝材料；
（2）将铜渣尾砂充填料与棒磨砂充填料按照1:9—2:8的质量比进行混合，获得铜渣尾砂与棒磨砂混合充填料；
（3）将步骤（1）中的水泥胶凝材料与步骤（2）中的混合充填料按照1:4的质量比混合，并加入自来水，使料浆的质量浓度为78%，用砂浆泵搅拌均匀。
本发明的铜渣尾砂充填料的成分以质量百分比计包括：30%—50%SiO2，30%—60%Fe2O3，1%—15%MgO，1.5%—5%CaO，2.5%—6%Al2O3，余量为杂质；铜渣尾砂充填料的粒度为300目以下。棒磨砂充填料的成分以质量百分比计包括：70%—85%SiO2，6%—10% Al2O3，3%—6% MgO，3%—6% CaO，3%—8% Fe2O3，不大于0.1%S；棒磨砂充填料的密实密度为2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度为1.5t/m3—1.6t/m3，孔隙率为40%—42%，粒度分布为d10=0.13mm—0.16mm，d50=0.8mm—1.0mm、d60=1.0mm—1.5mm，d90=2.9mm—3.3mm，dav=0.8mm—1.2mm，不均匀系数为7~9。
下面结合具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
按下述步骤制备充填料浆：
（1）水泥的成分以质量百分比计为：2.5%芒硝，1%的氯化钙，1.5%亚硫酸钠，余量为水泥。
（2）铜渣尾砂充填料和棒磨砂填充料的质量比为10:90，其中铜渣尾砂充填料的成分以质量百分比计包括：30%—50%SiO2，30%—60%Fe2O3，1%—15%MgO，1.5%—5%CaO，2.5%—6%Al2O3，余量为杂质；铜渣尾砂充填料的粒度为300目；棒磨砂充填料的成分以质量百分比计包括：70%—85%SiO2，6%—10% Al2O3，3%—6% MgO，3%—6% CaO，3%—8% Fe2O3，不大于0.1%S；所述棒磨砂充填料的密实密度为2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度为1.5t/m3—1.6t/m3，孔隙率为40%—42%，粒度分布为d10=0.13mm—0.16mm，d50=0.8mm—1.0mm、d60=1.0mm—1.5mm，d90=2.9mm—3.3mm，dav=0.8mm—1.2mm，不均匀系数为7—9。
（3）将水泥和混合填充料按照1:4的质量比混合，并加入自来水，使料浆的质量浓度为78%，用砂浆泵搅拌均匀。
将上述料浆浇注模型进行养护到3d和7d龄期，由此测定的充填体3d强度2.11MPa，7d强度为3.86MPa。与普通的32.5R水泥混合充填料的胶结充填体强度相比，3d和7d的强度分别提高了40.7%和54.4%。
实施例2
按下述步骤制备充填料浆：
（1）水泥的成分以质量百分比计为：3%芒硝，0.5%氯化钙，余量为水泥。
（2）铜渣尾砂充填料和棒磨砂填充料的质量比为15:85，其中铜渣尾砂充填料的成分以质量百分比计包括：30%~50%SiO2，30%~60%Fe2O3，1%~15%MgO，1.5%~5%CaO，2.5%~6%Al2O3，余量为杂质；铜渣尾砂充填料的粒度为300目；棒磨砂充填料的成分以质量百分比计包括：70%—85%SiO2，6%—10% Al2O3，3%—6% MgO，3%—6% CaO，3%—8% Fe2O3，不大于0.1%S；所述棒磨砂充填料的密实密度为2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度为1.5t/m3—1.6t/m3，孔隙率为40%—42%，粒度分布为d10=0.13mm—0.16mm，d50=0.8mm—1.0mm、d60=1.0mm—1.5mm，d90=2.9mm—3.3mm，dav=0.8mm—1.2mm，不均匀系数为7~9。
（3）将水泥和混合填充料按照1:4的质量比混合，并加入自来水，使料浆的质量浓度为78%，用砂浆泵搅拌均匀。
将上述料浆浇注模型进行养护到3d和7d龄期，由此测定的充填体3d强度为1.61MPa，7d强度为3.12MPa。与普通的32.5R水泥混合充填料的胶结充填体强度相比，3d和7d的强度分别提高了7.3%和24.8%。
实施例3
按下述步骤制备充填料浆：
（1）水泥的成分以质量百分比计为：2%芒硝，1%氯化钙，0.5%亚硫酸钠，余量为水泥。
（2）铜渣尾砂充填料和棒磨砂填充料的质量百分比为20:80，其中铜渣尾砂充填料的成分以质量百分比计包括：30%—50%SiO2，30%—60%Fe2O3，1%—15%MgO，1.5%—5%CaO，2.5%—6%Al2O3，余量为杂质；铜渣尾砂充填料的粒度为300目；棒磨砂充填料的成分以质量百分比计包括： 70%—85%SiO2，6%—10% Al2O3，3%—6% MgO，3%—6% CaO，3%—8% Fe2O3，不大于0.1%S；所述棒磨砂充填料的密实密度为2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度为1.5t/m3—1.6t/m3，孔隙率为40%—42%，粒度分布为d10=0.13mm—0.16mm，d50=0.8mm—1.0mm、d60=1.0mm—1.5mm，d90=2.9mm—3.3mm，dav=0.8mm—1.2mm，不均匀系数为7—9。
（3）将水泥和混合填充料按照1:4的质量比混合，并加入自来水，使料浆的质量浓度为78%，用砂浆泵搅拌均匀。
将上述料浆浇注模型进行养护到3d和7d龄期，由此测定的充填体3d强度为1.72MPa，7d强度为3.35MPa。与普通的32.5R水泥混合充填料的胶结充填体强度相比，3d和7d的强度分别提高14.7%和34.0%。

Claims (6)

1.一种水泥胶凝材料，其特征在于，该水泥胶凝材料以质量百分比计包括：2%—3%芒硝，0.5%—1%的氯化钙，余量为水泥。
2.根据权利要求1所述的水泥胶凝材料，其特征在于，所述水泥胶凝材料中还包括质量百分比为0.5%—1.5%的亚硫酸钠。
3.一种使用权利要求1—2之一所述的水泥胶凝材料制备的充填料浆，其特征在于，所述充填料浆还包括铜渣尾砂充填料、棒磨砂充填料和自来水，所述铜渣尾砂充填料和棒磨砂充填料的质量比为1:9—2:8，所述自来水的质量百分比为22%。
4.根据权利要求3所述的充填料浆，其特征在于，所述铜渣尾砂充填料的成分以质量百分比计包括：30%—50%SiO2，30%—60%Fe2O3，1%—15%MgO，1.5%—5%CaO，2.5%—6%Al2O3，余量为杂质；所述铜渣尾砂充填料的粒度为300目以下。
5.根据权利要求3所述的充填料浆，其特征在于，所述棒磨砂充填料的成分以质量百分比计包括：70%—85%SiO2，6%—10% Al2O3，3%—6% MgO，3%—6% CaO，3%—8% Fe2O3，不大于0.1%S；所述棒磨砂充填料的密实密度为2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度为1.5t/m3—1.6t/m3，孔隙率为40%—42%，粒度分布为d10=0.13mm—0.16mm，d50=0.8mm—1.0mm、d60=1.0mm—1.5mm，d90=2.9mm—3.3mm，dav=0.8mm—1.2mm，不均匀系数为7—9。
6.一种制备如权利要求3所述的充填料浆的方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步骤：
（1）将所述的芒硝、氯化钙、亚硫酸钠和水泥按比例混合，得到水泥胶凝材料；
（2）将所述铜渣尾砂充填料与棒磨砂充填料按照1:9—2:8的质量比进行混合，获得铜渣尾砂与棒磨砂混合充填料；
（3）将步骤（1）中的水泥胶凝材料与步骤（2）中的混合充填料按照1:4的质量比混合，并加入自来水，使充填料浆的质量浓度为78%，用砂浆泵搅拌均匀。
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