CN107162510A

CN107162510A - 一种铅锌矿尾砂填充浆料

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Publication number: CN107162510A
Application number: CN201710464915.1A
Authority: CN
Inventors: 陈锡麟; 陈忠平; 李鹏; 何威; 冯波宇; 伍航宇; 黄小波; 黄威龙; 张善硕; 赵泽民
Original assignee: Solid Rock Technology Development Co Ltd
Current assignee: Solid Rock Technology Development Co Ltd
Priority date: 2017-06-19
Filing date: 2017-06-19
Publication date: 2017-09-15
Anticipated expiration: 2037-06-19
Also published as: CN107162510B

Abstract

本发明公开了一种铅锌矿尾砂填充浆料。该填充浆料的固体成分包括铅锌矿尾砂和铅锌矿尾砂激发剂。本发明的填充浆料流动性好，易于输送，对管道的磨耗小。其性能优于水泥，早期强度高，后期强度持续发展。通过本发明的填充浆料，能满足铅锌矿填充的生产需要，同时降低生产成本，实现良好的环保、经济和社会效益。

Description

一种铅锌矿尾砂填充浆料

技术领域

本发明涉及一种铅锌矿尾砂填充浆料。

背景技术

充填采矿技术，特别是胶结充填采矿技术的日益发展，使矿山许多复杂的技术问题都得到了很好地解决，在深部开采、保护地表、“采富保贫”、“三下开采”降低贫化率和损失率、防止内因火灾、减缓岩爆发生、有效控制地压等方面发挥了巨大的作用。特别是近年来，随着充填系统、充填工艺及设备和技术的不断进步，在有色金属矿山和贵金属矿山得到了广泛应用。并且随着资源性产品价格的持续走高以及国家对环境保护的力度不断加大，充填法因其无可替代的优势，在煤矿、铁矿、化工矿山等传统上不宜采用充填法的矿山，应用比重也越来越大。

有色金属矿山充填成本占采矿成本的1/3，充填材料的费用超过充填成本的80％。因此有必要寻求价格低廉、来源丰富、生产简单、性能优越的新型胶凝材料，尽最大努力减少胶凝材料的用量，以降低充填成本，提高企业经济效益。不同的有色金属矿山具有不同的特点，以铅锌矿为例，需要通过分析铅锌矿尾砂的化学结构和物理性质，进而开发出性价比高的胶凝材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铅锌矿尾砂填充浆料。

本发明所采取的技术方案是：

一种铅锌矿尾砂填充浆料，该填充浆料的固体成分包括铅锌矿尾砂和铅锌矿尾砂激发剂。

铅锌矿尾砂激发剂按质量分数由以下原料组成：高炉矿渣60％～70％，氟石膏3％～8％，减水剂0.2％～1％，粉煤灰为余量。

高炉矿渣为炼钢生铁矿渣。

粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级F类粉煤灰。

减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。

铅锌矿尾砂按质量分数包括以下组分：1％～3％MgO，5％～8％Al₂O₃，21％～26％SiO₂，8％～26％SO₃，0.5％～2％K₂O，18％～30％CaO，0.2％～0.5％TiO₂，5％～18％Fe₂O₃，0.2％～0.6％ZnO，0.2％～1％PbO，余量为烧失量。

铅锌矿尾砂的粒径中，5μm～50μm占22～25wt％，50μm～75μm占18～20wt％，75μm～250μm占53～58wt％。

铅锌矿尾砂激发剂和铅锌矿尾砂的质量比为1：(3～18)。

填充浆料的水含量为20wt％～30wt％。

本发明的有益效果是：

本发明的填充浆料流动性好，易于输送，对管道的磨耗小。其性能优于水泥，早期强度高，后期强度持续发展。通过本发明的填充浆料，能满足铅锌矿填充的生产需要，同时降低生产成本，实现良好的环保、经济和社会效益。

具体实施方式

本发明人通过分析铅锌矿尾砂化学结构和物理性质，开发出一种以工业固废资源为基材的经济环保型胶结材料。铅锌矿尾砂中[SiO₄]^4-聚合为不同的硅酸阴离子，此外还存在Si-O-Al和Al-O-Al的结合，以上物质在OH-的作用下会发生化学反应如下：-Si-O-Si-O+OH-→-Si-O-+-O-Si-OH-Si-O-+OH-→-O-Si-OH；如有Ca²⁺或Na⁺存在时，-Si-O-+Ca²⁺→-Si-O-Ca--Si-O-Ca-+OH-→-Si-O-Ca-OH。本发明的材料能够高效激活尾砂中的非晶态富硅铝质成分，在生成前驱体的基础上，以平板钙层为基础，生长成为具有胶凝能力的C-A-S-H凝胶，从而有效利用固废生成胶凝材料，达到固废充填的目的。

本发明的填充材料中具有两相的微观分相结构，其中玻璃体中Al-O键比Si-O键的键强小，容易被激发剂溶解分散，当Al的配位数为6时，铝氧八面体的键强更小，约为Si-O键的50％左右，活性更高，当磨细的废渣与一定浓度的OH-接触时，铝氧四面体与铝氧八面体先于硅氧四面体被溶解分散。此外，Mg²⁺分布于玻璃体网状结构的空穴中，形成不均匀物相，加剧了玻璃体中微晶相的无序化排列，有利于废渣的水化。该工业废渣中富钙相占多数，为连续相，它将非连续的富硅相包裹于其中构成了其玻璃体的结构。富钙相比富硅相具有更高的热力学不稳定性，同时富钙相又具有一定的动力学稳定性，使之破坏必须克服一定的活化能。在碱性环境中，OH^-的作用能够克服富钙相的分解活化能，使富钙相迅速水化和解体，导致废渣玻璃体结构破坏；富硅相随后逐步暴露于碱性介质中，并发生较为缓慢的水化和分解。富钙相和富硅相的水化产物水化硅酸钙(C-S-H)不断形成和长大，使水化产物的结构不断增强，表现为胶凝材料的前期强度偏低而后期强度不断增长。

本发明填充浆料中的工业废渣在碱性作用下形成胶凝组分水化硅酸钙(C-S-H)的过程，生成的C-S-H包裹尾矿颗粒形成一部分充填体强度。如果仅依靠充填体中的胶凝性物质，充填体结构疏松，强度偏低。

本发明的一种铅锌矿尾砂填充浆料，该填充浆料的固体成分包括铅锌矿尾砂和铅锌矿尾砂激发剂。

铅锌矿尾砂激发剂按质量分数由以下原料组成：高炉矿渣60％～70％，氟石膏3％～8％，减水剂0.2％～1％，粉煤灰为余量；优选的，铅锌矿尾砂激发剂按质量分数由以下原料组成：高炉矿渣66％～70％，氟石膏4％～7％，减水剂0.3％～0.8％，粉煤灰为余量。

优选的，所述的高炉矿渣为炼钢生铁矿渣。

优选的，所述的粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级F类粉煤灰；进一步优选的，所述的粉煤灰为Ⅰ级F类粉煤灰。

优选的，所述的减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种；进一步优选的，所述的减水剂为萘系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。

进一步的，铅锌矿尾砂按质量分数包括以下组分：1％～3％MgO，5％～8％Al₂O₃，21％～26％SiO₂，8％～26％SO₃，0.5％～2％K₂O，18％～30％CaO，0.2％～0.5％TiO₂，5％～18％Fe₂O₃，0.2％～0.6％ZnO，0.2％～1％PbO，余量为烧失量。

进一步的，所述的铅锌矿尾砂的粒径中，5μm～50μm占22～25wt％，50μm～75μm占18～20wt％，75μm～250μm占53～58wt％。

优选的，所述铅锌矿尾砂激发剂和铅锌矿尾砂的质量比为1：(3～18)；进一步优选的，所述铅锌矿尾砂激发剂和铅锌矿尾砂的质量比为1：(3～12)。

优选的，所述填充浆料的水含量为20wt％～30wt％。

以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。

实施例：

本发明的填充浆料是按以下方法进行制备的：

1)将定量铅锌矿尾砂和铅锌矿尾砂激发剂按不同灰砂比放入搅拌机中搅拌；

2)掺入定量水将浆体配制成不同浓度，搅拌；

3)将固化试样分三次放入钢试模中；

4)试样成型至失去塑性后脱模，为模拟井下相对恒温潮湿的实际环境，脱模试样放置于标准养护室(温度20±2℃、RH达95％以上)中养护至测试龄期进行强度及体积稳定性试验。

上述所选用的铅锌矿尾砂激发剂和铅锌矿尾砂的质量比(即灰砂比)有1:3、1:6和1:12，配成的填充浆料水含量有25wt％和22wt％。

所用的铅锌矿分级尾砂按质量分数包括以下组分：2.5％MgO，5.6％Al₂O₃，24.4％SiO₂，9.8％SO₃，1.0％K₂O，28.1％CaO，0.3％TiO₂，6.8％Fe₂O₃，0.4％ZnO，0.4％PbO，余量为烧失量。铅锌矿尾砂的粒径中，5μm～50μm占23.6wt％，50μm～75μm占19.2wt％，75μm～250μm占55.8wt％。

铅锌矿尾砂激发剂按质量分数由以下原料组成：高炉矿渣68％，粉煤灰26％，氟石膏5.5％，减水剂0.5％。高炉矿渣为炼钢生铁矿渣，粉煤灰为Ⅰ级F类粉煤灰，减水剂为萘系减水剂。

同时，采用现用的42.5水泥作为对比进行测试分析。

本发明的凝结时间试验依据GBT1346-2001《水泥标准稠度用量、凝结时间、安定性检验方法》进行，充填料流动性按照GBT2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行，硬化充填料力学性质按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行，充填料泌水性(泌水量、泌水率)按照GBT50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。一、流动性能对比

本发明与水泥的流动性对比结果见下表1所示。

表1流动性能测试结果

从流动性对比可知，本发明的填充材料与采用水泥的料浆流动性基本相同，易于输送，管道磨耗小。

二、抗压强度

本发明与水泥的抗压强度对比结果见下表2所示。

表2抗压强度测试结果

从抗压强度对比结果可知，本发明的填充材料性能明显优于水泥，同样灰砂比的情况下，抗压强度基本可以达到水泥强度的4倍；早期强度高的特点使得采场采充交替时间短，有利于提高生产效率；后期强度持续发展，未出现下降情况，充填体性能稳定，符合矿山生产需求。

三、经济对比

本发明与水泥的经济对比结果见下表3所示。

表3经济对比结果

材料类别	价格(元/吨)	充填比例	7天强度(MPa)
				42.5水泥	290	1:4	1.6
本发明材料	420	1:16	1.9

经过分析，本发明公开的填充材料综合成本比现用的水泥节省40％以上。

Claims

1.一种铅锌矿尾砂填充浆料，其特征在于：填充浆料的固体成分包括铅锌矿尾砂和铅锌矿尾砂激发剂。

2.根据权利要求1所述的一种铅锌矿尾砂填充浆料，其特征在于：铅锌矿尾砂激发剂按质量分数由以下原料组成：高炉矿渣60％～70％，氟石膏3％～8％，减水剂0.2％～1％，粉煤灰为余量。

3.根据权利要求2所述的一种铅锌矿尾砂填充浆料，其特征在于：高炉矿渣为炼钢生铁矿渣。

4.根据权利要求2所述的一种铅锌矿尾砂填充浆料，其特征在于：粉煤灰为Ⅰ级或Ⅱ级F类粉煤灰。

5.根据权利要求2所述的一种铅锌矿尾砂填充浆料，其特征在于：减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的一种铅锌矿尾砂填充浆料，其特征在于：铅锌矿尾砂按质量分数包括以下组分：1％～3％MgO，5％～8％Al₂O₃，21％～26％SiO₂，8％～26％SO₃，0.5％～2％K₂O，18％～30％CaO，0.2％～0.5％TiO₂，5％～18％Fe₂O₃，0.2％～0.6％ZnO，0.2％～1％PbO，余量为烧失量。

7.根据权利要求6所述的一种铅锌矿尾砂填充浆料，其特征在于：铅锌矿尾砂的粒径中，5μm～50μm占22～25wt％，50μm～75μm占18～20wt％，75μm～250μm占53～58wt％。

8.根据权利要求1所述的一种铅锌矿尾砂填充浆料，其特征在于：铅锌矿尾砂激发剂和铅锌矿尾砂的质量比为1：(3～18)。

9.根据权利要求1所述的一种铅锌矿尾砂填充浆料，其特征在于：填充浆料的水含量为20wt％～30wt％。