CN107522456B - 一种用于矿山填充的材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于矿山填充的材料。该材料是由以下的原料组成：尾砂，高炉矿渣，脱硫石膏，水泥熟料，芒硝和水。本发明不但在充填的过程中使用了大量难以处理的对环境有污染的高炉矿渣，同时也节约了水泥的用量，并且其充填体的强度比单纯用水泥的充填体强度高，有利于矿山的回采。

Description

一种用于矿山填充的材料
技术领域
本发明涉及一种用于矿山填充的材料。
背景技术
粒化高炉矿渣也称为矿渣，是钢铁厂冶炼生铁过程中产生的主要副产品，在高炉冶炼过程中，生成以硅酸盐与硅铝酸盐为主要成分的熔融高炉渣，浮于密度较大的铁水表面，排出时置于水中急速冷却，限制其结晶，变为以玻璃体为主要成分并具有水硬性的粒状水淬高炉矿渣。近年来，随着冶金工业的发展，钢铁产量不断提高，冶金企业的矿渣排放量也在不断地提高。相关资料统计表明，钢铁企业高炉炼铁水淬矿渣年排放量近亿吨，回收利用率约38％，废弃的矿渣不仅占用土地面积大，而且严重污染环境，因此矿渣的重新利用就显得尤为重要。
有色金属矿山在采矿过程中需要参采空区进行回填，回填的过程中需要用水泥对尾砂进行胶结，让充填体固化后有一定的抗压强度，以便利于回采和减少地表塌陷等地质灾害。在有色金属矿山填充的过程中采用大量的水泥，经济成本很高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于矿山填充的材料。
本发明所采取的技术方案是：
一种用于矿山填充的材料，是由以下质量份的原料组成：60～70份尾砂，7～17份高炉矿渣，1～5份脱硫石膏，1～5份水泥熟料，0.5～4.5份芒硝和15～35份水。
进一步的，尾砂为铅锌矿尾砂。
尾砂的化学组成为：26.5wt％～35.5wt％SiO2，5.0wt％～9.5wt％Al2O3，3.5wt％～6.5wt％MgO，4.3wt％～6.5wt％SO3，0.03wt％～0.10wt％P2O5，3.5wt％～5.5wt％Fe2O3，15.0wt％～20.0wt％CaO，0.5wt％～1.5wt％PbO，0.2wt％～1.0wt％TiO2，余量为烧失量。
尾砂的粒径分布为：0μm～5μm占5.19wt％，5μm～10μm占3.89wt％，10μm～20μm占9.4wt％，20μm～50μm占23.55wt％，50μm～80μm占16.43wt％，80μm～100μm占8.77wt％，100μm～200μm占22.52wt％，200μm～400μm占9.92wt％，400μm～502μm占0.33wt％。
高炉矿渣的化学组成为：SiO2占35wt％～36wt％，CaO占43wt％～44wt％，MgO占7wt％～8wt％，Al2O3占12wt％～13wt％，S的氧化物占1wt％～2wt％。
高炉矿渣的粒径分布为：粒径小于2.65μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.3μm的颗粒占30wt％，粒径小于7.55μm的颗粒占50wt％，粒径小于10.71μm的颗粒占60wt％，粒径小于26.62μm的颗粒占90wt％。
脱硫石膏的粒径分布为：粒径小于3.12μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.31μm的颗粒占30wt％，粒径小于6.82μm的颗粒占50wt％，粒径小于7.48μm的颗粒占60wt％，粒径小于37.26μm的颗粒占90wt％。
水泥熟料的粒径分布为：粒径小于2.67μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.29μm的颗粒占30wt％，粒径小于7.57μm的颗粒占50wt％，粒径小于11.18μm的颗粒占60wt％，粒径小于31.09μm的颗粒占90wt％。
芒硝的粒径分布为：粒径小于2.75μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.54μm的颗粒占30wt％，粒径小于8.61μm的颗粒占50wt％，粒径小于13.46μm的颗粒占60wt％，粒径小于35.94μm的颗粒占90wt％。
本发明的有益效果是：
本发明不但在充填的过程中使用了大量难以处理的对环境有污染的高炉矿渣，同时也节约了水泥的用量，并且其充填体的强度比单纯用水泥的充填体强度高，有利于矿山的回采。
具体实施方式
一种用于矿山填充的材料，是由以下质量份的原料组成：60～70份尾砂，7～17份高炉矿渣，1～5份脱硫石膏，1～5份水泥熟料，0.5～4.5份芒硝和15～35份水。
进一步的，尾砂为铅锌矿尾砂。
优选的，尾砂的化学组成为：26.5wt％～35.5wt％SiO2，5.0wt％～9.5wt％Al2O3，3.5wt％～6.5wt％MgO，4.3wt％～6.5wt％SO3，0.03wt％～0.10wt％P2O5，3.5wt％～5.5wt％Fe2O3，15.0wt％～20.0wt％CaO，0.5wt％～1.5wt％PbO，0.2wt％～1.0wt％TiO2，余量为烧失量。
优选的，尾砂的粒径分布为：0μm～5μm占5.19wt％，5μm～10μm占3.89wt％，10μm～20μm占9.4wt％，20μm～50μm占23.55wt％，50μm～80μm占16.43wt％，80μm～100μm占8.77wt％，100μm～200μm占22.52wt％，200μm～400μm占9.92wt％，400μm～502μm占0.33wt％。
优选的，高炉矿渣的化学组成为：SiO2占35wt％～36wt％，CaO占43wt％～44wt％，MgO占7wt％～8wt％，Al2O3占12wt％～13wt％，S的氧化物占1wt％～2wt％；进一步优选的，高炉矿渣的化学组成为：SiO2占35.15wt％，CaO占43.46wt％，MgO占7.57wt％，Al2O3占12.15wt％，S的氧化物占1.24wt％，其它氧化物占0.43wt％。
优选的，高炉矿渣的粒径分布为：粒径小于2.65μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.3μm的颗粒占30wt％，粒径小于7.55μm的颗粒占50wt％，粒径小于10.71μm的颗粒占60wt％，粒径小于26.62μm的颗粒占90wt％。
优选的，脱硫石膏的粒径分布为：粒径小于3.12μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.31μm的颗粒占30wt％，粒径小于6.82μm的颗粒占50wt％，粒径小于7.48μm的颗粒占60wt％，粒径小于37.26μm的颗粒占90wt％。
优选的，水泥熟料的粒径分布为：粒径小于2.67μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.29μm的颗粒占30wt％，粒径小于7.57μm的颗粒占50wt％，粒径小于11.18μm的颗粒占60wt％，粒径小于31.09μm的颗粒占90wt％。
优选的，芒硝为工业芒硝，其粒径分布为：粒径小于2.75μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.54μm的颗粒占30wt％，粒径小于8.61μm的颗粒占50wt％，粒径小于13.46μm的颗粒占60wt％，粒径小于35.94μm的颗粒占90wt％。
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。
本发明以应用在广西盘龙铅锌矿填充的试验为例，采用盘龙铅锌矿的尾砂进行填充。盘龙铅锌矿的尾砂化学组成为：SiO2占31.315wt％，Al2O3占7.564wt％，MgO占5.018wt％，SO3占5.350wt％，P2O5占0.07wt％，Fe2O3占5.303wt％，CaO占18.482％，PbO占1.003wt％，TiO2占0.507wt％，其余为烧失量。盘龙铅锌矿尾砂的其余物理性质见下表1。
表1尾砂的物理性质
实施例1：
一种用于矿山填充的材料，其各组份及比例如下表2所示：
表2实施例1矿山填充的材料
原料 质量份
尾砂 60
水 30
矿渣 7.5
脱硫石膏 1.5
水泥熟料 1
芒硝 0.5
实施例2：
一种用于矿山填充的材料，其各组份及比例如下表3所示：
表3实施例2矿山填充的材料
原料 质量份
尾砂 62
水 23
矿渣 9
脱硫石膏 3
水泥熟料 1
芒硝 2
实施例3：
一种用于矿山填充的材料，其各组份及比例如下表4所示：
表4实施例3矿山填充的材料
原料 质量份
尾砂 65
水 25
矿渣 8
脱硫石膏 1
水泥熟料 0.5
芒硝 0.5
实施例4：
一种用于矿山填充的材料，其各组份及比例如下表5所示：
表5实施例4矿山填充的材料
原料 质量份
尾砂 70
水 15
矿渣 10
脱硫石膏 3
水泥熟料 1
芒硝 1
实施例5：
一种用于矿山填充的材料，其各组份及比例如下表6所示：
表6实施例5矿山填充的材料
原料 质量份
尾砂 60
水 15
矿渣 17
脱硫石膏 3
水泥熟料 2
芒硝 3
实施例6：
一种用于矿山填充的材料，其各组份及比例如下表7所示：
表7实施例6矿山填充的材料
原料 质量份
尾砂 67
水 18
矿渣 10
脱硫石膏 2.5
水泥熟料 2
芒硝 0.5
实施例1～6中，高炉矿渣的化学组成为：SiO2占35.15wt％，CaO占43.46wt％，MgO占7.57wt％，Al2O3占12.15wt％，S的氧化物占1.24wt％，其它氧化物占0.43wt％。高炉矿渣的粒径分布为：粒径小于2.65μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.3μm的颗粒占30wt％，粒径小于7.55μm的颗粒占50wt％，粒径小于10.71μm的颗粒占60wt％，粒径小于26.62μm的颗粒占90wt％。脱硫石膏的粒径分布为：粒径小于3.12μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.31μm的颗粒占30wt％，粒径小于6.82μm的颗粒占50wt％，粒径小于7.48μm的颗粒占60wt％，粒径小于37.26μm的颗粒占90wt％。水泥熟料的粒径分布为：粒径小于2.67μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.29μm的颗粒占30wt％，粒径小于7.57μm的颗粒占50wt％，粒径小于11.18μm的颗粒占60wt％，粒径小于31.09μm的颗粒占90wt％。芒硝为工业芒硝，其粒径分布为：粒径小于2.75μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.54μm的颗粒占30wt％，粒径小于8.61μm的颗粒占50wt％，粒径小于13.46μm的颗粒占60wt％，粒径小于35.94μm的颗粒占90wt％。
对比例1：
此对比例的矿山填充的材料采用目前正在使用的方案，其组成分份如下：60份尾砂，30份水，10份水泥。
实验方案为：
1、按实施例1-6与对比例1的配方配干砂浆(不加水)，然后用搅拌机搅拌5分钟，让各组份完全混合均匀。
2、加入各配方中的水，然后用搅拌机快速搅拌90s，配制成充填料浆；
3、将锅壁四周浆体刮入锅内后，再搅拌30s；
4、取配制好的充填料浆按GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行流动性测试；
5、将充分混合均匀的浆体灌注在70.7*70.7*70.7mm标准三联试模中，每组样品浇注两组，分别用以测量7d，28d的强度；
6、将试块放入温度为20℃，相对湿度为90％的标准养护箱中，养护24h后脱模将试块重新放入养护箱中养护至相应龄期，用全自动压力试验机以100N/s的速度测其7d，28d强度，每龄期测试3试块，取其平均值作为该龄期充填体的单轴抗压强度。
实施例1-6、对比例1的强度各性能如下表8所示：
表8性能对比
从表8可以看出，本发明的填充材料，其压应力强度都高于又比例的水泥，且在本配方的范围内其泌水率大大降低，有助于改善井下充填环境和增加充填体的接顶率，虽然其流动性在实施例4和实施例5较低，但一般对于矿山充填需言，只要流动度大于290mm，都是比较理想的充填料浆系统，所以本发明的料浆系统可以满足有色金属矿山的充填要求。

Claims (1)

1.一种用于矿山填充的材料，其特征在于：是由以下质量份的原料组成：60～70份尾砂，7～17份高炉矿渣，1～5份脱硫石膏，1～5份水泥熟料，0.5～4.5份芒硝和15～35份水；
所述尾砂为铅锌矿尾砂；尾砂的化学组成为：SiO2占31.315wt％，Al2O3占7.564wt％，MgO占5.018wt％，SO3占5.350wt％，P2O5占0.07wt％，Fe2O3占5.303wt％，CaO占18.482％，PbO占1.003wt％，TiO2占0.507wt％，其余为烧失量；尾砂的粒径分布为：0μm～5μm占5.19wt％，5μm～10μm占3.89wt％，10μm～20μm占9.4wt％，20μm～50μm占23.55wt％，50μm～80μm占16.43wt％，80μm～100μm占8.77wt％，100μm～200μm占22.52wt％，200μm～400μm占9.92wt％，400μm～502μm占0.33wt％；
所述高炉矿渣的化学组成为：SiO2占35.15wt％，CaO占43.46wt％，MgO占7.57wt％，Al2O3占12.15wt％，S的氧化物占1.24wt％，其它氧化物占0.43wt％；高炉矿渣的粒径分布为：粒径小于2.65μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.3μm的颗粒占30wt％，粒径小于7.55μm的颗粒占50wt％，粒径小于10.71μm的颗粒占60wt％，粒径小于26.62μm的颗粒占90wt％；
所述脱硫石膏的粒径分布为：粒径小于3.12μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.31μm的颗粒占30wt％，粒径小于6.82μm的颗粒占50wt％，粒径小于7.48μm的颗粒占60wt％，粒径小于37.26μm的颗粒占90wt％；
所述水泥熟料的粒径分布为：粒径小于2.67μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.29μm的颗粒占30wt％，粒径小于7.57μm的颗粒占50wt％，粒径小于11.18μm的颗粒占60wt％，粒径小于31.09μm的颗粒占90wt％；
所述芒硝的粒径分布为：粒径小于2.75μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.54μm的颗粒占30wt％，粒径小于8.61μm的颗粒占50wt％，粒径小于13.46μm的颗粒占60wt％，粒径小于35.94μm的颗粒占90wt％。
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