CN109320155A - 用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂 - Google Patents

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王东旭
李龙飞
陈伟
吕杨烁
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Abstract

本发明公开了一种用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂，包括以下按重量含量计的各组分：中和渣5～30%、粒化高炉矿渣50～80%和激发剂5～30%，激发剂包括以下按重量含量计的各组分：硫酸钠5～20%、微硅粉0～35%、快硬水泥0～50%、明矾0～75%和生石灰2～10%。本发明可激发金铜矿中和渣活性，廉价且原料易得。

Description

用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂
技术领域
本发明属于金铜矿技术领域，具体涉及一种用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂。
背景技术
近几年来，紫金山金铜矿中和渣产量日益增加，年产量已超出一百万吨，虽对其进行了很多回收利用相关的研究工作，但总体利用率不高，中和渣仍然是紫金山金铜矿目前产出量最大、堆存量最多、综合利用率最低的固体废弃物，如能进行资源化综合利用，既节约能源又节省资源，符合国家倡导的高效利用、循环利用、无害利用的循环经济方针，在减少对原生资源消耗的同时，最大限度地降低污染和废弃物的排放。
目前，紫金山金铜矿高浓度分级尾矿胶结充填采空区是采用水泥将尾矿胶结固化后充填至采空区的技术措施，该方法虽可提高尾矿利用率，但充填综合成本较高、水泥用量较大。因此紫金山金铜矿现有的高浓度胶结充填技术尚存在以下不足：胶凝材料以水泥为主，在消化尾矿的同时，大量使用水泥从而导致资源的消耗和废弃物的间接排放；胶凝材料中未能掺入一定量的中和渣，对其他工业废渣应用也较少；胶凝材料的经济成本较高。鉴于此，有必要研究一种用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可激发金铜矿中和渣活性的、廉价且原料易得的用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂，包括以下按重量含量计的各组分：中和渣5～30%、粒化高炉矿渣50～80%和激发剂5～30%。
优选地，前述激发剂包括以下按重量含量计的各组分：硫酸钠5～20%、微硅粉0～35%、快硬水泥0～50%、明矾0～75%和生石灰2～10%。
再优选地，前述中和渣采用紫金山金铜矿处理酸性废水后的固体废弃物，中和渣中二水硫酸钙的含量≥55%。
更优选地，前述粒化高炉矿渣采用S95级矿渣微粉，其比表面积为400~450m2/kg之间。
进一步优选地，前述硫酸钠采用无水芒硝。
具体地，前述微硅粉的比表面积为400～16000m2/kg，粒径为0.5～60μm，其中的二氧化硅含量大于50%。
优选地，前述快硬水泥采用快硬硫铝酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥或快硬氟铝酸盐水泥中的一种或多种，其3d强度≥30MPa。
再优选地，前述明矾采用熟明矾石粉，细度为180目，其中SiO2含量≥40%，Al2O3≥15%。
更优选地，前述生石灰采用工业级生石灰，其中CaO含量≥95%。
本发明的有益之处在于：
（1）添加了中和渣，即可减轻矿山堆存和处理中和渣的压力，又可有效调整胶凝材料的水化进程，调整胶凝材料体系的凝结时间，并减小固结体的收缩值；
（2）添加了粒化高炉矿渣，可改善充填料浆的流动度，降低胶凝材料水化反应的水化热，增强了充填固结体的后期强度；
（3）添加了硫酸钠，Na2SO4易溶于水，可与胶凝体系中形成的Ca(OH)2反应生成高分散性的CaSO4，更易于反应生成钙矾石；Na2SO4与Ca(OH)2反应还会生成强碱NaOH，增加了固结体的碱性，增强了碱性介质对粉煤灰的激发能力，是强碱和硫酸盐的双重激发；
（4）添加了微硅粉，可提供超细二氧化硅，填充于其它细颗粒之间，使固结体结构致密并增加固结体毛细孔中液体的收缩能力；同时微硅粉水化后形成富硅凝胶，包裹于水泥粒子周围，并与水泥水化产生的Ca(OH)2反应，可大量消耗晶体定向排列，从而显著提高胶凝体系强度；
（5）添加了快硬水泥，由于快硬水泥烧成温度较低，因此水化较快，生成的AH3凝胶较多，CSH凝胶和AH3凝胶填充于水化硫铝酸钙中间，加固和致密了水泥石结构，从而保证了早期强度的快速增长和后期强度的稳定增长；
（6）添加了明矾，作为活化剂可显著加速石膏的水化历程，并缩短凝结时间，提高强度，同时可生成膨胀性钙矾石，对降低固结体收缩有一定作用；
（7）添加了生石灰，主要作用是提供有效氧化钙成分，进一步进行水化反应，同时提高固结体温度，达到加速提高强度的目的。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例1
用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂，包括以下按重量含量计的各组分：激发剂、中和渣和粒化高炉矿渣质量比为1：1：4，中和渣采用紫金山金铜矿处理酸性废水后的固体废弃物，二水硫酸钙含量≥55%，粒化高炉矿渣采用S95级矿渣微粉，比表面积在420m2/kg。
激发剂的组分及重量含量为：硫酸钠18%，微硅粉32%，快硬水泥10%，明矾32%，生石灰8%。其中，硫酸钠采用无水芒硝，不含结晶水；微硅粉的比表面积为6000m2/kg，粒径为30μm，二氧化硅含量大于50%；快硬水泥采用快硬硫铝酸盐水泥，3d强度≥30MPa；明矾采用熟明矾石粉，细度180目，SiO2含量≥40%，Al2O3≥15%；生石灰采用工业级生石灰，CaO含量≥95%。
实施例2
用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂，包括以下按重量含量计的各组分：激发剂、中和渣和粒化高炉矿渣质量比为1：2：6，中和渣采用紫金山金铜矿处理酸性废水后的固体废弃物，二水硫酸钙含量≥55%，粒化高炉矿渣采用S95级矿渣微粉，比表面积在450m2/kg。
激发剂的组分及重量含量为：硫酸钠20%，微硅粉35%，快硬水泥50%，明矾75%，生石灰10%。其中，硫酸钠采用无水芒硝，不含结晶水；微硅粉的比表面积为16000m2/kg，粒径为60μm，二氧化硅含量大于50%；快硬水泥采用快硬硫铝酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥或快硬氟铝酸盐水泥中的一种或几种，3d强度≥30MPa；明矾采用熟明矾石粉，细度180目，SiO2含量≥40%，Al2O3≥15%；生石灰采用工业级生石灰，CaO含量≥95%。
实施例3
用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂，包括以下按重量含量计的各组分：激发剂、中和渣和粒化高炉矿渣质量比为1：3：6，中和渣采用紫金山金铜矿处理酸性废水后的固体废弃物，二水硫酸钙含量≥55%，粒化高炉矿渣采用S95级矿渣微粉，比表面积在400m2/kg。
激发剂的组分及重量含量为：硫酸钠5%，微硅粉1%，快硬水泥1%，明矾1%，生石灰2%。其中，硫酸钠采用无水芒硝，不含结晶水；微硅粉的比表面积为400m2/kg，粒径为0.5μm，二氧化硅含量大于50%；快硬水泥采用快硬硫铝酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥或快硬氟铝酸盐水泥中的一种或几种，3d强度≥30MPa；明矾采用熟明矾石粉，细度180目，SiO2含量≥40%，Al2O3≥15%；生石灰采用工业级生石灰，CaO含量≥95%。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂，其特征在于，包括以下按重量含量计的各组分：中和渣5～30%、粒化高炉矿渣50～80%和激发剂5～30%。
2.根据权利要求1所述的用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂，其特征在于，所述激发剂包括以下按重量含量计的各组分：硫酸钠5～20%、微硅粉0～35%、快硬水泥0～50%、明矾0～75%和生石灰2～10%。
3.根据权利要求1所述的用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂，其特征在于，所述中和渣采用紫金山金铜矿处理酸性废水后的固体废弃物，中和渣中二水硫酸钙的含量≥55%。
4.根据权利要求1所述的用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂，其特征在于，所述粒化高炉矿渣采用S95级矿渣微粉，其比表面积为400~450m2/kg之间。
5.根据权利要求2所述的用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂，其特征在于，所述硫酸钠采用无水芒硝。
6.根据权利要求2所述的用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂，其特征在于，所述微硅粉的比表面积为400～16000m2/kg，粒径为0.5～60μm，其中的二氧化硅含量大于50%。
7.根据权利要求2所述的用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂，其特征在于，所述快硬水泥采用快硬硫铝酸盐水泥、快硬硅酸盐水泥或快硬氟铝酸盐水泥中的一种或多种，其3d强度≥30MPa。
8.根据权利要求2所述的用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂，其特征在于，所述明矾采用熟明矾石粉，细度为180目，其中SiO2含量≥40%，Al2O3≥15%。
9.根据权利要求2所述的用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂，其特征在于，所述生石灰采用工业级生石灰，其中CaO含量≥95%。
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