CN110922073A - 一种用于矿山充填的铁矿全尾砂固化剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于矿山充填的铁矿全尾砂固化剂及其应用，属于矿山充填领域。该固化剂由超细活性掺合料、活性激发剂和水泥混合均匀后制成。其中，超细活性掺合料为d50小于5微米、d90小于15微米的超细活性矿渣，掺量为45～50％；活性激发剂由活性碱性激发剂和活性盐类激发剂组成，掺量为5.5～14.5％；水泥为525普通硅酸盐水泥，425硫铝酸盐水泥和425铝酸盐水泥中的一种或几种，掺量为38～45％。本发明的铁矿全尾砂固化剂，主要是针对铁矿或有色金属矿地下开采产生的大量尾砂。本发明的固化剂固化效果好，胶结充填体强度高，经济环保，具有良好的工业前景和社会效益。

Description

一种用于矿山充填的铁矿全尾砂固化剂及其应用
技术领域
本发明涉及矿山充填材料领域，具体涉及一种用于矿山充填的铁矿全尾砂固化剂及其应用。
背景技术
铁矿尾砂是铁矿山开采过程中所产生的固体废弃物。随着矿山快速开采，产生大量废弃铁矿尾砂，会产生一系列的环境问题。其在地表堆积库存，占用了大量的耕地，并且给生态环境和居民生活带了严重的危害。如何解决这些废弃的铁矿尾砂也成了矿山开采过程中不得不思考的问题。
使用尾矿砂进行矿山充填是近些年来矿山开采经济环保的新技术。这种方法不仅可以对废弃的尾矿砂进行处理利用，还能对矿山回采区进行充填,保护采空区地表安全，实现了开采与充填的良性循环，是矿山开采可持续发展的趋势。
在铁矿尾砂充填过程中，最重要的是要保证充填体具有一定的强度，而胶结材料是决定回填体强度的重要因素。铁矿全尾砂含有较多的细颗粒(小于20微米的颗粒大于15％)，当用普通硅酸盐水泥作为这种全尾砂充填料浆的固化剂时，充填料浆不能正常固结硬化，铁矿尾砂胶结固化的难度大，成本高，充填体强度较低，不论是性能还是成本都难以达到矿山企业的要求。
为保证充填体的顺利充填，尾矿料浆必须具备一定的流动性，现有的充填工艺要求填充材料含有大量的水分(尾砂料浆含水率最高可达50％)。然而对于含水率较高的尾砂料浆，选用目前的固化剂(主要是普通硅酸盐水泥)会导致充填体出现离析、泌水情况，并且充填体早期强度难以达到工程安全的要求，危害采矿的安全生产，而增加固化剂的用量又会加大充填成本。
因此，基于目前铁矿全尾砂胶结充填中存在的问题，开发一种以矿渣为主要胶凝材料的矿渣基固化剂，以达到提高充填体强度而且保证流动性能的效果。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种用于矿山充填的铁矿全尾砂固化剂及其应用。该固化剂针对尾砂含水率大于50％，小于20微米的尾砂细颗粒大于15％的全尾砂固化效果好，能够满足矿山充填固化体的强度要求。
为达到上述目的，本发明采用以下至少一个技术方案。
一种用于矿山充填的铁矿全尾砂固化剂，包括以下重量配比的原料：超细活性掺合料45～50％，活性激发剂5.5～14.5％，水泥38～45％；所述超细活性掺合料为d50小于5微米、d90小于15微米的水淬高炉矿渣。
优选的，所述超细活性掺合料为钢铁厂炼铁产生的水淬高炉矿渣，通过球磨和选粉得到的超细活性矿渣。超细活性矿渣获取过程：对于水淬高炉矿渣，使用Φ500×500mm球磨机磨至勃氏比表面积不小于350m2/kg，然后采用JFC-20F气流分级机对矿渣粉进行分级，设置转速参数为大于1200r/min，分级后得到的产品就是超细活性矿渣。
优选的，所述超细活性掺合料的比表面积≥550m2/kg。
优选的，所述活性激发剂为活性碱性激发剂和活性盐类激发剂的混合物。
进一步优选的，所述活性碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠和硅酸钠中一种或多种；所述活性盐类激发剂为硫酸钠、脱硫石膏、明矾、碳酸钠、氧化钙和氯化钙中一种或多种。
进一步优选的，所述活性激发剂中硫酸钠的掺量为2～10wt％。
进一步优选的，所述活性激发剂需要磨细至过400目方孔筛。
优选的，所述水泥为525普通硅酸盐水泥、425硫铝酸盐水泥和425铝酸盐水泥中的一种或几种，其中525普通硅酸盐水泥在铁矿全尾砂固化剂中的掺量为0～45％，425硫铝酸盐水泥和425铝酸盐水泥在铁矿全尾砂固化剂中的掺量均为0～10％。
以上所述的一种铁矿全尾砂固化剂在制备矿山充填材料中的应用，所述矿山充填材料由铁矿尾砂与铁矿全尾砂固化剂通过搅拌形成。
优选的，所述铁矿尾砂的含水率大于或等于50wt％，所述铁矿尾砂中小于20微米的颗粒大于15wt％。
优选的，所述矿山充填材料的浆体中水含量大于40wt％，固含量低于60wt％。
优选的，所述铁矿全尾砂固化剂与铁矿全尾砂的灰砂比为1:8至1:12。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明的一种用于矿山充填的铁矿全尾砂固化剂，用于矿山中含水率大于50％，小于20微米的尾砂细颗粒含量大于15％的全尾砂胶结充填时，胶结充填体强度发展较快，3天强度能够达到0.4MPa以上，减少了填充作业的等待时间，且后期强度可以不断增长，7天强度能够达到0.6MPa以上，28天强度能够达到0.8MPa以上，固化剂的固化效果好，经济环保，具有良好的工业前景和社会效益。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步的说明，但本发明的具体实施方式不限于此。
实施例1
本实施例中，所使用的尾砂来自于安徽马鞍山某铁矿，其全尾砂激光粒度分析测试结果为：全尾砂中值粒径d50为32.83微米，其中，小于20微米颗粒含量达到39.5wt％，属于超细全尾砂，其比表面积大、含泥量高，对尾砂浓缩、充填脱水及充填体强度均具有一定影响。尾砂的含水率高达50wt％，不利于充填体的强度发展。
一种用于高含水率的铁矿全尾砂固化剂包括以下重量百分比的原料：超细活性水淬高炉矿渣50％；硫酸钠10％；525普通硅酸盐水泥40％。超细活性水淬高炉矿渣获取过程：对于水淬高炉矿渣，使用Φ500×500mm球磨机磨至勃氏比表面积不小于350m2/kg，然后采用JFC-20F气流分级机对矿渣粉进行分级，设置转速参数为大于1200r/min，分级后得到的产品就是超细活性矿渣。
将准备好的原料配料后，混合均匀即为尾砂固化剂。与尾砂按照1:16(灰砂比为1:8)的质量比例混合后，搅拌均匀制成料浆，将料浆在4cm*4cm*4cm的试模中成型，测定其3d和7d和28d抗压强度。充填体的强度如下表1所示。
表1
龄期 3d 7d 28d
强度 0.56MPa 0.84MPa 1.04MPa
实施例2
实施例2所用的尾砂与实施例1相同。
一种用于高含水率的铁矿全尾砂固化剂包括以下重量百分比的原料：超细活性水淬高炉矿渣47.5％；硫酸钠9.5％；脱硫石膏5％；525普通硅酸盐水泥38％。超细活性水淬高炉矿渣获取过程：对于水淬高炉矿渣，使用Φ500×500mm球磨机磨至勃氏比表面积不小于350m2/kg，然后采用JFC-20F气流分级机对矿渣粉进行分级，设置转速参数为大于1200r/min，分级后得到的产品就是超细活性矿渣。
将准备好的原料配料后，混合均匀即为尾砂固化剂。与尾砂按照1:16(灰砂比为1:8)的质量比例混合后，搅拌均匀制成料浆，将料浆在4cm*4cm*4cm的试模中成型，测定其3d和7d和28d抗压强度。充填体的强度如下表2所示。
表2
龄期 3d 7d 28d
强度 0.62MPa 0.71MPa 0.87MPa
实施例3
实施例3所用的尾砂与实施例1相同。
一种用于高含水率的铁矿全尾砂固化剂包括以下重量百分比的原料：超细活性水淬高炉矿渣45％；硫酸钠10％；525普通硅酸盐水泥45％。超细活性水淬高炉矿渣获取过程：对于水淬高炉矿渣，使用Φ500×500mm球磨机磨至勃氏比表面积不小于350m2/kg，然后采用JFC-20F气流分级机对矿渣粉进行分级，设置转速参数为大于1200r/min，分级后得到的产品就是超细活性矿渣。
将准备好的原料配料后，混合均匀即为尾砂固化剂。与尾砂按照1:16(灰砂比为1:8)的质量比例混合后，搅拌均匀制成料浆，将料浆在4cm*4cm*4cm的试模中成型，测定其3d和7d和28d抗压强度。充填体的强度如下表3所示。
表3
龄期 3d 7d 28d
强度 0.41MPa 0.64MPa 0.86MPa
安徽马鞍山某铁矿现用的铁矿尾砂固化剂，与尾砂按照1:16(灰砂比为1:8)的质量比例混合后，搅拌均匀制成料浆，将料浆在4cm*4cm*4cm的试模中成型，测定其3d和7d和28d抗压强度。充填体的强度如下表4所示。
表4
龄期 3d 7d 28d
强度 0.38MPa 0.57MPa 0.76MPa
可以发现，本发明的铁矿全尾砂固化剂的固化强度比现有的铁矿尾砂固化剂的固化强度高，固化效果好。
以上的实施例是本发明的一部分实例，并不是全部的实施例。因此，以下对本发明的实施例的详细描述不是限制要求保护的本发明的范围，而仅为本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种用于矿山充填的铁矿全尾砂固化剂，其特征在于，包括以下重量配比的原料：超细活性掺合料45～50％，活性激发剂5.5～14.5％，水泥38～45％；所述超细活性掺合料为d50小于5微米、d90小于15微米的水淬高炉矿渣。
2.根据权利要求1所述的一种用于矿山充填的铁矿全尾砂固化剂，其特征在于，所述超细活性掺合料为钢铁厂炼铁产生的水淬高炉矿渣，通过粉磨和选粉得到的超细活性矿渣。
3.根据权利要求1所述的一种用于矿山充填的铁矿全尾砂固化剂，其特征在于，所述超细活性掺合料的比表面积≥550m2/kg。
4.根据权利要求1所述的一种用于矿山充填的铁矿全尾砂固化剂，其特征在于，所述活性激发剂为活性碱性激发剂和活性盐类激发剂的混合物。
5.根据权利要求4所述的一种用于矿山充填的铁矿全尾砂固化剂，其特征在于，所述活性碱性激发剂为氧化钙、氢氧化钙、氢氧化钠和硅酸钠中一种或多种；所述活性盐类激发剂为硫酸钠、脱硫石膏、明矾、碳酸钠、氧化钙和氯化钙中一种或多种。
6.根根据权利要求1所述的一种用于矿山充填的铁矿全尾砂固化剂，其特征在于，所述水泥为525普通硅酸盐水泥、425硫铝酸盐水泥和425铝酸盐水泥中的一种或几种，其中525普通硅酸盐水泥在铁矿全尾砂固化剂中的掺量为0～45％，425硫铝酸盐水泥和425铝酸盐水泥在铁矿全尾砂固化剂中的掺量均为0～10％。
7.权利要求1-6任一项所述的一种铁矿全尾砂固化剂在制备矿山充填材料中的应用，其特征在于，所述矿山充填材料由铁矿尾砂与铁矿全尾砂固化剂通过搅拌形成。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述铁矿尾砂的含水率大于或等于50wt％，所述铁矿尾砂中小于20微米的颗粒大于15wt％。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述矿山充填材料的浆体中水含量大于40wt％，固含量低于60wt％。
10.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述铁矿全尾砂固化剂与铁矿全尾砂的灰砂比为1:8至1:12。
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