CN112429992A - 一种胶固粉及其制备方法和在铜矿尾砂固结中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种胶固粉及其制备方法和在铜矿尾砂固结中的应用。该胶固粉由水泥熟料、石粉、工业石膏、激发剂和高温炉渣等原料组成,这些原料之间具有明显的协同作用,在固结铜矿尾砂过程中可以采用低灰砂比、高浓度的浆体进行充填,而固结体具有较强的抗压强度,且稳定性较好,可以实现重金属稳定化。该胶固粉消纳了大量的固体废弃资源,减少了固体废弃物的堆放,还大大降低了尾砂固结的材料成本,高强度的充填体也有利于矿山的回填,达到以废治废的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种胶固粉,具体涉及一种用于固结铜矿尾砂的胶固粉,还涉及其制备方法和应用,属于固结材料技术领域。
背景技术
随着许多矿山的浅部开采资源日趋枯竭,逐渐转向深部开采,这不仅要处理上部开采产生的大量的尾砂,而且还需要解决上部遗留采空区带来的安全问题,进一步实现对深部资源的开采,这就需要优选安全、高效的采矿方法。充填采矿法相比于其他采矿方法,具有回采率高、贫化率低、安全性高等特点,这既能很好地控制矿山地压活动、防止地面塌陷、保障采矿安全,同时还能够处理大量堆存的尾矿、废石等矿山固体废弃物。因此,充填采矿法在国内外矿山中得到了日益广泛的应用。
采用浆体充填的方法对采空区进行充填,就需要固结效果好的固结材料。水泥作为常见的充填胶结剂使用,但由于水泥材料的粒级较粗,当尾砂细颗粒含量较高时,在充填过程中由于浆体黏度大、管道沿程阻力大,非常容易导致充填浆体浓度低,浆体泌水率高、固结性能差等问题。为了保障安全充填采矿,矿山只能提高充填灰砂比,进一步提高充填体抗压强度,从而加大了充填采矿成本。因此,寻求一种能够低灰砂比、高浓度充填、成本低且使充填体抗压强度高的胶凝材料作为水泥替代品,也是降低充填采矿法成本的重要途径。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明的第一个目的是在于提供一种胶固粉,该胶固粉的原料成本低,且对细粒级铜尾矿能够进行低灰砂比、高浓度充填,固结强度高,对重金属稳定化效果好,特别适合细颗粒含量较高的铜矿尾砂固结。
本发明的第二个目的是在于提供一种胶固粉的制备方法,该方法操作简单,成本低,有利于大规模生产。
本发明的第三个目的是在于提供一种胶固粉的应用,将胶固粉应用于铜矿尾砂固结,能够实现低灰砂比、高浓度充填,从而可以实现细颗粒含量较高的铜矿尾砂的高强度、高稳定固结。
为了实现上述技术目的,本发明提供了一种胶固粉,其由以下质量百分比组分组成:
水泥熟料:5~20%;石粉:5~18%;工业石膏:15~25%;激发剂:2~8%;高温炉渣:45~65%。
作为一个优选的方案,胶固粉优选由以下质量百分比组分组成:水泥熟料:5~15%;石粉:5~15%;工业石膏:15~25%;激发剂:2~6%;高温炉渣:45~65%。
本发明的胶固粉主要成分为水泥熟料、石粉、工业石膏、高温炉渣等组分组成,各组分之间协同作用明显,在激发剂作用下进行水化反应,产生地聚合反应,生成力学性能较好、化学稳定性好的固结体。
作为一个优选的方案,所述石粉为滑石粉。
作为一个优选的方案,所述激发剂为Na2CO3、Na2SiO3·9H2O、Na2SO4、NaNO3中至少一种。
本发明还提供了一种胶固粉的制备方法,将水泥熟料、石粉、工业石膏、激发剂及高温炉渣通过球磨,得到胶固粉。
作为一个优选的方案,所述球磨条件为:公转转速为270~350r/min,自转转速60~80r/min,球料比5~7:1,每间隔10~20min搅拌2~5次,每次搅拌20~30min。胶固粉的粒径分布跟球磨条件变化规律一致,如果球料比过高或者转速过快,会引起局部高温导致颗粒发生团聚,从而固结材料粒度变大,进而固结体相应抗压强度降低。
本发明还提供了一种胶固粉的应用,其应用于铜矿尾砂固结。
本发明还提供了一种胶固粉的应用,将铜矿尾砂与胶固粉及水搅拌均匀后,固结成型。
作为一个优选的方案,铜矿尾砂与胶固粉及水按照:灰砂比为1:4~1:16,浆体质量百分比浓度为72~75%进行配料。较优选的灰砂比为8~16。
本发明的胶固粉用于铜矿尾砂的固结的方法,包括以下步骤:
S1)将胶固粉的各种原材料称量好,放入行星式球磨机中球磨,球磨过程中,球磨机的公转转速250~350r/min,自转转速50~90r/min,球料比3~7:1,每间隔10~20min搅拌2~5次,每次搅拌20~30min,制备得到胶固粉备用;
S2)按照设计配合比计算出来铜矿尾砂湿重量、尾砂胶固粉重量以及需要额外加入的水重量称重配料,按照灰砂比为1:4~1:16配料,浆体浓度为72~75%进行调浆,浆料置于一个铁桶中,使用机械搅拌机将其搅拌均匀,搅拌8~15min,然后浆体浇注至模具中,浇的模置于养护箱养护24h后经过刮模、脱模等步骤后最终获得70.7*70.7*70.7mm立方体试块。
S3)将步骤S2)中的试块在养护箱中进行养护,养护条件为:养护条件为湿度90±2%,温度20±2℃,养护时间分别为7天和28天,得到磷石膏固结体。
本发明提供的胶固粉利用水泥熟料、高温炉渣、石粉、工业石膏等材料之间的协同作用,通过各组分之间的水化反应生成力学性能较好、化学稳定性好的固结体,能够实现细颗粒含量较高的铜矿尾砂的有效固结。相对现有技术,本发明技术方案带来的有益效果:
1、本发明的胶固粉的主要原料包含了水泥熟料、石粉、工业石膏、高温炉渣等,大量消纳了固体废弃物,实现了废渣的资源化利用,达到以废治废的效果,降低铜矿尾砂的固结成本;
2、本发明的胶固粉固结铜矿尾砂与水泥胶凝材料的固结效果相比,能够进行低灰砂比、高浓度充填,形成的固结体强度高、稳定性好,更能有效地固化其中的有毒有害物质,解决铜矿尾砂固结强度低,且重金属污染物固结稳定性差的难题,有效的降低其对环境污染,保护环境;
3、本发明的胶固粉与尾砂浆体充分搅拌均匀后,将浆体通过管道输送到采空区,使其自然凝固成型,实现对空矿区的回填,可以逐步减少采空区的数量和体积,消除安全隐患,减少尾砂的尾矿库排放量,延长尾矿库服务年限,提高矿山综合效益;
4、本发明的胶固粉不仅其原材料来源广泛、成本低、生产工艺也简单,实现了资源的高效综合利用。
具体实施方式
下面具体实施旨在进一步详细说明本发明内容,而不是限制权利要求的保护范围。
实施例1
一种用于固结铜矿尾砂胶固粉的制备化方法,所述的方法包括以下步骤:
(1)采用以下以质量百分比计的原料:水泥熟料10%、滑石粉7%、工业石膏20%、Na2SO43%、高温炉渣60%,将上述原料放入行星式球磨机中,间隔20min搅拌两次,每次搅拌25min,制得固结材料,其中,立式行星球磨机公转转速优选为300r/min,自转转速70r/min,球料比6:1。
(2)采用干基为5000g,胶固粉:尾砂(灰砂比)为1:6、1:8、1:10、1:16,浆体浓度为72%,使用的溶剂为自来水,称量好后置于铁桶中,使用机械搅拌机将其搅拌均匀,搅拌10min。然后将部分浆体用于进行扩展度试验,另一部分浇注在两条三联试模中。浇的模置于养护箱养护24h后经过刮模、脱模等步骤后最终获得70.7*70.7*70.7mm立方体试块。
(3)将制备的试块在20℃、95%的湿度环境下进行养护,然后对养护7天、28天的试块进行无侧限抗压强度测试。
实施例2
采用以下以质量百分比计的原料:水泥熟料10%、滑石粉12%、工业石膏20%、激发剂3%、高温炉渣55%,按照实施例1的方法进行胶固粉的制备和试块的制作,将制备的试块在20℃、95%的湿度环境下进行养护,然后对养护7天、28天的试块进行无侧限抗压强度测试。
实施例3
采用以下以质量百分比计的原料:水泥熟料10%、滑石粉5%、工业石膏17%、激发剂3%、高温炉渣65%,按照实施例1的方法进行胶固粉的制备和试块的制作,将制备的试块在20℃、95%的湿度环境下进行养护,然后对养护7天、28天的试块进行无侧限抗压强度测试。
对比实施例1
采用以下以质量百分比计的原料:水泥熟料15%、滑石粉0%、工业石膏17%、激发剂3%、高温炉渣65%,按照实施例1的方法进行胶固粉的制备和试块的制作,将制备的试块在20℃、95%的湿度环境下进行养护,然后对养护7天、28天的试块进行无侧限抗压强度测试。
对比实施例2
采用以下以质量百分比计的原料:水泥熟料27%、滑石粉5%、工业石膏0%、激发剂3%、高温炉渣65%,按照实施例1的方法进行胶固粉的制备和试块的制作,将制备的试块在20℃、95%的湿度环境下进行养护,然后对养护7天、28天的试块进行无侧限抗压强度测试。
对实施例1~3及对比实施例1~2制备得到的铜矿尾砂试块7天、28天无侧限抗压强度进行检验;本发明性能测试部分,每个实施例共3个平行试验,平均值为3个试块测试的平均值(参见公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E51-2009))。其检测结果如表1所示:
表1各种投料比制备得到试块的无侧限抗压强度测试:
由表1可以看出,本发明的胶固粉以水泥熟料、高炉炉渣、石粉、工业石膏等各组分之间协同作用明显,相互促进化学反应的发生,提高材料的固结性能。
上述实施例是说明本发明的原理和最佳实施例,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
Claims (9)
1.一种胶固粉,其特征在于:由以下质量百分比组分组成:
水泥熟料:5~20%;
石粉:5~18%;
工业石膏:15~25%;
激发剂:2~8%;
高温炉渣:45~65%。
2.根据权利要求1所述的一种胶固粉,其特征在于:由以下质量百分比组分组成:
水泥熟料:5~15%;
石粉:5~15%;
工业石膏:15~25%;
激发剂:2~6%;
高温炉渣:45~65%。
3.根据权利要求1或2所述的一种胶固粉,其特征在于:所述激发剂为Na2CO3、Na2SiO3·9H2O、Na2SO4、NaNO3中至少一种。
4.根据权利要求1或2所述的一种胶固粉,其特征在于:所述石粉为滑石粉。
5.权利要求1~4任一项所述的一种胶固粉的制备方法,其特征在于:将水泥熟料、石粉、工业石膏、激发剂及高温炉渣通过球磨,得到胶固粉。
6.根据权利要求5所述的一种胶固粉的制备方法,其特征在于:所述球磨条件为:公转转速为270~350r/min,自转转速60~80r/min,球料比5~7:1,每间隔10~20min搅拌2~5次,每次搅拌20~30min。
7.权利要求1~4任一项所述的一种胶固粉的应用,其特征在于:应用于铜矿尾砂固结。
8.根据权利要求7所述的一种胶固粉的应用,其特征在于:将铜矿尾砂与胶固粉及水搅拌均匀后,固结成型。
9.根据权利要求7所述的一种胶固粉的应用,其特征在于:铜矿尾砂与胶固粉及水按照:灰砂比为1:4~1:16,浆体质量百分比浓度为72~75%进行配料。
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