CN112479617A - 一种高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂及其生产工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂及其生产工艺，涉及化工材料技术领域，所述高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂组分包括矿渣微粉、磨细粉煤灰、碳酸钠，聚羧酸减水剂(固含40％)；高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂主要用于高硫尾矿充填时，通过与水泥一起加入或者提前加在水泥里面，从而改善充填体的性能，主要是提高充填体的强度并保持强度的稳定性，同时可以降低高硫尾矿的充填成本。

Description

一种高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂及其生产工艺
技术领域
本发明涉及化工材料技术领域，尤其涉及一种高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂及其生产工艺。
背景技术
使用普通水泥对高硫尾矿进行井下胶结充填时，由于尾矿的含硫量较高，一般会造成充填体早期强度较高，后期强度衰减，甚至充填体裂开等问题。针对这一问题，发明了一种在普通水泥里面加入外加剂，通过调节水泥的水化时间和控制水泥的水化速度，实现充填体的强度持续增长的目的，保证井下的安全。
目前高硫尾矿充填使用的胶凝材料基本以普通硅酸盐水泥为主，其配置的外加剂主要是为了提高水泥的强度，并不能从根本上解决普通硅酸盐水泥用于在固结高硫尾砂时，由于尾砂中的硫化物在碱性环境下逐渐氧化为SO42-,而硫酸盐会与水泥水化产物反应，形成钙钒石(AFt)，造成固相体积增大，导致充填体膨胀，强度衰减的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂及其生产工艺，以解决上述技术问题。
本发明为解决上述技术问题，采用以下技术方案来实现：一种高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂及其生产工艺，其特征在于：所述高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂组分包括矿渣微粉、磨细粉煤灰、碳酸钠，聚羧酸减水剂(固含40％)。
本发明优选的：所述一种高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂具体的组分配比如下：矿渣微粉50-60％；磨细粉煤灰30-40％；碳酸钠5-7％，聚羧酸减水剂3-5％。总量占充填胶凝材料的15-20％。
本发明优选的：所述高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂的生产工艺步骤如下：
步骤一：矿渣微粉的制备，首先将矿渣进行烘干，然后采用SM-500型试验小球磨机将矿渣粉磨，粉磨后的微粉进行干式分级，最后成品的细度要求比表面积≥450m2/kg。
步骤二：粉煤灰细粉的制备，采用SM-500型试验小球磨机将粉煤灰粉磨，粉磨后的微粉进行干式分级，最后成品的细度要求比表面积≥500m2/kg。
步骤三：将磨细后的矿渣微粉、粉煤灰与碳酸钠和聚羧酸减水剂按照设定配比一起放进一台三维混合机进行混合，通过控制混合时间保证混合的均匀性。混匀后最终制得外加剂成品。
步骤四：将20％外加剂成品与80％的普通硅酸盐水泥进行混合，最终制得新型高硫尾矿的充填胶凝材料。
本发明优选的：步骤一中所述的烘干水分要求≤1.0％，且控制矿渣微粉的活性指数达到S95以上。
本发明优选的：步骤二中所述的粉煤灰的制备控制矿渣粉煤灰的活性指数达到S75级以上。
本发明的有益效果是：高硫尾矿充填胶凝材料专用外加剂主要用于高硫尾矿充填时，通过与水泥一起加入或者提前加在水泥里面，从而改善充填体的性能，主要是提高充填体的强度并保持强度的稳定性，同时可以降低高硫尾矿的充填成本。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1：
尾矿来源：铜陵有色冬瓜山铜尾矿。该铜矿与硫伴生，虽然通过选铜和选硫处理，但尾矿中的含硫量依旧很高。通过取样并对尾矿进行成分分析，见表1。
表1冬瓜山铜尾矿成分分析
编号 MgO CaO Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> SiO<sub>2</sub> 全S 单体S S<sup>2-</sup>中S SO<sub>4</sub><sup>2-</sup>中S
01 5.09 16.33 5.76 22.09 37.07 7.48 0.042 7.60 0.45
02 5.79 12.58 6.40 23.09 40.21 7.24 0.050 6.94 0.22
03 5.42 14.19 6.52 21.27 39.95 6.46 0.050 6.90 0.55
04 4.61 14.57 7.31 19.03 41.29 6.02 0.051 5.96 0.48
05 5.39 14.53 6.98 19.06 41.62 6.44 0.052 6.17 0.59
从成分分析结果可以看出，该铜尾矿的全硫平均为6.728％，最高为7.60％，最低为5.96％，含硫量已经超过充填体允许含硫量的2倍左右，属于高硫尾矿。
高硫尾矿充填胶凝材料专用外加剂：矿渣微粉50％、磨细粉煤灰40％、碳酸钠7％，聚羧酸减水剂3％，混合均匀。
充填胶凝材料：普通硅酸盐水泥，P.O42.5级，生产厂家：中建材宜良水泥有限公司。
加入外加剂的充填胶凝材料(新型胶凝材料)：P.O42.5级普通硅酸盐水泥80％，外加剂20％，混合均匀。
将铜陵有色冬瓜山铜矿高硫铜尾矿按照不同的灰砂比和充填浓度，与普通的P.O42.5级硅酸盐水泥进行了强度对比实验，具体实验结果表2所示：
表2冬瓜山高硫铜尾矿充填强度结果对比
Figure BDA0002844536130000031
从表2的对比实验可以看出，在灰砂比和充填料浆浓度一致的条件下，新型充填胶凝材料无论是3d、7d、28d和60d的强度均远远高于普通的P.O42.5级硅酸盐水泥，同时由于高硫尾矿硫化物的侵蚀影响，水泥胶结充填体的后期强度有明显衰减现象，影响充填体强度的长期稳定性，而添加外加剂后的胶凝材料的充填强度后期还出现缓慢增长趋势。
实施例2：
尾矿来源：云南铜业集团东川铜尾矿。通过取样并对尾矿进行成分分析，见表3。
表3东川铜尾矿成分分析
编号 MgO CaO Al2O3 Fe2O3 SiO2 全S 单体S S2-中S SO42-中S
01 2.08 19.22 4.15 16.31 44.37 9.72 0.055 8.97 0.67
02 2.19 18.67 4.34 15.21 46.25 9.24 0.053 8.21 0.92
从成分分析结果可以看出，该铜尾矿的全硫平均为9.48％，含硫量已经超过充填体允许含硫量的3倍左右，属于高硫尾矿。
高硫尾矿充填胶凝材料专用外加剂：矿渣微粉58％、磨细粉煤灰32％、碳酸钠7％，聚羧酸减水剂4％，混合均匀。
充填胶凝材料：普通硅酸盐水泥，P.O42.5级，生产厂家：安徽海螺水泥有限公司。
加入外加剂的充填胶凝材料(新型胶凝材料)：P.O42.5级普通硅酸盐水泥80％，外加剂20％，混合均匀。
将云铜集团东川铜矿高硫铜尾矿按照不同的灰砂比和充填浓度，与普通的P.O42.5级硅酸盐水泥进行了强度对比实验，具体实验结果表4所示：
表4东川高硫铜尾矿充填强度结果对比
Figure BDA0002844536130000041
从表4的对比实验可以看出，在灰砂比和充填料浆浓度一致的条件下，新型充填胶凝材料无论是3d、7d、28d和60d的强度均远远高于普通的P.O42.5级硅酸盐水泥，同时由于高硫尾矿硫化物的侵蚀影响，水泥胶结充填体的后期强度有明显衰减现象，影响充填体强度的长期稳定性而添加外加剂后的胶凝材料的充填强度后期还出现缓慢增长趋势。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，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。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂及其生产工艺，其特征在于：所述高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂组分包括矿渣微粉、磨细粉煤灰、碳酸钠，聚羧酸减水剂(固含40％)。
2.根据权利要求1所述的一种高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂及其生产工艺，其特征在于：所述一种高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂具体的组分配比如下：矿渣微粉50-60％；磨细粉煤灰30-40％；碳酸钠5-7％，聚羧酸减水剂3-5％。总量占充填胶凝材料的15-20％。
3.根据权利要求1所述的一种高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂及其生产工艺，其特征在于：所述高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂的生产工艺步骤如下：
步骤一：矿渣微粉的制备，首先将矿渣进行烘干，然后采用SM-500型试验小球磨机将矿渣粉磨，粉磨后的微粉进行干式分级，最后成品的细度要求比表面积≥450m2/kg。
步骤二：粉煤灰细粉的制备，采用SM-500型试验小球磨机将粉煤灰粉磨，粉磨后的微粉进行干式分级，最后成品的细度要求比表面积≥500m2/kg。
步骤三：将磨细后的矿渣微粉、粉煤灰与碳酸钠和聚羧酸减水剂按照设定配比一起放进一台三维混合机进行混合，通过控制混合时间保证混合的均匀性。混匀后最终制得外加剂成品。
步骤四：将20％外加剂成品与80％的普通硅酸盐水泥进行混合，最终制得新型高硫尾矿的充填胶凝材料。
4.根据权利要求3所述的一种高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂及其生产工艺，其特征在于：步骤一中所述的烘干水分要求≤1.0％，且控制矿渣微粉的活性指数达到S95以上。
5.根据权利要求3所述的一种高硫尾矿充填胶凝材料用外加剂及其生产工艺，其特征在于：步骤二中所述的粉煤灰的制备控制矿渣粉煤灰的活性指数达到S75级以上。
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