CN112608042A - 一种由水淬铜渣湿磨法制备超细铜尾砂填充胶凝材料的方法 - Google Patents
一种由水淬铜渣湿磨法制备超细铜尾砂填充胶凝材料的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种由水淬铜渣湿磨法制备超细铜尾砂填充胶凝材料的方法,水淬铜渣置于破碎机中,破碎至1‑10mm,再将其干法粉磨得到铜渣粉。取100份铜渣粉到混合罐,按照水料比2:1‑3:1加水,再加入质量为铜渣粉的0.1%‑0.5%缓凝剂,搅拌均匀,使之成为具有流动性的浆体,泵入立式搅拌机中,湿磨至铜渣中值粒径为2‑5μm,制得超细铜尾砂填充胶凝材料。该胶凝材料以1:8‑1:14的灰砂比、66%‑74%的质量浓度和超细铜尾矿进行搅拌制备得到超细铜尾砂充填材料,进行地下充填。本发明因地制宜、就地取材,以水淬铜渣为胶凝材料胶结铜尾矿,实现矿区的零排放,制备过程未使用化学激发剂和水泥,大幅度节约成本;该胶凝材料颗粒实现超细化,可以包裹更大量的超细尾砂,降低灰砂比和泌水率,提高强度。
Description
技术领域
本发明属于胶结充填技术领域,具体涉及一种由水淬铜渣湿磨法制备超细铜尾砂填充胶凝材料的方法。
背景技术
随着我国乃至全世界对金属铜的需求量日益增长,铜矿的开采强度有增无减。但是随着数千年来开采的持续进行,一方面,地表面铜矿日趋减少,这就导致铜矿的开采超细地下空间进行,而这就造成了大量的地下踩空区,威胁到地下采矿区和地表面的安全;而另一方面,高品位的铜矿已是稀缺资源,低品位的铜矿必然导致选矿工艺朝着超细化方面发展,而这会产生大量的超细铜尾矿,这些铜尾矿中重金属离子污染土地及地下水,造成大量农作物、鱼等死亡,还是潜在的“泥石流”重大灾害源。此外,值得关注的是,选出的铜矿经过冶炼后会产生金属单质铜和副产物水淬铜渣,水淬铜渣是熔融态炼铜炉渣在水淬池中经急冷粒化而成的玻璃质材料,颗粒略粗于普通砂。这些水淬铜渣的堆存也占用大量的土地资源,其中的重金属浸出也容易导致水体和土壤的污染。
全尾砂超细铜尾砂充填是绿色矿山建设的重要支撑技术之一,可以高效解决尾矿库和采空区生态安全问题。
CN03100286.2公开一种超细铜尾砂充填用的胶凝材料,是由含钙的非晶化和微晶化的材料、含碱和/或硫的激发材料、活性材料、骨料和调节剂组成的比表面积为(3000~7500)cm2/g的胶凝物料。其材料主要为矿渣,近年来,随着我国环保政策的深入落实,对钢铁和水泥企业压产降能,因此高活性矿渣排放量和水泥产能随之减少。受水泥产能影响,矿渣在建材和混凝土中应用也在增加,导致矿渣资源成本日趋提高,而在某些地区已经供不应求,因此高活性矿渣成为一种宝贵资源。矿渣基胶凝材料成本迅速提高,目前已接近普通硅酸盐42.5水泥。
CN101008315公开了一种煤矿采场超细铜尾砂自流充填工艺及其使用的超细铜尾砂,该方法充填工艺包括将水泥、粉煤灰搅拌混合后加水形成浆体,再加入煤研石形成煤研石悬浮超细铜尾砂,通过管道向井下充填区自流输送充填采场。其主要用水泥作胶结材料进行充填,成本较高。
水淬铜渣的化学成分以Fe2O3和SiO2为主,伴有少量的CaO、Al2O3和MgO。其矿物组成几乎全为玻璃,可相高可达99.3%,比高炉矿渣85%~90%的玻璃体含量还高,只有极少数结晶相(石英、长石),使得水淬铜渣具备了较强火山灰活性。因此要将其当胶凝材料使用时必须拌和水泥或其它激发剂才能使用。目前采用碱激发剂激发铜渣并掺加水泥作为充填胶凝材料,拌合全尾砂进行充填,专利号应为CN103043975B。这种方法对铜渣的细度要求不高,简单易推广,但也存在以下问题:上述方法水泥用量大,有的甚至由超过铜渣用量,并且使用碱激发剂,这就导致造价昂贵
发明内容
本发明的目的是为了解决上述技术问题,提供一种能对水淬铜渣材料进行活化,以较低能耗和成本激发“铜固废”的潜在活性;不用掺入激发剂和水泥,操作工艺简单,因地制宜,就地取材,节能环保,经济效益和社会效益好的由水淬铜渣湿磨法制备超细铜尾砂填充胶凝材料的方法。
本发明为解决现存问题采用的技术方案如下:
1)水淬铜渣置于破碎机中破碎,待破碎至1-10mm后,再将其干法粉磨至20-120μm。
2)取100份的铜渣粉到混合罐,按照水料比2:1-3:1加水,再加入质量为铜渣粉的0.1%-0.5%缓凝剂中搅拌均匀,使之成为具有流动性的浆体;
所述缓凝剂为缓凝剂为硼砂或硼酸缓凝剂、多羟基碳水化合物缓凝剂、木质素磺酸盐类缓凝剂、羟基羧酸盐类和无机盐缓凝剂;
3)步骤2)的浆体搅拌均匀后泵入立式球磨机中,湿法研磨至粒径2-5μm,制得超细铜尾砂填充胶凝材料。
其中,步骤1)中所用水淬铜渣为已经除去金属杂质的水淬铜渣。
其中,步骤3)中所用立式球磨机转速为30-60r/s。
本发明水淬铜渣为原料,解决了现有充填方案价格昂贵,铜渣利废率低等问题;在加水湿磨,对材料进行活化。本发明操作工艺简单,能以较低的成本激发“铜固废”的潜在活性,不用掺入激发剂和水泥,操作工艺简单,原材料简单易得,节约成本,保护环境,经济效益和社会效益好。
附图说明
图1是一种由水淬铜渣湿磨法制备超细铜尾砂填充胶凝材料的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市售购买获得的常规产品。
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本发明水淬铜渣为原料,湿磨主要是针对铜渣粉作为胶凝材料掺入骨料时,经调水拌合,铜渣粉表面形成的致密酸性薄膜层阻止了其内部物质与水结合,参与水化反应而进行活化改进。置于破碎机中,破碎至1-10mm,再将其干法粉磨至20-120μm。
取经粉碎后的铜渣粉,投入到混合罐中,按照水料比2:1-3:1加水,加缓凝剂,搅拌均匀,使之成为具有流动性的浆体,将上层漂浮杂质去除。
所用缓凝剂为缓凝剂为硼砂或硼酸缓凝剂、多羟基碳水化合物缓凝剂、木质素磺酸盐类缓凝剂、羟基羧酸盐类和无机盐缓凝剂的一种。
浆体搅拌均匀后泵入立式球磨机中,湿法研磨至粒径2-5μm。立式球磨机转速为30-60r/s。
本发明采用机械活化对铜固废胶凝材料进行处理所述机械活化是指湿磨过程中的磨细作用,使粒子的粒径更小,粒径分布更均匀。
具体机理:
(1)细度,湿磨使水淬铜渣粒度得到优化。研磨细度越高,连接度越大,颗粒分布更均匀,粒度更细,增大了水淬铜渣颗粒之间的接触面积,从而提高了力学性能。
(2)颗粒中离子(Ca、Al、Si)的溶解和溶液的pH值,湿磨引起的离子碱度/溶出量的增加,促进了水淬铜渣颗粒的溶解,形成Si4+、Al3+和Ca2+,然后反应沉淀,形成更致密的结构;铜渣颗粒表面层的溶解导致了较高的pH值,有利于形成硅酸钙水化,有效地加快了水化反应速率。
有益效果:
湿磨对水淬铜渣颗粒的水化有利,在不进行化学活化的情况下,经湿磨处理后的水淬铜渣可以包裹更大量的超细尾砂。
下面用具体实施例详述本发明。实施例中的采用的水淬铜渣、铜矿全尾砂均为实验室采购;水为自来水;所用的缓凝剂为为硼砂或硼酸缓凝剂、多羟基碳水化合物缓凝剂、木质素磺酸盐类缓凝剂、羟基羧酸盐类和无机盐缓凝剂中的一种,市售。
实施例1、
1)水淬铜渣置于破碎机中破碎,待破碎至1-10mm后,再将其干法粉磨至20-120μm。
2)取经粉碎后的质量分为100份的铜渣粉、按照水料比3:1加水,掺入质量为铜渣粉的0.5%硼砂缓凝剂,使用电动搅拌器搅拌,使之成为具有流动性的浆体;
3)步骤2)的浆体搅拌均匀后泵入立式球磨机中,转速为30-60r/s湿法研磨,制得浆状超细铜尾砂充填胶凝材料。
取本实施例制备的浆状水泥掺合料样品,使用激光粒度仪检测其粒度,其d0.5在2-5μm以内。
将本实施例制备的浆状超细铜尾砂充填胶凝材料与全尾砂混合加水,测定其强度。
配比1(质量浓度66%,胶凝材料:全尾砂:水=1:8:4.636)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g,全尾砂800g、水163.6g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g中固含为100g,水为300g。
配比2(质量浓度78%,胶凝材料:全尾砂:水=1:8:4.235)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g,全尾砂800g、水123.5g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g中固含为100g,水为300g。
配比3(质量浓度70%,胶凝材料:全尾砂:水=1:8:3.875)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g,全尾砂800g、水87.5g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g中固含为100g,水为300g。
配比4(质量浓度72%,胶凝材料:全尾砂:水=1:8:3.500)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g,全尾砂800g、水50g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g中固含为100g,水为300g。
配比5(质量浓度74%,胶凝材料:全尾砂:水=1:8:3.162)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g,全尾砂800g、水16.2g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g中固含为100g,水为300g。
配比6(质量浓度66%,胶凝材料:全尾砂:水=1:10:5.667)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g,全尾砂1000g、水266.7g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g中固含为100g,水为300g。
配比7(质量浓度68%,胶凝材料:全尾砂:水=1:10:5.176)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g,全尾砂800g、水217.6g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g中固含为100g,水为300g。
配比8(质量浓度70%,胶凝材料:全尾砂:水=1:10:4.714)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g,全尾砂1000g、水117.4g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g中固含为100g,水为300g。
配比9(质量浓度72%,胶凝材料:全尾砂:水=1:10:4.278)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g,全尾砂1000g、水127.8g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g中固含为100g,水为300g。
配比10(质量浓度74%,胶凝材料:全尾砂:水=1:10:3.865)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g,全尾砂1000g、水86.5g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料400g中固含为100g,水为300g。
不参加激发剂、不使用水泥,大大降低了制造成本,同时也处理掉工业固体废弃物。
其各项性能见表1
表1
实施例2、同实施例1,不同的是
2)取经粉碎后的质量分为100份的铜渣粉、按照水料比2:1加水,掺入质量为铜渣粉的0.5%硼砂缓凝剂,使用电动搅拌器搅拌,使之成为具有流动性的浆体;
取本实施例制备的浆状水泥掺合料样品,使用激光粒度仪检测其粒度,其d0.5在2-5μm以内。
配比11(质量浓度66%,胶凝材料:全尾砂:水=1:12:6.700)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g,全尾砂1200g、水470.0g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g中固含为100g,水为200g。
配比12(质量浓度68%,胶凝材料:全尾砂:水=1:12:6.118)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g,全尾砂1200g、水411.8g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g中固含为100g,水为200g。
配比13(质量浓度70%,胶凝材料:全尾砂:水=1:12:5.571)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g,全尾砂1200g、水357.1g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g中固含为100g,水为200g。
配比14(质量浓度72%,胶凝材料:全尾砂:水=1:5:5.056)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g,全尾砂1200g、水305.6g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g中固含为100g,水为200g。
配比15(质量浓度74%,胶凝材料:全尾砂:水=1:5:4.568)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g,全尾砂1200g、水256.8g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g中固含为100g,水为200g。
配比16(质量浓度66%,胶凝材料:全尾砂:水=1:5:7.727)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g,全尾砂1400g、水572.7g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g中固含为100g,水为200g。
配比17(质量浓度68%,胶凝材料:全尾砂:水=1:5:7.059)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g,全尾砂1400g、水505.9g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g中固含为100g,水为200g。
配比18(质量浓度70%,胶凝材料:全尾砂:水=1:5:6.429如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g,全尾砂1400g、水424.9g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g中固含为100g,水为200g。
配比19(质量浓度72%,胶凝材料:全尾砂:水=1:5.833)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g,全尾砂1400g、水383.3g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g中固含为100g,水为200g。
配比20(质量浓度74%,胶凝材料:全尾砂:水=1:5:5.270)如下浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g,全尾砂1400g、水327.0g。其中浆状超细铜尾砂充填胶凝材料300g中固含为100g,水为200g。
不参加激发剂、不使用水泥,大大降低了制造成本,同时也处理掉工业固体废弃物。
其各项性能见表2
表2
各个配比的各项性能,均分别满足地下充填不同情况下的充填要求,而且不参加激发剂、不使用水泥,大大降低了制造成本,同时也处理掉工业固体废弃物。
如无具体说明,本发明的各种原料均可以通过市售得到;或根据本领域的常规方法制备得到。除非另有定义或说明,本文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术熟练人员所熟悉的意义相同。此外任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。
本发明的其他方面由于本文的公开内容,对本领域的技术人员而言是显而易见的。
上述具体实施例,进一步阐述本发明,应理解。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,通常按照国家标准测定。若没有相应的国家标准,则按照通用的国际标准、常规条件、或按照制造厂商所建议的条件进行。除非另外说明,否则所有的份数为重量份,所有的百分比为重量百分比。
Claims (3)
1.一种由水淬铜渣湿磨法制备超细铜尾砂填充胶凝材料的方法,其特征在于:具体步骤如下:
1)水淬铜渣置于破碎机中破碎,待破碎至1-10mm后,再将其放置在球磨机中干法粉磨至20-120μm;
2)取100份的铜渣粉到混合罐,按照水料比2:1-3:1加水,再加入质量为铜渣粉的0.1%-0.5%缓凝剂中搅拌均匀,使之成为具有流动性的浆体;
所述缓凝剂为硼砂或硼酸缓凝剂、多羟基碳水化合物缓凝剂、木质素磺酸盐类缓凝剂、羟基羧酸盐类和无机盐缓凝剂中的一种;
3)将步骤2)的浆体搅拌均匀后泵入立式球磨机中,湿法研磨至铜渣中值粒径为2-5μm,制得超细铜尾砂填充胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的由水淬铜渣湿磨法制备超细铜尾砂填充胶凝材料的方法,其特征在于:步骤1)中所用水淬铜渣为已经除去金属杂质的水淬铜渣。
3.根据权利要求1所述的由水淬铜渣湿磨法制备超细铜尾砂填充胶凝材料的方法,其特征在于:步骤3)中所用立式球磨机转速为30-60r/s。
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