CN113998938A - 一种矿山尾砂充填添加剂、充填料 - Google Patents

一种矿山尾砂充填添加剂、充填料 Download PDF

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Abstract

本发明的一种矿山尾砂充填添加剂、充填料,属于矿山充填技术领域;本发明中所述充填添加剂中包括矿渣粉、水泥、钙粉、粉煤灰和钢渣粉,添加剂中矿渣粉的质量份为60~65份,水泥的质量份为5~8份,钙粉的质量份为2~5份;粉煤灰的质量份为5~15份,钢渣粉的质量份为3~8份,所述矿渣粉中包括有玻璃体,所述玻璃体含量不少于60%,该含量是将矿渣磨细至比表面积400kg/m2以上后,上述添加剂可以有效改善充填料产品充填性能。

Description

一种矿山尾砂充填添加剂、充填料
本发明专利申请是针对申请号为:2021102708838,分案申请,原申请的申请日为:2021 年3月12日,发明创造名称为:一种矿山尾砂充填添加剂及其制备方法、充填料、充填料浆及其制备、使用方法。
技术领域
本发明属于矿山回填技术领域,更具体地说,涉及一种矿山尾砂充填添加剂、充填料。
背景技术
矿山充填技术是为满足矿业开发的需要而逐步发展起来的。选矿尾砂已经成为矿山采空区充填的首选材料。尾砂充填技术较为先进,在20世纪六、七十年代开始应用,不仅可以解决矿山充填材料的来源问题,更重要的是避免矿山工业废料造成的环境污染和占用耕地,具有较明显的经济效益和社会效益。
胶结充填的主要缺点是充填成本过高,胶结充填材料成本中,水泥费用占将近60~80%,因此降低胶结充填成本的一个重要途径就是寻找水泥替代品,以降低水泥消耗。国内外的研究和应用实践表明,冶炼厂水淬渣、火力发电厂粉煤灰、铝厂赤泥等都是性能良好的水泥替代品。近年来钢铁厂生产工序中产出的高炉水淬渣、钢渣产生量大,但利用率低的问题日益突出,许多科研院校及企业不断研究和探索其作为矿山充填材料胶凝原料的机理和性能,逐步开发出一种利用钢渣微粉与高炉渣粉相结合,以水泥熟料等原料为化学激发剂的全尾砂新型胶结充填材料。采用高炉水淬渣和钢渣作混合材生产钢渣胶凝材料是实现这一工业废渣资源化和高值化的重要途经之一。
虽然上述的矿渣是较好的绿色胶凝材料,作为胶结剂形成胶结充填体具有较高的抗压强度,已被业界熟悉和认可。但是很多矿渣中,大量如硅、铝一类的活性成分被封闭在玻璃体中,各种矿渣的活性成分难以被有效激发,使其对后续充填料的增强作用还是较为有限,因此如何促进这些成分水化释放有效成分是目前胶凝材料亟需解决的技术问题。正是上述的技术问题,也限制了目前胶凝材料对充填料提升强度的促进作用,导致目前的胶凝材料中仍然要是用大量水泥以保证充填料后期的强度,这就限制了充填料成本的降低。
经检索,公开号为CN110054423A的专利公开了一种用于超细铁尾矿砂的低收缩早强型矿山充填胶凝材料,该专利公开的矿山充填胶凝材料包括如下技术特征,胶凝材料组成按重量百分比计分别为:矿渣粉50~90wt%,水泥熟料5~25wt%,钢渣粉1~30wt%,石膏0~ 15wt%,碱性激发剂0.5~10wt%,早强剂0~10wt%,抗裂材料0.1~10wt%,悬浮剂0.5~10wt%;钢渣粉为比表面积至少500m2/kg的转炉钢渣;早强剂为氯化钠、甲酸钙和硫酸钠按质量比3:1:1混合而成;述矿渣粉为将粒化高炉矿渣淬冷、烘干、破碎粉磨而成的矿渣微粉;本专利所公开的方案中在一定程度上可以提高现有技术中矿渣基充填材料在料浆低浓度充填条件下的收缩大、凝结时间长、早期强度低的技术问题,但是其充填料后期的强度仍然难以得到有效的保证。
发明内容
针对现有技术中矿山充填添加剂对充填料性能提升有限的技术问题,提供了一种矿山尾砂充填添加剂,通过控制添加剂中高炉水淬渣理化性质,使得添加剂提高充填料强度,在保证充填料质量的前提下减少水泥使用量,降低矿山充填料生产成本;
另外针对现有技术中矿山充填添加剂制备过程中各组分之间不易充分接触,导致添加剂对充填料性能提升有限的技术问题,提供了一种矿山尾砂充填添加剂的制备方法,通过结合本发明中的一种矿山尾砂充填添加剂,且混合过程中动态、静态混合过程的配合,解决添加剂制备过程中各组分之间不易充分接触的技术问题;
另外针对现有技术中矿山充填料性能有限的技术问题,提供了一种矿山尾砂充填料,通过使用本发明中的矿山充填添加剂,有利于充填料活性成分的释放,解决矿山充填料性能有限的技术问题。
为了解决上述问题,本发明所采用的技术方案如下:
本发明的一种矿山尾砂充填添加剂,所述充填添加剂中包括矿渣粉,该矿渣粉中包括有玻璃体,所述玻璃体含量不少于60%;所述矿渣粉中含有铁氧化物,矿渣粉中TFe含量为A,矿渣粉中Fe3+含量为B,α=(B/A)*100%,所述α≤50%。
优选地,所述矿渣粉中含有钙氧化物和硅氧化物,其中钙氧化物在矿渣粉中的质量百分数不少于10%,硅氧化物在矿渣粉中的质量百分数也不少于10%。
本发明的一种基于优化高炉水淬渣比表面积的矿山尾砂充填添加剂,包括高炉水渣,将所述高炉水渣进行细磨制得高炉水渣粉,所述细磨后的高炉水渣粉的比表面积不小于 400m2/kg。
优选地,所述高炉水淬渣的比表面积为440~460m2/kg。
本发明基于粉煤灰比表面积优化的矿山尾砂充填添加剂,所述添加剂中包括粉煤灰,粉煤灰的比表面积不小于300m2/kg。
优选地,所述粉煤灰的比表面积为350~400m2/kg。
本发明的一种基于钢渣粉加入量调控的性能优化矿山尾砂充填添加剂,包括矿渣粉、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉,所述α≤50%;添加剂中矿渣粉的质量份为60~65份,水泥的质量份为5~8份,钙粉的质量份为2~5份;粉煤灰的质量份为5~15份,钢渣粉的质量份为 3~8份。
本发明的一种结合尾砂和添加剂配比调控充填料,包括尾砂和充填添加剂,所述充填添加剂为上述的充填添加剂,充填添加剂和尾砂的配比为1:(8~12)。
本发明的一种基于尾砂的比表面积优化的矿山尾砂充填料,包括尾砂和充填添加剂,所述充填添加剂为上述的充填添加剂,粒径小于0.075mm的尾砂质量占所添加尾砂总量的70%以上。
本发明的一种矿山充填料浆,包括充填料和水,所述充填料为上述的矿山充填料,所述充填料浆中水含量占充填料浆总量的28%~40%。
本发明的一种矿山尾砂充填添加剂,所述充填添加剂中包括矿渣粉,所述矿渣粉中包括有玻璃体,所述玻璃体含量不少于60%;且矿渣粉中含有钙氧化物和硅氧化物,其中钙氧化物在矿渣粉中的质量百分数不少于10%,硅氧化物在矿渣粉中的质量百分数也不少于10%;所述矿渣粉中含有铁氧化物,矿渣粉中TFe含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,α=(B/ A)*100%,所述α≤50%。
优选地,所述矿渣粉中玻璃体的含量不少于75%,该含量是将矿渣磨细至比表面积 400kg/m2以上后,按GB/T18046-2008附录C测定得到的玻璃体含量。
优选地,所述矿渣粉中玻璃体的含量不少于80%。
优选地,所述矿渣粉中玻璃体的含量不少于90%。
优选地,所述矿渣粉中最大粒度不超过55mm。
优选地,所述矿渣粉中粒度大于8mm的矿渣粉质量分数不超过矿渣粉总量的15%。进一步优选,所述矿渣粉中粒度大于8mm的矿渣粉质量分数不超过矿渣粉总量的5%。
优选地,所述矿渣粉中的成分满足以下关系:
D=(N硅氧化物+X)/(N钙氧化物+Y)≤0.9
其中,N硅氧化物为矿渣粉中硅氧化物的质量占比,N钙氧化物为矿渣粉中钙氧化物的质量占比, X为矿渣粉中钛氧化物和锰氧化物质量占比总和,Y为矿渣粉中镁氧化物和铝氧化物质量占比总和。
优选地,所述α≤35%;进一步优选,所述α≤15%;或者,所述α≤10%;或者,所述α≤5%。通过控制矿渣粉中Fe3+含量,调节充填添加剂的性能,进而调节充填料的性能。
优选地,所述矿渣粉为高炉水渣粉,且所述高炉水渣是在渣浆出炉时将水冲向热熔渣浆,热熔渣浆经淬水生成的高炉水渣。
优选地,对热熔渣浆进行水淬的过程中,水温不超过55℃。当然,可以进一步控制水温不超过50℃,不超过45℃,不超过40℃,不超过30℃,不超过20℃;但是,谁
优选地,将所述高炉水渣进行细磨制得高炉水渣粉,所述细磨后的高炉水渣粉的比表面积不小于400m2/kg。进一步优选地,所述高炉水淬渣的比表面积为440~460m2/kg,从而可以显著地改善高炉水淬渣的反应活性,使得高炉水淬渣在添加剂中发挥最好的效果,进而提高充填添加剂的性能。与此同时,在控制高炉水淬渣比表面积为440~460m2/kg,同时控制高炉水淬渣Fe3+含量,可以达到更优的效果。
优选地,将所述高炉水渣进行细磨制得高炉水渣粉,所述细磨后的高炉水渣粉中,粒径小于5mm的高炉水渣粉质量占所添加高炉水渣粉总质量的90%以上。且进一步优选,所述矿渣粉中粒度大于8mm的矿渣粉质量分数不超过矿渣粉总量的5%。
优选地,所述添加剂中还包括水泥。且所述水泥为硅酸盐水泥。
优选地,所述水泥为粉状,粉状水泥中,粒径大于0.075mm的水泥含量占添加水泥总量的5%以下。
优选地,所述添加剂中还包括含钙助剂,所述含钙助剂为含有钙元素的化合物。
优选地,所述含钙助剂包括硫酸钙。
优选地,所述添加剂中还包括粉煤灰。
优选地,加入至添加剂中的粉煤灰中,粉煤灰的比表面积不小于300m2/kg。进一步地,所述粉煤灰的比表面积为350~400m2/kg。
优选地,所述添加剂中还含有钢渣粉。
优选地,所述添加剂中还包括硫酸钠和/或甲酸钙和/或六偏磷酸钠。
本发明的一种矿山尾砂充填添加剂,包括矿渣粉、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉,所述矿渣粉中TFe含量为A,矿渣粉中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%,所述α≤50%;添加剂中矿渣粉的质量份为60~65份,水泥的质量份为5~8份,钙粉的质量份为2~5份;粉煤灰的质量份为5~15份,钢渣粉的质量份为3~8份。
优选地,所述添加剂中还包括硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠,所述硫酸钠的质量份为1~2 份,甲酸钙的质量份为0.5~0.8份,六偏磷酸钠的质量份为0.2~0.5份。
优选地,所述充填添加剂中还包括钢渣,所述钢渣的添加质量份为G,高炉水淬渣的添加质量份为L,所述钢渣的添加量与高炉水淬渣的添加量满足以下关系:
G=L/[70*(k+0.03*α2)+0.8]
其中k的取值范围为0.09~0.3。
本发明的一种矿山充填料,包括尾砂和充填添加剂,所述充填添加剂为本发明中的充填添加剂。
优选地,所述尾砂中,粒径小于0.075mm的尾砂质量占所添加尾砂总量的70%以上。
本发明的一种矿山充填料浆,包括充填料和水,所述充填料为本发明中的矿山充填料,所述充填料浆中水含量占充填料浆总量的28%~40%。
本发明的一种矿山尾砂充填添加剂的制备方法,所述充填添加剂为本发明中的充填添加剂,将矿渣粉、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉进行混合,使得各组分之间进行动态接触;动态接触后使得各组分之间进行静态接触。
优选地,所述动态接触时间不少于2min,静态接触时间不少于20min。
本发明的一种矿山充填料的制备方法,将充填添加剂与尾砂按照1:(8~12)的比例进行混合,并且加入充填料(含水)总质量28%~40%的水混匀,制得矿山充填料,其中充填添加剂为本发明的充填添加剂。
本发明的一种矿山充填料的使用方法,将充填料充填至开采过矿石的矿坑中,所述充填料中包括有充填添加剂,所述充填添加剂为本发明的充填添加剂。
本发明的一种矿山尾砂充填添加剂原料的选择方法,所述矿山尾砂充填添加剂本发明中的充填添加剂,其原料中包括矿渣粉,在选择矿渣粉的时候,取待选择矿渣粉作为样品,通过滴定的方式测量矿渣粉中Fe3+含量,所述矿渣粉中TFe含量为A,测量矿渣粉中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%,选用α≤50%的矿渣粉作为矿山尾砂充填添加剂的原料。
本发明的一种矿山尾砂充填添加剂,所述充填添加剂中包括矿渣粉,所述矿渣粉的微观结构中包括有玻璃体,且矿渣粉中含有钙氧化物和硅氧化物,其中钙氧化物在矿渣粉中的质量百分数不少于10%,硅氧化物在矿渣粉中的质量百分数也不少于10%;所述矿渣粉中含有铁氧化物,矿渣粉中TFe含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,α=(B/A)*100%,所述α≤50%,由于后期充填添加剂会与尾砂共同混合形成充填料,通过矿渣粉中微观结构、组分与Fe3+含量的控制,保证后期充填料中活性成分的释放,以提高充填料性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
下文对本发明的示例性实施例进行详细描述,尽管这些示例性实施例被充分详细地描述以使得本领域技术人员能够实施本发明,但应当理解可实现其他实施例且可在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明作各种改变。下文对本发明的实施例的更详细的描述并不用于限制所要求的本发明的范围,而仅仅为了进行举例说明且不限制对本发明的特点和特征的描述,以提出执行本发明的最佳方式,并足以使得本领域技术人员能够实施本发明。因此,本发明的范围仅由所附权利要求来限定。
本发明的一种矿山尾砂充填添加剂:包括矿渣粉、水泥、含钙助剂、粉煤灰、钢渣粉、硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠,其中矿渣粉为高炉水淬渣粉(即高炉水渣粉),所述高炉水渣是在渣浆出炉时将水冲向热熔渣浆,热熔渣浆经淬水生成的高炉水渣;对热熔渣浆进行水淬的过程中,水温不超过55℃,其对高炉水渣中高炉水淬渣中Fe3+含量的控制具有好处;添加剂中高炉水淬渣粉的质量份为60~65份,水泥的质量份为5~8份,钙粉的质量份为2~5份;粉煤灰的质量份为5~15份,钢渣的质量份为3~8份,所述硫酸钠的质量份为1~2份,甲酸钙的质量份为0.5~0.8份,六偏磷酸钠的质量份为0.2~0.5份。
所述充填添加剂中包括矿渣粉,所述矿渣粉的微观结构中包括有玻璃体,且矿渣粉中含有钙氧化物和硅氧化物,其中钙氧化物在矿渣粉中的质量百分数不少于10%,本发明优选的方案中,钙氧化物在矿渣粉中的质量百分数可以不少于10%,例如可以为20%,可以为30%,可以为40%,可以为50%,可以为55%,可以为60%,可以为65%,可以为70%,可以为 75%,可以为80%;硅氧化物在矿渣粉中的质量百分数也不少于10%,本发明优选的方案中,硅氧化物在矿渣粉中的质量百分数不少于10%,例如为20%,为30%,为40%,为50%,为 55%,为60%,为65%,为70%,为75%,为80%,为85%;所述矿渣粉中含有铁氧化物;所述高炉水淬渣中Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%,所述α≤X%,具体实际生产过程中,在实际高炉水淬渣原料的选择过程中,使用前通过滴定的方式检测原料中高炉水淬渣Fe3+含量情况。另外高炉水淬渣原料在高炉产出的过程中,高炉渣水淬所使用的冷却水水温不超过55℃,比如可以为50℃,为45℃,为40℃,为30℃,为 20℃,但是如果高于55℃,最终充填料测试的各龄期抗压强度均出现明显下降。高炉水淬渣作为原料堆放时间不超过72h;另外,所述高炉水淬渣的比表面积不小于300m2/kg,优选地所述高炉水淬渣的比表面积为440~460m2/kg;所述高炉水淬渣中,粒径小于5mm的高炉水淬渣质量占所添加高炉水淬渣总质量的90%以上,例如可以为92%或者95%,但是如果低于90%,最终充填料的28天以及60的抗压强度出现明显下降。
所述矿渣粉(高炉水淬渣)中玻璃体的含量不少于60%,本发明优选的方案中,所述矿渣粉中玻璃体的含量可以不少于75%,例如可以为80%,可以为85%,可以为90%;矿渣粉中玻璃体含量是将矿渣磨细至比表面积400kg/m2以上后,按GB/T18046-2008附录C测定得到的玻璃体含量;并且所述矿渣粉中最大粒度不超过55mm,本发明优选的方案中,所述矿渣粉中最大粒度可以不超过55mm,例如可以为50mm,可以为45mm,可以为40mm,可以为35mm,可以为30mm;所述矿渣粉中粒度大于8mm的矿渣粉质量分数不超过矿渣粉总量的15%;并且所述矿渣粉中的成分满足以下关系:
D=(N硅氧化物+X)/(N钙氧化物+Y)≤0.9
其中,N硅氧化物为矿渣粉中硅氧化物的质量占比,N钙氧化物为矿渣粉中钙氧化物的质量占比,X为矿渣粉中钛氧化物和锰氧化物质量占比总和,Y为矿渣粉中镁氧化物和铝氧化物质量占比总和。
通过限制其中Fe3+的含量,保证后期充填料中活性成分的释放,进而有利于提高含有该种添加剂充填料的凝固速度以及充填料的强度,从而实现在保证充填料具有优异强度性能的情况下,减少添加剂中水泥的添加量,使得最终的充填料产品充填性能较好且生产成本较低。
所述含钙助剂中含有硫酸钙;所述添加剂中还包括水泥,所述水泥可以指水泥熟料,所述水泥优选为硅酸盐水泥,粒径小于0.075mm的水泥含量占添加水泥总量的5%以下,主要成分包括硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙;本发明优选采用的硅酸盐水泥中含有碱性成分,在本发明所采用的高炉水渣的配合作用下,活性成分得到进一步地有效释放。
含钙助剂其主要起激发作用,在充填添加剂所含有的水泥所提供的碱性环境下,钢渣- 矿渣的活性才能充分发挥出来,并获得到较高强度。一方面碱性环境对促进钢渣-矿渣分散、溶解并形成水化硅酸钙和水化铝酸钙有利,使钢渣-矿渣玻璃体与溶液中的OH-离子作用,把玻璃体网络中的Ca2+激发出来,玻璃体网络一次解体,生成的Ca(OH)2又进一步与暴露出来的活性Al2O3和SiO2作用,生成水化硅酸钙和水化铝酸钙,这样就使得玻璃体二次解体;另一方面,在Ca(OH)2存在的条件下,石膏能与矿渣中的活性Al2O3化合生成钙矾石,在形成 AFt相这种产物时,在硬化浆体结构的缝隙和表面上相互搭接,使结构变得密实,由于消耗了大量Ca(OH)2而使得其浓度降低,同时也较多的消耗了Al3+,反过来又加速了钢渣-矿渣玻璃体中Ca2+溶出,使得网络进一步解体。
水泥使用要求对0.075mm以下细集料含量最大不超过5%,当0.075mm以下细集料增多时会直接导致水泥稳定层半刚性体干缩应变系数偏大,产生裂缝的机率变大,另外也会导致强度的降低。因为水泥水化后的水化物要在硅酸三钙的水化产物氢氧化钙环境中才能硬化,当水泥遇到粉粒、粘粒较多的集料时,水解后产生的氢氧化钙首先与粉粒、粘粒进行“离子交换团粒化”作用,致使碱性介质不能顺利形成,从而严重阻碍水泥对细集料的胶结硬化作用由于细集料难以固化直接导致粗细之间填充效果差,颗粒级配断档,水稳结构松散不密实强度差,无法满足公路施工要求。
本实施例充填添加剂的硅酸盐水泥中不同的氧化物分别组成了不同的水泥矿物:C3S、 C2S、C3A、C4AF、硫酸钙等。这些矿物和水直接主要发生如下反应:
A:2C3S+6H20→3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2
上式表明C3S的水化产物是水化硅酸钙和氢氧化钙,其总体趋势:首先是矿物的水化分解,以及早期C-S-H相的形成,然后是稳定的水化产物及微观结构的形成,最后是水化产物的继续增长及微观结构的逐渐密实。
B:2C2S+4H20→3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2
β-C2S的水化过程与C3S极为相似,其差别在于水化速率特别慢,只有C3S的1/20左右。
C:2C3A+27H20→3CaO·Al2O3·19H2O+2CaO·Al2O3·8H2O
D:石膏存在时:
2C4AF+2Ca(OH)2+6(CaSO4·2H2O)+50H20→2[3CaO(Al2O3·Fe2O3)·3CaSO4·32H2O]
石膏不存在时:
2C4AF+4Ca(OH)2+22H20→2[4CaO(Al2O3·Fe2O3)·13H2O]
水泥熟料水化产生的Ca(OH)2对钢渣和矿渣玻璃体的解离具有促进作用,充填体水化龄期延长。
所述添加剂中包括粉煤灰,所述粉煤灰的比表面积不小于300m2/kg,优选地,所述粉煤灰的比表面积为350~400m2/kg;充填添加剂中粉煤灰可以改善充填料浆中的和易性以及活性,并且可以促进充填料浆的流动性,进而改善充填料浆的充填性能;所述粉煤灰为燃料燃烧所产生烟气灰分中的细微固体颗粒物,粉煤灰包括二氧化硅(SiO2)、氧化铝(Al2O3)和氧化铁 (Fe2O3),其中选用的粉煤灰中二氧化硅含量为40%~60%,氧化铝含量为15%~35%,氧化铁 3%~15%,其余为其他物质。
所述添加剂中还含有钢渣粉,利用钢渣粉可以替代水泥配置尾砂充填材料,在合理的掺量范围内,既可以改善充填材料的力学性能,又可以实现工业废渣的资源化和高值化的利用;将钢渣微粉和矿渣微粉复合掺配尾砂充填材料,能够发挥不同胶凝材料间叠加效应,弥补了水泥熟料或废渣掺合料单掺的缺陷,以矿渣微粉为主要基材,掺入一定量的水泥熟料和钢渣微粉,尾砂充填料浆能获得很好的后期强度。
但是钢渣成分复杂、活性低,导致其水化速度慢,对充填体强度影响较大,其对充填体性能的改善作用要低于所使用的矿渣粉。当钢渣微粉掺量较小时,随水泥水化过程的进行,其对充填体强度有促进作用,而当钢渣微粉掺量过大时,水泥熟料的掺加量相应减少,造成 C-S-H凝胶和Ca(OH)2激发剂生成量的减少,充填体的强度下降,且钢渣-矿渣玻璃体网络无法解离,影响充填体后期强度的增长。
本发明的一种矿山尾砂充填添加剂的制备方法,所述充填添加剂本发明中所述的充填添加剂,将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠和/或甲酸钙和/或六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
本发明的一种矿山充填料,包括尾砂和充填添加剂,所述充填添加剂为本发明所述的充填添加剂。其中本实施例中的尾砂一般以细集料为主,粒径0.075mm以下占比70%以上,占比可以为76%,可以为82%,可以为91%,低于70%,最终矿山充填料的28天以及60天的抗压强度出现明显下降,但是过高,如高于95%以上,最终矿山充填料的60天的抗压强度会劣于70%~95%的充填料。
充填添加剂与尾砂混合制得充填料后,钢渣-矿渣胶凝材料的水化反应可以看作是多矿物的化合反应;钢渣-矿渣中的主要化学成分为Al2O3、SiO2及CaO等;钢渣和水泥中的主要矿物为C3S、C2S、C3A、C4AF、硫酸钙等,其中还包括石膏、石灰石和母料等。熟料中的C3S和C2S的早期水化反应生成大量的Ca(OH)2,由于Ca(OH)2碱性激发剂以及二水石膏硫酸盐激发剂的存在,可促使钢渣-水渣水化反应的加速进行。该过程反应较复杂,主要化学反应如下式:
A:钢渣-矿渣胶凝材料中活性Al2O3和SiO2与Ca(OH)2发生反应,产生水化硅酸钙、水化铝酸钙:
活性Al2O3+m1Ca(OH)2+n1H2O→m1CaO·Al2O3·n1H2O
活性SiO2+m2Ca(OH)2+n2H2O→m2CaO·SiO2·n2H2O
Al2O3+2SiO2+Ca(OH)2+3H2O→CaO·Al2O3·2SiO2·4H2O
B:C3S与二水石膏的反应和C4AF与Ca(SO4)2的反应
3CaO·Al2O3+3(CaSO4·2H2O)+26H2O→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O
4CaO·Al2O3·Fe2O3+2Ca(OH)2+6(CaSO4·2H2O)+50H2O→
2[3CaO(Al2O3·Fe2O3)·3CaSO4·32H2O]
从添加剂掺量和尾砂堆积后的孔隙率角度,添加剂掺量越高,则水化产物越多,改性尾砂的强度越高;尾砂堆积后的孔隙率越少(密度越大),水化物填充后的饱和度就越高(剩余孔隙率越小),则改性尾砂的强度越高。
本发明的一种矿山充填料浆,包括充填料和水,所述充填料为本发明中的矿山充填料,所述充填料浆中水含量占充填料浆总量的28%~40%。
本发明的一种矿山充填料的制备方法,将充填添加剂与尾砂按照1:(8~12)的比例进行混合,并且加入充填料(含水)总质量28%~40%的水混匀,制得矿山充填料,其中充填添加剂为本实施例中所述的充填添加剂;制得矿山充填料,尾砂、添加剂与水发生水化反应生成 C-S-H等凝胶结晶体,这些结晶体裹附、粘结尾砂细颗粒,粗细之间填充效果强,颗粒级配均匀,水稳结构密实强度高并且随着水化反应时间延长,水化结晶体增多,结晶体互相粘连、联结继续提高强度。
本发明的一种矿山尾砂充填添加剂的制备方法,所述充填添加剂为本发明中的充填添加剂,将矿渣粉、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉进行混合,使得各组分之间进行动态接触;动态接触后使得各组分之间进行静态接触。所述动态接触时间不少于2min,静态接触时间不少于20min。所述的静态接触是指:物料之间没有相对运动而基本保持相对静止,或者物料之间几乎没有相对运动,即物料没有在搅拌器等外力的驱动下进行相对运动;但是,可能存在略微的运动。所述的动态接触是指,物料之间在在搅拌器的驱动下进行相对运动,需要控制物料之间的相对运动指数,进而进行动态的接触,进而实现物料之间的充分接触和混合。
此处定义添加剂物料混合相对运动指数P,所述P=N/V,其中N为对添加剂进行混合的混合机的转速,单位为rpm(RPM是Revolutions Per Minute的缩写,即转每分,表示设备每分钟的旋转次数),V是每小时经过混合机混合物料的体积,单位为m3/h,当添加剂物料混合相对运动指数P不小于1.2时,则混合料之间为动态接触状态;当物料混合相对运动指数P 小于0.1时,则混合料之间为静态接触状态。本发明中动态接触状态P优选在1.2~10之间,如每小时经过混合机混合物料的体积为200m3/h,添加剂进行混合的混合机的转速为800rpm,添加剂物料混合相对运动指数P为4。
本发明的一种矿山充填料的制备方法,将充填添加剂与尾砂按照1:(8~12)的比例进行混合,并且加入充填料(含水)总质量28%~40%的水混匀,制得矿山充填料,其中充填添加剂为本发明的充填添加剂。
本发明的一种矿山充填料的使用方法,将充填料充填至开采过矿石的矿坑中,所述充填料中包括有充填添加剂,所述充填添加剂为本发明的充填添加剂。
为了进一步说明本发明的技术方案,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制。
实施例1
本发明的一种矿山尾砂充填添加剂中,高炉水淬渣中Fe3+含量尤为关键,通过Fe3+含量的控制,保证后期充填料中活性成分的释放,以提高充填料性能,矿渣粉中TFe含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,α=(B/A)*100%,所述α≤50%。
实施例1.1
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1 份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表1所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
实施例1.2
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1 份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表1所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为15天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,本实施例中所述高炉水淬渣中Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=12.32%。
实施例1.3
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表1所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为25天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,本实施例中所述高炉水淬渣中Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=35.62%。
实施例1.4
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表1所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为55天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,本实施例中所述高炉水淬渣中Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=49.31%。
对比例1.1
充填添加剂配比:充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为 1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表1所示。
本对比例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为75天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,本实施例中所述高炉水淬渣中Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=65.89%。
对比例1.2
充填添加剂配比:充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为 1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表1所示。
本对比例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为95天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,本实施例中所述高炉水淬渣中Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=83.76%。
表1实施例1.1~对比例1.2试验结果
将实施例1.1~实施例1.4试验结果与对比例1.1、对比例1.2的试验结果进行对比,明显可见,对于添加剂中所使用的高炉水淬渣,限制高炉水淬渣中的Fe3+含量,有利于充填料质量的改善。同时除了以上实施例予以说明高炉水淬渣中Fe3+含量当不多于6%,不多于12.5%,不多于36%,不多于50%时所具有的技术效果,申请人还另外实施高炉水淬渣中Fe3+含量当不多于45%、不多于40%、不多于30%、不多于25%、不多于20%、不多于15%、不多于 10%的实施方式,60天平均强度分别可以达到3.81MPa、3.75MPa、3.96MPa、4.02MPa、4.01 MPa、4.10MPa、4.13MPa;另外在不多于10%的范围内,申请人还进行了不多于8%、不多于7%、不多于5%,不多于3%,不多于2%,60天平均强度分别可以达到4.09MPa、4.23MPa、4.07MPa、4.03MPa、4.10MPa。
实施例2
由于充填添加剂中包括高炉水淬渣,高炉水淬渣以粉料形式作为充填添加剂的组分,而比表面积作为颗粒物料的重要参数,比表面积直接影响着高炉水淬渣的反应活性,同时高炉水淬渣的比表面积关系到后续高炉水淬渣在充填料中水化反应的进行程度。
高炉水淬渣的比表面积关系到凝胶结晶体的生成程度,进而影响到颗粒之间的填充效果,如何控制高炉水淬渣的比表面积以进一步改善充填料的性能是亟需解决的问题;但是,本领域技术人员并没有对充填添加剂所需的高炉水淬渣的比表面积进行研究。
本发明另一方面改进的矿山尾砂充填添加剂,主要对高炉水淬渣的比表面积的技术改进,也可称为一种基于优化高炉水淬渣比表面积的矿山尾砂充填添加剂;申请人通过大量的试验与实践,当控制高炉水淬渣的比表面积不小于400m2/kg时,进而提高充填添加剂综合性能。更进一步地,特别是控制高炉水淬渣比表面积为440~460m2/kg,可以显著地改善高炉水淬渣的反应活性。与此同时,在控制高炉水淬渣比表面积为440~460m2/kg,同时控制高炉水淬渣 Fe3+含量,可以达到更优的效果。
实施例2.1
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1 份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表2-1所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%,其中高炉水淬渣的比表面积为447m2/kg。
实施例2.2
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1 份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表2-1所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。其中高炉水淬渣的比表面积为436m2/kg。
实施例2.3
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1 份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表2-1所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。其中高炉水淬渣的比表面积为459m2/kg
实施例2.4
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1 份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表2-1所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。其中高炉水淬渣的比表面积为450m2/kg。
实施例2.5
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1 份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表2-1所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。其中高炉水淬渣的比表面积为493m2/kg。
对比例2.1
充填添加剂配比:充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为 1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表2-1所示。
本对比例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为75天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,本实施例中所述高炉水淬渣中Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=65.89%。本实施例中,使用的高炉水淬渣的比表面积为386m2/kg。
表2-1实施例2.1~实施例2.5试验结果
由实施例2.1~2.5以及对比例2.1试验结果明显可见,使用的高炉水淬渣的比表面积不小于400m2/kg,有利于充填料质量的改善,尤其在比表面积为440~460m2/kg的范围内,充填料质量的改善更佳。
实施例2.6
充填添加剂配比:充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为 1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表2-2所示。
本对比例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为75天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,本实施例中所述高炉水淬渣中Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=65.89%。本实施例中,使用的高炉水淬渣的比表面积为447m2/kg。
对比例2.2
充填添加剂配比:充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为 1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表2-2所示。
本对比例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为75天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,本实施例中所述高炉水淬渣中Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=65.89%。本实施例中,使用的高炉水淬渣的比表面积为386m2/kg。
表2-2实施例2.6和对比例2.2试验结果
由实施例2.6以及对比例2.2的试验结果对比可见,即使高炉水淬渣中的Fe3+含量较多,但是通过控制高炉水淬渣的比表面积,相比较于添加比表面积小于400m2/kg高炉水淬渣的对比例,在一定程度上仍然有利于改善充填料质量。
实施例3
在充填添加剂中包括有粉煤灰,粉煤灰在以颗粒状的形态存在于物料中,由于其与周边的颗粒状物料紧密接触,因此粉煤灰的比表面积对于最终充填料的性能存在重要的影响,其影响到充填料浆的活性,也关系充填料浆易和性的好坏。
粉煤灰的比表面的大小影响到粉煤灰与周围物料颗粒之间的接触形态,从而进一步影响到整体充填料浆的易和性,从流动性角度,如果流动性过差,则导致最终充填料过于密实,如果流动性过好,充填料浆中可能会出现分层离析现象;而粉煤灰的比表面积影响到粉煤灰与周围颗粒的结合性能,进一步影响到最终充填料的流动性;粉煤灰的比表面积在一定程度上也影响到最终充填料的粘聚性,进而影响到充填料的混匀效果;综上所述,粉煤灰的比表面的大小会影响到最终充填料的性能,但是目前关于粉煤灰比表面积对于充填料性能影响的研究仍然较少。
本发明也基于对粉煤灰比表面积调控,对矿山尾砂充填添加剂提出新的方案,也称为基于粉煤灰比表面积优化的矿山尾砂充填添加剂;申请人通过大量的试验与实践,认为结合控制高炉水淬渣Fe3+含量,所述粉煤灰的比表面积不小于300m2/kg,优选不小于350m2/kg,但是优选小于500m2/kg,可以使得充填料具有更优的性能。
实施例3.1
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1 份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表3-1所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
本实施例中,对于充填添加剂所使用的粉煤灰,粉煤灰的比表面积为306m2/kg。
实施例3.2
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1 份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表3-1所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
本实施例中,对于充填添加剂所使用的粉煤灰,粉煤灰的比表面积为352m2/kg。
实施例3.3
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1 份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表3-1所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
本实施例中,对于充填添加剂所使用的粉煤灰,粉煤灰的比表面积为396m2/kg。
实施例3.4
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1 份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表3-1所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
本实施例中,对于充填添加剂所使用的粉煤灰,粉煤灰的比表面积为429m2/kg。
实施例3.5
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1 份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表3-1所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
本实施例中,对于充填添加剂所使用的粉煤灰,粉煤灰的比表面积为536m2/kg。
表3-1实施例3.1~实施例3.5试验结果
由实施例3.1~实施例3.5试验结果明显可见,使用的粉煤灰的比表面积不小于300m2/kg,有利于充填料质量的改善,尤其在比表面积为350m2/kg以上充填料质量的改善更好,但是优选比表面积在500m2/kg以下。
实施例3.6
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1 份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表3-2所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=65.89%。
本实施例中,对于充填添加剂所使用的粉煤灰,粉煤灰的比表面积为352m2/kg。
对比例3.1
本实施例的一种矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1 份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表3-2所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=65.89%。
本实施例中,对于充填添加剂所使用的粉煤灰,粉煤灰的比表面积为276m2/kg。
表3-2实施例3.6和对比例3.1试验结果
由实施例3.6以及对比例3.1的试验结果对比可见,即使高炉水淬渣中的Fe3+含量较多,通过控制粉煤灰的比表面积在300m2/kg以上,在一定程度上仍有利于充填料质量的改善。
实施例4
充填添加剂中包括钢渣粉,钢渣粉是充填添加剂中调节充填料性能的重要成分之一,钢渣粉的加入可以改善充填材料的力学性能,同时能够发挥不同胶凝材料间叠加效应。
但是钢渣粉的添加也具有两面性,其成分复杂、活性低,导致其水化速度慢,对充填体强度影响较大,当钢渣微粉掺量过大时,水泥熟料的掺加量相应减少,造成C-S-H凝胶和 Ca(OH)2激发剂生成量的减少,充填体的强度下降,且钢渣-矿渣玻璃体网络无法解离,影响充填体后期强度的增长;因此钢渣粉的合理添加,关系到充填料的最终性能,而充填添加剂中钢渣微粉加入量的研究在现有技术中披露较少。
申请人通过试验与实践,结合控制高炉水淬渣Fe3+含量,探究合理的钢渣粉添加范围,可称为一种基于钢渣粉加入量调控的性能优化矿山尾砂充填添加剂,所述添加剂中,钢渣粉的质量份为3~8份,矿渣粉的质量份为60~65份,水泥的质量份为5~8份,钙粉的质量份为 2~5份;粉煤灰的质量份为5~15份。
实施例4.1
充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为3份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表4所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
实施例4.2
充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表4所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
实施例4.3
充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为8份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表4所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
对比例4.1
充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为1份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表4所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
对比例4.2
充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为10份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表4所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
本实施例中,需要注意的是钢渣的质量份为10份。
表4实施例4.1~对比例4.2试验结果
将实施例4.1~实施例4.3试验结果与对比例4.1~4.2的试验结果进行对比,明显可见,钢渣的质量份在整体中调整到为3~8份,有利于充填料质量的改善。
实施例5
矿山尾砂充填料中包括尾砂,尾砂也是矿山尾砂充填料的重要成分之一,作为矿山尾砂充填料的主体材料,尾砂的性能参数对于充填料的质量具有重要的影响,尤其是比表面积,尾砂的比表面积不仅影响到最终充填料颗粒之间的结合,也会影响到充填料制备过程中充填料各成分中水化反应的进行程度。
而目前现有技术中,对于尾砂的比表面积合理使用范围的研究较少,多停留于理论阶段,申请人根据大量的试验与实践,探究出对于尾砂的比表面积的合理调控范围,该充填料方案也可以称之为基于一种基于尾砂的比表面积优化的矿山尾砂充填料,并且结合高炉水淬渣 Fe3+含量的控制,粒径小于0.075mm的尾砂质量占所添加尾砂总量的70%以上,是一个较为合适的调控方案。
本实施例中,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表5所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
本实施例中,通过检测,所使用的尾砂粒径小于0.075mm的尾砂质量占所添加尾砂总量的75.6%。
表5实施例5试验结果
由实施例5结果明显可见,粒径小于0.075mm的尾砂质量占所添加尾砂总量的70%以上,有利于充填料质量的改善。
实施例6
矿山尾砂充填料中尾砂和添加剂是两种最为关键的成分,其关系到最终充填料性能,充填添加剂与尾砂混合制得充填料后,在最终充填料内,添加剂中的钢渣-矿渣胶凝材料的水化反应关系到尾砂在充填料中性能的发挥。
另外,在添加剂中,钢渣-矿渣中的主要化学成分为Al2O3、SiO2及CaO等;钢渣和水泥中的主要矿物为C3S、C2S、C3A、C4AF、硫酸钙等,其中还包括石膏、石灰石和母料等,熟料中的C3S和C2S的早期水化反应生成大量的Ca(OH)2,由于Ca(OH)2碱性激发剂以及二水石膏硫酸盐激发剂的存在,可促使钢渣-水渣水化反应的加速进行,综上所述,最终尾砂和添加剂加入的比例对于最终充填料的性能也具有重要的影响,但是充填料中发生的反应较为复杂,目前现有技术中对其研究较浅,实际应用难以借鉴。
本发明提供一种结合尾砂和添加剂配比调控充填料,改善充填料最终性能的充填料方案,可称为一种尾砂和添加剂配比调控优化性能的矿山尾砂充填料,结合控制高炉水淬渣Fe3+含量,添加剂与尾砂的配比控制为1:(8~12),使得最终充填料性能较好。
实施例6.1
充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表6所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
本实施例中,需要强调充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合。
实施例6.2
充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:8的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表6所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
本实施例中,需要强调充填添加剂与尾砂按照1:8的比例进行混合。
实施例6.3
充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:12的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表6所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
本实施例中,需要强调充填添加剂与尾砂按照1:12的比例进行混合。
对比例6.1
充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:14的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测,结果如表6所示。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
本实施例中,需要强调充填添加剂与尾砂按照1:14的比例进行混合。
表6实施例6.1~对比例6.1试验结果
将实施例6.1~实施例6.3试验结果与对比例6.1的试验结果进行对比,明显可见,不同充填添加剂与尾砂的比例会影响到充填料质量。
实施例7
本发明的一种矿山尾砂充填添加剂,即基于高炉水淬渣的添加量及Fe3+含量优化配比的矿山尾砂充填添加剂,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
填添加剂制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。本实施例中,需要强调充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合。
其中,所述钢渣的添加质量份为G,高炉水淬渣的添加质量份为L,所述钢渣的添加量与高炉水淬渣的添加量满足以下关系:
G=L/[70*(k+0.03*α2)+0.8]
其中k的取值范围为0.09~0.3。
本实施例中,k取0.12,α=5.54%,L=63份,经计算,G为7份。
实施例8
本实施例中,充填添加剂配比:高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,硫酸钠的质量份为1份,甲酸钙的质量份为1份,六偏磷酸钠的质量份为0.3份。
制备方法:将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉一起进行混匀并粉磨,然后与硫酸钠、甲酸钙和六偏磷酸钠进行混合,均化后制得矿山尾砂充填添加剂。
本实施例中,高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉进行动态接触,各组分之间可以接触,并且是一个动态的接触过程,即各组分之间的相互位置会发生改变,所述动态接触时间不少于2min,例如为3min、为5min,为15min、为30min;为60min,其中优选动态接触时间为2~15min,超过15min后,对产品性能提升十分有限。
将高炉水淬渣、水泥、含钙助剂、粉煤灰和钢渣粉各组分进行动态接触后,各组分之间还需要进行静态接触,即各组分之间可以接触,但是各组分之间相对位置不变,经过静态接触以后再与尾砂混合制备充填料;所述静态接触时间不少于20min,如为30min、为60min、为120min、为300min、为600min、为1200min、为3000min、为6000min、为18000min。
充填料制备:将充填添加剂与尾砂按照1:10的比例进行混合,并且加入总充填料质量36%的水混匀得充填料浆,制得最终的矿山充填料。
充填料制备后,然后注入尺寸边长为70.7mm的立方体标准试模中,放入标准混凝土养护箱养护。脱模之后继续养护,按规定时间进行试压。对本实施例制备的试样进行了3天、7 天、28天以及60天4个龄期的抗压强度检测。
本实施例中,高炉水渣取用某钢铁厂高炉工序水淬渣,其堆放时间为2天,通过滴定的方式对高炉水渣中的各价态的Fe元素进行测量,滴定过程中取高炉水淬渣的样品进行溶解,然后向体系中加入滴定液进行滴定,通过滴定得到Fe3+含量。本实施例中所述高炉水淬渣中 Fe元素含量为A,高炉水淬渣中Fe3+含量为B,其中α=(B/A)*100%=5.54%。
在上文中结合具体的示例性实施例详细描述了本发明。但是,应当理解,可在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下进行各种修改和变型。详细的描述应仅被认为是说明性的,而不是限制性的,如果存在任何这样的修改和变型,那么它们都将落入在此描述的本发明的范围内。此外,背景技术旨在为了说明本技术的研发现状和意义,并不旨在限制本发明或本申请和本发明的应用领域。
更具体地,尽管在此已经描述了本发明的示例性实施例,但是本发明并不局限于这些实施例,而是包括本领域技术人员根据前面的详细描述可认识到的经过修改、省略、(例如各个实施例之间的)组合、适应性改变和/或替换的任何和全部实施例,而且本发明的各个实施例之间可以根据需要进行组合。权利要求中的限定可根据权利要求中使用的语言而进行广泛的解释,且不限于在前述详细描述中或在实施该申请期间描述的示例,这些示例应被认为是非排他性的。在任何方法或过程权利要求中列举的任何步骤可以以任何顺序执行并且不限于权利要求中提出的顺序。因此,本发明的范围应当仅由所附权利要求及其合法等同物来确定,而不是由上文给出的说明和示例来确定。

Claims (13)

1.一种矿山尾砂充填添加剂,其特征在于,包括矿渣粉、水泥、钙粉、粉煤灰和钢渣粉,添加剂中矿渣粉的质量份为60~65份,水泥的质量份为5~8份,钙粉的质量份为2~5份;粉煤灰的质量份为5~15份,钢渣粉的质量份为3~8份;
所述矿渣粉中包括有玻璃体,所述玻璃体含量不少于60%,
该含量是将矿渣磨细至比表面积400kg/m2以上后,按GB/T18046-2008附录C测定得到的玻璃体含量。
2.根据权利要求1所述的一种矿山尾砂充填添加剂,其特征在于,所述钢渣的添加质量份为G,所述的矿渣粉为高炉水淬渣,该高炉水淬渣的添加质量份为L,所述钢渣的添加量与高炉水淬渣的添加量满足以下关系:
G=L/[70*(k+0.03*α2)+0.8]
其中k的取值范围为0.09~0.3。
3.根据权利要求1所述的一种矿山尾砂充填添加剂,其特征在于,所述高炉水淬渣的质量份为63份,钙粉的质量份为4份;粉煤灰的质量份为8份,钢渣的质量份为7~8份。
4.根据权利要求1所述的一种矿山尾砂充填添加剂,其特征在于,所述钙粉包括硫酸钙。
5.根据权利要求1所述的一种矿山尾砂充填添加剂,其特征在于,所述矿渣粉中含有铁氧化物,矿渣粉中TFe含量为A,矿渣粉中Fe3+含量为B,α=(B/A)*100%,所述α≤50%。
6.根据权利要求5所述的一种矿山尾砂充填添加剂,其特征在于,所述矿渣粉中包括有玻璃体,所述玻璃体含量不少于75%,该含量是将矿渣磨细至比表面积400kg/m2以上后,按GB/T18046-2008附录C测定得到的玻璃体含量。
7.根据权利要求3所述的一种矿山尾砂充填添加剂,其特征在于,所述矿渣粉中的成分满足以下关系:
D=(N硅氧化物+X)/(N钙氧化物+Y)≤0.9
其中,N硅氧化物为矿渣粉中硅氧化物的质量占比,N钙氧化物为矿渣粉中钙氧化物的质量占比,X为矿渣粉中钛氧化物和锰氧化物质量占比总和,Y为矿渣粉中镁氧化物和铝氧化物质量占比总和。
8.根据权利要求3所述的一种矿山尾砂充填添加剂,其特征在于,所述矿渣粉中最大粒度不超过55mm。
9.根据权利要求3所述的一种矿山尾砂充填添加剂,其特征在于,所述矿渣粉中粒度大于8mm的矿渣粉质量分数不超过矿渣粉总量的15%。
10.根据权利要求3所述的一种矿山尾砂充填添加剂,其特征在于,所述矿渣粉为高炉水渣粉,且所述高炉水渣是在渣浆出炉时将水冲向热熔渣浆,热熔渣浆经淬水生成的高炉水渣。
11.根据权利要求10所述的一种矿山尾砂充填添加剂,其特征在于,对热熔渣浆进行水淬的过程中,水温不超过55℃。
12.根据权利要求3所述的一种矿山尾砂充填添加剂,其特征在于,将所述高炉水渣进行细磨制得高炉水渣粉,所述细磨后的高炉水渣粉的比表面积不小于400m2/kg。
13.一种矿山充填料,其特征在于,包括尾砂和充填添加剂,所述充填添加剂为权利要求1~9任一项所述的充填添加剂。
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