CN115417610A - 一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂及其应用，属于充填固化剂技术领域，包括以下按质量配比的原料：超细矿渣粉35％‑45％，水泥20％‑30％，石膏和生石灰2％‑8％，尾矿微粉25％‑35％，所述超细矿渣粉为铁厂的水淬高炉炉渣，经过烘干、研磨和选粉处理，所述尾矿微粉为经过烘干、研磨和选粉处理的有色金属选矿的全尾矿渣和多种试剂混合配制而成，所述试剂包括激活剂、激活促进剂、促凝剂和矿物表面活化剂，所述尾矿微粉中的质量配比为：有色金属选矿的尾矿渣85％‑90％，激活剂5％‑15％，激活促进剂0.3％‑1.2％，促凝剂0.3％‑1.2％，矿物表面活化剂0.05％‑0.2％，本发明公开的一种固化效果好、胶结充填体强度高、经济环保且具有良好工业前景和社会效益的全尾矿渣充填用固化剂。
Description
技术领域
本发明涉及充填固化剂技术领域，尤其涉及一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂及其应用。
背景技术
一般来说，矿石中有价金属的含量普遍较低，因此矿产资源的开采会产生大量尾砂。中国有丰富的矿产资源，每年的尾砂产生量和堆积量庞大；随着国民环保意识的提升，以及国家对采矿环境安全的严苛要求，减少矿区废弃物产生甚至无废弃物的采矿法是采矿技术发展的必然方向。
充填采矿技术是一种科学的绿色采矿技术，也是未来采矿领域的发展方向之一，目前在我国有色金属矿充填开采中，选用的固化剂一般为水泥、胶固粉，上述两种固化剂针对超细尾砂的固化效果均不理想，出现早期强度偏低、成本偏高等问题。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提出一种固化效果好、胶结充填体强度高、经济环保且具有良好工业前景和社会效益的全尾矿渣充填用固化剂。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供的一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂，包括以下按质量配比的原料：超细矿渣粉35％-45％，水泥20％-30％，石膏粉和石灰粉2％-8％，尾矿微粉25％-35％；
所述超细矿渣粉为铁厂的水淬高炉炉渣，经过烘干、研磨和选粉处理，所述尾矿微粉为经过烘干、研磨和选粉处理的有色金属选矿的全尾矿渣和多种试剂混合配制而成；
所述试剂包括激活剂、激活促进剂、促凝剂和矿物表面活化剂，所述尾矿微粉中的质量配比为：有色金属选矿的尾矿渣85％-90％，激活剂5％-15％，激活促进剂0.3％-1.2％，促凝剂0.3％-1.2％，矿物表面活化剂0.05％-0.2％。
本发明优选地技术方案在于，所述超细矿渣粉的比表面积大于500m2/kg，产品等级达到S95级以上。
本发明优选地技术方案在于，所述水泥包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和铝酸盐水泥中的一种或多种，所述硅酸盐水泥强度等级≥52.5，且在充填固化剂中的掺量为0-30％，所述硫铝酸盐水泥和铝酸盐水泥强度等级≥42.5，且在充填固化剂中的掺量为0-8％。
本发明优选地技术方案在于，所述石膏粉和石灰粉由石膏和石灰石通过研磨得到，其表面积大于400m2/kg，且石膏粉和石灰粉的掺合比为3：2。
本发明优选地技术方案在于，所述尾矿微粉的比表面积为450m2/kg-550 m2/kg，其中尾矿微粉颗粒45μm方孔筛的筛余量小于10％，三氧化硫含量小于3.5％。
本发明优选地技术方案在于，所述激活剂为Na2CO3、K2CO3、Na2SiO3和K2SiO3中的任意一种或多种混合而成，所述激活促进剂为氟硅酸钠，所述促凝剂为纯度为98％-99.5％的无水氢氧化锂，所述矿物表面活化剂为三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺等多种烷基醇胺类和糖蜜配制而成。
一种全尾矿渣充填用固化剂在制备矿山充填材料中的应用，所述矿山充填材料为矿山有色金属选矿产生的全尾矿渣与全尾矿渣充填用固化剂进行混合搅拌形成的井下充填材料。
本发明优选地技术方案在于，所述矿山有色金属选矿产生的全尾矿渣的含水率小于40wt％。
本发明优选地技术方案在于，所述充填材料的浆体中的水含量小于等于 35wt％。
本发明优选地技术方案在于，所述全尾矿渣充填用固化剂与矿山有色金属选矿产生的全尾矿渣的灰砂比为1：4，1：6，1：8，1：10中的一种。
本发明的有益效果为：本发明为一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂，通过研磨后得到的超细矿渣粉、水泥和尾矿微粉，进行充分混合均匀获得，在保证固化效果的同时，降低了固化剂的生产成本，且胶结充填体的强度高，3 天强度能够达到0.5MPa以上，减少了充填作业的等待时间，且后期强度可以不断增强，7天强度能够达到1.4MPa以上，28天的强度额能够达到2.5MPa以上，固化剂的固化效果好，且经济环保，具有良好的工业前景和社会效益。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂，包括以下按质量配比的原料：超细矿渣粉43％，硅酸盐水泥25％，铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥5％，石膏和生石灰2％，尾矿微粉25％，其中尾矿微粉中尾矿渣90％，Na2CO36％，K2SiO32.6％，氟硅酸钠0.8％，氢氧化锂0.5％，三乙醇胺0.1％；
水淬高炉炉渣经过球磨机处理后获得超细矿渣粉，其比表面积为510 m2/kg，且产品等级达到S95级；
将石膏和生石灰放入球磨机中进行研磨处理，获得石膏粉和石灰粉，其比表面积为410m2/kg，且石膏粉和石灰粉的掺合比为3：2；
将有色金属选矿的全尾矿渣加入至球磨机中进行研磨处理，且研磨过程中加入Na2CO3，K2SiO3，氟硅酸钠，氢氧化锂和三乙醇胺，从而获得尾矿微粉，其比表面积为500m2/kg，其中颗粒45μm方孔筛的筛余量为5.2％，三氧化硫含量为2.1％。
将研磨后的超细矿渣粉、尾矿微粉、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥加入至搅拌机中进行充分搅拌均匀后获得全尾矿渣用固化剂；
将制备好的全尾矿砂固化剂与金尾矿按照灰砂比为1：6的比例混合，并搅拌均匀制成浆料，通过充填系统输送至井下采空区进行充填；其中金尾矿细度 (-200目)为38.6％，金尾矿的含水量为33.3％，获得的浆料含水量为30.0％，对配制的充填浆料进行取样，测定其3d和7d和28d抗压强度，充填体的强度如表1内容所示。
表1
| 龄期 | 3d | 7d | 28d |
| 抗压强度/MPa | 1.5 | 3.1 | 4.2 |
实施例2
一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂，包括以下按质量配比的原料：超细矿渣粉35％，硅酸盐水泥22％，铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥5％，石膏和生石灰8％，尾矿微粉30％，其中尾矿微粉中尾矿渣90％，Na2CO35％，Na2SiO3 3.42％，氟硅酸钠1.0％，氢氧化锂0.5％，二乙醇单异丙醇胺0.08％；
水淬高炉炉渣经过球磨机处理后获得超细矿渣粉，其比表面积为510 m2/kg，且产品等级达到S95级；
将石膏和生石灰放入球磨机中进行研磨处理，获得石膏粉和石灰粉，其比表面积为410m2/kg，且石膏粉和石灰粉的掺合比为3：2；
将有色金属选矿的全尾矿渣加入至球磨机中进行研磨处理，且研磨过程中加入Na2CO3，Na2SiO3，氟硅酸钠，氢氧化锂和二乙醇单异丙醇胺，从而获得尾矿微粉，其比表面积为450m2/kg，其中颗粒45μm方孔筛的筛余量为9.5％，三氧化硫含量为3.1％。
将研磨后的超细矿渣粉、尾矿微粉、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥加入至搅拌机中进行充分搅拌均匀后获得全尾矿渣用固化剂；
将制备好的全尾矿砂固化剂与铁尾矿按照灰砂比为1：6的比例混合，并搅拌均匀制成浆料，通过充填系统输送至井下采空区进行充填；其中铁尾矿细度 (-200目)为35.2％，铁尾矿的含水量为35.4％，获得的浆料含水量为32.0％，对配制的充填浆料进行取样，测定其3d和7d和28d抗压强度，充填体的强度如表2内容所示。
表2
| 龄期 | 3d | 7d | 28d |
| 抗压强度/MPa | 1.3 | 2.9 | 4.0 |
实施例3
一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂，包括以下按质量配比的原料：超细矿渣粉37％，硅酸盐水泥20％，石膏和生石灰8％，尾矿微粉35％，其中尾矿微粉中尾矿渣85％，Na2CO38.8％，Na2SiO32％，K2SiO32％，氟硅酸钠0.8％，氢氧化锂1.2％，三异丙醇胺0.1％，糖蜜0.1％；
水淬高炉炉渣经过球磨机处理后获得超细矿渣粉，其比表面积为530 m2/kg，且产品等级达到S105级；
将石膏和生石灰放入球磨机中进行研磨处理，获得石膏粉和石灰粉，其比表面积为410m2/kg，且石膏粉和石灰粉的掺合比为3：2；
将有色金属选矿的全尾矿渣加入至球磨机中进行研磨处理，且研磨过程中加入Na2CO3，Na2SiO3，K2SiO3，氟硅酸钠，氢氧化锂、三异丙醇胺和糖蜜，从而获得尾矿微粉，其比表面积为480m2/kg，其中颗粒45μm方孔筛的筛余量为8.8％，三氧化硫含量为1.8％。
将研磨后的超细矿渣粉、尾矿微粉、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥加入至搅拌机中进行充分搅拌均匀后获得全尾矿渣用固化剂；
将制备好的全尾矿砂固化剂与钼尾矿按照灰砂比为1：4的比例混合，并搅拌均匀制成浆料，通过充填系统输送至井下采空区进行充填；其中钼尾矿细度 (-200目)为16.5％，钼尾矿的含水量为34.9％，获得的浆料含水量为30.0％，对配制的充填浆料进行取样，测定其3d和7d和28d抗压强度，充填体的强度如表3内容所示。
表3
实施例4
一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂，包括以下按质量配比的原料：超细矿渣粉45％，硅酸盐水泥17％，铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥8％，石膏和生石灰5％，尾矿微粉25％，其中尾矿微粉中尾矿渣90％，Na2CO3 3％，Na2SiO3 3％，K2SiO3 2.55％，氟硅酸钠0.5％，氢氧化锂0.8％，三乙醇胺0.15％；
水淬高炉炉渣经过球磨机处理后获得超细矿渣粉，其比表面积为530 m2/kg，且产品等级达到S105级；
将石膏和生石灰放入球磨机中进行研磨处理，获得石膏粉和石灰粉，其比表面积为410m2/kg，且石膏粉和石灰粉的掺合比为3：2；
将有色金属选矿的全尾矿渣加入至球磨机中进行研磨处理，且研磨过程中加入Na2CO3，Na2SiO3，K2SiO3，氟硅酸钠，氢氧化锂、三乙醇胺，从而获得尾矿微粉，其比表面积为510m2/kg，其中颗粒45μm方孔筛的筛余量为6.5％，三氧化硫含量为2％。
将研磨后的超细矿渣粉、尾矿微粉、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥加入至搅拌机中进行充分搅拌均匀后获得全尾矿渣用固化剂；
将制备好的全尾矿砂固化剂与铜尾矿按照灰砂比为1：6的比例混合，并搅拌均匀制成浆料，通过充填系统输送至井下采空区进行充填；其中铜尾矿细度(-200目)为22.3％，铜尾矿的含水量为33.3％，获得的浆料含水量为30.0％，对配制的充填浆料进行取样，测定其3d和7d和28d抗压强度，充填体的强度如表4内容所示。
表4
| 龄期 | 3d | 7d | 28d |
| 抗压强度/MPa | 1.4 | 2.9 | 3.9 |
实施例5
一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂，包括以下按质量配比的原料：超细矿渣粉45％，硅酸盐水泥17％，铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥8％，石膏和生石灰5％，尾矿微粉25％，其中尾矿微粉中尾矿渣90％，Na2CO3 3％，Na2SiO3 3％，K2SiO3 2.55％，氟硅酸钠0.5％，氢氧化锂0.8％，三乙醇胺0.15％；
水淬高炉炉渣经过球磨机处理后获得超细矿渣粉，其比表面积为530 m2/kg，且产品等级达到S105级；
将石膏和生石灰放入球磨机中进行研磨处理，获得石膏粉和石灰粉，其比表面积为410m2/kg，且石膏粉和石灰粉的掺合比为3：2；
将有色金属选矿的全尾矿渣加入至球磨机中进行研磨处理，且研磨过程中加入Na2CO3，Na2SiO3，K2SiO3，氟硅酸钠，氢氧化锂、三乙醇胺，从而获得尾矿微粉，其比表面积为510m2/kg，其中颗粒45μm方孔筛的筛余量为6.5％，三氧化硫含量为2％。
将研磨后的超细矿渣粉、尾矿微粉、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥加入至搅拌机中进行充分搅拌均匀后获得全尾矿渣用固化剂；
将制备好的全尾矿砂固化剂与铜尾矿按照灰砂比为1：8的比例混合，并搅拌均匀制成浆料，通过充填系统输送至井下采空区进行充填；其中铜尾矿细度 (-200目)为22.3％，铜尾矿的含水量为32.5％，获得的浆料含水量为30.0％，对配制的充填浆料进行取样，测定其3d和7d和28d抗压强度，充填体的强度如表5内容所示。
表5
| 龄期 | 3d | 7d | 28d |
| 抗压强度/MPa | 0.8 | 1.9 | 3.1 |
实施例6
一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂，包括以下按质量配比的原料：超细矿渣粉45％，硅酸盐水泥17％，铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥8％，石膏和生石灰5％，尾矿微粉25％，其中尾矿微粉中尾矿渣90％，Na2CO3 3％，Na2SiO3 3％，K2SiO3 2.55％，氟硅酸钠0.5％，氢氧化锂0.8％，三乙醇胺0.15％；
水淬高炉炉渣经过球磨机处理后获得超细矿渣粉，其比表面积为530 m2/kg，且产品等级达到S105级；
将石膏和生石灰放入球磨机中进行研磨处理，获得石膏粉和石灰粉，其比表面积为410m2/kg，且石膏粉和石灰粉的掺合比为3：2；
将有色金属选矿的全尾矿渣加入至球磨机中进行研磨处理，且研磨过程中加入Na2CO3，Na2SiO3，K2SiO3，氟硅酸钠，氢氧化锂、三乙醇胺，从而获得尾矿微粉，其比表面积为510m2/kg，其中颗粒45μm方孔筛的筛余量为6.5％，三氧化硫含量为2％。
将研磨后的超细矿渣粉、尾矿微粉、硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硫铝酸盐水泥加入至搅拌机中进行充分搅拌均匀后获得全尾矿渣用固化剂；
将制备好的全尾矿砂固化剂与铜尾矿按照灰砂比为1：10的比例混合，并搅拌均匀制成浆料，通过充填系统输送至井下采空区进行充填；其中铜尾矿细度(-200目)为22.3％，铜尾矿的含水量为32.0％，获得的浆料含水量为30.0％，对配制的充填浆料进行取样，测定其3d和7d和28d抗压强度，充填体的强度如表6内容所示。
表6
| 龄期 | 3d | 7d | 28d |
| 抗压强度/MPa | 0.5 | 1.4 | 2.5 |
本发明利用有色金属尾矿渣生产配制的全尾矿渣充填用固化剂，相比于现有技术而言，在保证固化效果的同时，降低了固化剂的生产成本，且胶结充填体的强度高，3天强度能够达到0.5MPa以上，减少了充填作业的等待时间，且后期强度可以不断增强，7天强度能够达到1.4MPa以上，28天的强度额能够达到2.5MPa以上，固化剂的固化效果好，且经济环保，具有良好的工业前景和社会效益。
本发明是通过优选实施例进行描述的，本领域技术人员知悉，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，其他落入本申请的权利要求内的实施例都属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂，其特征在于：包括以下按质量配比的原料：超细矿渣粉35％-45％，水泥20％-30％，石膏粉和石灰粉2％-8％，尾矿微粉25％-35％；
所述超细矿渣粉为铁厂的水淬高炉炉渣，经过烘干、研磨和选粉处理，所述尾矿微粉为经过烘干、研磨和选粉处理的有色金属选矿的全尾矿渣和多种试剂混合配制而成；
所述试剂包括激活剂、激活促进剂、促凝剂和矿物表面活化剂，所述尾矿微粉中的质量配比为：有色金属选矿的尾矿渣85％-90％，激活剂5％-15％，激活促进剂0.3％-1.2％，促凝剂0.3％-1.2％，矿物表面活化剂0.05％-0.2％。
2.根据权利要求1所述的一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂，其特征在于：
所述超细矿渣粉的比表面积大于500m2/kg，产品等级达到S95级以上。
3.根据权利要求1所述的一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂，其特征在于：
所述水泥包括硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和铝酸盐水泥中的一种或多种，所述硅酸盐水泥强度等级≥52.5，且在充填固化剂中的掺量为0-30％，所述硫铝酸盐水泥和铝酸盐水泥强度等级≥42.5，且在充填固化剂中的掺量为0-8％。
4.根据权利要求1所述的一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂，其特征在于：
所述石膏粉和石灰粉由石膏和生石灰通过研磨得到，其表面积大于400m2/kg，且石膏粉和石灰粉的掺合比为3：2。
5.根据权利要求1所述的一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂，其特征在于：
所述尾矿微粉的比表面积为450m2/kg-550m2/kg，其中尾矿微粉颗粒45μm方孔筛的筛余量小于10％，三氧化硫含量小于3.5％。
6.根据权利要求1所述的一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂，其特征在于：
所述激活剂为Na2CO3、K2CO3、Na2SiO3和K2SiO3中的任意一种或多种混合而成，所述激活促进剂为氟硅酸钠，所述促凝剂为纯度为98％-99.5％的无水氢氧化锂，所述矿物表面活化剂为三乙醇胺、二乙醇单异丙醇胺和三异丙醇胺等多种烷基醇胺类和糖蜜配制而成。
7.根据权利要求1-6任一项所述的一种全尾矿渣充填用固化剂在制备矿山充填材料中的应用，其特征在于：
所述矿山充填材料为矿山有色金属选矿产生的全尾矿渣与全尾矿渣充填用固化剂进行混合搅拌形成的井下充填材料。
8.根据权利要求7所述的一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂及其应用，其特征在于：
所述矿山有色金属选矿产生的全尾矿渣的含水率小于40wt％。
9.根据权利要求7所述的一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂及其应用，其特征在于：
所述充填材料的浆体中的水含量小于等于35wt％。
10.根据权利要求7所述的一种有色金属矿山全尾矿渣充填用固化剂及其应用，其特征在于：
所述全尾矿渣充填用固化剂与矿山有色金属选矿产生的全尾矿渣的灰砂比为1：4，1：6，1：8，1：10中的一种。
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|---|---|---|---|---|
| CN115947580A (zh) * | 2023-02-10 | 2023-04-11 | 厦门兑泰新材料科技有限公司 | 一种尾矿砂和水泥制备的水泥基内衬材料及方法 |
| CN116120010A (zh) * | 2023-01-13 | 2023-05-16 | 青岛理工大学 | 一种采用铁尾矿膜袋技术扩建既有尾矿库的方法 |
| CN116217165A (zh) * | 2023-01-12 | 2023-06-06 | 青岛理工大学 | 一种铁尾矿矿坑回填材料及其使用方法 |
Citations (2)
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| CN103086620A (zh) * | 2013-01-30 | 2013-05-08 | 中钢集团马鞍山矿山研究院有限公司 | 一种适于全尾矿充填用的胶凝剂 |
| CN110759676A (zh) * | 2019-10-28 | 2020-02-07 | 北京科技大学 | 一种早强型无收缩全尾砂胶结充填材料及其制备方法 |
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