專利名稱：一種細粒尾礦充填用的膠凝材料的制作方法
技術領域：
本發明涉及礦山充填材料技術領域，具體涉及一種以全尾礦和-0.074mm含量≥ 95%的細粒級尾礦為骨料的膠凝材料。
背景技術：
隨著人們環境保護、資源不可再生意識的提高和循環經濟的不斷發展，充填法采礦己是今后采礦業發展的趨勢。充填采空區是大量消納尾礦、減少尾礦排放、堆存占地的重要途徑，該技術將濃縮尾礦和膠凝材 料配制成一定濃度的充填砂漿充填至采空區，形成具有一定強度的充填體。為充分回收地下資源，多數井下礦山在回采順序上，采用多步驟回采，因此，降低礦山充填成本，提高充填體強度，控制地壓并保護地表及礦區周邊環境，是礦山安全生產，提高礦山生產能力的重要保障。充填采礦成本高是影響充填法采礦應用的重要因素之一，因此常用于高價值稀有金屬礦床開采。近年來隨著充填技術發展和對環境保護要求的提高，充填法采礦在金屬礦山特別是在地下鐵礦山開采中的應用比重逐漸增大，這也將是國內外礦產資源開發的必然趨勢。膠結充填體的強度和成本，主要是由尾礦自身的性質、充填料漿濃度、膠結材料的選擇等多方面因素決定的。因此，深入的進行不同類型的尾礦研究，選擇不同的膠凝材料是非常重要的。目前，充填開米普遍米用水泥為膠凝材料，以分級尾礦作充填骨料，很少有礦山米用全尾礦作為充填骨料。其主要原因是由于負200目的超細尾礦存在，使得排水困難，不利于水泥膠凝，特別是粉礦產生的尾礦，含泥量高，以水泥作為膠凝材料的全尾礦漿充填體強度低，很難達到礦房底部結構、一步采礦房和二步回采對充填體的強度要求。以分級尾礦作為充填骨料，尾礦的使用率只有40%左右，降低了尾礦的使用率，擴大了充填骨料的不足，同時，增加了尾礦分級成本。更重要的是分級產生的-200目(-0.074mm)細尾礦需輸送到尾礦庫存放，企業仍需征地建設或擴容尾礦庫，增加企業的建設和管理成本；細尾礦排到尾礦庫后，不易脫水板結，增加了尾礦庫的安全隱患。為解決上述問題，“礦山新型膠結充填材料的試驗研究”一文(《現代礦業》2011年8月第8期)，介紹了一種礦山充填用的新型膠結充填材料，該文以高爐水淬渣為主要原料的膠凝材料試驗研究，包括充填骨料物理性能測定和新型膠結充填材料配比試驗。該膠結充填材料的主要原料為水泥熟料、水淬碴、硬石膏、生石灰、激發劑。開發的新型膠凝材料具有成本低、強度高，比尾砂膠結性能好等特點。但該研究所應用的尾礦粒度較粗，中值粒徑 /50達0.076mm,平均粒徑 /ρ達0.189mm,如果采用粒度-0.074mm含量> 95%的細粒尾礦或全部為-0.074mm的細粒尾礦，則7d的抗壓強度則不到0.6MPa，遠不能滿足細粒度尾礦的充填強度要求。
發明內容
本發明的任務就是針對現有技術存在的上述問題而提供一種成本低、施工簡單的細粒尾礦充填用的膠凝材料，該膠凝材料解決了全尾礦、-0.076mm的細粒尾礦及高泥(物料中_1(^!11含量> 30%)尾礦難以膠結及膠結強度不高的問題，可使各類全尾礦作為充填骨料用于礦山的礦房充填和露天采坑的回填復墾。為實現本發明的上述任務，本發明一種細粒尾礦充填用的膠凝材料是由以下組分經過碾磨、混合而成，原料各組分按質量配比如下:貝利特-硫鋁酸鹽水泥15 40%，石膏2 10%，生石灰2 8%，礦渣微粉40 70%，粉煤灰2 10%，激活劑I 8%，激活促進劑
0.1 0.5%,促凝劑0.1 0.5%,減水劑0.08 0.5%。原料各組分的優化配比如下:貝利特-硫鋁酸鹽水泥18 20%，石膏3 5%，生石灰3 5%，礦渣微粉50 60%，粉煤灰6 7%，激活劑I 4%，激活促進劑0.2 0.4%，促凝劑0.1 0.2%,減水劑0.1 0.2%ο所述的激活劑為Na2SiO3，其具有較強的堿性，模數在1.0 1.5之間，能激活礦渣和粉煤灰的活性，促使礦渣與粉煤灰發生反應，提高膠凝體強度；所述激活促進劑為氟硅酸鈉；所述促凝劑為LiOH、LiCO3和LiCl中的任意一種或任意兩種及以上的混合物。由于Li +的半徑小，其極化作用強，水化半徑更大，從而促進水化反應的進行，提高膠凝體的早期強度，優選純度為98.0% 99.5%的無水氫氧化鋰。所述減水劑為萘系減水劑或聚羧酸醚型減水劑。水泥加水拌合后，由于水泥顆粒之間的引力作用，水泥漿形成絮凝結構，約有10 30%的拌合水被包裹在水泥顆粒之中，不能參與自有流動和潤滑作用，從而影響料漿的流動性，由于水泥顆粒絮凝在一起，使得水泥不能與骨料充分接觸，不能完全發揮水泥的膠凝作用。加入減水劑后，減水劑分子能定向吸附于水泥顆粒表面，使水泥顆粒表面帶有相同的負電荷，形成靜電排斥作用，促使水泥顆粒相互分散，絮凝結構破壞，不但有效增加了料漿的流動性，利于充填接頂，而且還使水泥顆粒分散與骨料接觸，提高了膠凝強度。氟硅酸鈉主要與硅酸鈉進行復配使用，有利于促進固化的進行，也有利于改善固化后的膠凝體強度，其與硅酸鈉的復配比例在1:3 10之間為佳。所述貝利特-硫鋁酸鹽水泥為硫鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的復配物，基于硫鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的特性，將普通硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥復配成貝利特-硫鋁酸鹽水泥，利用硫鋁酸鹽水泥的早強性和超強結合水的能力，一方面提供膠凝材料的早強性，另一方面降低水灰比，使得普通硅酸鹽水泥更好的進行水化反應，發揮水泥的膠結作用，硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥的質量配比為1:2 8。所述石膏為無水石膏、半水石膏、一水石膏、二水石膏、磷石膏等中的一種或幾種。其中無水石膏包括硬石膏、氟石膏、燒石膏中的一種或幾種。石膏的加入主要是起一種激活作用。不同種類的石膏溶解速度差異很大，一水石膏、二水石膏的溶解速度快，無水石膏溶解速度慢。若采用一水石膏、二水石膏則由于石膏溶出太快，使鈣礬石在凝結硬化前形成，達不到膨脹的效果；而硬石膏、半水石膏、氟石膏、磷石膏的溶解速度與特點適合貝利特-硫鋁酸鹽水泥凝結硬化，產生膨脹的要求。所以，優選無水石膏、半水石膏、氟石膏和磷石膏中的一種或幾種。 所述生石灰為各等級生石灰。生石灰主要有兩層作用，一是生石灰具有極強的吸水性，可顯著降低膠凝初期的含水率；二是生石灰水化產生的熟石灰具有極強的堿性，可有效破壞Si02、Al2O3顆粒表面，促使礦渣微粉和粉煤灰發生水化和火山灰反應的進行；同時，還可以破壞顆粒之間的雙電層，促進土顆粒與膠凝材料水化后物質的同相接觸，提高膠凝體的強度。生石灰分為含鎂小于5%和小于4%的兩類生石灰，由于鎂含量高，可能使得膠凝材料產生不穩定性，因此，優選含鎂小于4%的二級生石灰。所述礦渣微粉為水淬鐵渣微粉和水淬鋼渣微粉。礦渣微粉作為冶金固廢物現已成為礦渣水泥的主要成分，通過堿性激活，其不但可以膠凝，而且可以提供后期強度增長，減少或抑制堿骨料反應。由于水淬鐵渣微粉比水淬鋼渣微粉具有更高的活性，因此，優選比表面≥400m2/kg、7天活性指數≥75%、28天活性指數≥95%的S95級水淬鐵渣微粉。所述粉煤灰為電廠燃燒產生的各級粉煤灰。粉煤灰是一種具有潛在活性的膠凝材料，通過堿性激活，可長期提供后期強度的增長；粉煤灰還可以降低水化熱，減少膠凝體的開裂；同時，增加料漿的流動性，使料漿具有更好的接頂性能。粉煤灰主要有一級灰、二級灰和三級灰，其主要區別就是含碳量高低，含碳量高不利于膠凝體強度的提高，因此，優選一級灰。實施本發明的膠凝材料可以具有以下的有益效果:
(1)采取貝利特-硫鋁酸鹽水泥，不僅降低了成本，而且還具有良好的早強性和高水適應性能；
(2)采用了水渣微粉和粉煤灰，進一步降低了成本，提供了良好的后期強度及長期強度的增長；
(3)提高尾礦的充填利用率，降低充填成本，有利于減少尾礦庫的建設投資和維護成本，避免環境污染，消除安全隱患；
(4 )料漿具有良好的流動性、保水性，充填體具有微膨脹性，
不僅便于料漿的輸送，減少析水，還有利于接頂；
(5 )僅需粉磨，生產工藝簡單，單一的粉末材料，便于現場施工。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明一種細粒尾礦充填用的膠凝材料的技術方案作進一步的詳細說明。但本發明并不局限于實施例。本發明的膠凝材料是將各種原料按一定的重量配比混合，碾磨成粒徑200目(-0.074mm,以下同)的粉末，即制得所需膠凝材料。將膠凝材料按一定比例與一定含水量尾礦漿混合均勻，制得充填或試驗所用的料漿。按照國標GB/T17671-1999，將混好后的料漿澆筑成4cmX4cmX16cm的三聯試塊,試塊置于養護箱中，恒溫(20°C )、恒濕(95%)養護，一天后脫模，繼續養護至規定齡期，測定膠凝體不同養護齡期的抗壓強度。試驗分別采用-粉礦和全尾礦(含泥40%,指10 μ m以下部分)200目銅礦分級尾礦兩種不同尾礦作骨料。以下試驗如未特殊說明，膠凝材料的制備、試塊制備及養護、測試等均按上述方法、條件進行。表I本發明膠凝材料配方(質量％)
權利要求
1.一種細粒尾礦充填用的膠凝材料，其特征在于是由以下組分經過碾磨、混合而成，原料各組分按質量百分比配比如下: 貝利特-硫鋁酸鹽水泥15 40%， 石骨2 10%， 生石灰2 8%， 礦渣微粉40 70%， 粉煤灰2 10%， 激活劑I 6%， 激活促進劑0.1 0.5%， 促凝劑0.1 0.5%, 減水劑0.08 0.5% ； 所述的激活劑為Na2SiO3，模數在1.0 1.5之間；所述的激活促進劑為氟硅酸鈉；所述促凝劑為LiOH、LiCO3和LiCl中的任意一種或任意兩種及以上的混合物；所述減水劑為萘系減水劑或聚羧酸醚型減水劑。
2.如權利要求1所述的一種細粒尾礦充填用的膠凝材料，其特征在于:所述貝利特-硫鋁酸鹽水泥為硫鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的復配物，其配比以質量計在1:2 8之間；各組分按質量百分比配比為:貝利特-硫鋁酸鹽水泥18 20%，石膏3 5%，生石灰3 5%，礦渣微粉50 60%，粉煤灰6 7%，激活劑I 4%，激活促進劑0.2 0.4%，促凝劑0.1 0.2%,減水劑0.1 0.2%ο
3.如權利要求2所述的一種細粒尾礦充填用的膠凝材料，其特征在于:所述的硫鋁酸鹽水泥為硫鋁酸鈣水泥熟料粉末，所述的普通硅酸鹽水泥為P.0 42.5普通硅酸鹽水泥。
4.如權利要求1、2或3所述的一種細粒尾礦充填用的膠凝材料，其特征在于:所述的促凝劑為純度為98.0% 99.5%的無水氫氧化鋰,所述的減水劑為醚型固體聚羧酸減水劑顆粒或粉末；所述的氟硅酸鈉與硅酸鈉的復配比例在1:3 10之間。
5.如權利要求1、2或3所述的一種細粒尾礦充填用的膠凝材料，其特征在于:所述的石膏為無水石膏、半水石膏、氟石膏和磷石膏中的一種或兩種及以上的混合物，所述的生石灰為MgO含量< 4%的二級生石灰。
6.如權利要求4所述的一種細粒尾礦充填用的膠凝材料，其特征在于:其所述的石膏為無水石膏，粒徑≤500 μ m ;所述的礦渣微粉為比表面≥400m2/kg、7天活性指數≥75%,28天活性指數> 95%的S95水淬鐵渣微粉。
7.如權利要求5所述的一種細粒尾礦充填用的膠凝材料，其特征在于:其所述的石膏為無水石膏，粒徑≤500 μ m ;所述的礦渣微粉為比表面≥400m2/kg、7天活性指數≥75%,28天活性指數> 95%的S95水淬鐵渣微粉。
全文摘要
本發明公開了一種細粒尾礦充填用的膠凝材料是由以下組分經過碾磨、混合而成，原料各組分按質量百分比配比如下貝利特-硫鋁酸鹽水泥15～40%，石膏2～10%，生石灰2～8%，礦渣微粉40～70%，粉煤灰2～10%，激活劑1～6%，激活促進劑0.1～0.5%，促凝劑0.1～0.5%，減水劑0.1～0.5%，激活劑為Na2SiO3，激活促進劑為氟硅酸鈉，促凝劑為LiOH、LiCO3和LiCl中的任意一種或任意兩種及以上的混合物；所述減水劑為萘系減水劑或聚羧酸醚型減水劑。本發明解決了-0.074mm細粒級尾礦及高含泥尾礦難固化和固化后強度不高的難題，使用該膠凝材料可使充填體的強度滿足礦山充填開采對充填體的強度要求；能改善料漿的流動性，提高充填體的接頂性；能改善保水性能，減少料漿析水。
文檔編號C04B7/26GK103102089SQ201310035710
公開日2013年5月15日 申請日期2013年1月30日 優先權日2013年1月30日
發明者楊曉軍, 徐修平, 海冰, 曾申進, 于先坤, 徐靜 申請人:中鋼集團馬鞍山礦山研究院有限公司