基于棒磨砂充填料的新型充填胶凝材料优化决策

以金川矿山棒磨砂为例，利用生石灰、脱硫灰渣、矿渣微粉等固体废弃物，以芒硝、NaOH作为外加剂开展替代水泥的新型充填胶凝材料试验研究。通过正交试验方案研究激发剂对新型胶凝材料充填体强度的影响，利用遗传规划程序回归新型胶凝材料抗压强度和沉缩率与激发剂之间的函数关系，使用遗传算法最终对回归函数进行有约束优化。结果显示：生石灰为7.05%、脱硫灰渣为16.32%、芒硝为3.062%、NaOH为1.08%、矿渣为72.48%，新型胶凝材料的3、7、28 d龄期抗压强度分别为1.00、4.03、6.73 MPa，优化结果符合现场充填强度要求，为新型充填胶凝材料工业化试验提供理论依据。     

粉煤灰替代矿渣作为胶凝材料早期强度激发的研究

粉煤灰是热电厂排放的火山灰粉体废弃物,具有潜在活性通常用于水泥掺合料。但掺加粉煤灰的胶凝材料降低早期强度,导致粉煤灰掺加量受到很大限制。针对金川矿山充填采用棒磨砂充填料和水泥胶凝材料,开展了粉煤灰和矿渣微粉等复合胶凝材料早期强度激发剂试验。试验设计料浆浓度为78%,胶砂比为1:4。首先,采用生石灰、脱硫灰渣、芒硝、亚硫酸钠等复合激发剂的正交设计,进行粉煤灰和矿渣微粉早期激发作用的材料配比试验;然后,采用DPS数据处理软件,建立充填体强度与激发剂材料掺量的回归方程,并通过优化决策确定激发剂最优配比。结果显示,由质量分数分别为5%的生石灰、17.5%的脱硫灰渣、3%的芒硝、1.5%的亚硫酸钠构成的复合激发剂,胶结充填体3d强度达到2.19MPa,大于金川矿山设计的1.5MPa强度要求。当采用20%的粉煤灰替代矿渣微粉时,3d强度达到1.504MPa,也满足金川矿山对充填体强度要求,且28d沉缩率仅为8.68%。由此可见,充分利用粉煤灰和矿渣微粉开发充填胶凝材料,不仅可以降低充填成本、提高采矿经济效益,而且还能够保护环境,实现绿色开采。     

粉煤灰替代矿渣微粉作为胶凝材料的早期强度激发研究

粉煤灰是热电厂排放的火山灰粉体废弃物,具有潜在活性,通常用于水泥掺合料。但掺加粉煤灰的胶凝材料会降低早期强度,导致粉煤灰掺加量受到很大限制。针对金川矿山充填采用棒磨砂充填料和水泥胶凝材料,开展了粉煤灰和矿渣微粉等复合胶凝材料早期强度激发剂试验。试验设计料浆浓度为78%,胶砂比为1∶4。首先,采用生石灰、脱硫灰渣、芒硝、亚硫酸钠等复合激发剂的正交设计,进行粉煤灰和矿渣微粉早期激发作用的材料配比试验;然后,采用DPS数据处理软件,建立充填体强度与激发剂材料掺量的回归方程,并通过优化决策确定激发剂最优配比。结果显示,由质量分数分别为5%的生石灰、17.5%的脱硫灰渣、3%的芒硝、1.5%的亚硫酸钠构成的复合激发剂,胶结充填体3d强度达到2.19 MPa,大于金川矿山设计的1.5 MPa强度要求。当采用20%的粉煤灰替代矿渣微粉时,胶结充填体3d强度达到1.504 MPa,也满足金川矿山对充填体强度的要求,且28d沉缩率仅为8.68%。由此可见,充分利用粉煤灰和矿渣微粉开发充填胶凝材料,不仅可以降低充填成本,提高采矿经济效益,而且还能够保护环境,实现绿色开采。     

金川全尾砂新型充填胶凝材料激发剂配比与力学特性研究

针对金川全尾砂充填料,采用石灰、脱硫灰渣、芒硝和NaOH复合激发矿渣微粉,开展全尾砂新型充填胶凝材料试验。首先进行全尾砂物化特性分析,然后开展胶结充填体强度正交试验,最后以试验数据为学习样本,利用神经网络模型进行胶凝材料激发剂配比学习,获得充填胶凝材料激发剂配比的隐含知识。在此基础上,进行不同激发配比胶结充填体强度预测分析,由此揭示充填体强度和激发剂的关系,获得了激发剂最优配比。结果表明,在相同条件下,全尾砂充填胶凝材料胶结充填体强度是32.5R水泥强度的2倍以上,而成本仅为水泥的2/3。但金川矿山采用下向分层胶结充填法开采,全尾砂充填胶凝材料仍不能满足充填体1.5MPa的3d设计强度,有待于进一步开展其早强特性试验研究。     

利用脱硫灰渣和粉煤灰开发充填胶凝材料及在金川矿山应用

为了降低充填采矿成本,在固结粉胶凝材料开发的基础上,本文利用脱硫灰渣和粉煤灰废弃物资源,开发棒磨砂粗骨料充填胶凝材料。首先对棒磨砂骨料进行粒径级配分析。分析结果表明:棒磨砂含泥量(-75μm)小于8%,满足棒磨砂骨料规定的含泥量,但+3.2 mm颗粒粒度含量大于3%,粗颗粒含量较多;然后开展料浆浓度78%,胶砂比1:4棒磨砂胶结充填体强度正交试验,由此获得胶凝材料配方为:生石灰3%、脱硫灰渣18%、粉煤灰15%、芒硝5%、NaOH1.5%、矿渣微粉57.5%,其胶结充填体3 d、7 d、28 d强度分别达到1.57 MPa、3.64 MPa、7.12 MPa,满足胶结充填体强度要求。研究结果显示,芒硝和NaOH对胶结充填体早强作用明显,但芒硝对后期强度增长不利,而NaOH对后期强度影响不显著。在物料协同作用下,粉煤灰和脱硫灰渣对充填体早期强度增长不利,脱硫灰渣有助于充填体后期强度增长;粉煤灰对28d强度影响呈现下降趋势;同时粉煤灰有助于提高充填接顶率。该充填胶凝材料已经在金川龙首矿应用,由此获得显著的经济效益和环保效益。     

金川棒磨砂新型充填胶凝材料的正交试验研究

以金川铜冶炼厂铜尾渣及热电厂的脱硫灰作为胶凝材料激发剂,以棒磨砂为骨料,在1∶4胶砂比和78%的重量浓度条件下,进行了铜尾砂新型充填胶凝材料配比的正交实验研究。通过测定试件的3,7,28d单轴抗压强度,主要研究了铜尾渣、脱硫灰及早强剂的活性及对抗压强度的影响。结果显示:金川的铜渣粉是一种惰性固体废弃物,不具有潜在活性,可以作为一种充填料加以应用;芒硝和NaOH作为早强剂对胶凝材料的早期强度作用显著,生石灰和脱硫灰渣对胶凝材料的28d强度作用显著;增加石灰和灰渣掺入量,对提高充填体的强度效果并不是十分显著。对正交分析结果进行回归优化,最终获得了胶凝材料最佳配比:芒硝10%、NaOH 1%、脱硫灰渣20%、石灰5%、铁矿渣64%,此研究为金川铜尾渣和脱硫灰利用提供了理论依据。     

全尾砂新型胶凝材料激发剂配比试验与综合决策

抽样检测结果表明,金川选厂全尾砂为中性材料,没有胶结活性,其物理化学性质可满足金川矿山充填材料的选型条件,可用于矿山充填。选取金昌铁厂水淬矿渣为主要原料,石灰加脱硫灰渣为复合激发剂,添加少量芒硝和NaOH制成全尾砂新型胶凝材料,进行了胶砂比为1∶4和料浆浓度为78%的胶砂充填体强度试验。试验采用设计4因素3水平的正交试验,并通过人工神经网络建模分析对全尾砂充填材料的激发剂配方进行预测研究,综合分析生石灰、脱硫灰渣及其他添加量对全尾砂新型胶凝材料充填体强度的影响,从而获得了制备全尾砂新型胶凝材料充填体强度的最优配合比。     

利用脱硫灰烧结渣制备新型充填胶凝材料的试验

烧结脱硫灰渣是半干法脱硫排放的废弃物。灰渣含有亚硫酸钙和飞灰等不稳定矿物成分,使得该废弃物利用面临困难。针对铁矿全尾砂胶结充填法采矿对廉价的胶凝材料的需求,采用烧结脱硫灰渣和水淬渣,开展了制备全尾砂充填胶凝材料试验研究。以生石灰作为碱激发剂,硫酸盐作为辅助激发剂,对矿渣微粉活性实施复合激发。首先采用正交设计进行试验方案设计和方案实施;然后采用极差分析对数据进行处理和配比决策。最后根据阶段嗣后充填采矿对充填体的强度要求,建立并求解全尾砂新型充填胶凝材料的优化模型,获得了充填胶凝材料的优化配比。结果显示,以生石灰和烧结脱硫灰渣作为水淬渣复合激发剂制备的新型充填胶凝材料,烧结脱硫灰渣掺量达到10%时,3,7d及28d的胶结充填体强度不低于相同条件下的以32.5R早强水泥为胶凝剂的充填体强度,而其成本低于水泥材料。     

利用鞍钢烧结灰渣开发尾砂胶凝材料正交试验与决策

烧结脱硫灰渣是焦化厂生产炼钢焦煤排放的废弃物。由于脱硫灰渣含有游离氧化钙和亚硫酸钙等不稳定的矿物成分,导致烧结脱硫灰渣资源利用面临困难。针对鞍钢矿山全尾砂无废充填法开采,以矿渣微粉和烧结脱硫灰渣作为主要材料,熟料和硫酸盐为复合激发剂,对鞍钢矿山全尾砂充填胶凝材料进行开发。首先开展充填胶凝材料配比的正交试验;然后,在极差分析的基础上,建立神经网络模型和预测能力,揭示胶凝材料复合激发剂配比对充填体强度影响规律;最后,综合极差分析和预测分析结果,获得了利用烧结脱硫灰渣开发的全尾砂胶凝材料的最优配方。结果显示:以鞍钢全尾砂作为充填料,胶砂比为1:6和浓度为70%的胶凝材料最优配比为:熟料4%,脱硫灰渣19%,芒硝0.5%,矿渣微粉76.5%,充填体28 d,强度最高达到3.883 MPa,是相同条件下水泥胶结充填体强度的1.7倍,但材料成本仅是水泥的40%~45%。      

甘肃某矿山基于粉煤灰-水淬渣的新型胶凝材料开发

在甘肃某矿山采用棒磨砂充填料、1∶4的胶砂比和78%质量浓度的充填条件下,研究用粉煤灰和矿渣微粉替代水泥。结果表明,当生石灰为5%、芒硝3%、亚硫酸钠1.5%、脱硫灰渣17.5%、粉煤灰20%和矿渣微粉53%的掺量时,棒磨砂胶结充填体的3、7和28 d的抗压强度分别达到1.50,3.15和5.12 MPa,充填体沉缩率仅为8.68%,均满足矿山下向分层胶结充填法采矿的强度要求。充填胶凝材料的粉煤灰掺量高达37.5%,成本降低到121元/t。     

Ausmelt炉冶炼渣含铜等离子体贫化探索

新疆五鑫铜业有限责任公司采用Ausmelt铜冶炼技术,电炉贫化渣含铜量为0.5% ~ 0.7%,比国内一些正在开采利用的原生铜矿品位还要高,具有极大的利用潜力。本文首次将等离子体技术用于铜渣贫化,试验结果表明：等离子体具有的瞬间高温,可以打破渣中无定形玻璃体包裹,使铜粒子聚集长大,降低贫化渣含铜量;在以氮气作为工作气体,气体流量 40L/min,反应时间 20 min,静置 120 min的试验条件下,等离子体反应可以将熔炼渣含铜降低至 0.36%;添加焦炭能提高等离子贫化反应效率,贫化后可将渣含铜降至 0.3%以下。     

溅渣护炉提高炼镍转炉寿命的研究与工业实践

基于金川炼镍生产工艺及炉型特点, 开发了卧式侧吹转炉溅渣护炉技术。溅渣模式为一个转炉化渣、另一个转炉溅渣, 溅渣气源为空气, 调渣剂选用轻烧镁球。工业实践表明, 溅渣期间, 风眼砖损耗速率降低一半, 镍转炉大修炉龄由360炉提高至595炉。溅渣前后炉渣分析表明, 溅后渣MgO和Fe₂O₃含量显著增加, 渣中镁铁橄榄石和磁铁矿比例增加, 炉渣熔化温度及粘度大幅上升, 镍转炉合理溅渣渣系为44%FeO-24%Fe₂O₃-25%SiO₂-7%MgO。溅渣后砖衬表面形成的溅渣层由挂渣层和反应层组成, 其中挂渣层包括镁铁橄榄石和磁铁矿, 反应层为镁铁固溶体和镁铬铝铁尖晶石。     

碱激发钢渣-矿渣混凝土的性能研究

为研究钢渣对碱激发钢渣矿渣混凝土性能的影响,通过测试不同水胶比及钢渣掺量时碱激发钢渣矿渣混凝土的力学性能和耐久性能,结合SEM微观测试,分析了钢渣与矿渣的相互作用。结果表明,0.40~0.45水胶比对碱激发钢渣矿渣混凝土抗压强度的影响不大,而钢渣掺量显著影响其各龄期抗压强度;钢渣与矿渣质量比为4∶6时混凝土强度达到C60等级,干燥收缩率接近普通混凝土,抗碳化性能较碱矿渣混凝土有一定程度的提高;钢渣与矿渣相互促进水化,形成结构更加密实,有助于强度和耐久性能的提高。     

露天矿渣混合料压实特性试验研究

为模拟露天矿矿渣混合料充填煤矿采空区后的工程性质,利用一种专用的压实试验装置,进行了矿渣混合料压实特性的试验研究;讨论了应力与应变、压实度以及变形模量的关系.研究表明,矿渣混合料在压实过程中,应变随着轴向应力增加而减少,两者之间呈对数关系;变形模量随着应力的增加而线性增加.在相同应力条件下,细小颗粒含量较高的混合料应变较小,压缩模量较高,抗压缩性能较高,充填后对上部岩体的支撑效果较好.     

钢渣粉对全固废混凝土强度的影响

以钢渣粉、矿渣、脱硫石膏为胶凝材料完全替代水泥熟料制备全固废混凝土,考察钢渣粉比表面积和掺量对全固废混凝土抗压强度的影响。结果表明：随着钢渣比表面积的增加,混凝土抗压强度逐渐提高;水化早期钢渣粉对混凝土抗压强度增长贡献小于矿渣粉;在钢渣比表面积为640 m2/kg,钢渣粉、矿渣粉、脱硫石膏粉分别占胶凝材料总质量的25%、63%、12%时,制备的全固废混凝土抗压强度最高。钢渣、矿渣、脱硫石膏相互作用,促进了钙矾石和C-S-H凝胶的形成和生长;钙矾石的生成是混凝土早期强度的主要来源,在水化反应后期,钙矾石和C-S-H凝胶相互交织,形成致密结构有利于混凝土抗压强度提高。     

工业废渣代替粘土生产普通硅酸盐水泥的研究

叙述了利用工业废渣煤矸石、磷渣、锰渣、磷石膏、液态渣代替粘土生产普通硅酸盐水泥的试验。结果表明水泥中工业废渣的掺量超过 5 0 % ,其 3d抗压强度达 32 .1MPa,2 8d抗压强度达5 8.6 MPa。用此种工艺可生产 5 2 5 R早强水泥。     

高炉渣综合利用的研究进展

介绍了两种高炉渣的化学成分，从制水泥和混凝土两个方面阐述了普通高炉渣在建材领域的应用以及对从含钛高炉渣中提书TiO2的研究状况。     

炼铅鼓风炉渣铅含量降低的探索与实践

本文根据富铅渣的性质,对渣含铅的影响因素如渣型、热工制度、炉料质量以及工艺操作等作了详细阐述和分析。并结合生产经验,探索出适合鼓风炉熔炼的渣型、风量、配料的准确性等相关技术参数。最后指出对于含大量硅酸铅的富铅渣,只有将渣型选择为：Fe20%～22%、SiO219%～21%、CaO14%～16%、Zn11%～13%,炉内鼓风量控制为14500～15000m3/h,且要不断提高配料的准确性,才能达到较好的熔炼指标。     

铁矾渣侧吹熔炼渣型调控研究

某企业锌冶炼铁矾渣采用侧吹熔炼进行综合回收处理,其熔炼过程中熔渣渣型和性能控制是确保熔炼过程顺利进行、节能降耗的关键。基于铁矾渣剂熔剂的成分及物相组成,选择PbO-CaO-SiO2-FeO-ZnO为熔炼过程基本渣系,采用FactSage热力学软件绘制该渣系相图,结合相关炉渣性能测定实验,探索随FeO/SiO2比和CaO/SiO2比等的改变对炉渣物化性能的影响。结果表明,熔炼过程不添加其他熔剂条件下,炉渣中FeO/SiO2比在0.92~1.53的范围变化时,随着FeO/SiO2比增大,炉渣熔化温度增高,当FeO/SiO2比为0.92时炉渣熔点最低,为1338℃。CaO/SiO2比在0.3~0.8的范围变化时,随着CaO/SiO2比增大炉渣熔化温度呈现降低趋势,当CaO/SiO2比为0.78,炉渣熔点最低,为1385℃。对低熔点渣型进行黏度测定,可知在1500℃黏度均在0.5Pa·s以下,满足冶炼对流动性的要求。提出了添加CaO同时减少SiO2至CaO/SiO2比为0.78的优化调渣方案。调渣后渣中主要物相以磁铁矿和硅酸盐为主,有利于后续提铁。     

利用工业废渣制备充填胶凝材料的研究

为了降低矿山充填成本,以钢渣、矿渣等工业废渣为主要胶凝组分制备充填胶凝材料,研究了电石渣对其性能的影响。借助XRD、SEM测试手段分析了胶凝材料化产物的矿物组成和微观形貌。实验结果表明向充填胶凝材料中单掺15%的电石渣时,充填胶凝材料3、28 d抗压强度分别达到了16.3、38.6 MPa,与未掺电石渣的试样相比,3、28 d抗压强度分别提高了34.7%、26.3%;用25%的矿渣等量取代钢渣时,充填胶凝材料3、28 d抗压强度分别达到了26.4、48.3 MPa,与未掺矿渣的试样相比,3、28 d抗压强度分别提高了63.9%、28.5%,凝结时间缩短。