以冶金渣为胶凝材料的全尾砂胶结充填料的制备

以矿渣-钢渣-脱硫石膏为胶结剂,以密云铁矿全尾砂为骨料,制备用于胶结充填采矿的充填材料。综合分析料浆流动度和胶结充填体试块强度,优化胶结充填料配比,并通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)微观分析观察其微观结构和水化产物。试验结果表明,当胶结剂中矿渣掺量为60%、脱硫石膏掺量为12%、钢渣掺量为28%、胶砂比为1∶4、充填料浆浓度为80%时,料浆适应膏体泵送的流动性要求,充填体28 d抗压强度为8.62 MPa,满足矿山充填强度要求。     

某多金属矿新型充填胶凝材料性能及微观结构研究

采用矿渣新型胶凝材料为胶结剂,细尾砂为骨料,开展充填料浆流动度、泌水率和充填配比试验,研究浓度、灰砂比对料浆流动性、泌水率、充填体抗压强度的影响,以及不同养护龄期下充填体抗压强度的发展规律。结果表明：充填浓度对料浆流动度、泌水率的影响较大,随着浓度的提高,料浆流动度和泌水率显著降低;灰砂比的影响相对较小,随着灰砂比的降低,料浆流动度、泌水率略有提高;充填体抗压强度随浓度的增加而提高,随灰砂比的减小而降低,新型胶凝材料充填体在养护早期3 d强度发展较为缓慢,7 d后强度开始明显提高,28 d后强度仍能持续增长,且养护60 d强度相比28 d提高约20%;矿渣微粉在水泥、石膏等激发作用下生成纤维状C-S-H、针棒状钙矾石等水化产物是充填体产生强度的主要原因。     

钢渣基尾砂胶结充填体强度与流变特性研究

针对水泥作为胶结材料会增大充填采矿成本的问题,采用钢渣、矿渣及生石灰作为材料开展钢渣基胶结材料的研究工作,并对钢渣基充填体的强度及流变特性进行了详细分析。研究结果表明:矿渣含量对充填体7 d强度的影响程度高于钢渣含量,而钢渣含量对充填体28 d抗压强度的影响程度大于矿渣含量;钢渣基胶结充填体的抗压强度随着钢渣含量增大总体上表现出先增大后减小的趋势,钢渣含量为30%时,充填体的抗压强度基本达到最大值;在相同的胶结材料含量及料浆浓度下,钢渣基胶结充填体的7 d及28 d抗压强度均明显高于水泥基胶结充填体,充分体现出钢渣基胶结充填体具有更好的力学性能;随着料浆浓度增大,不同灰砂比下钢渣基充填料浆的流变参数均表现出明显增大趋势,但胶结材料的含量变化不会对钢渣基充填材料的屈服应力产生显著影响。结合流变试验可知,钢渣基充填体的料浆浓度可设计为62%～64%,在该浓度范围内的屈服应力未超过200 Pa,料浆体现出了良好的输送性能。     

某金矿全尾砂-人工砂高浓度胶结充填料浆工作特性的试验研究

某金矿拟采用全尾砂-人工砂高浓度胶结充填。为了研究充填料浆的工作特性及相关因素的影响规律,采用配合比正交试验,以料浆浓度、水泥含量和人工砂/尾砂为变量,以单轴抗压强度、塌落度和扩散度为研究目标,开展了对充填料浆强度和流动性的研究。结果表明:料浆浓度和人工砂/尾砂分别对充填料浆的强度和流动性影响最大。在实验范围内,料浆浓度和水泥含量与抗压强度成正相关,料浆浓度增加1%,强度可提高0.05 MPa,水泥含量增加1%,强度可提高0.06 MPa,人工砂/尾砂为4.2时,抗压强度可提高0.07MPa;料浆浓度与流动性成负相关,水泥含量与流动性成正相关,人工砂/尾砂比值为4.2时,塌落度可提高1.78cm,扩散度可提高10.47cm。试验得出的最佳配合比为:料浆浓度76%,水泥含量10%,人工砂/尾砂为4.2。     

铁尾砂基胶结剂制备及其性能研究

针对充填采矿法存在充填体强度较低，充填成本过高的问题，采用鞍钢某选矿厂铁尾砂作为原料，开展了新型铁尾砂基充填胶凝材料的研究。通过测定不同养护龄期、灰砂比和料浆浓度条件下的充填体抗压强度和料浆的流动性，对比分析P·S 32.5水泥和新型胶凝材料的充填体力学强度和流动性。结果表明：在相同条件下新型胶凝材料充填体强度略高于水泥，且在灰砂比和料浆浓度一定的条件下，铁尾砂基胶结剂料浆流动性高于水泥。同时利用SEM从微观层面对两种胶凝材料进行了对比分析，结果显示新型胶凝材料密实度更高。得出结论：采用鞍钢选矿尾砂制备的新型胶凝材料，其力学强度和流动性均满足矿山充填要求，可以替代水泥用于矿山充填，降低矿山充填成本。     

胶结剂种类及掺量对尾砂胶结膏体充填材料性能的影响

对三种胶结剂的不同掺量对粗、细尾砂胶结膏体充填材料性能的影响规律进行了试验研究,并对部分硬化体进行了扫描电镜分析。试验结果表明,无论尾砂是粗或细,均随胶结剂外掺量增加,硬化体7d和28d抗压强度增加,但对料浆析水率影响不大;对于细尾砂,在5%胶结剂掺量下,矿渣基复合胶结剂的胶结强度比纯硅酸盐水泥(包括复合硅酸盐水泥)强;对于粗尾砂,在30%胶结剂掺量下,矿渣基复合胶结剂的胶结强度比硅酸盐水泥弱。扫描电镜分析表明,在胶结膏体充填材料中矿渣基复合胶结剂水化产物比纯硅酸盐水泥水化产物分布均匀,前者比后者显微结构更密实。对胶结膏体充填材料的增强机理分析表明,增加充填集料之间的胶结连结、晶体连结能有效提高充填硬化体强度。结论是要制备低胶结剂掺量的胶结膏体充填材料,分散胶结剂水化产物是有效措施。     

全尾砂胶结充填多组分胶凝材料精准添加技术研究与应用

马坑铁矿采用阶段空场嗣后充填采矿法开采,充填系统实际使用过程中,尾砂与 PO42.5 普通硅酸盐水泥胶凝性低,充填体的强度难以达到采矿方法要求,若进一步提高充填料浆浓度或提高灰砂比将造成料浆输送困难和充填成本大幅增加,解决问题的最好办法就是开发高效胶结剂并添加至现有充填系统。本研究在总结以往经验的基础上,通过试验开发出了矿渣微粉+激发剂按特定比例组合而成的高效胶结剂,采用该高效胶结剂代替水泥制备充填料浆不但能够使充填体强度满足采矿方法的要求,而且还会大幅度降低充填成本;结合充填系统的现状,研究新增了矿渣微粉制浆添加系统,可将矿渣微粉和激发剂精准添加至搅拌机。矿渣微粉制浆添加系统建设投资 360 万元,而采用该工艺 2020 年可节省胶凝材料费用 3 448 万元,投资不到 2 个月即可收回,具有良好的经济效益。     

全尾砂胶结充填多组分胶凝材料精准添加技术研究与应用

马坑铁矿采用阶段空场嗣后充填采矿法开采，充填系统实际使用过程中，尾砂与 PO42.5 普通硅酸盐水泥胶凝性低，充填体的强度难以达到采矿方法要求，若进一步提高充填料浆浓度或提高灰砂比将造成料浆输送困难和充填成本大幅增加，解决问题的最好办法就是开发高效胶结剂并添加至现有充填系统。本研究在总结以往经验的基础上，通过试验开发出了矿渣微粉+激发剂按特定比例组合而成的高效胶结剂，采用该高效胶结剂代替水泥制备充填料浆不但能够使充填体强度满足采矿方法的要求，而且还会大幅度降低充填成本；结合充填系统的现状，研究新增了矿渣微粉制浆添加系统，可将矿渣微粉和激发剂精准添加至搅拌机。矿渣微粉制浆添加系统建设投资 360 万元，而采用该工艺 2020 年可节省胶凝材料费用 3 448 万元，投资不到 2 个月即可收回，具有良好的经济效益。     

矿渣微粉对细尾砂胶结充填体力学性能及微观结构影响

研究了不同矿渣微粉掺量对充填体早期、长龄期强度以及充填料浆流动性、泌水率的影响规律,通过采用X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等技术手段对特定龄期下充填体水化产物进行了微观表征并揭示其强度发展机制。结果表明：充填体养护早期（3d）,矿渣微粉的掺入不利于其强度的发展,且掺量越高充填体强度降低幅度越大;养护龄期超7d后,矿渣微粉对充填体强度提升作用开始显现,且充填体养护龄期越长,相同掺量下抗压强度提升效果越明显。充填浓度70%,灰砂比1:6,矿渣微粉掺量80%时,充填体养护28d、90d后抗压强度分别为5.02MPa和6.53MPa,相较养护7d充填体强度分别提高211.80%和305.59%。少量矿渣微粉的掺入在一定程度上会降低充填料浆流动性和泌水率,但当矿渣微粉掺量较高时,充填料浆流动性和泌水率均有一定程度的提高。矿渣微粉掺入后充填体内部水化硅酸钙（C-S-H）、钙矾石（3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O）等水化产物生成数量的增加,是导致其强度高于纯水泥充填体的重要原因。     

不同水泥胶结充填体的压缩性能试验研究

为探究以不同水泥作为胶结剂对充填体强度的影响,进行以水泥类型、料浆灰砂比、质量浓度以及龄期为影响因素、以充填体单轴抗压强度为评价指标正交试验,通过极差分析和方差分析研究各因素对胶结充填体抗压强度的敏感程度。结果表明,对胶结充填体抗压强度的影响程度顺序为:水泥类型龄期灰砂比质量浓度,以P·O52.5水泥作为胶结剂的充填体其强度最大,以P·S32.5水泥为胶结剂的充填体其强度最小;方差分析表明,灰砂比和龄期对胶结充填体强度的影响显著,充填料浆的质量浓度对充填体强度的影响最小。因胶结剂费用对充填成本的影响大,在制定满足强度要求的充填方案时应考虑水泥的市场售价。     

粉煤灰对碱激发高炉矿渣性能的影响

研究了掺加粉煤灰对碱激发高炉矿渣流动性、硬化时间、试件抗压强度及热稳定性与微观结构的影响。结果表明:1随着粉煤灰掺量的增加,料浆的塌落度上升,硬化时间延长。2粉煤灰的掺量越大,试块的抗压强度越低。3粉煤灰较低的反应活性,是造成掺粉煤灰的碱激发高炉矿渣试块硬化时间延长、抗压强度和热稳定性下降、孔隙率上升的原因。     

钢渣胶凝体系下矿山充填料的流动性研究

讨论了在无熟料钢渣胶凝材料体系下,矿山充填料流动性的主要影响因素。料浆流动性试验结果表明掺加粉煤灰能明显改善体系的流动性,在一定范围内浆体流动性随着粉煤灰掺量增大而增大,掺量为15%的粉煤灰流动度最高达到220 mm;矿渣对充填料浆体流动性的改善效果不如粉煤灰,但能提高充填体各龄期抗压强度;粗细颗粒级配合理的尾矿对流动性的改善有积极的作用,流动度能最多提高46.7%;料浆浓度对体系流动性和强度影响很大,73%浓度的充填料浆和易性好,流动度最高达到240 mm。     

奥尔托喀讷什锰矿粗骨料胶结充填体试验研究及配比优化

充填体材料的强度及充填体料浆的浓度、流动性和阻力坡降等是矿山充填体系统设计的关键指标,事关矿山的充填质量及矿山生产安全。为了保证矿山安全生产和降低矿山充填成本,针对奥尔托喀讷什锰矿矿山现状,选取了风化较少的青黑色废石和风化较多的土黄色废石,分别开展了材料基本物化性质试验、充填料胶结强度配比优化试验研究、充填料浆流变参数及输送性能研究等一系列试验。研究了不同粗骨料、水灰比、养护时间及料浆浓度对粗骨料胶结充填体单轴抗压强度、塌落度及充填体料浆流动性的影响,并进一步对粗骨料胶结充填体物料配比进行了优化。实验结果表明:当粗料为全粒径≤10 mm混合废石、灰砂比为1∶4时,充填体试块强度最大,料浆不易堵管或大量堆积于管道中;料浆浓度保持在82%～80%时,充填料浆的和易性和流动性较好;充填体料浆流速随浓度的下降快速上升,静料柱高也显著下降。     

碱激发高炉矿渣-粉煤灰制备充填胶凝材料

以河南某材料公司的高炉矿渣和粉煤灰为原料,NaOH溶液为碱激发剂,对山东某金属矿山的尾砂进行胶结充填体强度试验。结果表明,在高炉矿渣与粉煤灰的质量比为4,NaOH浓度为8 mol/L,液固质量比为0.5情况下,充填材料试件3 d、28 d的抗压强度分别为2.12和6.84 MPa,满足充填要求。SEM分析表明,高炉矿渣和粉煤灰在碱激发后生成大量的凝胶相,是充填材料试件产生强度的主要原因;XRD和FTIR分析表明,碱激发材料中出现了水化硅酸钙的晶相峰,Si（Al）-O-Si在碱激发作用下发生解聚后又重新聚合形成［SiO₄］,以及碱激发后的材料体系吸收空气中的CO2生成碳酸盐矿物,是净浆试件强度的主要来源。     

玲珑金矿胶结剂固结尾砂的微观实验

为探究玲珑金矿胶结剂在不同条件下对尾砂固结过程的影响,参照普通硅酸盐水泥,设 计了一系列不同灰砂比、料浆质量浓度和养护龄期的充填体试块,进行力学实验测定其单轴抗压 强度,并借助XRD、SEM对尾砂充填体物相组成和微观形貌进行分析。 结果表明:胶结剂水化反 应会产生钙矾石和C—S—H凝胶,促使尾砂充填体固结硬化;养护龄期、灰砂比会影响水化产物 中的钙矾石和C—S—H凝胶的含量及其形态的发展,养护龄期和灰砂比的增大,水化产物含量 增加,彼此搭接形成致密的网状结构,宏观上表现为强度的提高;料浆质量浓度则会影响试块的 孔隙结构,从而影响强度。     

充填配比方案优化的正交试验研究

为解决国内某铜矿充填分级尾砂供应量不足,充填料浆离析严重,充填体强度低的问题,应用正交试验展开了充填配比方案优化研究,试验以充填料浆质量浓度、灰砂比和细砂含量作为影响因素,以试块28 d单轴抗压强度、充填料浆泌水率和充填料浆扩散度作为试验指标,运用极差和方差分析法分析影响因素对试验指标影响的敏感性和显著性。试验结果表明：影响试块强度敏感性最强的因素是灰砂比,影响料浆泌水率和料浆扩散度敏感性最强的因素都是浓度;灰砂比对试块强度影响显著,浓度和细砂含量都对料浆泌水率影响显著（其中浓度影响最显著）,浓度对料浆扩散度影响显著。最终推荐充填配比方案为充填料浆浓度70%~72%,灰砂比1∶6~1∶8,细砂含量15%~20%;最优充填配比方案为充填料浆浓度72%,灰砂比1∶6,细砂含量15%。     

大梨树沟铁矿采空区全尾砂胶结充填试验研究

针对承德大梨树沟铁矿的采空区充填问题,分析了该矿全尾砂的物理及化学性质,基于充填料浆的流动性与强度实验,得出该采空区充填材料的最佳配比:灰砂比为1∶8、质量浓度为70%;在同一配比下,料浆的坍落度随浓度的增加而降低,料浆配比对坍落度影响很小;标准试块抗压强度随着浓度的增加而提高,随着配比的降低而降低最佳配比的充填体3,7,28d的抗压强度分别为0.3,0.41,2.62 MPa,完全满足充填空区的要求。     

基于正交试验的碱激发矿渣充填材料配比优化

矿渣基胶凝材料因其强度高、成本低、流动性好等优势,正逐步取代水泥成为金属矿山尾砂充填胶凝材 料。 目前,矿山使用的矿渣激发剂为硫酸盐、碱金属盐、硅酸盐等若干种材料组成的复合材料。 然而,大量研究表明, 硅酸钠是矿渣活化最佳激发剂。 鉴于此,本研究采用正交试验方法,以硅酸钠模数、激发剂浓度以及矿渣细度为变量, 以充填体强度和成本作为优化目标,对碱激发矿渣充填材料组分配比进行了优化。 结果表明,矿渣细度对试件 3 d 强 度影响最显著,硅酸钠模数对 28 d 强度影响最显著,通过充填体力学性能与经济成本综合比较得出最优配比方案为: 硅酸钠模数 0. 34、矿渣细度 800 m² / kg、激发剂浓度 0. 25。     

海水条件下矿山充填应用硅灰的试验研究

三山岛金矿充填用水中Cl-、SO42-和Mg2+等成分浓度较高,影响充填体的强度。根据海水和硅灰的化学成分检测结果,分析研究海水中氯盐、硫酸盐、镁盐对充填体的破坏机理,并通过试验验证硅掺量为8%时,卤水制作充填试块的抗压强度显著提高;另外,提高充填料浆的浓度和灰砂比,也对提高充填体抗压强度有较大的作用。分析认为,硅灰对于提高充填体的密实性,减少氯离子的渗透性和硫酸盐的流动性,降低充填料浆中的Ca(OH)2含量,减少钙矾石形成发挥了重要作用。因此,为了提高卤水条件下的充填体强度,掺加硅灰有一定的意义。     

尾矿渣复合胶凝材料制备研究

以铁尾矿和铜矿渣为原料,成功制备了尾矿渣复合胶凝材料。通过分析球磨时间、胶砂比、料浆浓度、矿渣用量、碱激发剂、水泥熟料、养护条件与胶凝材料力学性能的关系,探讨矿渣胶凝体系制备过程影响因素,确定矿渣胶凝材料制备工艺条件。当矿渣胶凝体系配比为铜矿渣∶石灰∶石膏=80%∶4%∶16%、矿渣胶凝体系球磨时间25min,充填体中矿渣胶凝体系∶水泥熟料∶氢氧化钠∶铁尾矿=20%∶5%∶0.5%∶74.5%、料浆浓度为75%时为充填材料的最好配比,在此条件下,5%水泥填料,试块28d抗压强度为3.62MPa。试验中尾矿渣复合胶凝材料制备研究满足矿山充填胶凝材料的需求。