流态胶凝材料胶结铁尾矿的充填性能研究

为实现用原状固废(钛石膏)的流态胶凝材料替代粉末胶凝材料进行铁尾矿胶结充填,简化胶凝材料制作流程,降低充填成本,采用流动度试验、强度试验和吸水率试验研究了两种胶凝材料胶结铁尾矿试样的宏观物理性能,并利用XRD和SEM对其胶结铁尾矿的固化机理进行了分析。研究结果表明:在尾矿固含量为70%、胶尾比为1∶10时,粉末胶凝材料胶结试样的3 d抗压强度(0.87 MPa)比流态胶凝材料约高出0.3 MPa,但两种胶凝材料胶结试样的7 d抗压强度差别在减小,28 d抗压强度并无明显差别。加入流态胶凝材料的充填尾矿流动度较加入粉末胶凝材料的充填尾矿提高了7.4%,既有利于泵送充填又不影响试样28 d的尾矿胶结体力学性能。XRD和SEM分析表明,流态胶凝材料的水化反应更有利于胶结体中钙矾石的生长。     

钢渣基固结粉充填胶凝材料开发与应用研究

针对河钢矿业中关铁矿超细全尾砂充填采矿法存在的胶结体强度低和胶凝材料成本高等问题,利用钢渣、矿渣和脱硫石膏固体废弃物,开展钢渣基固结粉充填胶凝材料研究。对矿山可以利用的钢渣、矿渣和脱硫石膏等固废物料,进行物化特性分析与质量评价;开展尾砂全固废固结粉胶结充填体强度的正交试验,以及全尾砂充填料浆流变特性研究。试验结果显示,脱硫石膏对胶结体7 d强度的影响大于钢渣微粉,而钢渣微粉对胶结体28 d强度的影响大于脱硫石膏。根据矿山对胶结体强度和充填料浆流变特性的要求,确定钢渣基固结粉胶凝材料的优化配方为:钢渣30%,脱硫石膏10%、矿渣60%。基于胶砂比1∶4和质量分数为64%进行胶结充填体强度测试,其充填体7 d、28 d强度分别达到了1.98 MPa、3.3 MPa,满足矿山对胶结充填强度的要求。固结粉胶凝材料成本分别比42.5水泥和市售胶固粉降低38%、28%,中关铁矿工业化充填试验结果证明其值得在铁矿山推广应用。     

碳酸盐激发胶凝材料性能优化及其在铅锌矿尾砂胶结充填中的应用研究

胶结充填有助于推动绿色矿山建设。然而,作为胶结充填的主要胶凝材料,水泥的高成本限制了的胶结充填的应用,因此亟待开发研究新型的充填胶凝材料。基于此,本文利用添加剂优化改性Na2CO3激发高炉矿渣作为胶凝材料用于胶结充填。通过探索不同添加剂对胶凝材料水化特性、反应产物以及对胶结充填样品流动性、抗压强度和重金属固化效率的影响,得出适合于铅锌矿尾砂胶结充填的胶凝材料配比。试验结果表明,当添加5 wt% 煅烧白云石以及1 wt%碱式碳酸镁时,样品性能最优。当胶凝材料和尾砂质量比为1:6,料浆浓度为76%时,充填体3d和28d抗压强度分别为1.41 MPa和3.89 MPa,并且重金属的浸出量符合国家相关标准。     

工业固废开发充填胶凝材料概述与应用展望

从材料和研究方法角度总结了利用固废开发充填胶凝材料的研究现状,将工业固废划分为潜在活性材料及惰性激发材料两个部分;固废应用于矿山充填,主要机理是以矿渣为基本组分,通过添加其他固废材料或激发剂,促使其水化反应,生成主要胶凝物质钙矾石与凝胶;选取不同工业副产石膏,开展了钢渣-矿渣-石膏全固废超细全尾充填胶结体强度试验,结果表明,石膏种类对充填体强度及体积膨胀率影响不大,钢渣掺量40%,石膏掺量12%以上时,充填胶结体强度均达到2.5 MPa以上,钢渣-矿渣-石膏全固废胶凝材料可应用于超细全尾砂胶结充填。     

磷石膏基胶结材固结原状磷石膏充填性能研究

以水泥和磷石膏基胶结材分别作为胶凝材料，以原状磷石膏为骨料，研究不同胶砂比和质量分数下材料的流动度、泌水率、浸出特性和抗压强度，确定磷石膏基水硬性胶结充填材料最优配比，并通过X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）分析充填材料硬化机理。结果表明，最优配比下磷石膏基胶结材充填材料28 d抗压强度是水泥固结充填材料的1.1倍；磷石膏基胶结材28 d浸出液中氟质量浓度为4.8 mg/L，满足GB 8978-1996《污水综合排放标准》一级排放标准；磷质量浓度28 d时为0.04 mg/L，满足GB 3838-2002《地表水质量标准》Ⅱ类水质标准；磷石膏基胶结材充填体浸出液pH为9.8，远低于水泥固化充填体浸出液的pH。研究结果为磷石膏在矿井充填中应用提供了技术支撑。     

钢渣基固结粉胶凝材料开发与应用研究

针对中关铁矿高泥尾砂,利用钢渣、矿渣和脱硫石膏等 固废资源,开展替代水泥的钢渣基固结粉胶凝材料研究。首 先进行全尾砂及活性胶凝材料物化及粒径分析,然后开展钢 渣基固结粉胶结充填体强度试验。根据正交试验极差分析 及回归分析,确定钢渣基固结粉优化配方为钢渣35%、脱硫 石膏18%和矿渣微粉47%;其尾砂胶结充填体强度约是水 泥强度的1.5倍,材料成本仅为42.5普通硅酸盐水泥成本的 40%左右。工业试验结果表明,尾砂胶结充填体7d、28d抗 压强度超过工业充填设计指标,钢渣基尾砂充填固结粉满足 矿山充填采矿要求。     

矿渣-粉煤灰基胶凝材料性能调控及其在铅锌矿尾砂胶结充填中的应用北大核心

尾砂胶结充填(Cemented Paste Backfill,CPB)是目前大规模消纳尾矿的主要方式,然而作为CPB中最常用的胶凝材料,普通硅酸盐水泥(Ordinary Portland Cement,OPC)的高成本限制了CPB的大规模推广应用,并且OPC大量使用不利于“双碳”目标的实现,因此需要研发新型的充填胶凝材料。利用煅烧层状双氢氧化物(CLDH)对Na_(2)CO_(3)激发高炉矿渣(Blast Furnace Slag,BFS)-粉煤灰(Fly Ash,FA)基胶凝材料进行改性,使其适用于铅锌矿尾砂胶结充填。一方面CLDH可以消耗反应体系中的CO^(2-)_(3),提高反应体系的pH值,进而促进反应,另一方面CLDH在重新水化过程中生成LDH,有利于对重金属的固化。通过研究胶凝材料的水化热、反应产物以及CPB样品的流动性、抗压强度和重金属固化效果,得出胶凝材料的最优配比。研究结果表明,样品B50FA50-CL5-Ca5具有最佳的综合性能。当胶凝材料和尾砂重量比为1∶6、料浆浓度为70 wt%时,充填体3 d和28 d抗压强度分别为1.21 MPa和2.77 MPa,并且重金属的固化效果符合国家相关标准。     

金川矿山磷石膏基新型充填胶凝材料的研制

针对甘肃瓮福化工有限责任公司排放的磷石膏废弃物,开展生石灰、磷石膏、矿渣和早强剂为主要成分的磷石膏基充填胶凝材料配比的正交试验研究。结果表明,当生石灰、磷石膏、芒硝和矿渣微粉的掺量分别为6%、30%、3%和61%时,充填体3d、7d和28d的抗压强度分别达到了0.622MPa,3.36 MPa和10.81 MPa,而在同等条件下,32.5R早强水泥的胶结充填体强度分别为1.65MPa,2.61MPa和5.10 MPa,通过添加早强剂将3d磷石膏基胶凝充填体强度提高到4.73 MPa,从而满足金川矿山充填采矿对胶凝材料的要求,有效降低了金川矿山的充填胶凝材料成本。     

矿渣-钢渣基胶凝材料固化某含砷尾砂试验

为了解矿渣-钢渣基胶凝材料(MSC胶凝材料)固化含砷尾矿的可能性,以含砷0.11%、砷浸出浓度为0.66 mg/L的广西某选矿厂铅锌矿尾矿为研究对象,进行了制备膏体充填料试验,探讨了胶凝材料配方对膏体充填料流动度、固化体抗压强度和砷浸出浓度及浸出液pH的影响。结果表明:在试验矿渣、钢渣、脱硫石膏和Ca(OH)_2掺量分别为51%、25.5%、8.5%、15%,胶砂比为1∶4,减水剂掺量为1%,料浆浓度为86%情况下,充填料浆流动度为300 mm,满足膏体充填自流输送的要求;固化体在40℃下养护28 d的抗压强度为20.19 MPa,满足胶结充填采矿对充填体抗压强度的要求,且砷浸出浓度低于检测限(0.004 mg/L)。Ca(OH)_2强化了矿渣-钢渣基胶凝材料对砷的固化,主要体现在Ca(OH)_2可与砷离子反应生成溶解度较低的Ca-As-O盐,并被胶凝材料水化产物C—S(A)—H凝胶等包裹,以及Ca(OH)_2使得浸出液的pH值和Ca²⁺浓度较高,Ca²⁺与AsO_4^3-、AsO_3^3-生成Ca-As难溶沉淀从而降低砷的浸出浓度。     

基于均匀试验与智能算法的全固废充填胶凝材料制备

为了制备满足矿山要求的超细尾砂全固废充填胶凝材料, 基于均匀设计方案, 开展了全固废充填胶凝材料激发剂配比的胶结体强度试验, 结果表明, 矿渣粉配比量为全尾砂胶结充填体7 d及28 d抗压强度的主要影响因素, 脱硫石膏配比量对充填体7 d抗压强度影响较大, 而钢渣配比量影响28 d抗压强度。建立了胶凝材料配比优化模型, 利用智能算法的全局寻优, 获得低成本全固废充填胶凝材料最优配比为: 脱硫石膏20%、钢渣微粉33%、粉煤灰25%、矿渣微粉22%, 材料成本为34.92元/m³;根据该配比进行了室内制备试验, 结果显示, 充填体7 d和28 d抗压强度分别达到1.38 MPa和3.56 MPa, 并且随着反应龄期增加, 该材料体系中C-S-H凝胶和钙矾石的质量损失从3.64%增加到8.7%, 充填体强度呈增加趋势。采用该方法制备的胶凝材料能满足矿山要求。     

冶金渣基胶凝材料固化生活垃圾焚烧飞灰的性能研究

以矿渣、钢渣、脱硫灰和磷酸淤渣为原材料,优化4种原料的配合比,制备出冶金渣基胶凝材料,考察其对垃圾焚烧飞灰中重金属的固化性能。结果表明:当m（矿渣）:m（钢渣）:m（脱硫灰）:m（磷酸淤渣）=36%:32%:12%:20%时,冶金渣基胶凝材料净浆试块的抗压强度达35.2 MPa。随着垃圾焚烧飞灰掺入量从10%增加到80%,固化体的强度不断下降;但是,当垃圾焚烧飞灰掺量高达到80%时,固化体抗压强度仍达2.2 MPa,Pb、Zn、Cr、Hg和As的固化率仍超过99%,垃圾焚烧飞灰固化体的抗压强度和重金属浸出浓度均满足《生活垃圾卫生填埋场污染控制标准（GB 16889—2008）》的要求。      

矿渣基胶凝材料固化垃圾焚烧飞灰中重金属的研究

以矿渣部分或全部替代水泥，与垃圾焚烧飞灰和脱硫石膏组成胶凝材料，研究随矿渣掺量变化，胶凝材料对垃圾焚烧飞灰重金属的固化效果。结果表明：随着矿渣替代水泥量的增大，净浆试块抗压强度呈现先增大后减小的趋势；当飞灰掺量为20%、矿渣掺量为70%、脱硫石膏掺量为10%时制成的净浆试块，在温度为35 ℃、湿度为95%下养护28 d，试块的抗压强度达到47 MPa，重金属元素Cr、Cd、Cu、Hg、Pb、Zn的浸出浓度均低于饮用水标准；对Pb、Cr的固化效果明显优于纯水泥胶凝体系。XRD和FT-IR检测表明：该矿渣基胶凝材料水化生成的主要产物有钙矾石、C-S-H凝胶和水铝钙石，水化产物对重金属离子有良好的包裹作用。矿渣基胶凝体系比水泥基胶凝材料体系在固化垃圾焚烧飞灰重金属方面优越性明显。     

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。     

利用钼尾矿制备胶凝材料的水化反应机理研究

以钼尾矿为主要原料,辅以高炉渣、石膏等原料,制备多固废胶凝材料,研究了钼尾矿掺量、养护工艺对净浆试样力学性能的影响,并利用XRD、DTA-TG和SEM等方法对钼尾矿胶凝材料的水化反应机理开展了基础研究。结果表明,当m(钼尾矿)∶m(矿渣)∶m(熟料)∶m(石膏)为30∶50∶10∶10时,60 ℃养护试样的性能相对较好,28 d抗压强度可以达到48.4 MPa。钼尾矿废渣胶凝材料的水化产物主要是AFt和C-S-H凝胶,随着龄期的增加,其水化产物也逐渐增多。多种水化产物相互交织、穿插和填充,促进试样强度的不断增长。      

四川某浸锌渣稳定化处理与无尾综合利用研究

为了解决会理鑫沙锌业浸锌渣堆放引起的环境污染问题，同时针对其铅、锌含量高的特点，将氧压浸锌渣和硫化钠加入棒磨机进行机械硫化固化、浮选处理。通过条件试验确定了棒磨硫化和浮选流程的参数，并对浮选尾矿进行了浸出毒性检测和制备硫磺建材的试验。试验结果表明：在合适的条件下可以同时实现铅、锌硫化率超过90%，在此基础上获得了硫品位65.26%、硫回收率7814%的硫磺精矿，铅品位45.29%、铅回收率80.02%的铅精矿，锌品位41.02%、锌回收率7014%的锌精矿。浮选尾矿重金属浸出毒性符合国家标准，利用其可制备出抗压强度大于45 MPa、吸水率小于1%的硫磺建材，最终实现了该浸锌渣的高质量稳定化与无尾综合利用。     

用某钼尾矿制备高性能混凝土的试验

将钼尾矿、矿渣、水泥熟料、石膏进行机械力粉磨,制备胶凝材料,研究了胶凝材料掺量和砂率对混凝土力学性能的影响。结果表明,随着胶凝材料掺量的增加,混凝土的坍落度和混凝土试块的抗压强度均增大;随着砂率的增大,混凝土的坍落度和混凝土试块的抗压强度均先增大后减小。当胶凝材料和骨料质量比为1∶3.0,砂率为0.35时,养护28 d的混凝土试块的抗压强度达68.7 MPa。在钼尾矿胶凝材料体系中,C-S-H凝胶、AFt及氢氧化铁凝胶等水化产物相互交织,未参与反应的微细粒填充到体系的孔隙中,促进了胶凝材料强度的增长。