基于脱硫灰渣的新型充填胶凝材料关键技术

在对全尾砂充填胶凝材料研究现状及脱硫灰渣利用研究现状进行分析的基础上,提出了利用脱硫灰渣进行新型充填胶凝材料的可行性,详细阐述了拟开展的研究内容及关键问题.并针对唐钢二炼铁烧结脱硫灰渣的利用及司家营铁矿嗣后充填法采矿实际需求,具体提出了研究技术路线及关键技术.     

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,...     

一种全尾砂充填新型胶凝材料的研制

利用高炉炉渣研制了一种新型全尾砂充填胶凝材料。该新型胶凝材料由矿渣、石灰、石膏和水泥组成,并且加入少量外加剂。采用正交试验,对新型胶凝材料进行影响因素研究,然后通过DPS数据处理软件建立强度与配方的回归公式,最后确定最优配方。试验表明,采用最优配方的新型胶凝材料,全尾砂充填体强度是32.5#水泥全尾砂充填体强度的3倍,同时新型胶凝材料成本与水泥成本相当或略高,由此可以降低全尾砂充填采矿成本达40%~50%。开发的新型胶凝材料已经在石人沟铁矿现场试验和应用,从而进一步验证了该胶凝材料的可行性与可靠性,为提高石人沟铁矿的充填采矿经济效益奠定了基础。     

外加剂对新型全尾砂充填胶凝材料强度影响研究

在全尾砂新型充填胶凝材料中添加少量的外加剂,可以改善充填料浆的流动性,提高充填体抗压强度,延长凝结时间,从而满足全尾砂胶结充填体强度和管道输送特性要求。结合司家营南区铁矿全尾砂充填材料和新型充填胶凝材料,采用正交试验、优化模型和验证试验,进行了萘系和氨基磺酸减水剂等外加剂对充填胶凝材料性能的影响研究。研究结果表明,在全尾砂新型充填胶凝材料中添加0.3%的氨基磺酸盐减水剂效果最好、性价比最高,从而为司家营南区铁矿充填使用全尾砂新型充填材料提供了理论基础。     

矿渣基胶凝材料开发和充填体强度与流变特性研究

针对中关铁矿高泥尾砂充填骨料,开展了矿渣基胶凝 材料试验研究.通过矿渣基胶凝材料胶结体强度试验,获得 复合激发剂配比为熟料１０％、脱硫石膏１５％,矿渣基胶凝材 料激发剂与矿渣微粉之比为１∶３.利用该新型胶凝材料, 分别采用１∶４和１∶８两种胶砂比,进行尾砂胶结体强度验 证试验.结果表明,胶砂比为１∶４的全尾砂胶结体２８d强 度大于２．５MPa,可满足中关铁矿一步骤采场的充填体强度 的要求;胶砂比为１∶８的全尾砂胶结体强度大于１．５ MPa, 可以满足二步骤矿柱采场的充填体强度要求.最后针对中 关铁矿高泥尾砂,开展了不同胶砂比和料浆浓度的胶结充填 体强度和充填料浆的流变特性试验,满足揭示了矿渣基胶凝 材料胶结体强度和料浆流变特性的变化规律,为新型胶凝材 料在中关铁矿应用奠定了基础.     

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。     

矿用尾砂固结粉在铁矿山全尾砂现场充填试验研究

为了分析和评价新型充填胶凝材料尾砂固结粉(简称矿尾粉)替代水泥用于铁矿全尾砂胶结充填法采矿的可行性与性价比, 开展了矿尾粉的现场试验, 测试了不同配比和浓度条件下的矿尾粉全尾砂充填体的单轴抗压强度, 并与水泥和胶固粉胶凝材料进行了对比分析。结果表明: 矿尾粉胶凝材料强度高、成本低、性价比高, 替代水泥用于铁矿充填法采矿, 不仅能大大降低充填采矿成本, 而且还能实现铁矿全尾砂充填, 为贫铁矿床的充填法采矿奠定基础。     

鞍钢全尾砂矿渣基充填胶凝材料试验研究

利用芒硝、脱硫石膏、水泥熟料等激发剂充分激发鞍钢水淬渣粉的胶凝活性,开发适用于鞍钢全尾砂的矿渣基胶凝材料。在鞍钢全尾砂物化特性分析的基础上,通过探索性正交试验与极差分析,初步获得满足矿山强度要求的胶凝材料配方。矿渣基充填胶凝材料的开发应用,不仅节约充填材料成本,而且可实现鞍钢铁矿的安全、低能耗开采。     

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。     

鞍钢矿山全尾砂新型充填胶凝材料配方正交试验与优化

基于目前以水泥作为充填胶凝材料的铁矿充填法采矿面临严峻的经济效益问题,利用水淬渣和脱硫石膏等废弃物开发全尾砂充填胶凝材料,是降低充填采矿成本提高采矿经济效益的有效途径。以鞍钢水淬渣为主要原料,以水泥熟料、脱硫石膏和工业芒硝为复合激发剂开展充填胶凝材料配方的正交试验。试验结果表明,对充填体28d强度影响程度从大到小的顺序是:脱硫石膏工业芒硝水泥熟料。通过调整激发剂掺量进行胶凝材料配比优化试验,从而得到全尾砂充填胶凝材料的最优配比是:水泥熟料4%、脱硫石膏11%、工业芒硝0%和矿渣粉85%,其胶结充填体28d强度为3.79 MPa。是相同条件下水泥胶结充填体强度的2.7倍,但材料成本仅是水泥的45%~50%。     

司家营铁矿充填用新型胶凝材料制备中间试验

在前期针对司家营铁矿全尾砂的探索性试验、净浆试验、胶砂试验中,已经初步开发出了激发钢铁厂水淬渣活性的新型胶凝材料。为了进一步检验和验证新型胶凝材料的力学特性,利用中试生产的新型胶凝材料进行了不同胶砂比和不同浓度的胶砂试验,得到了适合司家营铁矿充填的新型胶凝材料。     

均匀设计法在新型胶凝材料配合比研制上的应用

采用均匀设计的试验方法,分析4种不同配比的新型胶凝材料对司家营铁矿全尾砂胶结充填体强度的影响。采用二次多项式逐步回归法分析处理试验数据,建立全尾砂胶结充填体28 d强度与新型胶凝材料不同配比之间的回归模型。使用MATLAB软件进行配比参数优化,确定新型胶凝材料的最佳配比组合。最佳配比验证试验的充填体28 d抗压强度为3.44 MPa,与预测的3.66 MPa相差不大,说明均匀设计法在胶凝材料配方研制上有较高的实用价值。试验结果为司家营铁矿全尾砂胶结充填开采提供了理论参考。     

全尾砂新型充填胶凝材料在高官营铁矿的应用

前期研究已经开发出铁矿全尾砂充填料的矿尾粉胶凝材料。通过在石人沟铁矿应用结果表明,矿尾粉新型胶凝材料不仅充填体强度高,而且成本低,具有良好的性价比。为此开展了矿尾粉新型胶凝材料在高官营铁矿的推广应用。高官营铁矿全尾砂物化特性分析结果显示,该矿全尾砂颗粒细(da v=0.234 mm),含泥量高,且级配差,属于级配不良的全尾砂充填料。根据矿山充填系统,进行了胶砂比为1∶6和料浆浓度为65%的充填体强度试验。由此获得7 d充填体强度达到1.16 MPa,是相同条件下32.5R早强水泥的1.30倍。当向矿尾粉中添加1.5%的增强剂,充填体强度可达到1.62 MPa,可满足高官营铁矿上向分层充填法采矿强度的要求。     

铁矿全尾砂新型充填胶凝材料的开发及应用研究

全尾砂充填法采矿是未来铁矿石开采的发展趋势,降低采矿成本是铁矿充填法采矿的必由之路。以水淬渣粉作为主要原料,采用碱和盐复合激发剂激发,获得了一种全尾砂新型充填胶凝材料-矿山尾砂固结粉（简称矿尾粉,代号为KWF）。与水泥材料相比,矿尾粉成本低、强度高,对含泥量高的全尾砂充填料优势更显著。采用矿尾粉替代水泥用于铁矿充填法采矿,不仅能够降低充填采矿成本,而且还能够实现固体废弃物资源化利用,从而保护环境和无废开采。矿尾粉新型充填胶凝材料已在唐龙新型建材有限公司工业化生产,在东凯矿业公司铁矿山应用,获得了显著的经济效益和社会效益;为在建设中的司家营地区大型贫铁矿充填法采矿奠定了基础。     

全尾砂新型充填胶凝材料在南洺河铁矿的应用

针对冀东铁矿全尾砂充填料,已经开发出适用于铁矿山全尾砂胶结充填法采矿的矿山尾砂固结粉(简称尾矿粉)。通过矿山工程应用表明,该种全尾砂新型胶凝材料不仅胶结充填体强度高,而且成本低,具有良好的性价比。为此开展了矿尾粉新型胶凝材料在南洺河铁矿推广应用的试验研究。现场全尾砂取样的物化特性分析结果显示,南洺河铁矿全尾砂充填料不仅颗粒细(dav=0.361mm),含泥量高,而且级配差(不均匀系数53.4),属于级配严重不良的全尾砂充填料。为此,作者进行了胶砂比为1∶8和料浆浓度为73%的胶砂充填体强度试验。28d胶砂充填试块强度可以达3.024 MPa,是相同条件下32.5R早强水泥的2.77倍,满足了南洺河嗣后充填采矿对充填体强度的要求。     

全尾砂新型胶凝材料的现场力学试验

利用工业废渣开发的新型胶凝材料,对尾砂的固结效果远远超过了水泥。为了验证开发的新型胶凝材料的可靠性和稳定性,开展了现场试验。利用新型胶凝材料和32.5^#水泥2种胶凝材料,进行不同胶砂比和不同质量浓度的全尾砂充填胶凝材料的28 d强度试验。试验结果表明,在任何胶砂比、任何浓度条件下,新型胶凝材料充填体强度均高于相同条件下的32.5^#水泥充填体。说明新型胶凝材料对全尾砂的固化效果好,为矿山尾矿的资源化利用找到了一条新途径。     

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。     

高官营铁矿全尾砂充填胶凝材料优化配比试验研究

高官营铁矿是一座典型的复杂难采矿床,采矿成本面临居高不下的难题。在高官营铁矿实现全尾砂充填法采矿,能有效降低采矿成本。根据高官营铁矿实际工程背景,首先采用筛分法和激光扫描法,测定了高官营铁矿全尾砂粒径分布。结果显示,高官营全尾砂属级配不良尾砂充填料,整体粒度较细。针对高官营铁矿粒度较细和级配不良的全尾砂,借助前期全尾砂浆胶凝材料配方的工程经验,进行了高官营铁矿全尾砂的新型充填胶凝材料配比正交试验。通过对试验数据的极差分析,获得了细颗粒全尾砂的胶凝材料激发剂最优配方为生石灰3.5%、半水石膏16%、芒硝0.5%。最后又进行了增强剂试验,得出了最优增强剂添加量为2%。     

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%。      

基于正交试验和神经网络的新型充填 胶凝材料配比优化

针对南洺河铁矿超细全尾砂,利用高炉矿渣、生石灰、芒硝和无机盐材料,进行了全尾砂充填胶凝材料优化配方正交试验。根据极差分析确定生石灰添加量6%的基础上,以试验数据为学习样本,建立了新胶凝材料配方的神经网络模型,开展激发材料掺量对充填体强度预测与影响规律研究。结果表明,对充填体28d强度影响最大因素是生石灰,其次是半水石膏,芒硝最小。综合考虑胶凝材料成本以及南洺河铁矿采矿方法对充填体强度要求,确定了南洺河全尾砂充填胶凝材料的优化配方是:生石灰6%,半水石膏18%,芒硝1.2%,NaCl 0.6%,CaCl_2 0.4%和矿渣微粉73.8%。采用优化配方进行验证试验,得到胶结充填体28 d的抗压强度达到2.873MPa,与正交试验中充填体强度试验的误差仅为5%,由此证明,南洺河铁矿全尾砂充填胶凝材料优化配方具有一定的可靠性。