全尾砂胶凝材料开发及泡沫砂浆充填试验研究

针对矿山全尾砂充填采用水泥作为胶凝材料,不仅成本较高,而且充填效果不佳的问题,利用固废资源开发新型全尾砂胶凝材料。在满足充填强度要求的前提下,对充填材料配比进行优化;并在开发胶凝材料的基础上添加发泡剂,制备泡沫砂浆,不仅改善了充填料浆的流动性,而且能提高接顶率。首先对尾砂、矿渣等材料进行物化分析及粒径级配分析;其次在前期探索性试验的基础上,采用均匀试验和配比优化试验确定新型胶凝材料优化配比为矿渣 80.5%、脱硫石膏 16.5% 和生石灰 3%;最后以优化配比的胶凝材料进行泡沫砂浆充填试验,试验结果显示：添加泡沫剂的全尾砂浆强度、流变性均与砂浆干密度、胶砂比及料浆浓度密切相关。     

全尾砂胶凝材料开发及泡沫砂浆充填试验研究

针对矿山全尾砂充填采用水泥作为胶凝材料，不仅成本较高，而且充填效果不佳的问题，利用固废资源开发新型全尾砂胶凝材料。在满足充填强度要求的前提下，对充填材料配比进行优化；并在开发胶凝材料的基础上添加发泡剂，制备泡沫砂浆，不仅改善了充填料浆的流动性，而且能提高接顶率。首先对尾砂、矿渣等材料进行物化分析及粒径级配分析；其次在前期探索性试验的基础上，采用均匀试验和配比优化试验确定新型胶凝材料优化配比为矿渣 80.5%、脱硫石膏 16.5% 和生石灰 3%；最后以优化配比的胶凝材料进行泡沫砂浆充填试验，试验结果显示：添加泡沫剂的全尾砂浆强度、流变性均与砂浆干密度、胶砂比及料浆浓度密切相关。     

基于粉煤灰－矿渣微粉的新型胶凝材料开发研究

为了降低充填采矿成本及推进无废化开采,利用粉煤灰和矿渣开发新型充填胶凝材料替代水泥是目前最行之有效的途径。本文在金川镍矿采用棒磨砂充填料、1:4的胶砂比和78%的质量浓度的充填系统条件下,首先,开展了添加早强剂的粉煤灰替代水泥合理掺量的试验研究;结果表明,当添加2%的芒硝时,粉煤灰掺量可提高到20%。然后,采用正交设计试验和极差分析研究矿渣微粉替代水泥开发新型充填胶凝材料试验;在获得最优配比基础上再次进行粉煤灰替代部分矿渣试验,从而提高粉煤灰掺量,实现降低充填采矿成本的目的。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3d、7d和28d的抗压强度分别达到1.50MPa,3.15MPa和5.12MPa,充填体沉缩率仅为8.68%,均满足金川矿山下向分层胶结充填法采矿的强度要求。该种充填胶凝材料的粉煤灰掺量高达37.5%,其成本降低到121元/t。该试验研究结果为中试和工业试验奠定基础,为金川矿区固体废弃物资源化利用和提高充填采矿效益起到重要作用。     

金川矿山混合充填材料配比试验

充填料浆配比对充填体强度和砂浆输送特性产生重要影响。针对金川矿山棒磨砂供应严重不足,开展了棒磨砂、棒磨砂+河砂和棒磨砂+河砂+粉煤灰3种充填材料添加相同水泥的充填体强度、砂浆流动度、泌水率和沉降损失率的试验研究。试验结果显示,河砂与棒磨砂配比为2∶8的混合充填料与单一棒磨砂充填体强度相当,砂浆流动度、泌水率和沉缩损失率稍差,但满足金川矿山充填采矿要求。当添加水泥重量的30%粉煤灰后,不仅显著提高充填体强度,而且还可改善砂浆流动度、泌水率和沉降损失率;同时还降低棒磨砂浆充填料浆的分层度,有利于提高充填体质量和充填接顶率。研究成果已经应用于金川矿山充填料浆制备和工业化生产。     

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。     

掺粉煤灰的混合充填骨料配比优化实验

针对某矿山采用混合粗骨料存在充填料浆分层离析的问题,通过添加粉煤灰细骨料来优化骨料级配.首先对充填材料进行物化分析,并在此基础上开展不同粉煤灰掺量的混合骨料粒径级配分析,然后进行掺粉煤灰混合骨料充填体强度实验,实验结果表明:充填体强度随着料浆浓度与粉煤灰掺量的增加而提高,强度改善明显;掺入适量粉煤灰细骨料,能有效改善粒径级配,提高充填体强度.最后以单位充填成本为优化目标,以各龄期强度为约束条件建立优化模型对混合骨料充填配比进行优化,得出满足充填强度要求的最低成本方案,即粉煤灰掺量26％、胶凝材料添加量为286 kg/m3,料浆浓度为81.36％时充填材料成本最低,并以此进行验证实验,得到3d强度为1.56 MPa,7 d强度为2.86 MPa,28 d强度为6.9 MPa,塌落度25.6 cm,分层度3.1 cm,泌水率为5.7％,均满足矿山要求,此时充填成本为124元/m3,较原来的145元/m3降低了 14％.     

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。     

金川下向分层充填法采矿大掺量粉煤灰应用研究

金川镍矿采用下向进路胶结充填采矿法,要求3d和7d的充填体强度分别不小于1.5 MPa和2.5 MPa。由于掺加粉煤灰影响水泥胶结充填体的早期强度,因此目前粉煤灰掺量控制在10%以内。为了提高粉煤灰在金川矿山中的利用率,针对胶砂比为1∶4、料浆浓度为78%的充填浆体,开展了添加芒硝早强剂的早期强度试验。结果表明:当芒硝添加量为2.0%~2.5%时,掺加20%的粉煤灰,水泥胶结充填体的3d和7d强度分别达到2.5 MPa和3.0 MPa,完全满足金川矿山对充填体早期强度的要求,从而降低充填胶凝材料成本达到56元/t。该研究结果已在金川矿山应用,同时为减少废弃物排放和环境保护做出了有益探索。     

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。     

氟石膏粉煤灰胶结充填材料试验研究

采用水泥作为矿山充填胶结材料 ,充填成本高。本项研究以氟石膏为粉煤灰的胶溶剂和激发剂 ,解决了长期以来粉煤灰固化速度慢的问题 ,并以此为基础 ,试验成功了一种新型充填胶结料。它具有粉煤灰用量大、成本低、后期强度高等优点     

粉煤灰在矿山胶结充填中应用的研究现状

分析了粉煤灰胶凝活性及其主要影响因素,介绍了粉煤灰在国内外矿山胶结充填中应用的研究概况。粉煤灰用于充填,不仅可以大幅度降低充填成本,而且还可以显著提高充填体后期强度,改善充填体和料浆性能,避免粉煤灰对环境的污染;然而粉煤灰用于充填,一般会造成充填体早期强度低,延长采场回采周期,所以,在充填环境条件下,有效激发粉煤灰提高...     

基于响应面法的煤矸石胶结充填体抗压强度试验研究

煤矸石胶结充填可有效控制煤矿开采造成的地表沉陷,减少环境破坏。为研究细矸率、水泥掺量和料浆质量浓度对充填体抗压强度的影响规律,优化充填材料配比,在单因素试验基础上采用响应面法设计3因素17组配比试验,构建响应面回归模型并计算优化配比,为工程上获得合理充填材料配比提供科学方法。研究表明:单因素对充填体抗压强度的影响大小依次为料浆质量浓度、水泥掺量、细矸率;细矸率和料浆质量浓度交互作用对充填体早期抗压强度影响较小,水泥掺量和料浆质量浓度交互作用对充填体中后期抗压强度影响最大;为满足充填强度要求（一般≥5.0 MPa）,经模型优化确定充填料浆最佳配比为m（煤矸石）︰m（粉煤灰）︰m（水泥）︰m（水）=50%︰22%︰8%︰20%,细矸率为52%时,充填体28 d抗压强度为5.07 MPa,验证试验误差范围在2%左右,模型精准可靠;水泥水化生成Ca(OH)₂激发粉煤灰和煤矸石活性物质生成钙矾石（AFt）和水化硅酸钙（C-S-H）凝胶,随着龄期不断增长对胶凝体系起到了良好的连接作用,网状结构更加稳定,能有效提高充填体抗压强度。      

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。     

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。     

胶结剂对全尾砂固结材料孔隙结构的影响

通过掺入一定比例粉煤灰和矿渣代替水泥,用AutoPoreⅣ9500型全自动压汞测孔仪测量不同胶结剂、不同龄期的全尾砂固结材料孔结构,表征胶结剂的胶结性能。结果表明,15%掺量的矿渣的孔结构参数比15%掺量的粉煤灰的孔结构参数更优。水泥、矿渣、粉煤灰三者水化活性活依次降低。随着养护龄期的增加,三种全尾砂试块的孔隙率、平均孔径、孔隙量均减小,分形维数、孔总面积均增大,抗压强度增加。工业试验验证,掺入一定量矿渣与粉煤灰的胶凝剂对水泥的可替代性,且具有成本优势。     

高掺量钢渣无熟料体系制备全尾砂胶结充填料

以钢渣和尾砂为主要充填材料,综合分析料浆流动性能和胶结充填体强度,确定胶结充填料的优化配比,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,当钢渣掺量为63%、脱硫石膏掺量为12%、矿渣掺量为25%时,料浆流动性能满足自流型胶结充填的流动性要求,充填体28 d抗压强度为3.73 MPa,满足矿山充填强度要求。     

不同掺合料及掺量下铀尾矿水泥固化体力学性能及氡析出率测量实验研究

铀尾矿水泥固化过程中，经常会遇到混合不均匀而导致强度较低、氡析出率高等问题。为了改善固化体的性能，在固化体中掺入一些其他固化材料，例如粒化高炉矿渣、粉煤灰和生石灰等。通过调整固化体中掺合料的种类、掺量和养护龄期，测试铀尾矿水泥固化体的饱和含水率、力学强度和氡析出率等性能。实验结果表明：单掺粒化高炉矿渣、粉煤灰和生石灰时，铀尾矿固化体7 d、14 d和28 d龄期抗压强度、抗拉强度和抗剪强度均有所提高；从力学性能考虑，效果最好的是养护28 d掺量为25%粒化高炉矿渣固化体，其饱和含水率也最低；掺量越大氡析出率越低，但是效果最好的是掺入25%的粒化高炉矿渣，其次是掺入25%的粉煤灰。该研究成果可为今后铀尾矿库退役治理提供理论参考和决策依据。     

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。