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。     

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.     

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。     

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。     

泡沫剂对充填胶结材料强度和流变特性的影响

矿渣尾砂复合充填胶结材料是一种新型的胶结材料,该材料充填体与水泥充填体相比具有强度高、无污染和成本低的特点。通过强度和流变实验对加入泡沫剂的新型尾砂充填胶结材料砂浆进行分析,发现泡沫剂的适当加入不仅不降低胶结材料的强度,反而增加了料浆的均匀性,相同条件下降低了胶结材料用量,改善了料浆的流动性。     

减水剂对全尾砂胶结充填料浆流变性的影响

以全尾砂胶结充填料浆为研究对象,采用桨式旋转流变仪定量分析了聚羧酸(PC)、萘系(PNS)和三聚氰胺系(PMC)三种高效减水剂对料浆流变性能(屈服应力与塑性黏度)和触变性的影响。结果表明:掺入减水剂的料浆流变行为符合Bingham模型;三种类型减水剂掺入料浆后均能降低屈服应力、塑性黏度和触变环面积,且掺量越高降低幅度越大,料浆流变性改善效果越好。三种类型减水剂对料浆流变性改善程度存在差异,其中PC作用效果最好。随着养护龄期的增加,料浆的屈服应力、塑性黏度和触变环面积随之增大,减水剂对料浆流变性的作用效果减弱。     

碱激发矿渣胶结剂对尾砂充填料浆流动性和抗压强度的影响

针对固体浓度、胶结剂含量、激发剂/胶结剂(Al/Bi)比、硅酸钠/氢氧化钠(SS/SH)比对尾砂胶结充填料浆(CPB)流动性和抗压强度的影响进行了试验研究,结果表明:碱激发矿渣基充填料浆流动性和抗压强度均优于水泥基充填料浆。随固体浓度与SS/SH比值增大,碱激发矿渣基充填料浆流动性降低,而提高胶结剂含量与Al/Bi比值,碱激发矿渣基充填料浆流动性得到改善;随着固体浓度和胶结剂含量的增加,充填体试块强度随之增加,但增长速率降低;当Al/Bi比值小于0.3时,随着Al/Bi增大,碱激发矿渣充填体试块强度增加;Al/Bi比值大于0.3时,充填体试块强度呈现下降趋势;SS/SH比值对碱激发矿渣基充填体试块强度的影响则与养护时间有关。     

庙岭金矿全尾砂充填料浆流变特性的时温效应研究

胶结充填是一种经济、环保的采矿技术。目前,时温效应对高浓度胶结充填料浆流变特性影响的研究较为缺乏,以庙岭金矿全尾砂充填料浆为研究对象,利用Rheolab Q C型高级流变仪进行了一系列流变特性试验,研究了时温效应对高浓度胶结充填料浆流变特性的影响规律。结果表明:新鲜料浆及动状态料浆流变特性曲线都具有明显的Bingham流体特征,随着时间延长料浆屈服应力和塑性黏度不断升高,随着温度升高料浆塑性黏度不断降低而屈服应力则先降低再升高;静状态料浆流变特性不符合常用的流变模型理论,随着静置时长增加料浆流动性减弱;对于静状态料浆,其流变特性受时间因素影响较大,温度因素影响较小;对于动状态料浆,其流变特性受温度因素影响较大,时间因素影响较小;无论是动状态还是静状态料浆,料浆浓度对流变特性的影响都要大于灰砂比。     

白象山铁矿全尾砂充填料浆的流变力学特性研究

白象山铁矿设计采用胶结充填法开采.对白象山铁矿全尾砂材料物理力学性能参数进行了实验测试,并对全尾砂料浆和胶结全尾砂料浆的粘度进行了测定研究.采用Bingham模型对充填料浆的流变特性进行描述,并采用COMSOL软件对影响充填料浆流变特性的水泥水化作用、灰砂比、水灰比、温度等主要因素进行了模拟研究.研究结论对于矿山充填具有较好的指导意义.     

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。     

激发剂对赤泥一矿渣胶结充填材料性能影响研究‘

实验研究了激发剂和水泥熟料对赤泥一矿渣胶结充填材料性能的影响。结果表明,脱硫石膏对体系的激发效果最明显,能提高充填料试块的强度,掺量以占整体充填料的1．5％为宜;掺入熟料能显著提高充填料的早期强度,掺量为整体充填料的1．5％时强度达到峰值。     

减水剂类型对细尾砂充填料浆流动性及强度的影响

采用聚羧酸、三聚氰胺以及萘系三种类型的减水剂，开展了减水剂在不同掺量下细尾砂充填料浆流动度、流变及强度试验，研究了减水剂类型和掺量对充填料浆流动度、屈服应力、塑性粘度、表观粘度、触变性及充填体强度的影响规律。研究表明:减水剂的掺入可以显著提高料浆流动度，降低屈服应力和表观粘度。减水剂对料浆塑性粘度的影响相对较小。此外，料浆触变性随减水剂掺量的增加呈现出先增强后减弱的变化趋势。相比三聚氰胺、萘系减水剂，聚羧酸减水剂对料浆流动性能的改善效果更优。一定充填浓度下，减水剂的掺入会降低充填体早期强度，但对充填体中后期强度影响较小，甚至略有提高。     

高浓度胶结充填体强度影响因素试验研究

为得到煤矿高浓度胶结充填材料的合理配比,以水泥、粉煤灰、料浆浓度、养护时间为变化参数,采用正交试验法研究了不同养护龄期、水泥含量、粉煤灰含量和料浆浓度下四因素对胶结充填体强度的影响,以及不同水泥含量、粉煤灰含量和料浆浓度下三因素对胶结充填体坍落度的影响。结果表明:养护龄期对充填抗压强度影响最大,最不敏感的是粉煤灰含量;水泥含量对充填体坍落度的影响最大,最不敏感的是料浆浓度。同时表明运用正交试验优化胶结充填体强度的最佳条件,即水泥含量10%、粉煤灰含量20%、料浆浓度80%、养护时间为28 d,其单轴抗压强度为4.68 MPa,坍落度为243 mm,能够满足充填开采的要求。     

粉煤灰粒径对高浓度胶结充填材料性能的影响研究

为研究粉煤灰粒径对高浓度胶结充填材料性能的影响,对原状粉煤灰进行研磨分析,获得不同粒径特征的粉煤灰颗粒群。通过测试粉煤灰-水泥-煤矸石混合料的堆积空隙率,研究了粉煤灰粒径特征对混合干料空隙率的影响,以及料浆流变特征、坍落度和单轴抗压强度与粉煤灰粒径之间的关系。研究结果表明,充填料浆坍落度与混合干料堆积空隙率线性相关,料浆屈服应力和塑性粘度随粉煤灰粒径的减小而减小,单轴抗压强度随粒径的减小而增大。     

高效金属矿用胶结材料的研制及其性能

以粒化高炉矿渣为主要材料,熟料与脱硫石膏作为复合激发剂,添加少量外加剂,制备了新型高效金属矿用胶结材料,探讨了胶结材料的胶结原理以及不同掺量原料对充填体强度的影响规律,确立了切实可行的实验方案。结果表明,胶结材料在适当的配比条件下,其充填体强度对比利用水泥进行充填,28 d抗压强度达到P.O 42.5水泥的3.43倍、P.S.A 32.5水泥的3.82倍,远远优于使用水泥进行充填,同时,用高效胶结料替换水泥,增加了尾矿等废料的掺加比例,降低了充填成本。     

焦家金矿全尾砂充填体三轴试验研究

充填采矿法可有效解护采矿生产过程中尾矿库塌陷和环境污染等问题,充填材料主要以水泥作为胶结剂,但普通水泥充填体强度低、充填成本高。鉴于此,以焦家金矿全尾砂为研究对象开展充填体常规三轴试验,以水泥作为对照,对比分析矿渣基胶结剂在不同龄期(3、7、14、28 d)和不同围压(0、50、100、300、500 kPa)下的力学特性。结果表明,矿渣基充填体可有效提升充填体早期强度,其不同龄期的抗压强度均大于水泥充填体。龄期的增加促使充填体从塑性向脆性的转化,围压的增加促使充填体从脆性向塑性的转化。Mogi-Coulomb强度准则比Mohr-Coulomb强度准则更适用于评估焦家金矿全尾砂充填体力学特性随着围压的增加,充填体的破坏特征从张拉破坏到剪切破坏,破坏裂纹分布密度减小；龄期对充填体破坏模式影响不大。试验结果表明矿渣基可解决充填体强度低、固体废弃物堆存等问题,有利于矿山企业可持续发展。     

高浓度全尾砂胶结充填料搅拌设备试验研究

全粒级尾砂胶结充填要求混合料含水少,均匀和流动性好,常规的搅拌设备难以满足要求。根据以细粒尾砂和水泥等固体材料组成的混合料属于一种具有触变性质的标准分散体系这一特点,研制成功了双轴叶片式搅拌机和高速搅拌机。用它搅拌的全尾砂胶结充填料浓度高,均匀性和流动性好,能够满足高浓度全尾砂胶结充填新工艺的要求。试验结果表明,由于高速搅拌机的强力作用,水泥的水化作用得到加强,在额定强度相同的条件下,每立方米充填料的水泥耗量可降低约100kg。新设备在凡口铅锌矿进行了工业试验,现已应用于生产。本文主要介绍设备的特点及其试验结果。     

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。     

高炉矿渣粉作为胶结材料的试验研究

煎茶岭镍矿采用下向胶结充填采矿法,充填成本高,为降低水泥消耗,利用高炉矿渣粉作为一种新型胶结材料开展充填工作,通过对不同配比、替代量等参数开展对比试验,最终得出高炉矿渣粉替代水泥后强度有所降低,随掺入量增加,强度下降越大,同时发现存在一个区间,高炉矿渣粉替代部分水泥用于井下充填,能够确保充填接顶率、充填体抗压强度,对其他矿山充填开采有重要的借鉴意义。     

影响细粒胶结充填料强度的各种因素

加拿大和澳大利亚金属矿山广泛采用胶结充填。在大多数情况下,采用细粒水砂充填,即用浮选尾矿作骨料,加入硅酸盐水泥作胶凝剂。通过加入冶炼炉渣的方法,可以减少水泥用量。影响充填料强度的因素有:骨料粒级配比、水泥、水以及添加剂(如絮凝剂)的含量等。此外,充填料强度还与养护期龄和环境条件、特别是温度有关。测定充填料强度的方法,有单轴抗压强度试验、三轴抗压强度试验和现场测试。除了充填料强度、聚合力和内摩擦力以外,充填料的渗滤性对其脱水性能也有重要意义。除了细粒尾砂充填外,还采用粗粒碎石作骨料,加入水泥浆或水泥砂浆进行充填。碎石胶结充填料的强度与结构类型有关,影响其强度的因素同影响细粒尾砂胶结充填料强度的因素相似。