金属矿绿色高效膏体充填胶凝材料研究与应用进展

目的:为摸清金属矿充填胶凝材料的现状,认清行业难题,启发研究思路,探索发展方向,推进绿色、低成本、高效膏体充填。方法:本文通过文献查阅、经验总结、实地调研、统计分析等方法,综述了当前充填胶凝材料的研究与应用进展。结果:首先,总结了充填胶凝材料的主要类型包括水泥类、冶金渣类、电热渣类、化工渣类、尾砂类5大类十余种小类;其次,归纳了充填胶凝材料在活性激发、水化机理、有害离子固化、节能减排等方面的研究进展;再次,探讨总结了充填胶凝材料的应用现状,仍以水泥最为常见,胶固粉次之,钢渣固结粉和CH(ChanHen)半水磷石膏充填案例效果显著,固废基充填胶凝材料逐渐取代水泥是趋势;最后,指出了充填胶凝材料研究与应用方面亟待解决的问题,包括水硬化模拟、极端环境下材料性能、水硬化过程控制、地域性固废处置、充填胶凝材料的技术标准等。结论:本文为推进绿色、高效膏体充填及行业发展提供借鉴与依据。

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。

矿山充填胶凝材料质量快速检测方法的试验研究

常规充填试块强度检测法对充填胶凝材料质量管理缺乏及时指导性,那么一种适用充填胶凝材料的快速检测方法就显得尤为重要。本试验在24小时标准水泥快速检测方法的基础上寻求突破,发明一种8小时矿山充填胶凝材料快速检测方法,利用高温水浴养护加快充填胶凝材料水化反应速率,使胶砂试块在短时间内拥有较高的机械强度,用于快速评估充填胶凝材料质量,并实现超前预测充填试块28天抗压强度。

全尾砂新型充填胶凝材料开发及其水化机理探讨

针对司家营铁矿全尾砂,利用石灰、脱硫石膏、矿渣等固体废弃物开展替代水泥的新型充填胶凝材料试验研究,并通过电镜扫描(SEM)和X射线衍射(XRD)分析,研究新型充填胶凝材料激发剂的水化机理,确定激发剂优化配比。研究表明,当料浆质量分数为68%、胶砂比为1∶8、石灰质量分数为3.5%、脱硫石膏质量分数为16.0%时能够满足司家营铁矿南区嗣后充填法采矿对充填体强度的要求。结果显示,新型充填胶凝材料胶砂体与水泥胶砂体相比,结构更致密、产状更粗大,水化产物主要为AFt晶体和无定型C-S-H凝胶,从而大幅度提高了新型充填胶凝材料胶砂体的龄期强度。

金川充填胶凝材料研究进展与废弃物综合利用展望

矿山废弃物排放面临严峻的环保压力,同时随着开采深度增加,充填采矿成本逐年提高.利用废弃物开发低成本充填胶凝材料和废石作为充填骨料,是提高充填采矿经济效益和实现可持续发展的必由之路.首先简要介绍充填胶凝材料研究进展,分析开发金川矿山充填胶凝材料存在的困难和问题;然后提出利用酒钢矿渣开发低成本充填胶凝材料的技术路线与关键技术;最后针对金川镍矿资源开采和废弃物利用现状,提出以新型充填胶凝材料开发为突破口,开展废石、废渣、尾砂等固体废弃物资源化综合利用的技术途径,展望金川固体废弃物资源化综合利用的发展前景.

矿用新型充填胶凝材料配比实验及其水化机理研究

以某充填矿山为背景,利用脱硫灰渣、水泥熟料、早强剂和矿渣进行矿用新型充填胶凝材料配比实验。采用正交实验确定胶凝材料最优配比,借助X射线衍射和扫描电镜研究新型充填胶凝材料的水化机理,最后进行验证实验和工业应用研究。结果表明:新型充填胶凝材料最优配方为水泥熟料∶脱硫灰渣∶早强剂∶矿渣=4∶17∶0.5∶78.5,最优配方下充填体7 d、28 d单轴抗压强度分别为1.355 MPa、3.870 MPa;新型充填胶凝材料水化产物主要为团絮状C-S-H凝胶和短棒状钙矾石,随龄期增加生成更多C-S-H凝胶和钙矾石,是充填体强度随龄期增加的原因;验证实验的充填体强度相对误差小于1%,强度可靠可进行工业应用;与32.5水泥相比,新型胶凝材料充填体7 d、28 d体积沉缩率分别低31.26%、33.50%,每吨节约成本73元,对提高充填体接顶率与节约矿山生产成本具有重要意义。

机械研磨时间对粗粉煤灰基充填胶凝材料性能的影响

为提高粗粉煤灰的综合利用效率,运用电镜扫描和粒度分析方法对粗粉煤灰活性进行研究,探究粗粉煤灰在机械研磨过程中活性随时间的变化关系,观察不同机械研磨时间下粉煤灰活性的激发效果,并分析了机械研磨粗粉煤灰活化机理。试验结果表明:研磨20 min时粗粉煤灰胶结剂的强度增长幅度最高,达50%,继续研磨强度增长速率明显下降,因此,机械研磨激发粗粉煤灰活性应控制在20 min内,继续研磨对提高活性作用不大。机械研磨活化粗粉煤灰机理主要包括物理效应、晶态转变以及化学变化。虽然机械研磨提高了粉煤灰的活性,但不能从根本上激发粗粉煤灰的活性,因此提高粗粉煤灰胶凝性需多方面综合考虑,选取最经济的颗粒细度和研磨时间。

利用烧结脱硫灰渣制备新型充填胶凝材料试验

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;然后采用极差分析对数据进行处理和配比决策,最后以阶段嗣后充填采矿对其强度要求,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,当胶砂比为1∶8、料浆浓度为68%时,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,烧结脱硫灰渣比例达到10%时,3d、7d及28d的胶结充填体强度不低于相同条件下的32.5R早强水泥,而胶凝材料成本低于水泥材料.

矿山新型充填胶凝材料概述与发展趋势

为了降低胶结充填成本,提高胶结剂对矿山充填特点的适应性,需要研究低成本、高性能的矿山专用充填胶凝材料。介绍了碱激发胶凝材料、高水材料、胶固粉和CH半水磷石膏胶凝材料。举例分析4种新型胶凝材料的特点可知,碱激发胶凝材料极大地降低了胶结剂成本,提高了固废利用率,高水材料和胶固粉明显提高了胶结剂的充填适应性,而CH半水磷石膏胶凝材料则兼顾了前后两者优点,是一种前景广阔的新型充填胶结剂。综合对比不同充填胶凝材料发展现状得出,更加重视充填体早期强度、探索更多固废资源化的可能、充分考虑矿山充填特点和胶凝材料与充填技术协同发展将是矿山胶凝材料今后发展的主要趋势。

钢渣取代量对复合充填胶凝材料性能的影响

通过对正交试验样本的极差分析得到最优配比,并基于最优配比,对试样中的矿渣采用钢渣进行取代,测试试样的抗压强度、吸水性能和膨胀收缩性能,重点分析了钢渣取代量对复合充填胶凝材料物理力学性能的影响。研究表明:钢渣取代量对试样的物理力学性能有显著影响,随着钢渣取代量的提高,试样的抗压强度逐渐降低,吸水量逐渐升高,收缩率逐渐减小;随着钢渣取代量的提高,试样水化产物中的托勃莫来石、硬硅钙石、水铝钙石和CS-H逐渐减少,直至消失,而板状的氢氧钙石等水化产物逐渐增多。

基于棒磨砂充填料的新型充填胶凝材料优化决策

以金川矿山棒磨砂为例,利用生石灰、脱硫灰渣、矿渣微粉等固体废弃物,以芒硝、Na OH作为外加剂开展替代水泥的新型充填胶凝材料试验研究。通过正交试验方案研究激发剂对新型胶凝材料充填体强度的影响,利用遗传规划程序回归新型胶凝材料抗压强度和沉缩率与激发剂之间的函数关系,使用遗传算法最终对回归函数进行有约束优化。结果显示:生石灰为7.05%、脱硫灰渣为16.32%、芒硝为3.062%、Na OH为1.08%、矿渣为72.48%,新型胶凝材料的3、7、28 d龄期抗压强度分别为1.00、4.03、6.73 MPa,优化结果符合现场充填强度要求,为新型充填胶凝材料工业化试验提供理论依据。

蚕庄金矿尾矿碱熔活化制备充填胶凝材料

利用金尾矿通过聚合反应制备矿物聚合材料作为充填采矿的胶凝材料,并且通过碱熔活化来提高金尾矿在矿物聚合材料制备过程中的活性。通过正交试验优化可知,金尾矿碱熔活化的最佳条件为:碱熔温度650℃、NaOH用量10%、碱熔时间40 min。以此条件下活化的金尾矿作为胶凝材料在不同的灰砂比和料浆浓度下制备胶结充填材料,材料的28 d抗压强度可达2.74~5.80 MPa,满足充填采矿的要求。

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。

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。

新型充填胶凝材料在焦家金矿的应用实践

介绍两种新型胶凝材料高水固结材料和尾砂固结材料在焦家金矿的应用效果。新型胶凝材料的突出特点主要是凝固时间短、强度高、成本低、易输送、易生产,适合焦家金矿下向和上向进路充填采矿工艺,在充填实践中取得了良好的效果,新型充填胶凝材料具有广阔的发展前景。

减水剂对风积砂充填胶凝材料性能的研究

研究了不同种类及掺量的减水剂对风积砂(水泥∶砂子为1∶10)充填胶凝材料的流变性能及强度的影响规律。通过旋转黏度计和扫描电镜(SEM)分别对其流变参数和微观形貌进行表征。结果表明:分别以磺酸钠掺量为0.25%,萘系减水剂的掺量为0.70%,聚羧酸的掺量为0.90%明显都能改善风积砂充填料浆的流变性能,也均能满足条带充填材料强度提出的对8 h和28 d强度的要求。其中当萘系减水剂掺量为0.70%时,风积砂充填胶凝材料的抗压强度和抗拉强度都比掺其他两种减水剂的强度值均要大。

新型矿山充填胶凝材料的研究与应用综述

伴随着采空区胶结充填技术的发展,充填胶凝材料的研究与应用技术取得了长足的发展。介绍了高水速凝充填胶凝材料、粉煤灰充填胶凝材料、矿渣基充填胶凝材料等新型充填胶凝材料在矿山行业的研究及应用概况,分析了不同充填胶凝材料的特点和局限性,提出了开发具有潜在胶凝活性的工业固体废料、降低充填胶凝材料成本和改善胶凝材料性能将是充填材料今后发展的方向。

低成本充填胶凝材料的开发研究

烟气脱硫石膏以CaSO4·2H2 O为主要基料 ,加入粉煤灰后 ,能产生与水泥水化产物相似的成分 ;加上烟气脱硫时过量的CaO使之强度增长缓慢 ,从而具有很高的后期强度 ,这正好满足尾砂胶结充填的要求。此外 ,由于材料来源广 ,都是工业废渣 ,具有很大的社会效益。

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%。

矿山充填胶凝材料的研究现状及发展趋势

本文简要介绍了矿山充填材料的作用及要求 ,分析了矿山充填胶凝材料的研究现状及存在的问题 ,预测了矿山充填胶凝材料的发展趋势。