焦家新型尾砂胶结材料在低配比条件下固化特征初探

焦家新型尾砂胶结材料是一种性质优良的新型尾砂充填胶结材料。在低配比条件下,水对其固结过程有重要影响,从而直接影响充填体的强度。文中对水在其固结过程中所起作用进行了探讨。

超细全尾砂新型胶结材料最优配比研究及应用

针对超细全尾砂骨料物化特性,以钢渣、矿渣粉、脱硫石膏和复合碱性材料为原料,开展了新型胶结材料配方正交试验。通过极差结果分析,得出影响新型胶结材料28 d抗压强度的因素由主到次为矿渣粉、脱硫石膏、复合碱性料,并获得最优配方为60%矿渣微粉、8%复合碱性料、16%脱硫石膏和16%钢渣粉。因原料易磨性不同,复合碱性料、脱硫石膏和钢渣为一组,矿渣单独为另一组,以一级管磨机开路为核心工艺生产出最优新型胶结材料。通过工业生产及实践可知,该最优新型胶结材料对超细全尾砂具有较强的适应性,充填体高于室内试验强度值并达到井下采矿嗣后充填体设计强度的要求。

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。

某铜矿新型胶凝材料充填试验研究

针对某铜矿分级尾砂和铜冠新型胶凝材料开展充填试验,验证铜冠新型胶凝材料与现有充填系统的匹配性。制定合理的采场充填方案并进行工业试验,推进铜冠新型胶凝材料的现场应用,降低矿山充填成本,提高矿山经济效益。通过分析充填工业试验及原位取样结果,判定铜冠建材5^(#)胶凝材料可用于该矿分级尾砂胶结充填,推荐一步骤采场底部和顶部充填体灰砂比为1∶6,采场中部充填体灰砂比为1∶10,充填料浆质量浓度控制在71%~73%。研究表明,应用铜冠5^(#)胶凝材料替代P·O32.5基准水泥充填时,全矿充填胶凝材料成本可降低20%。

全尾砂新型胶凝材料的胶结作用

以水淬高炉矿渣为主要材料,石灰加脱硫石膏为复合激发剂,添加少量外加剂,制备了全尾砂新型胶凝材料.探讨了不同掺量复合激发剂对全尾砂新型胶凝材料充填体抗压强度的影响;通过X射线衍射分析和扫描电镜分析研究了全尾砂新型胶凝材料水化产物的组成和微观形貌.结果表明:当全尾砂新型胶凝材料中石灰、脱硫石膏、外加剂、水淬高炉矿渣的掺量(质量分数)分别为4.0%,17.5%,0.5%,78.0%,胶砂比(质量比)为1∶8,充填料浆浓度(质量分数)为68%时,全尾砂新型胶凝材料充填体28d抗压强度可达到3.09MPa,是充填料浆浓度、胶砂比和外加剂掺量相同条件下42.5R水泥充填体28d抗压强度的7.2倍.在全尾砂胶结充填中全尾砂新型胶凝材料能完全取代水泥作为胶凝材料.全尾砂新型胶凝材料的主导水化产物为AFt晶体和无定形C-S-H凝胶.

新型胶凝材料对全尾砂固结堆体稳定性的影响

通过实验室正交试验、数值模拟等方法,对全尾砂固结排放过程中掺入的新型胶凝材料T.C的合理配比及其对堆体稳定性影响进行研究。以矿渣、石灰、石膏、硫铝水泥、孰料作为胶凝材料的原材料,通过正交试验得到各因素对固结体强度的影响大小依次为矿渣、石灰、硫铝水泥、石膏,并得到全尾砂新型胶凝材料T.C的最佳配比:矿渣∶石灰∶石膏∶硫铝水泥∶孰料=70∶6∶10∶4∶10。借助全面试验,对比普通硅酸盐水泥(P.O.42.5)、矿渣水泥(P.S.32.5)以及新型全尾砂胶凝材料T.C作用下固结体强度变化趋势,发现无论是早期强度还是后期强度,新型全尾砂胶凝材料T.C的固结效果要明显优于普通硅酸盐水泥与矿渣水泥。基于强度折减法并借助FLAC3D对堆体的稳定性进行分析,从而建议堆体的高度应小于50 m、堆排角小于60°、料浆浓度取76%~78%、灰砂比为1∶12~1∶9。

尾砂新型复合胶结材料实验研究

通过均匀设计测试新型复合胶结材料的充填体强度,并应用DPS数据处理和Matlab数学软件共同对强度和配方进行二次多项式非线性回归和约束非线性规划优化。实验结果表明:矿渣需要在碱性环境下加入适量硫酸盐才能激发其活性增加其胶结能力;矿渣含量对新型胶结材料强度起决定性作用,矿渣含量为76%～87%时强度能取得最优值;石灰和石膏复合激发剂对新型复合胶结充填体强度起到催化剂作用,在其含量为13%～24%时充填体强度能明显提高;新型复合胶结充填体强度是水泥充填体强度的6～8倍,具有很大优势;通过软件分别建立3,7和28 d强度与新型复合胶结材料配方的回归公式,并得出3,7和28 d最优新型复合胶结材料配方和最大抗压强度值。

新型尾砂胶结材料在应用中的几个问题

对焦家新型尾砂胶结材料在矿山充填中所存在的几个问题进行了探讨,指出了新型尾砂胶结材料在充填中与传统胶结剂的不同特点,提出了解决建议。

用于研究纤维尾砂胶结充填材料单轴压缩性能的新型人工智能模型

为降低纤维尾砂胶结充填材料单轴压缩强度数据的获取难度,综合分析常规充填材料参数与纤维参数对其单轴压缩性能的影响,结合元启发式算法(樽海鞘算法, SSA)与极限学习机技术(ELM),提出一种新型人工智能模型(SSA-ELM)。为检验模型可靠性,开展720组不同灰砂质量比、固体质量浓度、纤维含量、纤维长度和养护时间的纤维尾砂胶结充填材料单轴抗压实验以建立充填材料强度性能数据库。研究结果表明,训练好的SSA-ELM模型能够准确地预测纤维尾砂胶结充填材料的单轴压缩强度,其性能优于ANN、SVR和ELM方法;纤维含量和纤维长度对纤维尾砂胶结充填材料单轴压缩性能具有重要影响。

提钛炉渣-铁基全尾砂-水泥胶结充填体配比实验研究

为研究提钛炉渣替换水泥全尾砂胶结充填体的最佳配比及力学性能,以提钛炉渣(TBS)、铁基全尾砂(IFT)和水泥(P.O 42.5R)为实验材料,在分析该提钛炉渣的粒径级配组成、成分等物理化学特性的基础上,制备灰砂比1∶4、1∶6、1∶8和提钛炉渣掺入替换比为40%、50%、60%、70%、80%的充填体试样,测定了养护龄期分别为7 d、14 d和28 d时的充填体单轴抗压强度。实验结果表明:充填体的抗压强度与养护期龄正相关;相同养护时间下,充填体的单轴抗压强度随着灰砂比的增大而增大;随提钛炉渣替换比增大,充填体28 d强度先增大后减小;当提钛炉渣替换比为50%时,灰砂比1∶8、1∶6、1∶4的充填体28 d抗压强度分别为1.8 MPa、2.5 MPa、4.0 MPa,均超过未添加提钛炉渣的试块强度,表明掺入提钛炉渣对充填体的28 d强度具有明显的提升作用。研究结果表明,提钛炉渣可开发为矿山充填胶凝材料,从而降低矿山充填成本。

新型尾砂胶结材料的实验研究

对矿渣活性激发机理进行研究分析,通过对比实验,研究了石膏和熟料在碱性外加剂的作用下,对矿渣活性激发的规律,从而研制出一种新型的尾砂胶结材料,并在同等条件下与P.O42.5和P.S.A32.5水泥进行强度对比。实验结果表明,在5%的碱性外加剂作用下,当石膏含量为20%,熟料含量为15%时,可以最大程度的激发矿渣活性,新型尾砂胶结材料实验强度可达到水泥强度的10倍以上,大大降低充填采矿成本,提高充填体强度,对矿山充填开采的发展起到重要推动作用。

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。

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。

充填采矿用全尾砂胶结材料流变特性研究

充填料浆的流变特性是反映料浆流动性和稳定性的重要指标。为实现全尾砂胶凝料浆的自流稳定输送,在石人沟铁矿现场开展了水泥全尾砂料浆的试验研究。通过对水泥全尾砂料浆流变特性的分析,揭示影响全尾砂胶凝料浆流变性的因素,并建立砂浆流动性和稳定性分别与影响因素的关系,为充填工艺提供理论依据。

单轴压缩下尾砂胶结充填材料次声波特性试验研究

尾砂胶结充填体常作为地下矿山重要承载单元,其稳定性对矿山的安全开采十分重要。近年来,国内外学者对岩石变形破坏过程中的次声波信号开展了试验研究,但对尾砂胶结充填体变形破坏过程中次声波信号的研究却鲜有报道。为此,开展了尾砂胶结充填材料的次声波试验研究。制备了3种不同灰砂比的尾砂胶结充填材料试件,在RMT-150C岩石力学试验加载系统上进行了单轴压缩次声波试验。首先,研究了不同灰砂比尾砂胶结充填材料试件破坏过程力学特性;其次,着重研究了不同灰砂比的尾砂胶结充填材料试件破坏过程中的次声波信号能率、累计能率、能率关联分形维数、主要频率、频带能量等特征。试验结果分析表明:①随着灰砂比的增加,充填材料试件屈服强度点的相对应变水平和峰值应力呈增大趋势,屈服强度点的相对应力水平和峰值应变呈减小趋势;②不同灰砂比的充填材料试件在单轴压缩破坏全过程均有次声波信号产生,在屈服强度点附近次声波信号能率均出现明显的突增现象。灰砂比越小的试件,次声波信号能率突增点所对应的相对应力水平越高;③采用G-P算法得到不同灰砂比充填材料试件次声波信号能率的关联维数,表明进入屈服强度点后次声波信号能率的关联维数快速降低至最小值,灰砂比越小的试件,次声波信号能率关联维数最小值所对应的相对应力水平越高;④次声波信号的主要频率与灰砂比没有相关性,峰值应力前主要频率集中在0~4 Hz,不同灰砂比充填材料试件出现的次声波信号主要频段(0~1.25,1.25~2.50,2.50~3.75 Hz)能量占比变化规律具有一致性,峰值应力前,0~1.25 Hz频段次声波信号能量占比上升至最大值,2.50~3.75 Hz频段能量占比则降至最小值。

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。

全尾砂胶结充填材料配合比及性能研究

以矿渣、水泥、半水石膏、脱硫石膏与生石灰作为胶凝材料,并且加入少量萘系高效减水剂,制备全尾砂胶结充填材料。采用正交试验,进行极差分析和方差分析,分析出影响3 d抗压强度与膨胀性能的最主要因素为半水石膏与脱硫石膏的比例,影响流动性最主要因素为生石灰掺量,其次为半水石膏和二水石膏比例和石膏总掺量,确定出最佳配合比为A3B2C3。结果表明,采用最佳配合比,全尾砂胶结充填材料3 d抗压强度可达到0.75 MPa,28 d抗压强度可达到2.92 MPa,料浆流动性为173 mm,充填体高度为64.47 mm。

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。

固废基充填胶凝材料配比分步优化及其水化胶结机理

充填体强度对安全高效采矿至关重要,而胶凝材料是获得高强度充填体的关键.本文以工业固废为原料,首先借助D-optimal设计方法通过建立强度回归模型和因素影响分析得到矿渣激发剂最佳配比,然后通过矿渣掺量优化试验获得最佳矿渣掺量,进而获得胶凝材料完整配比;并以水泥为参照,借助X射线衍射仪和扫描电镜从水化产物和充填体微观结构揭示充填体强度形成机制.结果表明:(1)激发剂各组分对矿渣敏感顺序为:氢氧化钠﹥熟石灰﹥脱硫石膏﹥硫酸钠,且相互之间存在不同程度的交互作用;(2)在最佳质量配比(矿渣85.00%,熟石灰8.03%,硫酸钠3.96%,脱硫石膏1.85%,氢氧化钠1.16%)下,可获得超过单一水泥3.5倍的早期(1~3 d)强度和2倍的后期(7~28 d)强度;(3)高强度充填体的形成主要与水化产物钙矾石(AFt)和C–S–H有关,钙矾石在早期快速成核与生长,形成有效物理填充作用是形成较高早期强度的主要原因,后期强度则得益于不断累积的C–S–H的包裹黏结作用,使充填体结构进一步致密化.使用该固废基胶凝材料有助于矿山安全采矿;工业固废质量占比86.85%,协同解决了尾砂、矿渣、脱硫石膏等固废;D-optimal设计方法可用于激发剂等多物料混合物的配比设计和因素作用分析.

基于正交试验的全尾砂胶结充填材料配比优化

以某矿山全尾砂为骨料、水泥和粉煤灰为胶凝材料制作胶结充填材料,采用正交试验探讨了料浆质量浓度、灰砂比和掺灰量对充填材料泌水率、7 d和28 d抗压强度的影响程度,并确定了最佳的全尾砂胶结充填材料配比方案。研究结果表明:料浆质量浓度是影响充填料浆泌水率的主要因素,料浆质量浓度为71%和74%时泌水率小于15%可满足工艺要求;灰砂比对充填材料7 d和28 d抗压强度的影响最大,掺灰量次之,料浆质量浓度最小;确定的最佳配比方案为料浆质量浓度74%、灰砂比1∶4、掺灰量10%。