冶金炉渣代替水泥用于矿山充填.pdf

冶金炉渣代替水 泥用于矿 山充填 东 省 冶 金 工 业 总公 州 陈 伸 宣 提 要 本卫介绍井阐述了国外利用各种冶炼炉渣代 替膛结充填料浆中 水坭之研究成果．为充分剃j 1j 工业 麈牧．降话矿山亢填成奉 ．取得经济投益舌 j 环境艘盏提供参考 ． 现代 工业 产生的废 渣、废石是大 量的， 如苏联 的黑色冶金工业炉 渣贮场 占 地 面 积 4 0 0 0 万m ，堆存2 亿t 以上的 高炉渣和 l 亿t 的 炼钢渣 。热 电站的煤 渣 和 煤 灰 的 贮 存 费 达 2 亿卢布⋯ 。 苏联的有色金属工业 予1 9 9 0 年产生 废石达2 ． 3 3 亿m ．丽被 利 用 的 仅为 8 3 7 0 万m。 ，预计2 0 0 0 年废石产生 2 ． 5 亿m ” 加拿大矿产研究中心 C e n f r e d e R e c h e r h e s mi u e r a ．e s 韵报 告 中记载 ，Ma n i t o n 的尾砂 总量 达 i 1 5 万 t 。 在贵金属和 其它 很多价值 较高的坑内开 采矿 畦 J 中．广泛应用着充填采矿 法，为工业 废 物的 利用开辟 重要逡径。根据欧美 等 国 家对8 5 个矿 山的统计，在这些废料 中，选矿 尾砂 占充填料 的6 7 。砂和 渣 占 7 “ 。 苏联的有 色金属矿 山采用的胶 结充填法 已占 充填法 的9 O ， 每 年耗用 的水泥 量约 3 0 0 万 t ， 新设 计的矿 山，胶 结充填法 更 占 优 势，每 年的水泥 耗量 以 7～l 0 的速度 增 “ 。 加拿大、瑞典 ，澳犬利亚等有 色金属矿 【 『 I 和 金矿 I 1 J ，均大量采用胶结充填法 ．耗 用水泥 量十分巨大。因此 寻求工业生产 的大量废 料，制作水 泥代用品，变废为宝将是科 研工 作者 的重大科 题。 近二十多年来 国外矿 山对 炉渣作 为胶 凝 剂代替水泥的可行性研究进行了大量试验， 在生 产实践 中也得到 推广应用 。现就 各种 工 业炉渣的物理化 学性能和代替水泥 后对 充 有 色矿 山～ 1 9 9 1 ． 6 填体强度的澎响等 问题 加 综述。 一 、铜冶炼渣 1 ． Mo u l t I s a 矿 山公 司 E ．G． T h o ma s 对 铜冶炼厂在水 中堆放 的 炉 渣进行 了试 验 。其化学成分是稳 定的 ， 如 表 l。 锅冶炼渣的化 学成分 袭 T 加入铜冶炼 渣代替部分水 泥所作 的试验 ．表 明，充填体的 抗压强度有所提 高 ，如 图 1 所 示 。 当按一 定配比加入 选厂 尾 砂 铜 渍 燎 渣、石 灰时 ，试 验结果如图 2所示 。 各种 配比所 加入的渣和石 灰均相 等 ，从 圈中可 以看出．随着 加渣量的增加 ，其抗 压 强度大大提 高。试 验还 表明，当加入石灰鲢 在 0～1 O ％ 之内时 ，对 强度并无影响 ，只有 增加到2 5 5 0 时才为合理 。现芒特艾 萨采 用 水泥与经 过磨细的反射炉 炉 楂 作 为 胶结 荆 ，每 } 矿石所 需水泥费用降低 约 I／3，每 年可节省 3 0 0 4 0 0 万 A 澳元 。 2 ． 真基蕾 铜公 司 泼公 司在 南非西北 部经营几座采选厂承l I5 ～ 维普资讯 一 座炼铜厂 ，年产 2 0 O 万t 矿石 ， 3 J ／ t 粗钢． 纽蒙特采矿 公 - 可对此 地的原始 渣和 反射 炉料 经磨细后加 石灰和 石膏所生的 改性炉渣的成 分 进行 了试 验 “ ，如 表 2 所 示。 铜冶炼 炉渣的成分， 裘2 组 分 C a 0 S i O 2 I AI 2 0 a F e O }Mg O S Na O K 2 0 } Cu P b Z j 始渣 2 0 t 2 ．0 f 6． 0 37． 0 8． O 0 ．4 0． 4 4 0．5 5【0。 T 0 O 0 3 ●．gs 改性的 谴 l 4 3 t 0 ． 1 7 5 ．9 2 7。 l I 6 0 ． 4 0． 4 4 0 ．5 5 l 0 ． 7 0 O 0 3 ●， B -虹 ’a ／ ／ 一＼ 一 1 一 _ 二 ／ j b I { ／／ I l r／。 l{x 十／ ／ t I l t l l t t 十 一 ] l 3 5 7 8 l 嗣1。 铜冶 炼渣料 浆的抗 压强度 与葬护期的关 系 一- ． a ． c 一 当水泥耗 量为 4 曲 ． 8 和 ．1 6 嚼时 ； I ． 2 ． 3 ． 4 ． 5 6 ， T ． 8 一 当渣加 量为 0 ． 2 、 4． 6 ． 8 ． 1 0 t 2蝻 一 l 6 一 娃 。 。 1。 ‘ I ／ ＼ ／ 仁 T I 4 ， 嗣 2选厂 尾砂 、渣、石灰 的料 浆的 抗 压强度 与葬护斯的 关系 【 2 3 和4 一 尾砂 蔗 石灰 相直为 2【 4【 4 8 0I【 O 【l 0 8 8 6 { 6 和9 6 2 I 2 改性后的炉 渣所 含C a O由原 来 的 2 提 搿到 1 4 ． 3 ，并对 此进行 了抗压 强度 试验． 见 图 3。 从图 中可以看 到含 波特 兰水 泥 的 试 样 l c 、2 c 、3 c 均 需要 9 0 天 的养 护 期 才 麓达到 8 5 0 k P a的 目标 强度，而含 有 8 的细 磨 炉 渣， l 石 膏和 1 ． 2 石 灰 的 试 样 曲 线 5 ，在2 2 ℃条件下 ，只 需养护3 5 天 ，同样 的料浆试 样 曲线 3，在4 0 ℃条件下 不列 2 0 天养护就可达到 目标强度}含有尾砂、砂 子 的试样 其他成分 同上在 4 O ℃条件下仪 养护 7天 即可达 到 目标强 度 充填料 中加细磨炉渣代替 波特 兰水 泥 ， 在年产 1 6 0 万t 的C a r o l u s b e r g 铜矿 的实 际应 用 中每年可节 约大 量水泥 ，获经济 效 益约2 7 0 万兰特。 有 色矿 山一 l 9 9 1 ． 6 维普资讯 。 。 j 。。。 圉3 不 同料 浆组 分、抗压强度与养 护期 的关 系 往t BL 为细度单位。C m2 ／g 二 、 铅冶炼渣“ 澳大利Th o ma s 等对 Mo u n t l s a 铅冶炼 渣 进行化验分析 ，其成分见 表 3。 铅冶炼 渣化学成分 裹3 CaO M gO Sj 02 A 1 20 3 Fe S ]一 l_ l 啊 J 。f ‘ - l T． 6 1． 0 07， 4 】 2 5 破碎 研磨 后 ，各粒 级所 占比重如是 4 所 示 。 分析 表明，铅 冶炼 渣是 一种像火山灰似 的强活化剂 ，可代替水 泥 ，加渣 后硬化料浆 的抗压强度如 图 4所示 。 贮存渣 和新造渣对料 浆强度的影响如 图 5 。 r 有 色矿 山一 1 9 9I ． 6 ．M } ia 一 I ／ ／／在粘 合剂 中加入钾盐 5％可提高 高炉渣料浆的强度如表 1 3 。 ． 2在 以废料场 高 炉渣 为 主 的 料 浆 】 】 ，用细磨的石灰石 代 替部 分充填 料 尾 一 2 0 -- 马哥尼托哥 尔斯克毫炉渣充壤 料 浆特 性 表 l 1 轱舍耕的 组舒 ， ‰ j 抗 压M 强P 度 嘉 辇 磨 藩 箍 a 。 u }w a c } N a S O ；zs无 {I 。 。天 一 ， I HTMK废渣料浆 强度 MPa 表 I 2 洼 9 0 嘶J 渣 8 5 嘶J 渣 f 8 0 嘶 渣 f 7 0 曲 粘台剂组丹 水 坭 f l o 嘶 J 水坭 I o 嘶 ， 石膏 5 曲-1 ． 2 3 ． 7 l 5 ． 0 5 ． 0 水 泥 2 0 嘶J 1 ． 8 } 3 ． 2 1 2 s 0- ． 水 3 0 ％ ， I l 4 6 f B ． 0q lT _2- ． - 钾盐对料 浆强度的 影响表1 3 l 鬻 量 l o l { I 5 8 T { 一‘～ ___ 养护 8 0 天 l j 的抗压强度 l 1 ． 5 0 1 ． 6 5 I ． 7 5 I e 5 1 ． B 8 il 9 1 I ． 9 2 I ． 口 1 MP 4 l j 砂 ，可提高强度见 表】 。 3混 合式粘合剂 以废辩场的 渣为 主，能提 高科 浆的强度， ’ 如 混 合 牯 合 齐 』 4 5 0 k g 渣 占5 7 7 4 ，霞石泥 渣 2 0 4 0 石 膏 3～ 6％ ，中粒砂 I 3 5 0 k g， 水4 0 0 L， 其料 浆的强度 如表 】 5 所 示。 有 色矿 山一 1 9 9 】 ． 6 护～ ∞一 娜 养 _ 二一卜莨 一● ～ ． m ． 帅一 养 一 一 维普资讯 加入 石灰石后 对料 渣强度的 嚣 响，MPa 襄 1 4 壳 填 科后比 重 舜 养护期 ， d 石 灰石 尾羁 MO中的尾砂 0 - 【 0 n 0 5 5 【 0 0 0 74 【 ． 4 5 0 8 2 i 【 ． g 0 0． 8 5 【 ． B 4 0． 00 I l 6 4 【 8。 混合式粘合卉 鼍 对 渣浆强度 的 影 响 ， MPa 袭 1 5 姐 渣 ，霞 石泥馇 ‘ 0 嘶 ． 渣 ，霞石 泥渡 2 0 嘶 ． 渣 ．渡 悖兰 承泥 1 0 井 分 一 石 石 五 、 炼钢渣 1 ． 苏联炼钢渣 “ 熔炼 l l 锕产生 1 5 0 2 0 0 k g 渣， 年总产出 量2 5 0 0 万t ，其 中被利用的 只 占2 4 ％}渣 量 以马丁炉渣为 主 占8 8 ，实 体 渣 密 度 3． 4 ～3 ． 7 t ／ m ，散 状的为 1 ． 4 ～L6 t ／ m。 。 马丁炉渣 含有许 多氧化物 ，一般 含铁 1 5 ～ 2 O ，可用 电磁 吸铁器分出j化学成分变 化不大 ，与波特兰 水泥 相近，如表 1 6 所 示。 炼钢 渣在 加入 水泥1 0 2 0 ，丽磨 至表 面积 比达 2 5 0 0 c m ／ g 时，其 活性变 的较 高， MMK和HTMK的渣磨至 表面积 比达3 0 0 0 c m ／ g ，其 不 同料 浆配 比， 拉压 强度 的变化见袭 17。 当 利 用MMK的 磨 细 渣 3 4 0 k g ，水 泥 马T炉渣的化学成分， 分子为初渣，分母为终渣 袭1 6 冶盘盘 业 马哥 尼托哥 尔斯壳 下塔 梯里斯 克 克里 沃罗 恪 库兹捏 菠 牟 里雅宾斯 克 顿 涅兹 第聂 伯罗彼得 洛夫斯 克 【Si 0 2 AI 2O。 马T炉 渣为主的充填料浆极 限强度，MPa 寰 l T H T M K 农 诧 石 捉 石 I 落 蕃 水 洼 3 60 0． 4 。． 6 5 。 ．9 5 40 I一 1 2 00 3 60 0 ．6 三 3 60 0． 7 36 0 0． 7 5 4 U 2 4 0 i 90 n 3 B O 0． 9 360 J ．】 3 6 L l I ． 【 5 有 色矿 山一 1 9 9 1 ． 6 I i _ 一 e o 。J C o ．C O 3 n o 。 P s O 5 6 0 k g 时 ，养 护9 O 天抗压强度为 2 ． 4 ，养 护期 1 8 0 天，强度达3 ． 2 MP a 。这样，就可 以用炼 钢 渣代替部 分高炉渣 多用于水泥 工业 ， 炼钢渣较便宜 ，产出量又大，用户少 ，炼钢 渣代替 高炉渣 可使 充填成 本降低0 ． 2 ～O ． 3 卢 布／ m。 。 2 ． 毒大利亚的转炉渣 E ．C Th o ma s 对Mo u n t I s a t 的 转 炉 渣的化学成 分进行了分析 如表 l 8 。 研 究表明，缓’漫冷 却的转 炉渣则属 惰 一 2l 一 司剖 一 一一 维普资讯 寰 l 8 性的正常结晶渣，不具备水泥 的性质 ， 只有 经过重新焙烧 快 速冷 却才 可转化为水泥 性质的粘合荆 ，如图 6。 ． 油 l ／r ， | l ， ， 务 亍 一 _， 一 I l 2 3 ∥ 1 j 压 r h 一 1 ／／ ， ／／ 一 ／ ≮ 图6 转妒渣料 浆抗 压强度与养护期的关系 a 和b 一东泥耗量分别为4 和8 铀1 2 ． 3 和4 一加洼量 相匣为4 、8 ．t 2 和1 6 睁时 六、 结论 1 ． 在 充填料 浆中加入铜情炼渣 2～ 1 2 ％ 水泥 4 ～ l 6 ％，充 填体 抗压强 度 可 达 2～ I O MP a 在 铜 冶炼渣为 主的料 浆 中，只有把 石灰 加入 量增 加到2 5 5 0 ％时，料 浆强度才 能提高。在 冶炼炉中多加石 灰，使 渣 中的 C a O从原 来的 2％增加到 1 4 ． 3 ， 以此 渣 代 替水泥的料浆硬化的炔，在4 O ℃条件下迅速 达 到 目标强度 。 2 ． 新造铅冶炼渣，属 强活化剂， 当料浆 一 2 2一 中加入渣 4 ～1 6 、水泥 4 ～ 8 时，充填 体强度可达 l ～ 8 MP a ，贮存场的渣因形成 稳 定结晶，活性差， 不能代替 水泥 。 3 ． 苏联 南乌拉尔镍矿公 司的镍 冶炼 渣活 性差，即便加入水泥 、石灰量 达2 O 时，料 浆也达不到一定 强度，但碱性金属盐则是 它 的有效活化剂，加入 4～ 1 4 ％时， 即可 达到 一 定 强度 。 4 ． 高炉 渣经快 速水淬 后再经 细磨 即可代 替 同等 量的 波特 兰水泥，研磨的越细 ，配制 的碗结料 的 强度越大 ， 表面 积 比 不 超 过 5 8 0 0 c m t g 。苏 联对 国 内主要 钢铁 公 司 的 高炉渣划分了组 、等级，用优质渣 如碱性 的配 制料 浆时 ，可 以不 加或适量 加入 其他 活化 荆即可使料 浆达 到一定 强度J 但对贮存 场 的高 炉渣一定要细磨， 还要 加入碱 性活化 剂才可提高胶结 强度 ，而 混合式粘 合剂可大 大提高料浆的强度。 5 ． 马丁炉渣经细磨后再加入适 量水泥所 组成的料 浆可以达 到一定强度。贮存场 的炼 钢 渣应再 经过 焙烧 速玲后才能转化为活 性 渣，用 以代替料 浆 中部分水泥。 参考 文献 1 ] t l e ps a a Me T a l l y p r u 1 9 8 8 ． No 5 ． C2 ～ I 4 [ 2 ] ro pa ， PH a ’1 9 8 9．No l 【 ． C 2 3 26． [ 3 M i ai ng Ma g az i n e1 9 8 9 ． No 8．p 9 9 [ { B． H ． X0M 缸KOB 3 a py d o a aR o n- T 3akaa aku Ha pyaaaka x ．M．H e apa． 1 98 4． 22 4C． [ 5 ] Fo pa ma 3 Ky pa a at 9 8 6． No 4 C 2 4 2 8 [ 6 ] P r o c Au s t I n l t ．Mi Ⅱ． Me t ． 1 9 7 1 No l 2 P3 3 ～ 5l [ 7 ]B． J．At ki ns o n冶童 炉渣 在矿 山充 填率的 虚 甩 国外金 属矿 山 ，i 9 9 0 ． No 3 ． 9 [ 8 ] ‘3 a E Ⅱ a Ⅱ 0 f t l e P a ri o t s 6 1 1 I 8 x T R X Heapa ．1 8 89． 2 9 8 C 责任编辑解忠 有 色矿 山一 1 9 9 1 ． 6 维普资讯