大用量有色炉渣胶结充填料试验研究.pdf

1 3 大用量有色炉渣胶结充填料试验研究 东北大学付毅-徐小荷任凤玉 懈岁A 摘要本文以凡口矿炼铅炉渣为倒，论述了炉渣瞢代普通硅酸盐水铌制备充填胶结料的 原理和试验方法．结果表明采用有色冶炼炉渣，也可以制备性能优良、、效益显著的充填胶结料。 关t 词炼铅炉渣腔凝材料圃结强度 l引言 凡口铅锌矿为国内大型的井下矿山，年 开采矿石量达1 0 0 多万t ，充填采空区3 0 多 万m 3 ，需用水泥5 ～6 万t ，矿山经济压力较 大。与此同时。韶关冶炼厂每年要排放炉渣 近1 0 万t ．将炼铅炉渣制备成性能优良的胶 凝材料意义巨大。矿渣作为水泥混合料已 得到广泛应用，近年来高用量矿渣水泥发展 较快，已成为一种新型水泥品种。而非铁炉 渣还未得到有效的利用，大量的有色炉渣堆 积地表。造成环境污染。因此，进行炼铅炉 渣替代水泥进行胶结充填研究很有发展前 景。 2 有色炉渣的理化性质 2 ．1 水淬炉渣的物理特性 凡口炉渣为经水淬后的黑色松散粒状 料。其物理力学参数见表1 。 2 ．2 化学成分 采用化学分析方法，由北京矿冶研究总 院资源评价与检测研究所测得的韶关冶炼 厂炉渣的化学成分如表2 所示。 从测试结果看出，炉渣中主要组分为 t 付毅教授缀高级工程师沈阳1 1 0 0 0 6 F e 、S i 0 2 、C a O 、仙0 3 ，与其它火山灰质材料 相比，s i 晚含量较低，F e 和C a O 含量较高。 C a O 含量高。表明炉渣中硅酸盐胶凝成分 高，胶结能力强。F e 含量高会显著地影响 炉渣的胶凝性，但铁量增高却有利于料浆输 送和胶结体的脱水，胶结体的表面硬度也会 随铁量的增加而增大。 表1炉渣的物理力学性能 。嚣，。品川- E l l 3 ，S 密实度燃篇； g m 一 g ／c 一 ％ ～一角 ‘ 力 M P a ％ 塑 竺 丝兰 竺 衰2炉渣化学成分 成分s i 旺A b 0 3F e C a t K 2 0N ≈O 烧失量 鱼墨 兰 罂丝 丝 翌 翌 塑 2 ．3 颗粒组成 渣场堆积的炉渣为含水的粒状物料，炉 渣烘干后，采用筛分法所测得的粒度组成如 表3 。 与水泥相比，炉渣的粒度显然较大，需 要对其进行细磨使炉渣的胶凝性能表现出 来。 2 ．4 炉渣的矿翱组成 用x 衍射测得炉渣中的主要结晶矿物 为氧化铁，其它为衍射图上不可见的玻璃 体，这种玻璃体是炉渣水化活性的主要成 万方数据 1 4 3 炉渣胶结料制备 3 ．1 炉渣料的细磨 炉渣的细磨试验一般采用振动磨样机 与滚筒 球磨 磨矿机，考虑现场实际情况， 最终选用滚筒磨矿机进行磨样，转速为7 2 转／m A n 。 炉渣不同细度股结料强度试验如下炉 渣替代水泥3 0 ％，配比1 4 ，浓度8 0 ％，炉 渣细度分别为2 0 0 且、3 0 0 且及4 0 0 且，抗 压强度如表4 。 表4 不同细度在不同龄期的抗压强度 目2 曼 堡21 些21 些2 1 些2 1 些2 2 0 0 3 0 02 8I ．4 0 2 ．6 0 39 0 3 0 0 3 0 0 ．6 51 舯6 3 5 74 2 1 婴i 塑 塑 丝 塑 从表中看出，充填体强度随着炉渣粒径 变小而增大，尤其是早期强度，但3 0 0 目和 4 0 0 目充填硬化后期强度相差不大。说明 炉渣合理的细度在3 0 0 目和4 0 0 目之间。 3 ．2 炉渣活性的化学激发 炉渣经机械活化后，表面稳定的玻璃体 被破坏，煅烧时内部积聚的内能开始释放， 水化活性显现出来。但这种物质水化速度 较慢．不利于采场充填作业所要求的充填体 早期强度，因而还需对炉渣进行化学激化。 化学激化的主要方法有酸激化和碱激化。 对含铁较高的凡口炉渣有效的方法是酸激 化，因为含铁炉渣加入酸后，会使溶液中的 F e 3 数量增加，F e O H 3 胶体增多，硬化体 强度提高，但这种方法操作困难。采用碱激 化炉渣使用较方便，而且能有效地破坏S i 一 0 键和A l 一0 键，有利于水化反应的进行。 试验表明，采用复合碱对炉渣的激化效果更 佳。实际上，炉渣中增加C a O 和C a S 0 4 成 分也能显著地提高混合料的早期强度。 3 ．3 水泥对炉渣的激化原理分析 普通水泥的主要矿物为C 3 S 、Q S 、C 3 A 和C 4 A F 、C a S 0 4 等。水泥水化后，由胶体逐 步变成带有结晶水的硅酸二钙、硅酸三钙、 铝酸三钙和铁铝酸钙，对材料起胶结作用并 使材料硬化，产生强度。同时Q s ，吗s 早 期水化反应生成大量的C a o H 2 碱性激化 剂，理论上l k g 纯硅酸盐水泥生成02 4 k g C a O H 2 。这些C a O H 2 可以对炉渣起激 发作用。反应式如下 S i o t 十m l C a O H 2 z 一1 H 2 0 r i l l l C a O S i 0 2 x l - 1 2 0 A k O m i C a O H 2 Y ～1 H 2 0 m I C a O A k q y H 2 0 2 S 1 0 2 仙0 3 C a O H 2q - 3 H 2 0 C a O A 1 2 0 3 。2 S i O z ’4 H 2 0 所形成的水化硅酸钙、水化铝酸钙等凝 胶产物与水泥晶体一起对充填集料起胶结 作用。 4 大用量炉渣胶结充填强度试验 采用凡口水泥厂3 2 5 8 普通硅水泥为胶 凝主剂，细磨韶关冶炼厂水淬炉渣为掺和 料，按一定比例棒磨砂和水配制成充填料 浆。不同龄期的充填体强度测试结果见表 5 。 从上表结果看出，炉渣水掘胶结充填体 的早期强度较低，而后期强度高于普通水泥 的胶结强度，灰砂比1 4 、浓度8 0 ％充填体 2 8 d 强度达到了9 ．8 M P a ，普通水泥胶结料 充填体的强度只有8 ．2 御a 。其早期强度 下转第9 页 万方数据 9 4 初步结论 。地下金属矿无间柱连续采矿法研究” 取得了多项研究成果，社会效益和经济效益 十分显著。特别是在采矿方法方案的研究 中，首次运用系统分析理论，详细阐明了实 现无问柱连续采矿的可行性与要研究解决 的关键技术问题，为采矿方法方案的完善与 成功地进行工业试验提供了理论依据。本 项目的研究成功与取得的成果，把我国的采 矿工艺理论与连续强化回采的工艺技术提 高到一个新的水平。 工业试验也表明，本次试验研究尚存在 一些不足，有待进一步研究改进由于矿石 品位偏低和受中段出矿计划的限制，采场崩 矿出矿时间拉得过长，采场连续大量出矿的 能力没有得到充分发挥；首次研制成功的复 合型高水速凝材料．其初凝时间、固化速度 与固水性能、早期强度等主要技术指标均达 到或超过了目前分甲乙料的高水速凝材料 的技术指标，并且成本比外购料低3 0 ％左 右，但由于本次试验研究使用量不多，成本 仍偏高等。 参考文献 1 ．黄存绍连续开采译文集．长沙中南，T 业大学出 版社，1 9 8 9 2 余佑林．振动连续出矿作业机组的工业应用金 属矿山，1 9 9 5 5 3 古德生．振动出矿技术．长沙中南工业大学出版 社．1 9 9 1 上接第1 4 页 低可通过加外加剂的方法加以解决。 5 技术经济评价 凡口铅锌矿年消耗水泥5 ～6 万t ，若采 用大用量炼铅炉渣替代水泥制备充填胶结 料，每年可节约水泥3 万t 左右，凡口水泥 厂普硅水泥价格为3 5 0 元／t ，炉渣加工成本 按8 0 ／t 元计，每年可为矿山节约胶结料成 本8 0 0 万元左右，经济效益非常显著，而且 还有很大的社会效益。 表5炉渣替代水泥胶结充填体强度试验结果 灰砂比 嚣慧辩浆删％，百笋塑号广丽一 t 407 0 09 52 ．5 33 4 1 4 07 516 6 34 66 ．470 2 1 4 08 019 042 5 8 2 80 0 1 607 0 05 909 814 7 1 8 0踟O4 306 5 11 6 I - 43 07 505 5 18 762 290 4 1 43 08 009 0 28 066 21 05 l 43 07 004 0 l7 543 056 0 1 4 5 07 503 71 ．4 66 ．1 4 1 45 08 008 2 22 598 0 1 45 0 7 003 213 836 7 1 35 0舯 2 ．0 86 ．61 36 1 8 5 08 002 1 07 3I6 3 以炉渣水泥复合胶结料制备的充填体 后期强度高，硬度大。充填料脱水、沉降、输 迸粘度等性能均优于普通水泥制备的充填 科。炉渣替代水泥进行矿山充填不但降低 了矿山充填成本。而且减少了炉渣所造成的 环境污染和排渣厂占地及维护费用。为矿 山实施无污染开采和地区可持续发展都将 起到推动作用。 万方数据