基于胶固粉的全尾砂胶结充填试验

郭江龙 徐佳林 白 金

(1．河北省沙河市金地联办铁矿；2．英国萨里大学)

基于胶固粉的全尾砂胶结充填试验

郭江龙1徐佳林1白 金2

(1．河北省沙河市金地联办铁矿；2．英国萨里大学)

采用钢厂废弃物、激发剂、早强剂及分散剂，研制出一种充填胶结材料——胶固粉，具有良好的悬浮性、流动性，无环境污染等优点。将其替代水泥用于全尾砂胶结充填，不仅早期强度可以满足充填采矿的技术要求，后期强度稳定甚至递增，且干缩小、成本低，抗硫酸盐侵蚀，可有效解决高细度尾砂只能采取分级尾砂胶结充填及分级细粒尾砂堆置的难题，在矿山行业中有较好的推广应用前景。

激发剂 早强剂 分散剂 胶固粉 细粒尾砂

胶固粉是利用炼铁水淬废渣磨粉和炼钢废渣细磨粉状物质研制，在激发剂的作用下，充分激发其内在的活力，与全尾砂充分拌合，从而实现管道自流输送。

料浆生产成本低，易操作，克服了细尾砂泥化不胶结、水化反应差、强度低、7 d后强度滞长等问题，适用于矿山全尾砂胶结充填，尤其能实现对提高选矿回收率造成过磨细粒尾砂的全尾砂胶结充填。

1 充填材料与试验方法

1.1 充填材料

选择试验原材料：矿渣、钢渣、粉煤灰、化学添加剂(激发剂、早强剂、分散剂)、全尾砂[1]。

(1)矿渣微粉S95。炼铁废渣水淬后粉磨产品，产品性能符合国标S95；炼钢废弃渣，细度-200目网筛；电厂废弃物粉煤灰，过-200目网筛。

(2)激发剂(5%～20%)。采用氧化钙、复合石灰粉(酸性土壤改良剂，氢氧化钙含量80%以上)、氢氧化钠、偏硅酸钠、碳酸钠等物料复合而成。

(3)早强剂(0.5%～5%)。采用碳酸钠、硫酸钠、亚硝酸钠、硫代硫酸钠、乙酸钠等钠盐；氢氧化锂、碳酸锂等锂盐；三乙醇胺、氯化钙等钙盐、氯化镁等其中的某些物质复合而成，能使充填体的后期强度无倒缩影响，甚至有递增趋势。

(4)分散剂(0%～5%)。主要由木质素磺酸钙等减水剂、膨润土、腐植酸钠、六偏磷酸钠、三聚磷酸钠、六水氯化镁等其中的某些材料复合而成。

(5)全尾砂。为某金矿、铁矿、铜矿的全尾砂。

矿渣、钢渣、粉煤灰化学成分见表1，钢渣XRD图谱见图1。

表1 矿渣、钢渣、粉煤灰化学成分 %

来源SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgO总碳SO3P2O5K2ONa2OTiO2莱钢矿渣微粉S9532.199.360.1335.193.170.131.83济钢钢渣(-200目)32.7913.392.7638.629.05烟台某砖厂(-200目)粉煤灰49.6020.664.974.301.371.050.340.161.360.511.12

1.2 试验方法

将矿渣、钢渣、粉煤灰、化学添加剂有选择的与全尾砂混合料加水混合搅拌后注模成型，试件尺寸为40 mm×40 mm×160 mm，养护温度(20±1) ℃，相对湿度90%以上，分别测定3，7，28 d养护龄期的抗压强度。

2 试验结果

2.1 某金矿全尾砂胶结试验

全尾砂粒级分布见表2、化学成分见表3。

将炼铁(钢)废弃渣82%、激发剂15%、早强分散剂3%混合均匀，与某金矿全尾砂按一定的灰砂比、浓度加水混合搅拌均匀，流动度为400 mm，结果见表4[2]。

2.2 某铁矿全尾砂胶结试验

全尾砂粒级分布见表5、化学成分见表6。

图1 济钢钢渣XRD图谱

表2 某金矿全尾砂粒级分布

表3 某金矿尾砂主要组分 %

成分TFeSSiO2CaOMgOAl2O3含量1.3110.03267.6082.2361.00514.766

表4 充填体单轴抗压强度

表5 某铁矿全尾砂粒级分布

表6 某铁矿尾砂化学组分 %

成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3含量28.435.0224.4515.872.9015.29成分K2ONa2OTiO2P2O5烧失含量1.891.450.501.122.50

将炼铁(钢)废弃渣80%、粉煤灰5%、激发剂10%、早强分散剂5%与某铁矿全尾砂加水混合搅拌均匀，流动度为405 mm，强度见表7。

表7 充填体单轴抗压强度

为了验证其对细尾砂的胶结能力，对该铁矿-400目细尾砂进行了胶结试验。灰砂比为1∶4，充填料浆浓度为55%，试验试块3,7,28 d强度分别为1.28，2.25，3.48 MPa[3]。

2.3 某铜矿全尾砂胶结试验

全尾砂粒级分布及化学组成见表8、表9。

表8 某铜矿全尾砂粒级分布

表9 某铜矿尾砂组分 %

成分SiO2Al2O3CaOAuMgOCuTFeS含量55.678.803.900.153.070.058.258.97

注：Au含量单位为×10-6。

将炼铁(钢)废弃渣85%、激发剂12%、早强剂2%、分散剂1%混合均匀，并与某铜矿全尾砂按1∶6，60%浓度加水混合搅拌均匀，流动度410 mm。3，7，28，56 d抗压强度分别为0.55，1.92，3.00，3.35 MPa。

3 结 论

(1)试验表明：胶固粉完全可以替代水泥作为充填胶结材料，在没有添加石膏等增强剂的情况下，完全靠激发剂激发工业废弃物的潜在活性，使其具有良好的胶凝、固化性能。

(2)胶固粉的开发利用，有效解决了高细度、高黏性全尾砂在充填采矿中只能采用分级尾砂胶结充填方式，以及分级细粒尾砂堆置的难题。

(3)胶固粉全尾砂充填料浆的胶结性能与自流输送性能得到了有效协调，使料浆的胶结性、输送性以及强度指标满足了上向水平分层及下向水平分层充填采矿法的技术要求。

(4)利用胶固粉全尾砂充填，实现了炼铁(钢)废弃物和矿山尾矿砂等工业三废的再利用，提高了采矿回采率的同时处理了采空区，有较好的推广应用前景。

[1] 董 璐.超细全尾砂新型胶结充填料水化机理与性能[J].中南大学学报：自然科学版，2013(4)：1572-1574.

[2] 胡亚军，姚振巩，南世卿，等.全尾砂胶结粒径配比优化研究[J].采矿技术,2010,10(5):17-18

[3] 金文斌．全尾砂胶结充填料的粒级优化及料浆流变特性研究[D]．长沙：长沙矿山研究院，1991.

2015-02-09)

郭江龙(1985—)，男，科长，助理工程师，054106 河北省沙河市十里亭镇。