鋼渣—礦渣—氟石膏基膠結(jié)材固結(jié)銅尾礦性能

摘要：水泥作為傳統(tǒng)尾礦固結(jié)材料造成尾礦充填成本居高不下，而鋼渣和氟石膏等工業(yè)廢渣利用率不高，因此采用其制備鋼渣礦渣氟石膏基膠結(jié)材來(lái)替代水泥，需要對(duì)其固結(jié)尾礦性能進(jìn)行研究。通過(guò)對(duì)不同時(shí)間尾礦固結(jié)漿體的泌水量及流動(dòng)度、不同水化齡期抗壓強(qiáng)度變化趨勢(shì)研究，發(fā)現(xiàn)鋼渣礦渣氟石膏基明顯優(yōu)于P·O 42.5級(jí)水泥和中國(guó)2種常用尾礦固結(jié)劑，其尾礦固結(jié)體浸出液3 d后的PH值均在9.0以下，遠(yuǎn)低于這3種高堿性尾礦固結(jié)材料，浸出液氟離子濃度極低，對(duì)環(huán)境影響小。SEM分析也顯示摻鋼渣礦渣氟石膏基膠結(jié)材的尾礦固結(jié)體具有較為密實(shí)的微觀結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：鋼渣；氟石膏；尾礦；抗壓強(qiáng)度；毒性

中圖分類號(hào)：X754

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：16744764（2014）01013804

尾礦是礦山開(kāi)采產(chǎn)生的顆粒廢物，一般主要堆積在尾礦庫(kù)中，大量尾礦堆放已引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，尾礦庫(kù)和采礦產(chǎn)生的采空區(qū)也帶來(lái)了巨大的安全隱患。采用尾礦膠結(jié)充填技術(shù)進(jìn)行井下充填，可以在保護(hù)資源環(huán)境和提高效益的前提下，實(shí)現(xiàn)礦山可持續(xù)發(fā)展，但傳統(tǒng)尾礦固結(jié)充填技術(shù)中使用水泥作為固結(jié)材料來(lái)固結(jié)尾礦[16]，水泥單耗量大，造成尾礦充填成本居高不下，嚴(yán)重制約了充填技術(shù)的使用和發(fā)展。

因此，尋求價(jià)格低廉、來(lái)源廣泛的水泥替代品，減少水泥用量是降低充填采礦法成本的重要途徑。王新民等[7]采用80%粉煤灰和20%水泥制備成性能良好的礦井自流平充填用膠結(jié)材。祝麗萍等[8]以石灰和脫硫石膏激發(fā)粉煤灰制備膠結(jié)材固結(jié)尾礦，28 d固結(jié)體強(qiáng)度可達(dá)3～7 MPa，同時(shí)發(fā)現(xiàn)赤泥50%、礦渣30%、脫硫石膏10%和熟料10%制備膠凝材料，其1 d和7 d抗壓強(qiáng)度分別比水泥固結(jié)充填試塊提高了80%和44%[9]。呂憲俊等[10]、侯浩波等[11]利用60%以上礦渣和少量活化劑制備尾礦固結(jié)材料， 摻量低且固結(jié)尾礦性能優(yōu)良。Ercikdi[1213]采用礦渣、硅粉和粉煤灰替代水泥用于高硫尾礦固結(jié)充填研究。Wang等[14]采用10%～12.5%水泥、10%～12.5%粉煤灰、75%～80%磷石膏和廢石混合制備充填漿體，磷石膏中塊狀顆粒起填充骨料作用，28 d和90 d固結(jié)體抗壓強(qiáng)度分別可達(dá)到0.81和2 MPa，但磷石膏作為良好資源未得到體現(xiàn)。Cihangir等[15]采用硅酸鈉和氫氧化鈉激發(fā)礦渣替代水泥，進(jìn)行膠結(jié)高硫尾礦研究，360 d強(qiáng)度分別比水泥提高3倍以上。芬蘭澳托昆普集團(tuán)公司[16]采用礦渣配制膠凝材料用于固結(jié)充填，性價(jià)比高。Ouellot等[17]采用水泥、粉煤灰和爐渣作固結(jié)材料，可顯著提高充填體早期強(qiáng)度。Petrolito[18]發(fā)現(xiàn)磷石膏鍛燒和玻璃磨細(xì)后可替代部分水泥作膠結(jié)劑用于膠結(jié)充填，可降低充填成本并提高充填體強(qiáng)度。

綜上所述，采用工業(yè)廢渣替代水泥制備復(fù)合膠凝材料是大勢(shì)所趨，但研究多集中在粉煤灰和礦渣等方面，直接利用工業(yè)石膏制備石膏類膠凝材料尾礦固結(jié)充填的研究較少， 未見(jiàn)利用氟石膏作為主要原料制備膠結(jié)材用于尾礦固結(jié)充填研究。另外，鋼渣和礦渣具有相似的化學(xué)成分和礦相組分，但鋼渣活性不高研究極少，礦渣則作為高活性工業(yè)廢渣，廣泛用于生產(chǎn)水泥和作為高性能混凝土摻合料，其摻量一直達(dá)到70%以上，礦渣已不能再歸為工業(yè)廢棄物；氟石膏含對(duì)環(huán)境、動(dòng)植物和人體危害的有害物質(zhì)[19]，使其成為對(duì)環(huán)境影響最為嚴(yán)重、利用難度最大的工業(yè)石膏廢渣之一。因此采用鋼渣替代部分礦渣復(fù)合改性氟石膏，降低尾礦固結(jié)材料的中礦渣用量，研究這種新型鋼渣礦渣氟石膏基膠結(jié)材固結(jié)尾礦性能，意義明顯。

黃緒泉，等：鋼渣礦渣氟石膏基膠結(jié)材固結(jié)銅尾礦性能

1原材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1原材料

1.1.1尾礦固結(jié)劑氟石膏（FG）經(jīng)脫酸處理粉磨，比表面積827 m2/kg，礦相成分主要是無(wú)水石膏，含少量氟化鈣。礦渣（BFS）比表面積321.3 m2/kg，鋼渣（SS）比表面積373.4 m2/kg，熟料比表面積334.6 m2/kg，自制HJ2外加劑。