自流型礦渣基尾砂充填材料的研究

楊 坤

山東魯碧建材有限公司

1 前言

近年來，對于礦產資源開發來說，采礦工業是社會發展的重要條件，隨著當前社會經濟的快速發展，對于礦產資源的需求量逐漸提高，然而礦產資源的開發使用會帶來一系列的環境污染問題，比如在金屬礦山開采中，固體廢料為礦渣排放的污染量是最高的，且很難實現金屬尾礦綜合利用，因此也成為了當前社會高度重視的問題。尾礦是選礦的重要材料，其所開發的尾砂排放量和堆積量較大，由于尾礦所導致的環境問題也比較嚴峻，為改善這一問題國內外針對尾礦資源化利用進行了深入探究。

2 礦渣機尾砂充填材料目前存在的問題

對于充填膠結粉料來說，礦渣是其主要原材料，不僅能夠充分實現廢物再利用，同時利用這種材料制備的尾砂充填性能也能夠基本滿足礦山的充填需求。目前國內外研究學者在利用礦渣進行充填材料配置進行了深入研究，并且該技術逐漸完善，為今后開發新型礦渣基尾砂充填材料奠定了重要基礎，但目前還存在以下問題：，比如早期強度，由于自流型基尾砂充填料濃度相對較低，所形成的填充體強度比較弱，早期開發的填充材料使用激發劑無法激發其內部的強度，導致最終材料早期強度效果不佳。在充填濃度方面，自流型尾砂充填物料本身存在充填濃度較低的問題，其濃度主要集中在70%的范圍內，充填濃度也會導致成本相對較高，早期強度低，綜合利用率低等。如何能夠提高填充料濃度也成為了當前高度重視的問題。流動性能方面，針對流動性尾砂填充材料在輸送系統上沒有嚴格的評判標準，無法準確判斷物料是否滿足基本的自流充填要求，因此對于礦渣基尾礦砂填充材料進行研究，主要集中于充填體的強度，而沒有對其流動性以及損失進行分析。對于充填材料來說流動度是很可應用于礦山充填體系的重要指標，即便能夠達到基本的早期強度要求，如果無法滿足流動度也不能應用于充填工藝中。經濟效益方面可以使用多種激發劑，比如水玻璃，氫氧化鈉等，但相對來看成本較高，而且使用性很低，比如強堿具有一定的腐蝕性，氫氧化鈉吸水性較強，給后期實現規模化生產帶來不便，因此針對礦渣基尾山充填材料進行分析過程中，應當實現低成本，高性能，具有較強實用性作為主要研究方向。

3 自流型礦渣基尾砂充填材料相關配比分析

傳統在制備尾砂充填材料時主要成分為水泥，但利用該材料進行制作過程中成本較高，而且能源消耗較大，凝結時間長，目前為尋找經濟性能較好的替代品，很多礦山逐漸開始使用礦渣作為材料，將礦渣與水攪拌過程中會發生水化反應，部分固體溶解水化之后進而水化被礦渣表面的低滲透保護膜阻止，使水無法浸入玻璃體內部，而礦渣中的離子無法滲出。在水中能夠保持結構穩定，因此相對來看在水中礦渣玻璃是惰性的，而要想保持礦渣膠凝性，需要經過一定條件才能夠發揮出來，而這種作用是破壞礦渣玻璃體，能夠促進其發生水化反應。我們參照現有配方，以分級尾砂作為集料，以1:10 作為灰砂比，68%的固體濃度分析材料初始及一小時之內的拓展度，損失以及凝結時間等指標，分別使用5%，10%，50%和20%的水泥材料作為礦渣尾砂充填材料，分析結果時發現，隨著水泥摻入量增加，填料的流動性將減小，主要是由于水泥需水量大，當增加水泥摻量之后水泥漿體中的水分會增加，進而降低其流動度，同時由于還有較高含量的玻璃體，這種玻璃體表面吸水性差能夠用于水泥間隙結構填充占據水分空間，將結構中的水擠出后膠體本身粘度降低，流動性改善，而從需水量和凝結時間上來看，由于礦渣表面光滑，很難吸水，水泥保水性相比礦渣來說要好，因此當增加水泥摻量之后，該材料泌水性將逐漸降低，同時增加水泥產量之后由于水泥本身的水化反應會生成相應的硅酸鈣，乳酸鈣等，同時生成的氫氧化鈣也會從一定程度上加快礦渣水化，增加其反應程度，最終形成網狀結構，縮短凝結時間。利用這種方法，我們分別比較了水泥，石灰，石膏這三種材料，通過設計正交實驗，最終我們發現半水石膏，二水石膏以及石灰對于最終充填材料產生的影響是不同的，使用半水石膏時能夠顯著縮短凝結時間，接頂率提升，但相對來看流動性能降低，強度降低，而二水石膏能夠增加流動性和早期強度，石灰可提高后期強度，但不利于凝結時間，通過正交實驗獲取最優配比，最終提出71%的礦渣，25%的石膏，3%的石灰，1%的硫酸鋁，半水和二水石膏比為1:2，這種條件下所制備的無水泥礦渣基尾充填材料配比是比較合適的，能夠增加材料的流動性，減少溺水率，縮短凝結時間。

4 減水劑的應用

在所配置的自流型礦渣膠結粉料體系過程中，為能夠提高固體濃度，進一步提升礦渣的綜合利用率，減少其對于環境的污染，通過實驗我們發現改變膠結粉料比對于整體流動性影響較小，因此為能夠提高流動度需要配合使用減水劑，使用混凝土減水劑不會改變原有材料組份，在不減少用水量的前提下能夠有效改善混凝土性能，增加流動性。主要是由于減水劑是一種表面活性劑，加入到混凝土中之后能夠破壞水泥原有的結構，分散膠囊顆粒，釋放結構自由水，增加流動性。自流型礦渣尾砂充填材料與混凝土具有類似構成，因此可使用一定含量的減水劑于尾砂充填體系中以改善其性能。

5 小結

總而言之，在本研究中通過實驗分析表明，將水泥，石膏，石灰，這些原材料作為充填膠結材料成分在配比上各有利弊，為能夠獲得流動性能好，后期強度高，接頂率高等性能，需要合理進行配比，同時為能夠提高。尾砂充填材料流動性，需要適當增加一定含量的減水劑，以改善尾紗沖天體系的流動性能。