銅渣基低硅鐵尾礦充填材料及其制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于充填膠結(jié)材料的制備領(lǐng)域，具體涉及一種銅渣基低硅鐵尾礦充填膠結(jié)材料。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬尾礦用作礦山充填料，在國(guó)內(nèi)外歷史悠久，主要有以下幾個(gè)階段:①20世紀(jì)50年代以前，廢石干式充填工藝;②20世紀(jì)60年代，水砂充填工藝;③20世紀(jì)60-70年代，尾砂膠結(jié)充填工藝;④20世紀(jì)80-90年代后，膏體充填和全尾砂膠結(jié)充填等新技術(shù)。使用充填法采礦在國(guó)外試驗(yàn)應(yīng)用和研究相對(duì)較早，加拿大在上世紀(jì)30年代就開始利用沖擊砂作充填料，應(yīng)用到采礦充填工藝中，上世紀(jì)40年代末開始對(duì)選礦廠的尾礦應(yīng)用于充填進(jìn)行研究。此時(shí)充填采礦作為一種輔助手段，還處于試驗(yàn)和研究狀態(tài)，尾砂充填過程中存有過量細(xì)泥，處于充填分層表面的細(xì)泥漿加大了回采工作難度。
[0003]20世紀(jì)50年代中后期，加拿大開始了膠結(jié)充填的研究；1956年前蘇聯(lián)克里沃羅德鐵礦開始應(yīng)用膠結(jié)充填方法，并對(duì)充填料的制備和運(yùn)輸方法進(jìn)行了改進(jìn)。隨后20世紀(jì)60年代開始，前蘇聯(lián)、加拿大等各個(gè)國(guó)家開展了多項(xiàng)研究，充填采礦的理論研究有所突破。膠結(jié)充填料代替人工充填柱，分層充填法在前蘇聯(lián)的捷克利斯克礦、加伊斯克礦、茲雅諾夫斯克礦等礦山均開始應(yīng)用；加拿大弗魯?shù)碌V于1962年首先進(jìn)行了工業(yè)應(yīng)用，并隨后在各大礦區(qū)開始應(yīng)用于生產(chǎn)，這一技術(shù)大大提高了充填采礦的工作效率和機(jī)械化程度。
[0004]20世紀(jì)70年代后，美國(guó)、德國(guó)、前蘇聯(lián)等國(guó)家開始研究高濃度料漿在礦山充填采礦中的應(yīng)用，通過技術(shù)和工藝的改進(jìn)實(shí)現(xiàn)高濃度充填，即使得料漿濃度提升到70%以上。這一時(shí)段全尾砂膠結(jié)充填也開始在各國(guó)開始研究，從這個(gè)時(shí)期開始，金屬礦山尾礦充填采礦在各個(gè)礦山廣泛推廣使用，且比重連年上升。20世紀(jì)80年代，繼德國(guó)、南非首先利用全尾砂膠結(jié)充填并取得成功后，德國(guó)格隆德、原蘇聯(lián)阿奇賽公司等均開始采用此技術(shù)。80年代末加拿大在管道輸送和塊石膠結(jié)充填等方面相繼取得突破，不僅提高生產(chǎn)效率節(jié)約成本同時(shí)改善了生態(tài)環(huán)境。此后各種新型充填材料的研究也開始發(fā)展起來。
[0005]我國(guó)對(duì)于尾礦充填的研究起步較晚，但發(fā)展迅速。20世紀(jì)60?70年代，我國(guó)已就充填采礦的應(yīng)用進(jìn)行研究，且逐漸由干式充填轉(zhuǎn)向水力膠結(jié)充填，分級(jí)尾砂充填也在這一時(shí)段開始在礦山使用。1967年招遠(yuǎn)某金礦區(qū)發(fā)現(xiàn)采礦過程中容易導(dǎo)致回采損失、采空區(qū)陷落破壞農(nóng)田等，將分級(jí)尾砂充填引入礦山生產(chǎn)中。20世紀(jì)70年代，我國(guó)就已經(jīng)進(jìn)行了全尾砂膏體膠結(jié)充填的研究，并開始應(yīng)用于部分的礦山中。
[0006]20世紀(jì)80年代后，尾礦充填技術(shù)在我國(guó)發(fā)展開始呈現(xiàn)多樣化。廣東凡口 80年代后期已有礦區(qū)做了大量全尾砂膠結(jié)充填試驗(yàn)，并將其應(yīng)用于生產(chǎn)，例如廣東某鉛鋅礦以及金川有色公司?！捌呶濉逼陂g，全尾砂高濃度膠結(jié)充填工藝改進(jìn)進(jìn)展迅速，但由于效率低、運(yùn)送難度大，能力有限。1989年，中國(guó)礦業(yè)大學(xué)北京研究生部開發(fā)了一種高水材料，能夠進(jìn)行速凝固化代替水泥的作用，并在招遠(yuǎn)金礦嘗試了工業(yè)試驗(yàn)，結(jié)果顯示效果非常明顯。
[0007]近年來，我國(guó)尾礦充填研究進(jìn)展很快，大量新成果涌現(xiàn)。中國(guó)礦業(yè)大學(xué)孫恒虎教授于20世紀(jì)末提出了似膏體充填新模式，即以全鋁土膠凝料為膠結(jié)劑，碎煤矸石、尾砂或河砂等作骨料，骨料中配以細(xì)粒級(jí)物料，制成漿體，故稱之為“似膏體”。似膏體充填技術(shù)成本低、設(shè)備投資小、充填效果好。盡管作者對(duì)工藝流程進(jìn)行了研究，但沒有對(duì)鐵尾礦進(jìn)行定性和機(jī)理分析，研究不夠深入。如Zhonglai Yi等使用來自中國(guó)通化的鐵尾礦為原料制備膠凝材料，研制出的新膠凝材料，在其鐵尾礦含量為30wt%時(shí)能夠被活化，并且其礦漿強(qiáng)度能夠達(dá)到中國(guó)標(biāo)號(hào)為42.5的標(biāo)準(zhǔn)水泥的強(qiáng)度。而在理論研究方面，參與反應(yīng)的尾礦和其他配料在水中發(fā)生水化反應(yīng)，這一點(diǎn)已得到業(yè)界的認(rèn)可。但是對(duì)于水化產(chǎn)物存在爭(zhēng)議。禹尚仁等認(rèn)為，主要產(chǎn)物是大量針狀C-S-H(水化硅酸鈣)凝膠和水化硅鋁酸鈣凝膠;但徐彬等認(rèn)為，制備的膠凝材料水化產(chǎn)物主要是沸石類礦物，而C-S-H凝膠是次要水化產(chǎn)物。周家祥等對(duì)大冶鐵礦全尾砂膠結(jié)充填質(zhì)量的影響因素進(jìn)行分析，針對(duì)充填材料充填強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，自立性和抗爆破沖擊的能力不夠的狀況，取消立式高濃度攪拌機(jī)，改設(shè)雙軸葉片臥式攪拌機(jī)和高效活化攪拌機(jī)組合攪拌，即改普通一次攪拌為高速活化二次攪拌，28 d的強(qiáng)度比較均衡，平均為2.7 MPa，較整改之前提高了30%左右，達(dá)到設(shè)計(jì)要求?？箟簭?qiáng)度數(shù)據(jù)波動(dòng)減緩，試塊數(shù)據(jù)連續(xù)性好，充填質(zhì)量比較均衡，較整改之前有大幅度的改善。
[0008]各充填工藝優(yōu)缺點(diǎn)明顯:分級(jí)尾砂充填尾砂粒徑應(yīng)不小于37μπι，且其利用率大概只有55%左右;高濃度全尾砂膠結(jié)充填力學(xué)性能好，強(qiáng)度高，應(yīng)用范圍廣泛，發(fā)展十分迅速；膏體栗送膠結(jié)充填料漿濃度大，凝固時(shí)間短，尾砂利用率高，水泥用量少，但基建費(fèi)用高，工藝設(shè)備維護(hù)管理復(fù)雜，技術(shù)難度大。因此，應(yīng)根據(jù)各礦山實(shí)際情況，認(rèn)真分析后選擇合適的充填工藝。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種銅渣基低硅鐵尾礦充填膠結(jié)材料。通過利用銅礦渣和低硅鐵尾礦制備充填膠結(jié)材料，不僅解決了礦山當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境問題和礦渣廢料，而且節(jié)省了大量的人力物力，成本低、設(shè)備投資小、充填效果好，在礦山回填、建筑材料等領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種銅渣基低硅鐵尾礦充填膠結(jié)材料，其原料組成為:銅礦渣材料15?25wt%，水泥熟料3?8wt%，氫氧化鈉0.3-0.8wt%，低硅鐵尾礦70?80wt% ；所述銅礦渣材料的原料組成為:銅礦渣75?80wt%，石灰3?6wt%，石膏15?18wt%，萘系減水劑0.3~0.8wt%。
[00?1 ]優(yōu)選的，所述充填膠結(jié)材料的原料組成為:銅礦渣材料20wt%，水泥熟料5wt%，氫氧化鈉0.5wt%，低硅鐵尾礦74.5的％;所述銅礦渣材料的原料組成為:銅礦渣79.3wt%，石灰
4.2wt%，石膏16wt%，萘系減水劑0.5wt%。
[0012]所述的低硅鐵尾礦中二氧化硅含量為20?50wt%。
[0013]銅礦渣材料的制備方法為:將銅礦渣、石灰、石膏和萘系減水劑混合后，球磨25min0
[0014]一種使用如上所述銅渣基低硅鐵尾礦充填膠結(jié)材料制備充填體試塊的方法，充填膠結(jié)材料與砂的質(zhì)量比為1:4，料漿濃度為75^%;此時(shí)制備的試塊28(1抗壓強(qiáng)度3.6210^以上，完全滿足礦山充填需要。
[0015]國(guó)內(nèi)外目前在采空區(qū)充填中主要使用普通硅酸鹽水泥作充填膠凝材料主體。硅酸鹽水泥制備需要消耗大量的原料(石灰石、粘土等)、優(yōu)質(zhì)燃料以及電能，同時(shí)制備過程中釋放的CO2、氮氧化物、硫氧化物和粉塵等，導(dǎo)致溫室效應(yīng)和環(huán)境污染。硅酸鹽水泥的大量使用，不僅造成資源和能源的大量消耗，而且隨著近年來其價(jià)格的上漲，充填成本大大增加。而本發(fā)明