一種下向分層充填采礦用水泥膠凝材料的制作方法
【專利摘要】針對銅渣尾砂和棒磨砂混合充填料，本發明公開了一種用于下向分層膠結充填法采礦的水泥膠凝材料。該膠凝材料按質量百分比計包括2%—3%芒硝，0.5%—1%的氯化鈣，余量為水泥，還可包括質量百分比為0.5%—1.5%的亞硫酸鈉。本發明同時公開了一種使用上述水泥膠凝材料與銅渣尾砂和棒磨砂混合充填料及自來水制備的充填料漿，其中水泥膠凝材料與銅渣尾砂與棒磨砂混合充填料的質量比為1:4，自來水的質量百分比為22%，銅渣尾砂和棒磨砂的質量比為1:9—2:8。使用本發明提供的方法制備的充填體具有較高的早期強度，滿足下向分層膠結充填對充填體早期強度的要求，且解決了銅渣尾砂廢料的堆放對環境的污染以及廢棄物資源化利用問題。
【專利說明】一種下向分層充填采礦用水泥膠凝材料
【技術領域】[0001]本發明涉及一種水泥膠凝材料，具體涉及一種針對銅渣尾砂和棒磨砂混合充填料的下向分層充填采礦用的水泥膠凝材料。
【背景技術】
[0002]銅渣尾砂是銅鎳水淬渣提鐵后排放的固體廢棄物，是一種粉狀物料。由于銅渣尾砂中的氧化物含量較低，活性較差，難以進行資源化利用，導致銅渣尾砂大量積壓，不僅占用土地，而且還污染環境。在采礦生產中，利用銅渣尾砂替代部分棒磨砂作為充填料充填采場，是解決銅渣尾砂資源化利用和保護環境的主要途徑之一。但是對于采用下向分層膠結充填法開采，由于充填體為采場的假頂，因此為了確保采場的安全生產，對充填體強度尤其是早期強度的要求較高。同時，由于摻加銅渣尾砂的棒磨砂混合充填料的物化特性以及顆粒級配發生變化，因此直接影響水泥膠結充填體的強度尤其是早期強度。因此，提高銅渣尾砂在采礦生產中應用，關鍵在于適用于銅渣尾砂一棒磨砂混合充填料的水泥膠凝材料的開發。

【發明內容】

[0003]本發明為解決銅渣尾砂-棒磨砂混合充填料在采用水泥作為膠凝材料時存在的膠結充填體早期強度偏低的問題，開發可以用于下向分層膠結充填法開采的銅渣尾砂和棒磨砂混合充填料的具有早強特性的水泥膠凝材料，從而提高了膠結充填體的早期強度。上述目的是通過下述方案實現的:
一種水泥膠凝材料，其特征在于，該水泥膠凝材料以質量百分比計包括:2% — 3%芒硝，
0.5% — 1%的氯化鈣，余量為水泥。
[0004]根據上述的水泥膠凝材料，其特征在于，所述水泥膠凝材料中還包括質量百分比為0.5% — 1.5%的亞硫酸鈉。
[0005]一種使用上述的水泥膠凝材料制備的充填料漿，其特征在于，所述充填料漿還包括銅渣尾砂充填料、棒磨砂充填料和自來水，所述銅渣尾砂充填料和棒磨砂充填料的質量為1:9一2:8，所述自來水的質量百分比為22%。
[0006]根據上述的充填料漿，其特征在于，所述銅渣尾砂充填料的成分以質量百分比計包括:30%—50%Si02，30%—60%Fe203，1%— 15%Mg0,1.5%—5%Ca0, 2.5% — 6%A1203，余量為雜質；所述銅渣尾砂充填料的粒度為300目以下。
[0007]根據上述的充填料漿，其特征在于，所述棒磨砂充填料的成分以質量百分比計包括:70% — 85%Si02，6% —10% Al2O3, 3% — 6% MgO, 3%—6% CaO, 3%—8% Fe2O3,不大于 0.1%S ；所述棒磨砂充填料的密實密度為2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度為1.5t/m3—1.6t/m3，孔隙率為 40%—42%,粒度分布為 d1(l=0.13mm—0.16mm, d5(l=0.8mm—1.0mm、d6(l=l.0mm—1.5mm，d90=2.9mm一3.3mm, dav=0.8mm一 1.2mm,不均勻系數為 7—9。
[0008]一種制備上述的充填料漿的方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步驟:(1)將所述芒硝、氯化鈣、亞硫酸鈉和水泥按比例混合，得到水泥膠凝材料；
(2)將所述銅渣尾砂充填料與棒磨砂充填料按照1:9一2:8的質量比進行混合，獲得銅渣尾砂與棒磨砂混合充填料；
(3)將步驟(1)中的水泥膠凝材料與步驟(2)中的混合充填料按照1:4的質量比混合，并加入自來水，使料漿的質量濃度為78%，用砂漿泵攪拌均勻。
[0009]本發明利用芒硝、氯化鈣、亞硫酸鈉和水泥按照合理的比例混合組成水泥膠凝材料，可以提高銅渣尾砂和棒磨砂混合充填料膠結充填體的早期強度，同時，銅渣尾砂在混合充填料中的質量百分比為10% — 20%，減少了棒磨砂充填料的用量，降低充填料的加工成本，同時還避免銅渣尾砂在地表堆放所造成對環境污染。
【具體實施方式】
[0010]本發明的水泥膠凝材料的成分以質量百分比計包括:2% — 3%芒硝，0.5% — 1%的氯化鈣，余量為水泥。優選的，水泥膠凝材料中還包括質量百分比為0.5% — 1.5%的亞硫酸鈉。加入亞硫酸鈉后，水泥膠凝材料的早強性能更為突出。
[0011]使用本發明的水泥膠凝材料可制備充填料漿，具體操作為:
(1)將芒硝、氯化鈣、亞硫酸鈉和水泥按比例混合，得到水泥膠凝材料；
(2)將銅渣尾砂充填料與棒磨砂充 填料按照1:9一2:8的質量比進行混合，獲得銅渣尾砂與棒磨砂混合充填料；
(3)將步驟(1)中的水泥膠凝材料與步驟(2)中的混合充填料按照1:4的質量比混合，并加入自來水，使料漿的質量濃度為78%，用砂漿泵攪拌均勻。
[0012]本發明的銅渣尾砂充填料的成分以質量百分比計包括:30%—50%Si02，30%—60%Fe203, 1%—15%Mg0,1.5% — 5%Ca0，2.5% — 6%A1203，余量為雜質；銅渣尾砂充填料的粒度為300目以下。棒磨砂充填料的成分以質量百分比計包括:70% — 85%Si02，6% —10% Al2O3,3%—6% MgO, 3%—6% CaO, 3%—8% Fe2O3，不大于0.1%S ;棒磨砂充填料的密實密度為2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度為 1.5t/m3—1.6t/m3，孔隙率為 40% — 42%，粒度分布為 d1(l=0.13mm—
0.16mm, d50=0.8mm—1.0mm、d60=l.0mm—1.5mm, d90=2.9mm—3.3mm, dav=0.8mm—1.2mm,不均勻系數為7~9。
[0013]下面結合具體實施例對本發明進行說明。
[0014]實施例1
按下述步驟制備充填料漿:
(I)水泥的成分以質量百分比計為:2.5%芒硝，1%的氯化鈣，1.5%亞硫酸鈉，余量為水泥。
[0015](2)銅渣尾砂充填料和棒磨砂填充料的質量比為10:90，其中銅渣尾砂充填料的成分以質量百分比計包括:30%—50%Si02，30%—60%Fe203，1%— 15%Mg0,1.5%—5%Ca0, 2.5%—6%A1203，余量為雜質；銅渣尾砂充填料的粒度為300目；棒磨砂充填料的成分以質量百分比計包括:70% — 85%Si02，6% —10% Al2O3, 3%—6% MgO, 3%—6% CaO, 3%—8% Fe2O3,不大于
0.1%S ;所述棒磨砂充填料的密實密度為2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度為1.5t/m3—1.6t/m3,孔隙率為 40%—42%,粒 度分布為 d1(l=0.13mm—0.16mm, d50=0.8mm—1.0mm> d60=l.0mm—
1.5mm, d9(l=2.9mm—3.3mm, dav=0.8mm—1.2mm,不均勻系數為 7—9。[0016](3)將水泥和混合填充料按照1:4的質量比混合，并加入自來水，使料漿的質量濃度為78%，用砂漿泵攪拌均勻。
[0017]將上述料漿澆注模型進行養護到3d和7d齡期，由此測定的充填體3d強度2.1lMPa, 7d強度為3.86MPa。與普通的32.5R水泥混合充填料的膠結充填體強度相比，3d和7d的強度分別提高了 40.7%和54.4%。
[0018]實施例2
按下述步驟制備充填料漿:
(1)水泥的成分以質量百分比計為:3%芒硝，0.5%氯化鈣，余量為水泥。
[0019](2)銅渣尾砂充填料和棒磨砂填充料的質量比為15:85，其中銅渣尾砂充填料的成分以質量百分比計包括:30%~50%Si02，30%~60%Fe203，l%~15%Mg0，1.5%~5%Ca0，2.5%~6%Α1203，余量為雜質；銅渣尾砂充填料的粒度為300目；棒磨砂充填料的成分以質量百分比計包括:70%—85%Si02，6% —10% Al2O3, 3%—6% MgO, 3%—6% CaO, 3%—8% Fe2O3，不大于0.1%S ;所述棒磨砂充填料的密實密度為2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度為1.5t/m3—1.6t/m3,孔隙率為 40%—42%,粒度分布為 d1(l=0.13mm—0.16mm, d50=0.8mm—1.0mm> d60=l.0mm—1.5mm，d9(l=2.9mm—3.3mm，dav=0.8mm—1.2mm,不均勻系數為 7~9。
[0020](3)將水泥和混合填充料按照1:4的質量比混合，并加入自來水，使料漿的質量濃度為78%，用砂漿泵攪拌均勻。
[0021]將上述料漿澆注模型進行養護到3d和7d齡期，由此測定的充填體3d強度為
1.6IMPa, 7d強度為3.12MPa。與普通的32.5R水泥混合充填料的膠結充填體強度相比，3d和7d的強度分別提高了 7.3%和24.8%。
[0022]實施例3
按下述步驟制備充填料漿:
(I)水泥的成分以質量百分比計為:2%芒硝，1%氯化鈣，0.5%亞硫酸鈉，余量為水泥。
[0023](2)銅渣尾砂充填料和棒磨砂填充料的質量百分比為20:80，其中銅渣尾砂充填料的成分以質量百分比計包括:30%—50%Si02，30%—60%Fe203，1%— 15%Mg0,1.5%—5%Ca0,
2.5% — 6%A1203，余量為雜質；銅渣尾砂充填料的粒度為300目；棒磨砂充填料的成分以質量百分比計包括:70% — 85%Si02，6% —10% Al2O3, 3% — 6% MgO, 3%—6% CaO, 3%—8% Fe2O3,不大于0.1%S ;所述棒磨砂充填料的密實密度為2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度為1.5t/m3一1.6t/m3,孔隙率為 40%—42%,粒度分布為 d1(l=0.13mm一0.16mm, d50=0.8mm一1.0mm>d60=l.0mm—1.5mm，d9(l=2.9mm—3.3mm，dav=0.8mm—1.2mm,不均勻系數為 7—9。
[0024](3)將水泥和混合填充料按照1:4的質量比混合，并加入自來水，使料漿的質量濃度為78%，用砂漿泵攪拌均勻。
[0025]將上述料漿澆注模型進行養護到3d和7d齡期，由此測定的充填體3d強度為
1.72MPa，7d強度為3.35MPa。與普通的32.5R水泥混合充填料的膠結充填體強度相比，3d和7d的強度分別提高14.7%和34.0%。
【權利要求】
1.一種水泥膠凝材料，其特征在于，該水泥膠凝材料以質量百分比計包括:2% — 3%芒硝,0.5%一1%的氯化|丐，余量為水泥。
2.根據權利要求1所述的水泥膠凝材料，其特征在于，所述水泥膠凝材料中還包括質量百分比為0.5% — 1.5%的亞硫酸鈉。
3.一種使用權利要求1一2之一所述的水泥膠凝材料制備的充填料漿，其特征在于，所述充填料漿還包括銅渣尾砂充填料、棒磨砂充填料和自來水，所述銅渣尾砂充填料和棒磨砂充填料的質量比為1:9一2:8,所述自來水的質量百分比為22%。
4.根據權利要求3所述的充填料漿，其特征在于，所述銅渣尾砂充填料的成分以質量百分比計包括:30% — 50%Si02，30% — 60%Fe203，1%—15%MgO, 1.5%—5%CaO, 2.5%—6%A1203，余量為雜質；所述銅渣尾砂充填料的粒度為300目以下。
5.根據權利要求3所述的充填料漿，其特征在于，所述棒磨砂充填料的成分以質量百分比計包括:70% — 85%Si02，6% —10% Al2O3, 3%—6% MgO, 3%—6% CaO, 3%—8% Fe2O3,不大于0.1%S ;所述棒磨砂充填料的密實密度為2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度為1.5t/m3—1.6t/m3,孔隙率為 40%—42%,粒度分布為 d1(l=0.13mm—0.16mm, d50=0.8mm—1.0mm> d60=l.0mm—1.5mm, d9(l=2.9mm—3.3mm, dav=0.8mm—1.2mm,不均勻系數為 7—9。
6.一種制備如權利要求3所述的充填料漿的方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步驟: (1)將所述的芒硝、氯化鈣、亞硫酸鈉和水泥按比例混合，得到水泥膠凝材料； (2)將所述銅渣尾砂充填料與棒磨砂充填料按照1:9一2:8的質量比進行混合，獲得銅渣尾砂與棒磨砂混合充填料； (3)將步驟(1)中的水泥膠凝材料與步驟(2)中的混合充填料按照1:4的質量比混合，并加入自來水，使充填料漿的質量濃度為78%，用砂漿泵攪拌均勻。
【文檔編號】C04B22/12GK103739222SQ201310731650
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】陳得信, 楊志強, 高謙, 王玉山, 陳仲杰, 王有團, 陳杰, 薛改利 申請人:金川集團股份有限公司, 北京科技大學