燒結脫硫灰渣替代石膏的鐵礦全尾砂充填膠凝材料的制作方法
【專利摘要】針對鐵礦全尾砂充填料，本發明公開了一種充填法采礦用膠凝材料，該膠凝材料以質量百分比計包括5%—7%生石灰，16%—19%燒結脫硫灰渣，2.5%—5%早強劑，69%—76.5%礦渣微粉。本發明同時公開了一種使用上述膠凝材料與鐵礦全尾砂充填料及自來水制備的充填料漿，其中膠凝材料與鐵礦全尾砂充填料的膠砂比為1:8，自來水的質量百分比為32%。使用本發明提供的方法制備的充填體強度高，且成本低。
【專利說明】燒結脫硫灰渣替代石膏的鐵礦全尾砂充填膠凝材料
【技術領域】
[0001]本發明涉及采礦領域，具體涉及一種燒結脫硫灰渣替代石膏的鐵礦全尾砂充填膠凝材料。
【背景技術】
[0002]我國對資源開發的環境保護日趨嚴格，充填法采礦在近年來應用范圍逐漸擴大。通常采用崩落法開采的鐵礦床也越來越多采用充填法開采。采用的充填材料主要是鐵礦全尾砂。
[0003]鐵礦全尾砂充填面臨最大問題是充填采礦效益。為了提高充填采礦經濟效益，目前已經開發出用于鐵礦全尾砂的新型充填膠凝材料-膠固粉，主要是利用石灰、石膏和少量的外加劑配制的復合激發劑，激發礦渣微粉潛在的水硬化活性，能夠適應細顆粒多含泥量大的鐵礦全尾砂充填料。不僅降低充填膠凝材料成本，而且還能夠提高全尾砂膠結充填體強度，從而實現鐵礦全尾砂充填采礦經濟效益。
[0004]目前鐵礦采用的膠固粉中的石膏大多為脫硫石膏或天然石膏。脫硫石膏是電廠濕法脫硫的副產物，不僅含水量大(通常20%左右)，而且顆粒粗，只有經過烘干和粉磨才能用于鐵礦全尾砂膠凝材料激發劑。這 些工序不僅增加開采成本，而且還對環境造成二次污染。天然石膏雖然不需要烘干，但礦石開采、粉磨和運輸也造成材料的成本居高不下。同時，隨著逐步開采儲量日趨減少，礦石供應日趨緊張。
[0005]我國大型鐵礦區一般建有大型鋼鐵廠。隨著我國對鋼鐵企業排放煙氣的限制愈加嚴格，近年來各大鋼鐵廠開始使用半干法脫硫設備，由此每天回收大量的燒結燒結脫硫灰渣。由于燒結脫硫灰渣在物化特性和顆粒級配等方面與濕法脫硫的二水石膏存在較大差異，因此燒結脫硫灰渣資源化利用存在極大困難。燒結脫硫灰渣采用堆放處理，不僅占用良田，而且還造成二次污染。

【發明內容】

[0006]針對上述問題，本發明提供了一種膠凝材料、用該膠凝材料制備的充填料漿及其制備方法，該膠凝材料以鋼鐵廠冶煉燒結脫硫灰渣替代石膏，適用于鐵礦全尾砂膠結充填法開米。
[0007]上述目的是通過下述方案實現的:
一種膠凝材料，其特征在于，所述膠凝材料的成分以質量百分比計包括:5% — 7%生石灰，16% —19%燒結脫硫灰渣，2.5% — 5%早強劑，69% — 76.5%礦渣微粉。
[0008]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述生石灰中CaO的質量百分比含量為76%—80%,生石灰粉磨后的粒度分布為 d10 = 3.97 μ m一5.06 μ m、d50 = 8.06 μ m一13.68 μ m、d90 =22.19 μ m—42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面積 5721 cm2/cm3—8378cm2/cm3。
[0009]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述燒結脫硫灰渣中SO3的質量百分比含量為18% — 22%，所述燒結脫硫灰渣的含水量小于5% (質量)，所述燒結脫硫灰渣的粒度分布為CU=5.5 μ m—8.5 μ m、d50 = 21.3 μ m—26.0 μ m、d90 = 51.7 μ m—60.3 μ m，dav = 32.2 μ m—38.5 μ mD
[0010]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述礦渣微粉為堿度系數小于I的酸性渣，其質量系數不小于1.9，活性系數不小于1.1。
[0011]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述礦渣微粉的粒度分布為d1(l = 4.53 μ m,
=10.67 μ m，d90 = 43.81 μ m，dav = 18.13 μ m。
[0012]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述早強劑為芒硝和/或氫氧化鈉。
[0013]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述早強劑為芒硝和氫氧化鈉，其中芒硝在膠凝材料中的質量百分比為2% — 4%，氫氧化鈉在膠凝材料中的的質量百分比為0.5% — 1%。
[0014]一種使用上述的膠凝材料制備的充填料漿，其特征在于，所述料漿還包括鐵礦全尾砂充填料和自來水，所述鐵礦全尾砂充填料的成分以質量百分比計包括:78% — 87%Si02，3% — 6% Al2O3, 2%—5% MgO, 5%—14% CaO ;所述全尾砂充填料的燒失量不大于3% ;所述鐵礦全尾砂充填料的密實密度為2.8t/m3—3.3t/m3，松散密度為1.3t/m3—1.5t/m3，孔隙率為 44%—47%,粒度分布為 d1(l=0.01mm一0.04mm, d50=0.16mm一0.45mm、d6(l=0.28mm一0.62mm，dav=0.30mm一0.90mm,不均勻系數為15~28 ;所述鐵礦全尾砂充填料的pH=6~8。
[0015]根據上述的充填料漿，其特征在于，所述膠凝材料與所述鐵礦全尾砂充填料配比為1:8，所述自來水的質量百分比為32%。
[0016]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)將所述膠凝材料與所述鐵礦全尾砂充填料按1:8配比混合均勻，得到混合物；
(2)向所述混合物中加入自來水，使料漿的質量濃度為68%，用砂漿泵攪拌均勻。
[0017]本發明提供的膠凝材料適用于細泥含量(-37 μ m)在20%~30%范圍的全尾砂。本發明可帶來以下有益效果:
1.降低鐵礦充填法開采采礦成本。
[0018]用燒結脫硫灰渣替代石膏作為膠凝材料的原材料之一，其顆粒小，含水量〈5%(質量)，不需烘干和研磨，不僅解決燒結脫硫灰渣堆放處理造成的環保問題，還實現了廢棄物資源化利用；同時還大大降低鐵礦充填法開采采礦成本。尤其將鐵礦全尾砂作為充填料全部埋藏于地下，可以節省建設尾礦庫建設征地，而且還尾礦庫垮壩產生的地質災害。
[0019]2.所獲得的充填體強度高。
[0020]與32.5普通硅酸鹽水泥相比，本發明提供的燒結脫硫灰渣替代石膏的鐵礦全尾砂膠凝材料制備的7d和28d充填體強度提高了 1.5—1.8倍。
【具體實施方式】
[0021]本發明的膠凝材料的成分以質量百分比計包括:5% — 7%生石灰，16% —19%燒結脫硫灰渣，2.5% — 5%早強劑，69% — 76.5%礦渣微粉。加入適當的早強劑可提高充填體的早期強度。當充填料漿是用于充填下向分層膠結法采礦的礦山時，由于下向膠結充填的回采順序是由上向下逐層回采、逐層充填，并在形成的充填體的保護下進行回采，對充填體的早期強度要求較高，此時，膠凝材料中需加入適當的早強劑。本發明通過實驗，確定了早強劑為芒硝和/或氫氧化鈉。更為優選的，同時選用芒硝和氫氧化鈉作為早強劑，其中芒硝的質量百分比為2% — 4%，氫氧化鈉的質量百分比為0.5% —1%，此時，膠凝材料的早期強度較高。[0022]本發明的膠凝材料中的生石灰中，CaO的質量百分比含量為76%—80%,生石灰的粒度分布為 d10 = 3.97 μ m—5.06 μ m、d50 = 8.06 μ m—13.68 μ m、d90 = 22.19 μ m—42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面積 5721 cm2/cm3— 8378cm2/cm3。燒結脫硫灰渣中SO3的質量百分比含量為18% — 22%，含水量小于5% (質量)，燒結脫硫灰渣粒度分布為 cU = 5.5 μ m—8.5 μ m、d50 = 21.3 μ m—26.0 μ m、d90 = 51.7 μ m—60.3 μ m, dav =32.2 μ m—38.5 μ m。礦渣微粉為堿度系數小于I的酸性渣，其質量系數不小于1.9，活性系數不小于1.1。礦洛微粉的粒度分布為d10 = 4.53 μ m, d50 = 10.67 μ m, d90 = 43.81 μ m, dav=18.13 μ m。
[0023]礦渣微粉的堿性系數根據其氧化物的比例來計算:
【權利要求】
1.一種膠凝材料，其特征在于，所述膠凝材料的成分以質量百分比計包括:5% — 7%生石灰，16% —19%燒結脫硫灰渣，2.5% — 5%早強劑，69% — 76.5%礦渣微粉。
2.根據權利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述生石灰中CaO的質量百分比含量為76% — 80%，生石灰粉磨后的粒度分布為d1Q = 3.97 μ m— 5.06 μ m、d50 = 8.06 μ m—13.68 μ m、d90 = 22.19 μ m—42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面積 5721 cm2/cm3— 8378 cm2/cm3。
3.根據權利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述燒結脫硫灰渣中SO3的質量百分比含量為18% — 22%，所述燒結脫硫灰渣的含水量小于5% (質量)，所述燒結脫硫灰渣粒度分布為 d10 = 5.5 μ m—8.5 μ m、d50 = 21.3 μ m—26.0 μ m、d90 = 51.7 μ m—60.3 μ m, dav =32.2 μ m—38.5 μ m。
4.根據權利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述礦渣微粉為堿度系數小于I的酸性渣，其質量系數> 1.9，活性系數> 1.1。
5.根據權利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述礦渣微粉的粒度分布為d1(l=4.53 μ m, d50 = 10.67 μ m, d90 = 43.81 μ m, dav = 18.13 μ m。
6.根據權利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述早強劑為芒硝和/或氫氧化鈉。
7.根據權利要求6所述的膠凝材料，其特征在于，所述早強劑為芒硝和氫氧化鈉，其中芒硝在所述膠凝材料中的的質 量百分比為2% — 4%，氫氧化鈉在所述膠凝材料中的質量百分比為 0.5%—1%。
8.一種使用如權利要求1-7之一所述的膠凝材料制備的充填料漿，其特征在于，所述料漿還包括鐵礦全尾砂充填料和自來水，所述鐵礦全尾砂充填料的成分以質量百分比計包括:78% — 87%Si02，3% — 6% Al2O3, 2%—5% MgO, 5%—14% CaO ;所述全尾砂充填料的燒矢量不大于3% ;所述鐵礦全尾砂充填料的密實密度為2.8t/m3—3.3t/m3，松散密度為1.3t/m3一 1.5t/m3,孔隙率為 44%—47%,粒度分布為 d1(l=0.01mm一0.04mm, d50=0.16mm一0.45mm、d60=0.28mm一0.62mm, dav=0.1Omm一0.20mm,不均勻系數為15~28 ;所述鐵礦全尾砂充填料的pH=6~8。
9.根據權利要求8所述的充填料漿，其特征在于所述膠凝材料與所述鐵礦全尾砂充填料的配比為1:8，所述水的質量百分比為32%。
10.一種制備如權利要求8所述的填充料漿的方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步驟: (1)將所述膠凝材料與所述鐵礦全尾砂充填料按1:8的配比混合均勻，得到混合物； (2)向所述混合物中加入自來水，使料漿的質量濃度達到68%，用砂漿泵攪拌均勻。
【文檔編號】C04B28/08GK103787601SQ201310731736
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】高謙, 楊志強, 王永前, 楊長祥, 王有團, 李茂輝, 蘇維軍, 唐梅芳 申請人:金川集團股份有限公司, 北京科技大學