CN105314955A

CN105314955A - 一种矿山充填料

Info

Publication number: CN105314955A
Application number: CN201510876040.7A
Authority: CN
Inventors: 李灿华; 华洲连; 李晖; 刘思; 焦立新; 习嘉晨; 向晓东; 李军
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Group Corp
Current assignee: Baowu Huanke Wuhan Metal Resources Co ltd
Priority date: 2015-12-02
Filing date: 2015-12-02
Publication date: 2016-02-10
Anticipated expiration: 2035-12-02
Also published as: CN105314955B

Abstract

本发明提供了一种矿山充填料，其原料按质量计包括铁尾矿(20～53.5)份，高炉粒化矿渣(0～30)份，钢渣地聚水泥(15～25)份，二水石膏(4～6)份，早强剂氯化钠(0～0.5)份，各原料混合后经充分搅拌、振动、浇筑成型、养护。该矿山充填料早期强度大，钢渣的微膨胀补偿了充填料的干缩，改善了地压性能，高效利用了钢渣、高炉渣、铁尾矿等冶金废料，保护了生态与环境。

Description

一种矿山充填料

技术领域

本发明属于冶金环保技术领域，具体涉及到一种矿山充填料及其生产方法。

背景技术

矿山采区采矿终了，废弃的地下井巷、采场和露天矿坑及废石场又需要及时充填，以避免因地下采场和地表露天坑的存在，导致大规模地面沉陷与山体滑落，造成农田、水库、道路与工业和民用建设设施的破坏。我国很多铁矿正处于采空区回填综合治理阶段，需要大量地质聚合物作为大体积混凝土原料。目前，大体积混凝土的生产还主要是利用常规的水泥、尾矿、砂石进行拌和而成，回填成本较高。

地聚物材料J.Davidovits研制成功后在我国得到了迅速发展，地聚水泥在许多场合代替普硅水泥，比普硅水泥有着强度高、硬化快、耐酸碱腐蚀更优异性能。传统的地聚水泥是以粘土、工业废渣或矿渣为主要原料，经适当的工艺处理，在较低温度条件下通过化学反应得到的一类新型无机聚合物材料。地聚水泥具有材料丰富、工艺简单、价格低廉、节约能源等优点。据研究地质聚合物生产过程中排放的二氧化碳仅为硅酸盐水泥的五分之一，为钢铁企业发展循环经济作出贡献。

钢渣的碱度处于2.9～3.3之间，属于中偏高水平，具有较高的潜在活性，且其放射性较低，远低于国家相关标准。我国钢渣水泥自上世纪研制成功后，并制定了国家标准。然而，钢渣水泥有着活性低、早期强度低的不足。如果能够将钢渣通过加工制作成地聚水泥，将很好地解决钢渣目前污染环境的难题，也提高了钢渣的综合利用附加值，然而克服目前钢渣水泥推广的技术难题、实现其资源化利用、发挥钢渣潜能是的一项亟待解决的技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种矿山充填料及其生产方法，利用钢渣、铁尾矿等生产地聚水泥和矿山充填料，实现钢渣和铁尾矿等资源二次有效利用，使矿山回填的地压条件改善。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种矿山充填料，其原料包括铁尾矿、粒化高炉矿渣、钢渣地聚水泥、二水石膏、早强剂氯化钠，各原料配比以质量份数计为：铁尾矿20～53.5份，粒化高炉矿渣0～30份，钢渣地聚水泥15～25份，二水石膏4～6份，早强剂氯化钠0～0.5份。

本发明所述矿山充填料的应用方法：按上述原料用量称量好各原材料，并按水灰比0.43～0.67控制加入水量，经搅拌、振动、浇筑成型、养护即可。

进一步地，所述铁尾矿为铁尾矿砂，由铁矿石经过破碎、湿磨、磁选等工艺后排出的尾矿碎屑经筛分处理后形成，其化学成分以质量百分比计为：SiO₂：55～72％、Al₂O₃：5～11％、Fe₂O₃：8～13％、CaO：2.5～6％、MgO：3～6％、K₂O：1～3％、Na₂O：1～3％、SO₃：0～1％。

进一步地，所述粒化高炉矿渣是指粒化高炉矿渣粉。粒化高炉矿渣粉(简称矿渣粉)是符合GB/T203标准规定的粒化高炉矿渣经干燥、粉磨达到相当细度且符合相应活性指标的粉体。本发明中所述矿渣粉的比表面积≥350m²/kg，7天活性指数≥60％。

进一步地，所述钢渣地聚水泥，其制备方法包括以下步骤：

1)对钢渣采取热泼、滚筒、热闷等工艺进行稳定化处理，使钢渣中的游离氧化钙的含量小于3％；

2)将步骤1)所得稳定化处理后的钢渣进行破碎、磁选、筛分等处理，使其中的金属铁含量小于3％，得到钢渣尾渣；

3)将步骤2)所得钢渣尾渣进行干燥，使含水量控制在0.1～0.5％；干燥后的钢渣尾渣与缓凝剂、矿化剂按照质量比为100：(0.1～0.5)：(3.5～10.5)的比例混合均匀后粉磨，使其粒度保持在310～560m²/kg，即得到钢渣地聚水泥产品。

具体地，所述的缓凝剂为磷石膏、柠檬酸石膏、脱硫石膏、氟石膏中的一种或者几种按任意比例的混合物。

具体地，所述的矿化剂是由硅酸盐粘土与碱性钠盐按照质量比(0.2～4.5)：1在(850～1100)℃下自然煅烧(25～95)min形成的矿化混合物。其中，所述硅酸盐粘土选自高岭土、膨润土、海泡石中的一种或几种，所述碱性钠盐选自氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠中的一种或者几种。

本发明的利用钢渣生产地聚水泥和矿山充填料的操作方法及其原理是：

在钢渣地聚水泥的制备过程中，本发明对主要原料钢渣进行了稳定化处理，使钢渣的游离氧化钙的含量小于3％，保证了钢渣地聚水泥的体积安定性；而后经磁选、筛分等处理，使钢渣尾渣金属铁含量小于3％，更进一步保证了后期地聚水泥的稳定性；后续复配粉磨中，高温处理而制得的矿化剂在钢渣尾渣粉磨成水泥的过程中起到了激发剂的作用，工业石膏成分的缓凝剂改善了钢渣地聚水泥的工作性能，而钢渣地聚水泥的细度要略细于普通水泥，则主要是考虑到激发钢渣的早期活性以获得早期强度。

在矿山充填料的制备过程中，在创新制备得到钢渣地聚水泥基础上，进一步用二水石膏改善矿山充填料的工作性能，用早强剂氯化钠激发了矿山充填料的早期强度和活性，克服了传统钢渣利用时早期活性低，强度形成缓慢的不足；铁尾矿砂的主要成分是SiO₂，并含有较高的Al₂O₃和Fe₂O₃，与天然砂的成分大体相同，且其密度及孔隙率符合规范要求；粒化高炉矿渣孔结构均匀，韧性好，表面粗糙，强度高且具有水硬性，是很好的粗集料，适合于配置矿山充填料。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

1)本发明生产的钢渣地聚水泥的7d和28d的抗压强度分别达到了32.5的普硅水泥相当，适合于配制矿山充填料，在此基础上本发明生产的矿山充填料7d和28d抗压强度能分别达到43.63～45.16MPa、49.50～59.38MPa。

2)本发明将钢渣用于生产地聚水泥解决了以前钢渣在水泥混凝土中早期无活性、后期发生膨胀等不足，而充分利用钢渣的微膨胀为矿山充填料的干缩进行补偿，改善了充填的地压性能，使矿山回填的地压条件改善。

3)本发明充分利用了钢渣和铁尾矿等二次资源配制矿山充填料不仅可以解决钢渣和铁尾矿无序堆积造成的环境污染问题，而且在用钢渣水洗球磨制备地质聚合物材料的工艺中不使用如生产硅酸盐水泥那样大量消耗资源和能源的“两磨一烧”煅烧工艺，二氧化碳排放少，实现了碳减排，减轻了环境污染，真正实现“变废为宝”，最大限度地提高固体废弃物的利用附加值。

附图说明

图1为钢渣生产地聚水泥的生产工艺图。

图2为钢渣地聚水泥生产矿山充填料生产工艺图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。

实施例中，涉及到的各种原料都是粉体，其中，所用铁尾矿为铁尾矿砂，由铁矿石经过破碎、湿磨、磁选等工艺后排出的尾矿碎屑经筛分处理后形成，其化学成分以质量百分比计为：SiO₂：62％、Al₂O₃：8％、Fe₂O₃：9％、CaO：3.5％、MgO：4.3％、K₂O：1.8％、Na₂O：1.2％、SO₃：0.4％；所述粒化高炉矿渣是指粒化高炉矿渣粉，简称矿渣粉比表面积≥350m²/kg，7天活性指数≥60％。

实施例1

利用武汉某大型钢铁集团生产的转炉钢渣制备本实施例中的钢渣地聚水泥，其操作流程如附图1所示，具体包括以下步骤：

1)对热态钢渣采取热泼工艺进行稳定化处理，使钢渣中的游离氧化钙的含量为0.5％；

2)将稳定化处理后的钢渣进行破碎、磁选、筛分等处理，得到钢渣尾渣，使钢渣尾渣的金属铁含量为2％；

3)将步骤2)所得钢渣尾渣进行干燥，使其含水量控制在0.5％，再按照干燥后的钢渣尾渣、缓凝剂、矿化剂的质量比为100：0.1：3.5的比例将三者进行混合均匀后粉磨，使其粒度保持在450m²/kg，得到钢渣地聚水泥产品。其中，所加入的缓凝剂为脱硫石膏；所加入的矿化剂是由高岭土、海泡石与氢氧化钠按照质量比1：1：10混合后，在1000℃下自然煅烧35min形成的矿化混合物。

经检测，该钢渣地聚水泥强度与32.5的普硅水泥相当，其7d和28d的抗压强度分别达到了22.61MPa和45.32MPa。

利用本实施例所制得的钢渣地聚水泥配制矿山充填料，其方法是：按质量计称取各原料铁尾矿20份、粒化高炉矿渣30份、钢渣地聚水泥15份、二水石膏4份、早强剂氯化钠0.1份，使用时，将称量好的各原材料混合后，并按水灰比0.45加入水(其中，水灰比＝水的质量/(粒化高炉矿渣的质量+钢渣地聚水泥的质量))，经搅拌、振动、浇筑成型、氧养护即可。经强度测试，该矿山充填料其7d和28d的抗压强度分别达到了36.51MPa和48.04MPa。

实施例2

利用湖南娄底市某钢厂生产的转炉钢渣生产本实施例的钢渣地聚水泥，其操作流程如附图所示，具体包括以下步骤：

1)对热态钢渣采取热闷工艺进行稳定化处理，使钢渣中的游离氧化钙的含量为2.5％；

2)将稳定化处理后的钢渣进行破碎、磁选、筛分等处理，得到钢渣尾渣，使钢渣尾渣的金属铁含量为0.8％；

3)将步骤2)所得钢渣尾渣进行干燥，使其含水量控制在0.8％，再按照干燥后的钢渣尾渣、缓凝剂、矿化剂的质量比为100：0.2：4.0的比例将三者混合均匀后粉磨，使其粒度保持在510m²/kg，得到钢渣地聚水泥产品。其中，所加入的缓凝剂为柠檬酸石膏；所加入的矿化剂是由膨润土、高岭土与氢氧化钠按照质量比1：1：10混合后，在950℃下自然煅烧42min形成的矿化混合物。

经检测，该钢渣地聚水泥强度与32.5的普硅水泥相当，其7d和28d的抗压强度分别达到了27.88MPa和38.79MPa。

利用本实施例所制得的钢渣地聚水泥配制矿山充填料，其方法是：按质量计称取各原料铁尾矿45份、粒化高炉矿渣5份、钢渣地聚水泥25份、二水石膏6份、早强剂氯化钠0.5份混合均匀即为矿山充填料。使用时，将配制好的矿山充填料按水灰比0.55控制加入水量，经搅拌、振动、浇筑成型、氧养护即可。经强度测试，该矿山充填料其7d和28d的抗压强度分别达到了32.47MPa和49.12MPa。

实施例3

利用昆明某钢厂电炉钢渣生产本实施例的钢渣地聚水泥的方法，具体包括以下步骤：

1)对热态钢渣采取滚筒工艺进行稳定化处理，使钢渣中的游离氧化钙的含量为2.8％；

2)将稳定化处理后的钢渣进行破碎、磁选、筛分等处理，得到钢渣尾渣，使钢渣尾渣的金属铁含量为2.6％；

3)将步骤2)所得钢渣尾渣进行干燥，使其含水量控制在0.2％，再按照干燥后的钢渣尾渣、缓凝剂、矿化剂的质量比为100：0.2：5.5的比例将三者混合均匀后粉磨，使其粒度保持在350m²/kg，得到钢渣地聚水泥产品。其中，所加入的缓凝剂为磷石膏；所加入的矿化剂是由膨润土与碳酸氢钠按照质量比1:1混合后，在1050℃下自然煅烧50min形成的矿化混合物。

经检测，该钢渣地聚水泥强度与32.5的普硅水泥相当，其7d和28d的抗压强度分别达到了34.57MPa和43.04MPa。

利用本实施例所制得的钢渣地聚水泥配制矿山充填料，其方法是：按质量计称取各原料铁尾矿53.5份、粒化高炉矿渣18份、钢渣地聚水泥25份、二水石膏3份、早强剂氯化钠0.5份混合均匀即为矿山充填料。使用时，将配制好的矿山充填料按水灰比0.65控制加入水量，经搅拌、振动、浇筑成型、氧养护即可。经强度测试，该矿山充填料其7d和28d的抗压强度分别达到了41.26MPa和46.09MPa。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干改进和变换，这些都属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种矿山充填料，其特征在于它的原料包括铁尾矿、粒化高炉矿渣、钢渣地聚水泥、二水石膏、早强剂氯化钠，各原料配比以质量份数计为：铁尾矿20～53.5份，粒化高炉矿渣0～30份，钢渣地聚水泥15～25份，二水石膏4～6份，早强剂氯化钠0～0.5份。

2.根据权利要求1所述的一种矿山充填料，其特征在于所述铁尾矿为铁尾矿砂。

3.根据权利要求1所述的一种矿山充填料，其特征在于所述铁尾矿的化学成分以质量百分比计为：SiO₂：55～72％、Al₂O₃：5～11％、Fe₂O₃：8～13％、CaO：2.5～6％、MgO：3～6％、K₂O：1～3％、Na₂O：1～3％、SO₃：0～1％。

4.根据权利要求1所述的一种矿山充填料，其特征在于所述粒化高炉矿渣是指粒化高炉矿渣粉，其比表面积≥350m²/kg，7天活性指数≥60％。

5.根据权利要求1所述的一种矿山充填料，其特征在于所述钢渣地聚水泥，其制备方法包括以下步骤：

1)、对钢渣进行稳定化处理，使钢渣中的游离氧化钙的含量小于3％；

6.根据权利要求5所述的一种矿山充填料，其特征在于所述的缓凝剂为磷石膏、柠檬酸石膏、脱硫石膏、氟石膏中的一种或者几种按任意比例的混合物。

7.根据权利要求5所述的一种矿山充填料，其特征在于所述的矿化剂是由硅酸盐粘土与碱性钠盐按照质量比(0.2～4.5)：1在(850～1100)℃下自然煅烧(25～95)min形成的矿化混合物。

8.根据权利要求7所述的一种矿山充填料，其特征在于所述硅酸盐粘土选自高岭土、膨润土、海泡石中的一种或几种按任意比例的混合物。

9.根据权利要求7所述的一种矿山充填料，其特征在于所述碱性钠盐选自氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠中的一种或者几种按任意比例的混合物。