自流型矿渣基尾砂充填材料的研究

2020-02-28杨坤

绿色环保建材 2020年2期

杨坤

山东鲁碧建材有限公司

1 前言

近年来，对于矿产资源开发来说，采矿工业是社会发展的重要条件，随着当前社会经济的快速发展，对于矿产资源的需求量逐渐提高，然而矿产资源的开发使用会带来一系列的环境污染问题，比如在金属矿山开采中，固体废料为矿渣排放的污染量是最高的，且很难实现金属尾矿综合利用，因此也成为了当前社会高度重视的问题。尾矿是选矿的重要材料，其所开发的尾砂排放量和堆积量较大，由于尾矿所导致的环境问题也比较严峻，为改善这一问题国内外针对尾矿资源化利用进行了深入探究。

2 矿渣机尾砂充填材料目前存在的问题

对于充填胶结粉料来说，矿渣是其主要原材料，不仅能够充分实现废物再利用，同时利用这种材料制备的尾砂充填性能也能够基本满足矿山的充填需求。目前国内外研究学者在利用矿渣进行充填材料配置进行了深入研究，并且该技术逐渐完善，为今后开发新型矿渣基尾砂充填材料奠定了重要基础，但目前还存在以下问题：，比如早期强度，由于自流型基尾砂充填料浓度相对较低，所形成的填充体强度比较弱，早期开发的填充材料使用激发剂无法激发其内部的强度，导致最终材料早期强度效果不佳。在充填浓度方面，自流型尾砂充填物料本身存在充填浓度较低的问题，其浓度主要集中在70%的范围内，充填浓度也会导致成本相对较高，早期强度低，综合利用率低等。如何能够提高填充料浓度也成为了当前高度重视的问题。流动性能方面，针对流动性尾砂填充材料在输送系统上没有严格的评判标准，无法准确判断物料是否满足基本的自流充填要求，因此对于矿渣基尾矿砂填充材料进行研究，主要集中于充填体的强度，而没有对其流动性以及损失进行分析。对于充填材料来说流动度是很可应用于矿山充填体系的重要指标，即便能够达到基本的早期强度要求，如果无法满足流动度也不能应用于充填工艺中。经济效益方面可以使用多种激发剂，比如水玻璃，氢氧化钠等，但相对来看成本较高，而且使用性很低，比如强碱具有一定的腐蚀性，氢氧化钠吸水性较强，给后期实现规模化生产带来不便，因此针对矿渣基尾山充填材料进行分析过程中，应当实现低成本，高性能，具有较强实用性作为主要研究方向。

3 自流型矿渣基尾砂充填材料相关配比分析

传统在制备尾砂充填材料时主要成分为水泥，但利用该材料进行制作过程中成本较高，而且能源消耗较大，凝结时间长，目前为寻找经济性能较好的替代品，很多矿山逐渐开始使用矿渣作为材料，将矿渣与水搅拌过程中会发生水化反应，部分固体溶解水化之后进而水化被矿渣表面的低渗透保护膜阻止，使水无法浸入玻璃体内部，而矿渣中的离子无法渗出。在水中能够保持结构稳定，因此相对来看在水中矿渣玻璃是惰性的，而要想保持矿渣胶凝性，需要经过一定条件才能够发挥出来，而这种作用是破坏矿渣玻璃体，能够促进其发生水化反应。我们参照现有配方，以分级尾砂作为集料，以1:10 作为灰砂比，68%的固体浓度分析材料初始及一小时之内的拓展度，损失以及凝结时间等指标，分别使用5%，10%，50%和20%的水泥材料作为矿渣尾砂充填材料，分析结果时发现，随着水泥掺入量增加，填料的流动性将减小，主要是由于水泥需水量大，当增加水泥掺量之后水泥浆体中的水分会增加，进而降低其流动度，同时由于还有较高含量的玻璃体，这种玻璃体表面吸水性差能够用于水泥间隙结构填充占据水分空间，将结构中的水挤出后胶体本身粘度降低，流动性改善，而从需水量和凝结时间上来看，由于矿渣表面光滑，很难吸水，水泥保水性相比矿渣来说要好，因此当增加水泥掺量之后，该材料泌水性将逐渐降低，同时增加水泥产量之后由于水泥本身的水化反应会生成相应的硅酸钙，乳酸钙等，同时生成的氢氧化钙也会从一定程度上加快矿渣水化，增加其反应程度，最终形成网状结构，缩短凝结时间。利用这种方法，我们分别比较了水泥，石灰，石膏这三种材料，通过设计正交实验，最终我们发现半水石膏，二水石膏以及石灰对于最终充填材料产生的影响是不同的，使用半水石膏时能够显著缩短凝结时间，接顶率提升，但相对来看流动性能降低，强度降低，而二水石膏能够增加流动性和早期强度，石灰可提高后期强度，但不利于凝结时间，通过正交实验获取最优配比，最终提出71%的矿渣，25%的石膏，3%的石灰，1%的硫酸铝，半水和二水石膏比为1:2，这种条件下所制备的无水泥矿渣基尾充填材料配比是比较合适的，能够增加材料的流动性，减少溺水率，缩短凝结时间。

4 减水剂的应用

在所配置的自流型矿渣胶结粉料体系过程中，为能够提高固体浓度，进一步提升矿渣的综合利用率，减少其对于环境的污染，通过实验我们发现改变胶结粉料比对于整体流动性影响较小，因此为能够提高流动度需要配合使用减水剂，使用混凝土减水剂不会改变原有材料组份，在不减少用水量的前提下能够有效改善混凝土性能，增加流动性。主要是由于减水剂是一种表面活性剂，加入到混凝土中之后能够破坏水泥原有的结构，分散胶囊颗粒，释放结构自由水，增加流动性。自流型矿渣尾砂充填材料与混凝土具有类似构成，因此可使用一定含量的减水剂于尾砂充填体系中以改善其性能。