脱硫灰在充填固化剂中的应用

刘丽芬 白晓光 张建华 霍帅 刘萍 朱旭伟

内蒙古蒙西水泥股份有限公司

表1 某矿填充固化剂填充料浆浓度70%时，性能指标参考值

2 实验方案

2.1 试验目的

采用脱硫灰掺入不同配方矿山充填固化剂，对某矿进行全尾砂充填强度试验，根据脱硫灰对固化剂中各种物料的激发作用不同，对配方进行不断优化，使其在满足矿山充填指标要求的前提下，达到配比最优，性能最优。

2.2 原材料的组成

1#西部铅锌尾砂、蒙西熟料、某厂矿渣、北方电力粉煤灰、某焦化厂脱硫灰及其它可用工业固废材料及激发剂。

表2 脱硫灰的化学成分

表3 铅锌尾砂化学成分

表4 蒙西熟料化学成分及矿物组成

表5 f-CaO及计算矿物组成数据

表6 某厂矿渣化学成分

表7 北方电力粉煤灰

表8 硅钙渣化学成分

表9 炉渣化学成分

2.3 试验条件及实验器材

40×40×160 mm三联试模、振动台、70.7×70.7×70.7mm三联试模、水泥胶砂搅拌机、水泥标准恒温养护箱（温度20±1℃，湿度≥90%）、流动度截锥圆模（Φ70×60×Φ100mm），凝结时间测定仪。

2.4 试验方法

（1）将各种物料烘干后按配方比例制备成充填固化剂成品，要求：比表面积≥430m2/kg、水分≯1.0%。

（2）按《水泥胶砂强度检验方法》（GB/T 17671—1999），按照1：2水灰比、1：3灰砂比搅拌、振动，装入40×40×160mm三联试模振实制成检验试件，置于温度20±1℃、相对湿度≥90%的标准养护箱内养护24小时，脱模放置20±1℃的养护水中至规定龄期，进行相应龄期的充填固化剂抗压强度试验。

（3）凝结时间的测定按GB/T1346规定进行。

（4）将尾砂烘干或测定浓度（充分均匀后平行测定三次，取平均值）后备用。

（5）按一定的灰砂比和浓度称取尾砂和固化剂及一定量的水，置于胶砂搅拌机至少搅拌3分钟，使其充分均匀后分两次装入70.7×70.7×70.7mm三联试模制成检验试件，待试样失去塑性后脱模，并置于温度20±1℃，相对湿度≥90%的标准养护箱内，养护至规定龄期，进行相应龄期的充填料浆抗压强度试验。

（6）充填料浆扩展度的测定：用湿布擦拭玻璃板和截锥圆模，将搅拌好的浆体迅速注入圆模内，用刮刀刮平，垂直方向迅速提起圆模，当浆体不再扩散时，用钢尺量取相互垂直的两个方向直径，取平均值。

（7）凝结时间的测定按GB/T1346规定进行。

（8）充填浆体龄期分为3天、7天、14天、28天四个龄期，每个浓度、灰砂比、龄期浇筑一条试模。

3 实验数据

考虑到脱硫灰的化学成分中SO3含量较高，故充填固化剂中脱硫灰掺量确定为1%。

3.1 脱硫灰对粉煤灰的激发作用

表10 充填固化剂实验配比

表11 充填固化剂物理性能实验数据

分析：从充填固化剂的物理性能来看，掺加1%脱硫灰，充填固化剂的标准稠度需水量降低0.9%，凝结时间缩短34分，3天抗压强度提高1.5MPa，28天抗压强度降低1.7 MPa，说明脱硫灰对充填固化剂标准稠度需水量有降低的作用；对凝结时间有缩短的作用，对3天强度具有激发作用，对28天强度具有降低的作用。

表12 尾砂底流动度及配比数据

表13充填料浆实验数据：考虑到尾砂浆使用量较大，本次实验只做最大和最小1：4和1:12两个灰砂比，强度龄期灰砂比1：4只3天和28天强度；灰砂比1：12只做7天和28天强度，在1:4的两组固化剂，试验成型时掺加0.1%助磨剂。

表13 充填料浆实验数据

分析：从充填料浆实验数据来看：（1）1：4配比：掺加1%脱硫灰的充填固化剂配制充填料浆3天、28天强度较未掺加脱硫灰的充填固化剂配制充填料浆3天强度提高0.12MPa、28天强度降低了0.04MPa，且扩展度提高7mm。（2）1：12配比：掺加1%脱硫灰的充填固化剂配制的充填料浆3天、28天强度较未掺加脱硫灰的充填固化剂配制的充填料浆3天、28天强度分别提高0.03MPa、0.02MPa，且扩展度提高13mm。（3）掺加助磨剂置充填料浆3天强度平均提高0.07MPa，28天强度平均提高0.1MPa，说明助磨剂可以提高充填料浆抗压强度。

结论：脱硫灰对1:4充填料浆3天强度有提高的作用，对28天强度略有降低的作用，对料浆28天强度影响甚微，对1:12充填料浆3天、28天强度略有提高的作用。增大扩展度，增强流动性。

3.2 脱硫灰对硅钙渣的激发作用

表14 充填固化剂实验配比

分析：（1）从充填固化剂的物理性能来看，充填固化剂中掺入5%的硅钙渣替代5%的粉煤灰，掺加1%脱硫灰，充填固化剂的标准稠度降低1.0%，凝结时间缩短34分钟，3天抗压强度提高2.9MPa，28天强度降低2.1MPa。说明脱硫灰对充填固化剂3天强度具有激发作用，对28天强度具有降低的作用，（2）从表15和表11脱硫灰对粉煤灰激发性实验数据相比，脱硫灰对硅钙渣的激发作用较对粉煤灰激发作用强。

表15 充填固化剂物理性能实验数据

表16 尾砂底流动度及配比数据

表17填充料浆实验数据：考虑到尾砂使用量较大，本次实验只做最大和最小1：4和1:12两个灰砂比，强度龄期灰砂比1：4只3天和28天强度；灰砂比1：12只做7天和28天强度。

分析：从充填料浆实验数据来看：（1）1：4配比：充填固化剂中掺入5%的硅钙渣替代5%的粉煤灰，掺加1%脱硫灰的固化剂配制充填料浆较未掺加脱硫灰的固化剂配制的充填料浆3天、28天强度分别提高0.19MPa、0.32 MPa，且扩展度提高10mm。（2）1：12配比：充填固化剂中掺入5%的硅钙渣替代5%的粉煤灰，掺加脱硫灰的充填固化剂配制的充填料浆较未掺加脱硫灰的固化剂配制的充填料浆3天、28天强度分别提高0.17MPa、0.13MPa，且扩展度提高14mm。（3）表13和表17充填料浆实验数据来看，说明脱硫灰对硅钙渣的激发作用较对粉煤灰激发作用强。

表17 填充料浆实验数据

结论：脱硫灰对1:4充填料浆3天、28天强度有提高的作用，对1:12充填料浆3天、28天强度有提高的作用。脱硫灰对充填固化剂具有激发作用，且增加扩展度，增强流动性；脱硫灰对硅钙渣的激发作用较对粉煤灰激发作用强。

3.3 脱硫灰对粉煤灰、炉渣、矿渣激发作用

表18 充填固化剂实验配比

表19 充填固化剂物理性能实验数据

分析：从充填固化剂的物理性能来看，分别掺加1%脱硫灰，5#较6#降低10%粉煤灰，提高10%的矿渣掺量，充填固化剂的标准稠度降低1.8%，凝结时间延长34分，3天抗压强度提高0.3MPa，28天强度降低0.2MPa.说明脱硫灰对矿渣的激发作用优于粉煤灰；6#较7#相比，6#掺入10%粉煤灰，7#掺入10%的炉渣，充填固化剂的标准稠度提高1.4%，凝结时间缩短25分，3天抗压强度提高0.7MPa，28天强度提高1.7MPa.说明脱硫灰对粉煤灰的激发作用优于炉渣。说明脱硫灰对矿渣激发性最强，对粉煤灰激发性略次于矿渣，对炉渣的激发性最次，且和前两种废渣差异较大。

表20 尾砂底流动度及配比数据

考虑到尾砂使用量较大，本次实验只做最大和最小1：4和1:12两个灰砂比，强度龄期灰砂比1：4只3天和28天强度；灰砂比1：12只做7天和28天强度。

分析：从充填料浆实验数据来看：（1）1：4配比：6#充填料浆3天、28天抗压强度最高，5#次之，7#最低，扩展度相差甚微。（2）1：12配比：7天强度5#最高，6#次之、7#最低，6#和5#相差甚微；扩展度相差甚微。

结论：从充填料浆实验数据来看，说明脱硫灰对矿渣和粉煤灰激发性基本持平，对炉渣的激发性最次，且和前两种废渣差异较大。

3.4 脱硫灰和电石渣、白灰复配对固化剂的激发作用

表21 充填料浆实验数据

表22 充填固化剂实验配比

表23 充填固化剂物理性能实验数据

分析：（1）从充填固化剂的物理性能来看，充填固化剂中掺入5%的电石渣替代5%的粉煤灰，掺加1%脱硫灰，8#充填固化剂比10#充填固化剂标准稠度降低0.9%，凝结时间缩短37分，3天抗压强度提高1.4MPa，28天强度降低3.0 MPa.说明脱硫灰对充填固化剂3天强度具有激发作用，对28天强度具有降低的作用、降低标准稠度、缩短凝结时间的作用。（2）充填固化剂中掺入5%的电石渣替代5%的白灰，掺加1%脱硫灰，9#充填固化剂比11#充填固化剂标准稠度降低1.2%，凝结时间缩短7分，3天抗压强度提高2.2MPa，28天强度降低2.0MPa。说明脱硫灰对充填固化剂3天强度具有激发作用，对28天强度具有降低的作用、降低标准稠度、缩短凝结时间的作用。（3）说明脱硫灰和电石渣复配较脱硫灰和白灰复配对固化剂的激发作用强

表24 尾砂底流动度及配比数据

表25充填料浆实验数据：考虑到尾砂使用量较大，本次实验只做最大和最小1：4和1:12两个灰砂比，强度龄期灰砂比1：4只3天和28天强度；灰砂比1：12只做7天和28天强度。

表25 充填料浆实验数据

分析：从充填料浆实验数据来看：（1）1：4配比：充填固化剂中掺入5%的电石渣替代5%的粉煤灰，8#掺加1%脱硫灰的固化剂配制充填料浆较10#未掺加脱硫灰的固化剂配制的充填料浆3天、28天强度分别提高0.19MPa、0.09MPa，且扩展度提高6mm。（2）1：12配比：充填固化剂中掺入5%的电石渣替代5%的粉煤灰，8#掺加脱硫灰的充填固化剂配制的充填料浆较10#未掺加脱硫灰的固化剂配制的充填料浆3天、28天强度分别提高0.05MPa、0.15MPa，且扩展度提高7mm。（3）1：4配比：充填固化剂中掺入5%的白灰替代5%的粉煤灰，9#掺加1%脱硫灰的固化剂配制充填料浆较11#未掺加脱硫灰的固化剂配制的充填料浆3天、28天强度分别提高0.09MPa、0.16MPa，且扩展度提高6mm。（4）1：12配比：充填固化剂中掺入5%的白灰替代5%的粉煤灰，9#掺加脱硫灰的充填固化剂配制的充填料浆较11#未掺加脱硫灰的固化剂配制的充填料浆7天、28天强度分别提高0.12MPa、0.71MPa，且扩展度提高7mm。（5）综合考虑实验数据，脱硫灰和电石渣复配固化剂配制的充填料浆1：4配比3天、28天强度最高。

结论：实验数据说明脱硫灰和电石渣复配效果最佳。

4 结论

（1）从充填固化剂物理性能试验来看，脱硫灰对充填固化剂3天抗压强度具有激发作用，对28天抗压强度具有降低的作用，降低充填固化剂标准稠度需水量的作用。（2）从充填固化剂物理性能试验和充填料浆3天抗压强度实验来看，脱硫灰对硅钙渣的激发作用最强，对矿渣和粉煤灰激发性基本相差甚微，对炉渣的激发性较差。（3）从脱硫灰和电石渣、白灰复配充填固化剂物理性能试验和充填料浆3天抗压强度实验来看，脱硫灰和电石渣复配结果较好。（4）从充填固化剂各种试验配比配置料浆强度来看，脱硫灰对充填料浆3天抗压强度有明显提高作用、对28天抗压强度有提高作用，但是不明显，对扩展度具有提高的作用。（5）从充填料浆性能实验来看，使用脱硫灰做激发剂生产充填固化剂时，增加矿渣粉和粉煤灰掺量，使用电石渣和脱硫灰复配作为激发剂，对3天、28天抗压强度激发效果最佳。