一、實(shí)驗(yàn)研究目的
安徽金日盛礦業(yè)有限責(zé)任公司目前年產(chǎn)鐵礦石達(dá)450萬(wàn)噸，每年需要排放大量的尾礦砂。為了提高選礦效率，需要采用不同的選礦工藝，因此排放的尾砂細(xì)度就各有不同，其中最細(xì)粒級(jí)的尾砂達(dá)到-200目80%以上。由于膠結(jié)劑對(duì)細(xì)粒級(jí)尾砂的固結(jié)能力差，若將這部分全部用于充填，需要增加充填成本和影響充填體的強(qiáng)度。若不加以利用就得露天堆放，最終形成尾礦壩，不僅占用大量的耕地，同時(shí)污染環(huán)境。因此對(duì)細(xì)粒級(jí)尾砂的開(kāi)發(fā)利用勢(shì)在必行。
尾砂的主要成分為硅、鈣、鋁，具有一定的潛在活性，本次實(shí)驗(yàn)的目的希望對(duì)尾砂烘干處理后，通過(guò)機(jī)械力化學(xué)激發(fā)，最大限度的激發(fā)尾砂活性，替代膠結(jié)劑原料中的部分粉煤灰用于充填膠結(jié)劑的生產(chǎn)。
霍邱地處六安地區(qū)，周邊的工業(yè)企業(yè)不是很發(fā)達(dá)，可供用于充填膠結(jié)劑生產(chǎn)用的活性工業(yè)混合材較少，因此用尾砂替代部分粉煤灰，不僅解決粉煤灰短缺且價(jià)格較高的問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了尾砂的循環(huán)利用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
二、實(shí)驗(yàn)材料
充填膠結(jié)劑主要原材料有礦渣、熟料、細(xì)粒級(jí)尾砂、粉煤灰、石膏和激發(fā)劑等，具體原材料的來(lái)源和成分如下：
1、礦渣：來(lái)自南京鋼鐵有限公司，成分分析如下：
2、熟料：采用海螺集團(tuán)的5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線，具體質(zhì)量指標(biāo)如下：
3、粉煤灰來(lái)自阜陽(yáng)電廠
4、尾砂來(lái)自金日盛礦業(yè)有限責(zé)任公司
(1)成分分析
(2)細(xì)度：尾砂粒級(jí)組成
5、石膏：取自安徽定遠(yuǎn)石膏礦
6、激發(fā)劑：由多種陰離子、非離子表面活性劑及多種無(wú)機(jī)物經(jīng)復(fù)合加工而成。
三、實(shí)驗(yàn)步驟
1、主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備
①500×500實(shí)驗(yàn)小磨：研磨體裝載量100Kg，裝料量5Kg，電機(jī)功率：1.5KW。
②電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)：型號(hào)：DKZ-5000
③全自動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)：型號(hào)：NYL-300D 功率：1.5KW 380V
④水泥膠砂攪拌機(jī)：型號(hào)：JJ-5 功率：0.55/0.37KW
⑤勃式透氣比表面積儀：型號(hào)：DBT-127
2、實(shí)驗(yàn)配比
說(shuō)明：
① 激發(fā)劑1、2為不同配方配制的粉體激發(fā)劑;激發(fā)劑3為液體的表面活性劑。
② 為了達(dá)到對(duì)比效果，所有替代粉煤灰的實(shí)驗(yàn)，其粉煤灰的用量均控制在10%，粉煤灰替代物的用量控制在25%，適當(dāng)調(diào)整了數(shù)量和礦渣的比例。
3、實(shí)驗(yàn)要求：
①石膏先經(jīng)過(guò)小型顎式破碎機(jī)進(jìn)行破碎，粒度≤10mm;
②尾砂預(yù)先通過(guò)干燥箱進(jìn)行烘干，烘干后的水份≤1.0%;
③熟料、礦渣、石膏一起粉磨，粉磨時(shí)間50min，細(xì)度控制在比表面積≥380m2/Kg;
④尾砂、粉煤灰、激發(fā)劑一起粉磨，粉磨時(shí)間為30min，細(xì)度控制在比表面積≥400m2/Kg;
⑤將分別粉磨后的物料進(jìn)行混合，要求混合均勻。
4、檢測(cè)指標(biāo)：
①細(xì)度，主要檢測(cè)比表面積;
②齡期強(qiáng)度：標(biāo)準(zhǔn)砂和尾砂的3天和28天的抗壓強(qiáng)度;
③塌落度實(shí)驗(yàn)。
四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果
將不同配比的試樣分別進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)砂、全尾砂的強(qiáng)度、拓展度和塌落度的實(shí)驗(yàn)，具體結(jié)果如下：
1、標(biāo)準(zhǔn)砂強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果(方法參照國(guó)標(biāo)GB175-2007進(jìn)行)
從上述結(jié)果可以看出，B0-粉煤灰基充填膠結(jié)劑;B1、B2-尾砂基充填膠結(jié)劑的標(biāo)準(zhǔn)砂強(qiáng)度均達(dá)到甚至超過(guò)普通P.C32.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥的強(qiáng)度，因此用充填膠結(jié)劑替代水泥用于井下充填是可行的。
2、不同充填濃度全尾砂強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果
①70%充填濃度的全尾砂強(qiáng)度
②75%充填濃度的全尾砂強(qiáng)度
從上述結(jié)果可以看出，在灰砂比均為1∶06的情況下，充填濃度在70%和75%時(shí)，B1、B2-尾砂基充填膠結(jié)劑的全尾砂強(qiáng)度均達(dá)到甚至超過(guò)B0-粉煤灰基充填膠結(jié)劑的強(qiáng)度。而普通P.C32.5級(jí)復(fù)合硅酸鹽水泥的全尾砂強(qiáng)度明顯低于充填膠結(jié)劑的強(qiáng)度，說(shuō)明水泥固結(jié)尾砂的能力較差，如果要到達(dá)與充填膠結(jié)劑同樣的強(qiáng)度，水泥的用量需要加大。
3、拓展度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
分別將不同配比的充填膠結(jié)劑與普通水泥進(jìn)行膠尾砂流動(dòng)度對(duì)比試驗(yàn)，參考水泥膠砂流動(dòng)度檢測(cè)方法：膠結(jié)劑用量250克，用水量162ml，膠結(jié)劑∶尾砂=1∶3，結(jié)果如下：
從上述結(jié)果看出，粉煤灰基和尾砂基膠結(jié)劑的全尾砂流動(dòng)度均高于水泥，其中粉煤灰基膠結(jié)劑的流動(dòng)性最好，主要是因?yàn)榉勖夯依锖写罅康那蛐尾Ａ⒅?，可以改善漿體的和易性和流動(dòng)性，但尾砂基膠結(jié)劑的流動(dòng)性完全可以滿足尾砂充填的要求。
4、坍落度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果
坍落度試驗(yàn)方法參照GBJ80，試驗(yàn)儀器為100*200*300標(biāo)準(zhǔn)筒，全尾砂灰砂比為1：06，檢測(cè)結(jié)果如下表所示：
一般認(rèn)為，坍落度達(dá)到220mm即可滿足全尾砂的結(jié)構(gòu)流自流輸送，從試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，在濃度為70%時(shí)，尾砂基膠結(jié)劑-全尾砂的坍落度達(dá)到了270mm以上。較高的坍落度的一個(gè)重要原因是尾砂基膠結(jié)劑中的有機(jī)激發(fā)劑，也是較好的表面活性劑，增加了全尾砂的可流動(dòng)性。
五、效益分析
1、原材料價(jià)格
粉煤灰：80元/噸;尾砂：5元/噸，電費(fèi)：0.70元/Kwh，燃煤：700元/噸。
2、各種原材料經(jīng)加工之后的成本 元/噸
說(shuō)明：粉煤灰的粉磨電耗為：20kwh/噸， 尾砂的粉磨電耗10kwh/噸，烘干煤耗為30kg/噸。
3、經(jīng)濟(jì)分析
用尾砂替代粉煤灰用于充填膠結(jié)劑的生產(chǎn)，每年可以節(jié)約成本分別為457.5萬(wàn)元，效益十分顯著。
六、結(jié)論
1、用細(xì)粒級(jí)尾砂替代部分粉煤灰用于充填膠結(jié)劑的活性混合材是可行的，其強(qiáng)度和流動(dòng)度均能滿足礦山井下充填的要求。
2、為了達(dá)到尾砂作為膠結(jié)劑活性混合材的要求，需要配制與粉煤灰基膠結(jié)劑不同的激發(fā)劑，專(zhuān)門(mén)針對(duì)尾砂的活性激發(fā)。
3、尾砂替代部分粉煤灰用于充填膠結(jié)劑的生產(chǎn)，不僅解決了粉煤灰供應(yīng)緊張的問(wèn)題，同時(shí)將細(xì)粒級(jí)尾砂進(jìn)行循環(huán)使用，是礦山充填的一個(gè)創(chuàng)新，具有廣泛的適用意義和推廣價(jià)值。
4、尾砂替代粉煤灰，不僅降低充填膠結(jié)劑的生產(chǎn)成本，同時(shí)解決了細(xì)粒級(jí)尾砂的堆放和環(huán)境污染問(wèn)題，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
5、尾砂的活性激發(fā)和增加充填流動(dòng)性問(wèn)題還需要進(jìn)一步研究和改善。
聲明：
“細(xì)粒級(jí)尾砂替代粉煤灰作為充填膠結(jié)劑活性混合材的實(shí)驗(yàn)研究” 該技術(shù)專(zhuān)利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請(qǐng)聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專(zhuān)利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來(lái)源：北京菲恩科技有限公司、安徽金日盛礦業(yè)有限責(zé)任公司、合肥水泥研究設(shè)計(jì)院
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