尾矿混凝土(尾矿制作水泥) 利用地下尾矿生产低标号水泥
一、强度 含适宜组分的尾矿,经一定的温度煅烧后,所制成的水硬性材料,具有较好的强度,可用于井下作胶结充填。试验表明,尾矿的化学成分分为:CaO大于18%~25%,CaO/SiO2大于0.5~0.7,MgO小于3%时,经900~1000℃煅烧后,制成的井下胶结充填用的低标号水泥,其水泥熟料的抗压强度7天为30~40公斤/厘米2,28天为80~100公斤/厘米2,三个月为150~300公斤/厘米2。28天至三个月龄期强度增长较大,是尾矿烧制低标号水泥的一大特点。 二、水泥熟料的凝结时间 水泥的凝结时间对于井下胶结充填体的施工和加快回采循环是有着重要意义的,时间过长,使胶结充填体的强度形成较慢,增长了一个循环的充采时间,时间过短,给施工带来困难不利于操作。因此,对于凝结时间的控制和调整是很重要的。 用尾矿所煅烧的胶结充填用的低标号水泥熟料,其明显特征为凝结较快,一般可分为急凝(初凝在10分种以内)、正常凝结(初凝30分种以上,终凝在20小时以内)、慢凝(初凝超过3小时,终凝超过20小时)。影响水泥熟料凝结时间快慢的因素是多方面的,一般来说,熟料中SO3低于2%时,凝结时间就慢;若SO3超过3%~4%则往往是快凝;而当煅烧温度过高,接近尾矿的熔点(熟料粘结成大块)时,则凝结时间显著增长。其凝结的快慢可能与熟料中铝酸盐矿物的存在及含有无水石膏的形态有关。在温度较低时有CA存在,使熟料凝结快;随着温度提高,CA转化为C2AS,从而使凝结减缓。此外,低温时无水石膏活性大,凝结硬化快。随着温度的升高,无水石膏活性显著减少。 试验表明,用尾矿煅烧的低标号水泥熟料的凝结时间不能用掺和二水石膏来调节,但可采用改变稠度增加水量或在胶结充填时外掺填充性集料的办法调节,可是对其强度有一定影响。例如用凡口尾矿所煅烧的水泥熟料中有快凝,当采用上述办法后其试验结时如表1所示。从表中可看出,加入集料或增加用水量使凝结时间显著减慢。 表1 调节尾矿水泥熟料凝结时间的试验结果
序列号成分比例 | 水添加量(%) | 凝结时间(小时:分钟) | 抗压强度(千克/平方厘米) | 水泥熟料:尾矿骨料初凝 | 终凝 | 7天 | 28天 | 3个月 | 6个月 | 123100∶0100∶0100∶0 | 26~2746.650 | 0∶15~0∶502∶355∶23 | 0∶20~1∶303∶108∶38 | 30~402510 | 80~1007837 | 150~20013872 | 164102 | 4580∶2080∶20 | 4445 | 4∶216∶18 | 5∶3610∶38 | 3513 | 8268 | 11083 | 15497 | 6760∶4060∶40 | 4445 | >12∶00— | 25∶25— | 156 | 5240 | 8072 | 7878 |
三、熟料的安定性 安定性是水泥在硬化时体积变化的均匀性,不产生龟裂的性质。水泥粉在调水硬化的过程中,一般有体积变化。但如果这种变化不很显著,或在水泥石硬化以前完成,则对构筑物的质量没有什么影响,但如果在水泥硬化以后,产生剧烈的不均匀的体积变化,会降低构筑物的质量,甚至产生崩溃事故,这对于井下胶结充填来说是不允许的。 体积变化的安定性是水泥的重要性质。图1为水泥安定性试验。图1 水泥安定性试验图解a-安定性良好之水泥试饼;b-安定性良好之水泥试饼(有收缩裂纹);c-安定性不良之水泥试饼 根据试验,煅烧尾矿所得的水泥熟料,一般安定性正常,但有个别样品的安定性不良,这可能与尾矿中含量的硫有关,因为在900~1000℃煅烧的过程中,熟料中生成过多的CaSO4或含过量的SO3,由于水泥硬化后可能生成含水硫铝酸钙(3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O),因其体积膨胀,故产生安定性不良。因此,对于用尾矿烧制的水泥,要严格控制其含硫量是非常重要的。 四、熟料的容重和细度与易磨性 煅烧尾矿所得熟料升重小,波动在700~1100克/升。试验还表明,熟料的质量与升重之间无一定规律,因此在熟料烧成时尚不能用重来控制熟料的质量。 水泥的细度是指水泥颗粒的粗细程度。水泥的细度对于水泥的凝结硬化过程和早期强度的形成都有很大的影响。对于尾矿所煅烧的水泥,要求粉磨细度为4900孔/厘米2筛筛余量小于10%。试验表明,尾矿熟料易于粉磨,磨机的台时产量比粉磨普通硅酸盐水泥时为高。 五、现场胶结充填试验 在广东某矿的井下胶结充填采矿法中,曾用三百余吨全粒级尾矿烧制的尾矿水泥熟料,进行了现场胶结充填试验。 胶对充填前曾进行了室内的胶结充填强度配比试验。试验所用的尾矿水泥熟料的化学组分如表2。集料用30微米以下的细粒级尾矿、卵石和碎石等,砂浆稠度按输送条件控制在10~19厘米,其胶结充填的强度配比试验结果见表3和表4。试验结果表明:掺加40%细粒级尾矿后,胶结充填体28天的抗压强度可达52公斤/厘米2,3个月后可达70~80公斤/厘米2;而以卵石为集料,当掺加量达50%时,其胶结充填体,28天的抗压强度达20~40公斤/厘米2,3个月以后都达100公斤/厘米2以上,符合胶结充填对水泥强度的要求。 表2 尾矿水泥熟料的化学成分(%)数字强热失量 | 二氧化硅 | 氧化铝 | Fe2O3 | 首席行政官 | 船用汽油(Marine Gas Oil的缩写) | (同politebrushoff)婉言谢绝 | 化锌 | SO3 | S | F1F21.470.83 | 36.0037.95 | 8.809.51 | 8.147.49 | 34.7135.01 | 3.063.18 | 0.480.54 | 0.250.30 | 6.053.43 | 0.330.08 |
表3 细粒级尾矿与尾矿水泥熟料的强度配比序列号成分比例 | 水添加量(%) | 泥浆稠度(厘米) | 凝结时间(小时:分钟) | 抗压强度(千克/平方厘米) | 尾矿水泥熟料:细粒尾矿生料初凝 | 终凝 | 7天 | 28天 | 3个月 | 6个月 | T1-1T1-2T1-3100∶0080∶2060∶40 | 46.644.044.0 | 11.8010.5010.50 | 2∶354∶21>12∶00 | 3∶105∶3625∶35 | 253515 | 788252 | 13811080 | 16415478 | T2-1T2-2T2-3100∶0080∶2060∶40 | 50.045.045.0 | 12.7010.6010.70 | 5∶236∶18- | 8∶3810∶38- | 10136 | 376840 | 728372 | 1029778 |
表4 胶结充填体的强度编号尾矿水泥熟料:水:卵石的配合比 | 坍落度(厘米) | 抗压强度(千克/平方厘米) | 7天28天 | 3个月 | 124567891∶0.35 1∶0.45 1∶0.5∶1 1∶0.45∶1 1∶0.45∶1.5 1∶0.50∶1.5 1∶0.45∶2 1∶0.50∶2 | ―――19.59.519.06.514.0 | 1710510107128 | 7445204021312029 | 21614891143118120154114 |
现场的胶结充填是在3号采场进行的,充填地点是3号采场的东西两帮隔墙(如图2所示),充填所构成的人工混凝土矿柱为1.2米。充填西帮隔墙时的配比为尾矿熟料∶水∶卵石=1∶0.6∶1,坍落度为15厘米,充填的混凝土体积为37米3,充填时留制的试块抗压强度7天为12公斤/厘米2,28天为75公斤/厘米2,60天为77公斤/厘米2。充填东帮隔墙时的配比为尾矿熟料∶碎石∶水=1∶1∶0.65,充填时用混凝土搅拌机拌和之后,经天井下料管送到3号采场,再由压气罐用1.0~1.5公斤/厘米2压力输送至东帮隔墙。此外,还充填了北帮回风巷道约7米。 图2 胶结充填采矿法1-矿柱胶结充填(第一步骤);2-矿房尾砂充填(第二步骤);3-尾矿水泥胶结充填东帮隔墙;4-尾矿水泥胶结充填西帮隔墙(厚1.2米);5-分层胶结充填面(运矿底板10厘米);6-充填尾砂;7-顺路人行天井;8-矿石溜子;9-通风天井;10-运输平巷;11-穿脉平巷;12-回风平巷 充填试验经一年后进行现场回采(经爆破)揭露,其充填体坚实、完整无损。证明用尾矿所烧制的胶结充填材料能满足井下充填的要求。 免责声明:本网部分内容来自互联网媒体、机构或其他网站的信息转载以及网友自行发布,并不意味着赞同其观点或证实其内容的真实性。本网所有信息仅供参考,不做交易和服务的根据。本网内容如有侵权或其它问题请及时告之,本网将及时修改或删除。凡以任何方式登录本网站或直接、间接使用本网站资料者,视为自愿接受本网站声明的约束。