一种胶固粉及其制备方法和在铜矿尾砂固结中的应用
阅读说明：本技术 一种胶固粉及其制备方法和在铜矿尾砂固结中的应用 (Cementing powder, preparation method thereof and application thereof in copper ore tailing consolidation ) 是由 侯浩波 兰琪 李文辉 卢子平 罗洁儿 普泽艳 张鹏举 游以文 于 2020-11-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种胶固粉及其制备方法和在铜矿尾砂固结中的应用。该胶固粉由水泥熟料、石粉、工业石膏、激发剂和高温炉渣等原料组成,这些原料之间具有明显的协同作用,在固结铜矿尾砂过程中可以采用低灰砂比、高浓度的浆体进行充填,而固结体具有较强的抗压强度,且稳定性较好,可以实现重金属稳定化。该胶固粉消纳了大量的固体废弃资源,减少了固体废弃物的堆放,还大大降低了尾砂固结的材料成本,高强度的充填体也有利于矿山的回填,达到以废治废的目的。(The invention discloses cementing powder, a preparation method thereof and application thereof in copper ore tailing consolidation. The cementing powder is composed of raw materials such as cement clinker, stone powder, industrial gypsum, an excitant, high-temperature furnace slag and the like, the raw materials have obvious synergistic effect, slurry with low sand-lime ratio and high concentration can be adopted for filling in the process of consolidating copper ore tailing, a consolidated body has strong compressive strength and good stability, and heavy metal stabilization can be realized. The cementing powder has the advantages of consuming a large amount of solid waste resources, reducing the stacking of solid waste, greatly reducing the material cost of tailing consolidation, and being beneficial to the backfill of mines due to the high-strength filling body, thereby achieving the purpose of treating wastes with processes of wastes.)
技术领域
本发明涉及一种胶固粉，具体涉及一种用于固结铜矿尾砂的胶固粉，还涉及其制备方法和应用，属于固结材料技术领域。
背景技术
随着许多矿山的浅部开采资源日趋枯竭，逐渐转向深部开采，这不仅要处理上部开采产生的大量的尾砂，而且还需要解决上部遗留采空区带来的安全问题，进一步实现对深部资源的开采，这就需要优选安全、高效的采矿方法。充填采矿法相比于其他采矿方法，具有回采率高、贫化率低、安全性高等特点，这既能很好地控制矿山地压活动、防止地面塌陷、保障采矿安全，同时还能够处理大量堆存的尾矿、废石等矿山固体废弃物。因此，充填采矿法在国内外矿山中得到了日益广泛的应用。
采用浆体充填的方法对采空区进行充填，就需要固结效果好的固结材料。水泥作为常见的充填胶结剂使用，但由于水泥材料的粒级较粗，当尾砂细颗粒含量较高时，在充填过程中由于浆体黏度大、管道沿程阻力大，非常容易导致充填浆体浓度低，浆体泌水率高、固结性能差等问题。为了保障安全充填采矿，矿山只能提高充填灰砂比，进一步提高充填体抗压强度，从而加大了充填采矿成本。因此，寻求一种能够低灰砂比、高浓度充填、成本低且使充填体抗压强度高的胶凝材料作为水泥替代品，也是降低充填采矿法成本的重要途径。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的第一个目的是在于提供一种胶固粉，该胶固粉的原料成本低，且对细粒级铜尾矿能够进行低灰砂比、高浓度充填，固结强度高，对重金属稳定化效果好，特别适合细颗粒含量较高的铜矿尾砂固结。
本发明的第二个目的是在于提供一种胶固粉的制备方法，该方法操作简单，成本低，有利于大规模生产。
本发明的第三个目的是在于提供一种胶固粉的应用，将胶固粉应用于铜矿尾砂固结，能够实现低灰砂比、高浓度充填，从而可以实现细颗粒含量较高的铜矿尾砂的高强度、高稳定固结。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种胶固粉，其由以下质量百分比组分组成：
水泥熟料：5～20％；石粉：5～18％；工业石膏：15～25％；激发剂：2～8％；高温炉渣：45～65％。
作为一个优选的方案，胶固粉优选由以下质量百分比组分组成：水泥熟料：5～15％；石粉：5～15％；工业石膏：15～25％；激发剂：2～6％；高温炉渣：45～65％。
本发明的胶固粉主要成分为水泥熟料、石粉、工业石膏、高温炉渣等组分组成，各组分之间协同作用明显，在激发剂作用下进行水化反应，产生地聚合反应，生成力学性能较好、化学稳定性好的固结体。
作为一个优选的方案，所述石粉为滑石粉。
作为一个优选的方案，所述激发剂为Na2CO3、Na2SiO3·9H2O、Na2SO4、NaNO3中至少一种。
本发明还提供了一种胶固粉的制备方法，将水泥熟料、石粉、工业石膏、激发剂及高温炉渣通过球磨，得到胶固粉。
作为一个优选的方案，所述球磨条件为：公转转速为270～350r/min，自转转速60～80r/min，球料比5～7:1，每间隔10～20min搅拌2～5次，每次搅拌20～30min。胶固粉的粒径分布跟球磨条件变化规律一致，如果球料比过高或者转速过快，会引起局部高温导致颗粒发生团聚，从而固结材料粒度变大，进而固结体相应抗压强度降低。
本发明还提供了一种胶固粉的应用，其应用于铜矿尾砂固结。
本发明还提供了一种胶固粉的应用，将铜矿尾砂与胶固粉及水搅拌均匀后，固结成型。
作为一个优选的方案，铜矿尾砂与胶固粉及水按照：灰砂比为1:4～1:16，浆体质量百分比浓度为72～75％进行配料。较优选的灰砂比为8～16。
本发明的胶固粉用于铜矿尾砂的固结的方法，包括以下步骤：
S1)将胶固粉的各种原材料称量好，放入行星式球磨机中球磨，球磨过程中，球磨机的公转转速250～350r/min，自转转速50～90r/min，球料比3～7:1，每间隔10～20min搅拌2～5次，每次搅拌20～30min，制备得到胶固粉备用；
S2)按照设计配合比计算出来铜矿尾砂湿重量、尾砂胶固粉重量以及需要额外加入的水重量称重配料，按照灰砂比为1:4～1:16配料，浆体浓度为72～75％进行调浆，浆料置于一个铁桶中，使用机械搅拌机将其搅拌均匀，搅拌8～15min，然后浆体浇注至模具中，浇的模置于养护箱养护24h后经过刮模、脱模等步骤后最终获得70.7*70.7*70.7mm立方体试块。
S3)将步骤S2)中的试块在养护箱中进行养护，养护条件为：养护条件为湿度90±2％，温度20±2℃，养护时间分别为7天和28天，得到磷石膏固结体。
本发明提供的胶固粉利用水泥熟料、高温炉渣、石粉、工业石膏等材料之间的协同作用，通过各组分之间的水化反应生成力学性能较好、化学稳定性好的固结体，能够实现细颗粒含量较高的铜矿尾砂的有效固结。相对现有技术，本发明技术方案带来的有益效果：
1、本发明的胶固粉的主要原料包含了水泥熟料、石粉、工业石膏、高温炉渣等，大量消纳了固体废弃物，实现了废渣的资源化利用，达到以废治废的效果，降低铜矿尾砂的固结成本；
2、本发明的胶固粉固结铜矿尾砂与水泥胶凝材料的固结效果相比，能够进行低灰砂比、高浓度充填，形成的固结体强度高、稳定性好，更能有效地固化其中的有毒有害物质，解决铜矿尾砂固结强度低，且重金属污染物固结稳定性差的难题，有效的降低其对环境污染，保护环境；
3、本发明的胶固粉与尾砂浆体充分搅拌均匀后，将浆体通过管道输送到采空区，使其自然凝固成型，实现对空矿区的回填，可以逐步减少采空区的数量和体积，消除安全隐患，减少尾砂的尾矿库排放量，延长尾矿库服务年限，提高矿山综合效益；
4、本发明的胶固粉不仅其原材料来源广泛、成本低、生产工艺也简单，实现了资源的高效综合利用。
具体实施方式
下面具体实施旨在进一步详细说明本发明内容，而不是限制权利要求的保护范围。
实施例1
一种用于固结铜矿尾砂胶固粉的制备化方法，所述的方法包括以下步骤：
(1)采用以下以质量百分比计的原料：水泥熟料10％、滑石粉7％、工业石膏20％、Na2SO43％、高温炉渣60％，将上述原料放入行星式球磨机中，间隔20min搅拌两次，每次搅拌25min，制得固结材料，其中，立式行星球磨机公转转速优选为300r/min，自转转速70r/min，球料比6:1。
(2)采用干基为5000g，胶固粉:尾砂(灰砂比)为1:6、1:8、1:10、1:16，浆体浓度为72％，使用的溶剂为自来水，称量好后置于铁桶中，使用机械搅拌机将其搅拌均匀，搅拌10min。然后将部分浆体用于进行扩展度试验，另一部分浇注在两条三联试模中。浇的模置于养护箱养护24h后经过刮模、脱模等步骤后最终获得70.7*70.7*70.7mm立方体试块。
(3)将制备的试块在20℃、95％的湿度环境下进行养护，然后对养护7天、28天的试块进行无侧限抗压强度测试。
实施例2
采用以下以质量百分比计的原料：水泥熟料10％、滑石粉12％、工业石膏20％、激发剂3％、高温炉渣55％，按照实施例1的方法进行胶固粉的制备和试块的制作，将制备的试块在20℃、95％的湿度环境下进行养护，然后对养护7天、28天的试块进行无侧限抗压强度测试。
实施例3
采用以下以质量百分比计的原料：水泥熟料10％、滑石粉5％、工业石膏17％、激发剂3％、高温炉渣65％，按照实施例1的方法进行胶固粉的制备和试块的制作，将制备的试块在20℃、95％的湿度环境下进行养护，然后对养护7天、28天的试块进行无侧限抗压强度测试。
对比实施例1
采用以下以质量百分比计的原料：水泥熟料15％、滑石粉0％、工业石膏17％、激发剂3％、高温炉渣65％，按照实施例1的方法进行胶固粉的制备和试块的制作，将制备的试块在20℃、95％的湿度环境下进行养护，然后对养护7天、28天的试块进行无侧限抗压强度测试。
对比实施例2
采用以下以质量百分比计的原料：水泥熟料27％、滑石粉5％、工业石膏0％、激发剂3％、高温炉渣65％，按照实施例1的方法进行胶固粉的制备和试块的制作，将制备的试块在20℃、95％的湿度环境下进行养护，然后对养护7天、28天的试块进行无侧限抗压强度测试。
对实施例1～3及对比实施例1～2制备得到的铜矿尾砂试块7天、28天无侧限抗压强度进行检验；本发明性能测试部分，每个实施例共3个平行试验，平均值为3个试块测试的平均值(参见公路工程无机结合料稳定材料试验规程(JTG E51-2009))。其检测结果如表1所示：
表1各种投料比制备得到试块的无侧限抗压强度测试：
由表1可以看出，本发明的胶固粉以水泥熟料、高炉炉渣、石粉、工业石膏等各组分之间协同作用明显，相互促进化学反应的发生，提高材料的固结性能。
上述实施例是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
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