一、實驗研究目的
安徽金日盛礦業(yè)有限責任公司目前年產(chǎn)鐵礦石達450萬噸，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，因此排放的尾砂細度就各有不同，其中最細粒級的尾砂達到-200目80%以上。由于膠結劑對細粒級尾砂的固結能力差，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，同時污染環(huán)境。因此對細粒級尾砂的開發(fā)利用勢在必行。
尾砂的主要成分為硅、鈣、鋁，具有一定的潛在活性，本次實驗的目的希望對尾砂烘干處理后，通過機械力化學激發(fā)，最大限度的激發(fā)尾砂活性，替代膠結劑原料中的部分粉煤灰用于充填膠結劑的生產(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，可供用于充填膠結劑生產(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格較高的問題，同時實現(xiàn)了尾砂的循環(huán)利用，具有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
二、實驗材料
充填膠結劑主要原材料有礦渣、熟料、細粒級尾砂、粉煤灰、石膏和激發(fā)劑等，具體原材料的來源和成分如下：
1、礦渣：來自南京鋼鐵有限公司，成分分析如下：
2、熟料：采用海螺集團的5000t/d新型干法水泥生產(chǎn)線，具體質量指標如下：
3、粉煤灰來自阜陽電廠
4、尾砂來自金日盛礦業(yè)有限責任公司
(1)成分分析
(2)細度：尾砂粒級組成
5、石膏：取自安徽定遠石膏礦
6、激發(fā)劑：由多種陰離子、非離子表面活性劑及多種無機物經(jīng)復合加工而成。
三、實驗步驟
1、主要實驗設備
①500×500實驗小磨：研磨體裝載量100Kg，裝料量5Kg，電機功率：1.5KW。
②電動抗折試驗機：型號：DKZ-5000
③全自動壓力試驗機：型號：NYL-300D 功率：1.5KW 380V
④水泥膠砂攪拌機：型號：JJ-5 功率：0.55/0.37KW
⑤勃式透氣比表面積儀：型號：DBT-127
2、實驗配比
說明：
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 為了達到對比效果，所有替代粉煤灰的實驗，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%，適當調整了數(shù)量和礦渣的比例。
3、實驗要求：
①石膏先經(jīng)過小型顎式破碎機進行破碎，粒度≤10mm;
②尾砂預先通過干燥箱進行烘干，烘干后的水份≤1.0%;
③熟料、礦渣、石膏一起粉磨，粉磨時間50min，細度控制在比表面積≥380m2/Kg;
④尾砂、粉煤灰、激發(fā)劑一起粉磨，粉磨時間為30min，細度控制在比表面積≥400m2/Kg;
⑤將分別粉磨后的物料進行混合，要求混合均勻。
4、檢測指標：
①細度，主要檢測比表面積;
②齡期強度：標準砂和尾砂的3天和28天的抗壓強度;
③塌落度實驗。
四、實驗結果
將不同配比的試樣分別進行了標準砂、全尾砂的強度、拓展度和塌落度的實驗，具體結果如下：
1、標準砂強度檢測結果(方法參照國標GB175-2007進行)
從上述結果可以看出，B0-粉煤灰基充填膠結劑;B1、B2-尾砂基充填膠結劑的標準砂強度均達到甚至超過普通P.C32.5級復合硅酸鹽水泥的強度，因此用充填膠結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度檢測結果
①70%充填濃度的全尾砂強度
②75%充填濃度的全尾砂強度
從上述結果可以看出，在灰砂比均為1∶06的情況下，充填濃度在70%和75%時，B1、B2-尾砂基充填膠結劑的全尾砂強度均達到甚至超過B0-粉煤灰基充填膠結劑的強度。而普通P.C32.5級復合硅酸鹽水泥的全尾砂強度明顯低于充填膠結劑的強度，說明水泥固結尾砂的能力較差，如果要到達與充填膠結劑同樣的強度，水泥的用量需要加大。
3、拓展度的實驗結果
分別將不同配比的充填膠結劑與普通水泥進行膠尾砂流動度對比試驗，參考水泥膠砂流動度檢測方法：膠結劑用量250克，用水量162ml，膠結劑∶尾砂=1∶3，結果如下：
從上述結果看出，粉煤灰基和尾砂基膠結劑的全尾砂流動度均高于水泥，其中粉煤灰基膠結劑的流動性最好，主要是因為粉煤灰里含有大量的球形玻璃微珠，可以改善漿體的和易性和流動性，但尾砂基膠結劑的流動性完全可以滿足尾砂充填的要求。
4、坍落度的實驗結果
坍落度試驗方法參照GBJ80，試驗儀器為100*200*300標準筒，全尾砂灰砂比為1：06，檢測結果如下表所示：
一般認為，坍落度達到220mm即可滿足全尾砂的結構流自流輸送，從試驗結果來看，在濃度為70%時，尾砂基膠結劑-全尾砂的坍落度達到了270mm以上。較高的坍落度的一個重要原因是尾砂基膠結劑中的有機激發(fā)劑，也是較好的表面活性劑，增加了全尾砂的可流動性。
五、效益分析
1、原材料價格
粉煤灰：80元/噸;尾砂：5元/噸，電費：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)濟分析
用尾砂替代粉煤灰用于充填膠結劑的生產(chǎn)，每年可以節(jié)約成本分別為457.5萬元，效益十分顯著。
六、結論
1、用細粒級尾砂替代部分粉煤灰用于充填膠結劑的活性混合材是可行的，其強度和流動度均能滿足礦山井下充填的要求。
2、為了達到尾砂作為膠結劑活性混合材的要求，需要配制與粉煤灰基膠結劑不同的激發(fā)劑，專門針對尾砂的活性激發(fā)。
3、尾砂替代部分粉煤灰用于充填膠結劑的生產(chǎn)，不僅解決了粉煤灰供應緊張的問題，同時將細粒級尾砂進行循環(huán)使用，是礦山充填的一個創(chuàng)新，具有廣泛的適用意義和推廣價值。
4、尾砂替代粉煤灰，不僅降低充填膠結劑的生產(chǎn)成本，同時解決了細粒級尾砂的堆放和環(huán)境污染問題，具有很好的經(jīng)濟效益和社會效益。
5、尾砂的活性激發(fā)和增加充填流動性問題還需要進一步研究和改善。
聲明：
“細粒級尾砂替代粉煤灰作為充填膠結劑活性混合材的實驗研究” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色技術網(wǎng)
來源：北京菲恩科技有限公司、安徽金日盛礦業(yè)有限責任公司、合肥水泥研究設計院
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2025年03月20日 ~ 22日 
