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矿山胶凝材料——又称胶固料，是矿山胶结充填的核心技术。充填技术的发展和创新有赖于高性能、价格低、环保型的新材料。胶固料与矿山充填：早期的矿山胶结充填主要是用水泥做胶凝材料。由于矿山充填不像混凝土生产中那样易于控制集料质量和水灰比，面对尾矿、粉煤灰等废料充填和输送方便、流动性好、泌水量小、接顶效果好、早期强度高等特殊要求，水泥在胶结充填中遇到了一系列问题。目前矿山仍在应用的膏体充填技术就是为克服低浓度水泥胶结充填的诸多弊端发展起来的。胶固料的出现推动了充填技术的极大进步。它和水泥相比有许多突出的优点，如对细粒部分宽容性较大，料浆不离析、不分层，泌水量小，固化时间短，同样的强度用量约为水泥的一半等。这使得全尾砂自流胶结充填成为可能，因而近十余年来在金属矿山得到普遍应用。实际上其意义远不止此。胶固料不同于水泥：胶固料是一种新型胶凝材料。从其历史根源、所用原材料和固化原理等方面看，可归为碱激发或化学激发胶凝材料。水泥生产需要煅烧，通过生料煅烧使［SiO4］4-四面体解聚而产生水化作用，所以需要消耗大量能源，造成环境污染。胶固料主要以矿渣、炉渣等工业废渣为原料，通过添加少量激发材料，使工业废渣的潜在活性活化产生水硬胶凝作用。其生产工艺比较简单，主要是烘干、研磨和混合，没有煅烧过程，是一种环保材料。碱胶凝材料的水化过程完全不同于硅酸盐水泥，它不存在水泥熟料矿物的水解和水化反应，不生成氢氧化钙和钙矾石等晶体水化物。其水化过程及形成胶凝性的硬化体是通过激发剂的作用，使原料中铝硅酸盐玻璃体中高聚合度的Al-O-Si、Si-O-Si、Al-O-Al等共价键断裂，产生聚合度较小的离子团或者是单离子团，在一定的PH值条件下，它们又将聚合成与原料的铝硅酸盐结构不同的新结构产物，因而具有胶凝性和固化性，并有特殊性能。 针对金属矿山全尾砂充填开发的胶固料。通过全新的活化激发技术，熟料成分大为降低甚至可以不用，胶固尾矿的固化时间大为缩短，强度大为提高。尤为突出的是该材料最大的特点是对尾砂等细骨料有特殊的固结效果。矿山充填胶固料：碱激发胶凝材料是混凝土科学的一个新的研究方向，它是一种或一类全新的水泥，有逐步取代传统水泥的趋势。但在性能要求上矿山胶固材料与普通水泥有很大不同。如在变形收缩性、安定性、耐久性、腐蚀性等方面，矿山胶固料没有严格要求，长期强度也可以不高，但在对充填材料的宽容性，料浆的离析、泌水率、早凝早强等方面则有比较高的要求。矿山充填的这一特点为大量利用和处理工业废渣提供了可能。一方面胶固料主要由工业废渣制成，不仅主要原料是矿渣、炉渣等工业废渣，其激发材料也可用磷渣、碱渣等工业废渣或废液替代；另一方面它所适应的矿山充填料范围也比较宽，不仅可以充填尾矿、粉煤灰、煤矸石等矿山废渣，也可充填城市垃圾、化工固体废弃物，甚至可以封闭处理重金属。矿山胶固材料不仅自身是环保绿色材料，也是处理工业废料的良好胶凝材料。因此，矿山胶固材料是一种绿色环保材料，其应用背景也决定了它完全可以脱离水泥的发展模式，成为一个独立的材料方向和行业。胶固料发展方向。 矿山充填有其如特殊要求。既要求料浆流动性好，便于输送和充填，又要求料浆不离析，泌水量小，凝固时间短，早期强度高；还要求主动接顶能力好，充实率高。但在充填料的选择上又受到多方面制约，其种类、来源和质量变化通常很大。有些矿山，特别是煤矿甚至“无料可充”，即充填材料严重不足。矿山充填必须因地取材，废物利用，充分利用当地资源。因此，充填胶固料不可能像水泥那样有性质要求相对单一的统一产品。这既为矿山胶固材料的发展提供了广阔空间，同时也造成技术上的相互保密封锁和研究资源浪费。矿山胶固料的研发需要遵从三个原则：一是充分利用当地充填资源，胶固料对所用的充填料有良好的适应性；二是满足矿山充填的料浆输送、流动性、滤排水、固化时间和强度等方面的要求；三是材料成本低，有市场竞争优势。性质优良的胶固料应具有以下特点：（1）对所能利用的充填料宽容度大，或者有活化激发作用，使其参与固化，提高固化效果；（2）料浆流动性好，又不易离析和分层；固化需水量大，泌水率小；（3）充填后具有膨胀性，充填体固化收缩变形小，可主动接顶；（4）凝固时间短，早期强度高，满足采充循环衔接要求；固化充填体性质稳定，无有害物质溢出或溢出量满足环保要求。（5）充分利用工业废渣或废料，降低产品成本。由此不难看出，矿山胶固料的使用短期内不能期望像水泥那样有通用标准产品，需要结合矿山周边的充填资源进行不断地开发和创新，至少要通过配比试验进行选择或重新组配。 矿山充填胶固粉所制备的胶固粉中含有含钡硫铁铝酸盐水泥、硫酸铝等成分，充分提高了胶固粉中铝元素的含量，从而提高了整个胶固粉的强度和粘合性，同时充分利用了现有钢铁行业中的矿渣，实现了废物利用，取得了良好的经济和环境效益。 矿山充填新型尾砂固结剂包括：硅酸盐水泥熟料、硬石膏、生石灰、Na2SO4、羟甲基纤维素、粉煤灰、高炉水淬矿渣磨细微粉。上述各组分分别用烘干机烘干后放入搅拌机搅拌混合均匀，再经皮带输送机输送到球磨机进行研磨。利用冶炼厂排放的高炉矿渣作为主要原料，既降低了成本，又解决了矿渣的处理，具有生产成本低、加工简单、使用灵活方便的优点。在充填体强度相同的条件下，在同等条件下使用量只需普通水泥的一半或更少。 矿用胶固粉激化剂它是按照下述原料进行配制的粉状混合物：石灰、钛石膏、脱硫石膏。优点是：1.减少投资。使用单位由投资建厂可改为建混料站，可分别购进矿渣粉和激化剂，按一定比例混合后即可使用，固定资产投资可降低80%以上。2.易于调整产品类型。可根据用户要求调整激化剂的方案，以满足不同工程的技术要求。3.便于临时工程使用。对于6~12个月期限的矿业阶段性充填工程，只需建设临时混料站即可配制使用胶固粉。 矿业充填用早强胶固粉按照包括下述原料进行配制，经脱水磨制而成：矿渣，石灰，脱硫石膏，钛石膏。主要用于胶结金属矿业尾砂、河砂、河泥、工业固体垃圾进行矿业采空区充填。有以下优点：1.工业废渣利用率高。2.绿色环保。3.制造简单。4.材料性能好：该材料凝结时间：初凝>1h，终凝<8h，材料的抗压强度>30MPa，抗折强度>5MPa，统合强度相当于国标矿渣水泥。 矿业充填封堵低水胶固粉主要适用于金属矿业开采全尾沙充填封堵。以钢厂冶炼废渣——矿渣为主要原料，以硅酸盐水泥熟料作为激化材料。硅酸盐水泥熟料强度42.5—52.5MPa，经球磨机混合粉磨成粉，细度达0.08mm孔筛余量小于8即为成品。成本低，制造成本约相当于高水材料的1/3，充填成本小于22元/m3。生产制造简单，可自产自用。用水量低，充填密度高，质量稳定，不碳化，老化慢，强度持续年限长。 全水胶固充填材料主要由硅酸盐水泥熟料、高铝水泥熟料，石灰、石膏、速凝剂组成，充填工艺是按充填料∶全尾砂=1∶3—1∶10的比例配料加水搅拌成65—72%的料浆，使用单管路自流输送到井下充填采场，无需脱水，工艺操作简单，凝固时间短，充填质量高，可广泛应用于有色金属和黄金等贵重金属的矿山井下开采采场的充填。 矿山充填用胶结料该胶结料包括如下原料：经水急冷处理的炼铁水淬渣、激化剂、增强剂，制备方法是将原料烘干，按比例配料后干磨制备成矿山充填用胶结料干料；或者将原料烘干后分别干磨，再按比例配合成干料；或者将原料按干重比例配料，加水湿磨制备成矿山充填用胶结料浆料。能节约成本，实现废料的高效资源化；采用本胶结料制备而成的尾砂胶结充填料具有力学强度较高、吸附水能力强、抗硫酸盐侵蚀能力强的优点，在矿山胶结充填中是一种比水泥更为理想的胶结料。 矿山充填用胶结剂矿山所使用的胶凝材料。它含有冶炼废渣和石灰。所利用的冶炼废渣可以是炼铁渣，炼铜渣，炼铅锌渣等。制造方法极为简单。利用该胶结剂进行施工，工艺简单，能耗低，所以充填成本低。但该胶结剂的胶结特性好，与河砂，尾砂，块石，碎石等的结合力强，充填体强度高，特别是对于含硫高的矿山，效果更加显著。 矿山尾矿充填用胶结剂将高炉水淬渣粉碎至-325目后，按一定比例添加已粉碎至-200目的生石灰，并添加一定量的氯化钙。将上述三者按比例混匀即得矿山充填用胶结剂。利用该胶结剂进行矿山充填，工艺简单，施工方便，能耗低，充填总成本低。氯化钙可提高充填体早期强度，满足特殊工况要求。且该胶结剂胶结性能好，与尾砂、碎石、河砂等的结合力强，对尾矿适应性强。 全尾砂胶结充填凝胶材料主要由下述原料混合而成：脱硫石膏、高钙石灰和水淬渣粉。本凝胶材料以脱硫石膏、高钙石灰和添加剂作为主要材料配制高效激发剂，对具有潜在活性的水淬渣粉进行激发，从而产生胶凝作用，在水化作用下结石硬化，形成高强度的充填体。本凝胶材料的激发剂材料主要为电厂废弃的脱硫石膏；不仅材料来源广，价格低，无需再次加工，因此成本较低。采用激发剂与水淬渣粉进行混合构成；水淬渣是炼铁废弃物，来源广，成本较低，易于粉磨。本凝胶材料适用于20%~30%含-20μm的细泥充填料，得到的充填砂浆流动性好，充填体强度高。 矿山充填磷渣复合材料该材料是以磷渣粉、柠檬酸或三乙酸、碳酸盐、氟硅酸盐、重质碳酸钙、水泥熟料作原料制成的。制法是先将柠檬酸或三乙酸、碳酸盐、氟硅酸盐、重质碳酸钙按比例称量后，混合均匀，得物料A；再将物料A与磷渣粉，按比例称量后，混合均匀，得物料B；最后将物料B与水泥熟料按比例称量后，混合均匀,即得。优点在于：(1)该材料可以替代水泥，从而降低填充料的成本；(2)磷石膏用量大幅度提高，缓解磷化工企业环保压力；(3)提高充填料的前期强度。适用于有磷矿山和磷肥生产的企业。 矿山充填用高炉水淬渣胶凝材料该胶凝材料由普通硅酸盐水泥熟料粉末、水淬渣粉末、硬石膏粉末和生石灰粉末组成。将水淬渣烘干，然后，将各组分破碎成粉末，按重量百分比将各粉末混合并粉磨，控制粉磨产物中粒度大于0.08mm的粉末的重量不超过粉磨产物总重量的5%，即得。本胶凝材料水化后形成的充填体强度比普通硅酸盐水泥在同样配比情况下形成的充填体的强度高出20%以上，能满足矿山井下充填的要求。 矿山充填高含水泥浆固化剂固化剂由组分A和组分B组成，其中，组分A是由明矾、硫铝酸盐和/或铁铝酸盐和/或高铝水泥熟料、非结晶SiO2超细粉、粒化高炉矿渣组成，组分B是由固体水玻璃、碱金属碳酸盐、石灰、石膏组成；各组分是磨至200目筛余不大于10%的固体细粉物料，并混合均匀分别组成组分A和组分B。使用时将组分A和组分B分别调成水浆，B浆与泥浆一起输送，A浆单独输送，输送至填充场后双管浆液混合固化。填充固化体的7天强度0.5~3.5MPa，28天强度1~5MPa。利用复合胶凝体系来固化高含水泥浆，不仅能有效提高其含水量和凝结速度，增加早期强度，并使后期强度持续增长。 早强型矿山充填胶凝材料将高炉水淬渣粉碎至一定细度后，按一定比例添加生石灰，并添加一定量硫铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥熟料和激发剂水玻璃。将上述四者按比例混匀即得矿山充填用胶结剂。以高炉矿渣为主要原材料，成本较低，实现了资源综合利用，符合可持续发展方针，具有显著的经济效益和环境效益。材料中所用原材料获取方便，制备工艺简单，不用烧结，在常温下既可获得，无废气废渣排放。既节约了能源，又改善了环境。硫铝酸盐水泥或硫铝酸盐水泥熟料可提高充填体早期强度，满足特殊工况要求。且该胶结剂胶结性能好，与尾砂、碎石、河砂、煤矸石、粉煤灰等的结合力强，对充填骨料适应性强。 尾砂胶结材料各组分分别为：硫铝酸盐水泥、矿渣、无水石膏、生石灰。将上述各组分材料按比例配合，混匀即可制成早强型尾砂胶结材料。使用本尾砂胶结材料用于矿山充填，可以显著提高尾砂填充体的早期强度，对于早期强度要求较高或需要较快回填速度的场合，使用这种尾砂胶结材可获得满意效果，同时可以显著提高尾砂的回填利用率，节省地表尾矿库的建设投资，而且可避免环境污染。 阻燃高含碳矿山充填灌浆料外加剂属充填灌浆料外加剂。由无机料和有机料搅拌混合制成。对高含炭脱硫灰即CFB脱硫灰阻燃和剪切稀化效果好，原料来源广，制作容易。在煤矿区能就地、就近、大规模、可持续利用高含炭脱硫灰。改善了煤矿区生态环境。 充填密闭材料充填密闭材料是由硫铝酸盐水泥熟料、工业矿渣、石膏、石灰及外加剂配制而成的一种粉状物料。工程应用时，将该材料与固料、水混合制成浆液，采用自流或泵送方式将浆液输送到充填地点，料浆迅速凝固，因此特别适合矿山充填密闭等领域的应用。该材料成本低、凝固快、输送性能好、无毒、无害，是良好的矿山充填密闭和支护材料。 矿山用粉煤灰基注浆充填材料由下列原料组成：粉煤灰，水泥，石灰，余量为掺和料。以粉煤灰为主料，水泥和石灰为辅料，通过添加外加剂即硫酸盐、碳酸盐、强碱、氯盐、减水剂中的一种或几种，有效激发粉煤灰活性，能够有效提高注浆结石体强度，提高浆液的稳定性，不仅降低了工程造价，而且保护了环境，与目前使用的注浆充填工艺兼容性好，施工管理方便，适用于矿山各种注浆充填加固工程中。 高性能泡沫尾砂胶结充填材料泡沫尾砂胶结充填材料由水泥、尾砂、粉煤灰、减水剂、发泡剂组成。制作方法为：在常温下，将水泥、尾砂、粉煤灰、减水剂按所述的比例混合，加入水进行搅拌成浆状，其水灰比小于1.5，再将所述比例的发泡剂，制备成泡沫加入到搅拌好的混合料中再次搅拌，使加入的泡沫在混合料中均匀分布，即构成泡沫尾砂胶结充填材料。大大增加了尾砂利用率，有效减少了地表尾砂的堆积；充填材料流动性好，用水量低，材料不离析，实现井下管路自流输送，改善了井下作业环境。 尾矿充填用氟石膏基胶凝材料是将改性氟石膏、钢渣、矿渣、水泥熟料粉磨后按一定质量百分比均匀混合，再添加一定比例的硫酸盐激发剂，即可得到尾矿充填胶凝材料。其中改性氟石膏是对氟石膏进行PH调节使其为弱碱性。利用该胶凝材料进行尾矿充填，原材料来源广泛、工艺制备简单，施工方便，充填成本低，并且有效利用了冶金行业的各类工业废渣，对节能减排、保护环境起到了很好的作用。 利用矿山固体废弃物的膏体联合充填方法首先，在井下采空区的入口处构筑充填隔墙，充填不含目标金属或目标金属含量低于边界品位的块度为0~400mm废石，松散静止角为40°~45°，废石充填体积比率为10~45%；，然后，将占重量百分比为6.25~21.25%胶凝剂、充填骨料53.75~78.75%和水15~25%在搅拌机中制备成重量浓度在75~85%的膏体胶结材料；通过充填管道泵送或者在重力作用下沿充填管道自流将膏体胶结材料输送至采空区，膏体胶结材料渗透入废石的孔隙内，凝固后与废石形成联合充填体。该方法使选矿全尾砂、冶炼水淬渣、井下废石利用率达到100%，做到尾矿不入库、废石不出坑、冶炼水淬渣不堆存，从源头上解决了地表废弃物在地表堆放的环境和安全问题。 生产含有赤泥的膏体全尾砂胶结充填料的方法首先分别将所需原料赤泥、矿渣、脱硫石膏烘干，然后将赤泥、矿渣、水泥熟料、脱硫石膏单独磨或混磨至比表面积300-900m2/kg制得胶凝材料，再按胶凝材料/全尾砂为0.08-0.20，水/胶凝材料为1.2-3.0搅拌均匀就可得到合格的膏体全尾砂充填料。可大量利用目前难于综合利用的赤泥、脱硫石膏和全尾砂等固体废弃物，并能够解决水泥胶结充填采矿成本高、早期强度低的问题。 充填用有色矿山废石混凝土采矿回填用的混凝土。先将废石破碎成5至30mm的颗粒；再取废石、选矿尾砂、粉煤灰，作为骨料，再量取水泥重量的0.3~1.5%外加剂，将它们和采矿废水一起在搅拌器中搅拌，制成重量百分浓度为65~88%的砂浆，然后现场浇铸硬化成型，制成废石混凝土，或将沙浆泵送到回填矿山现场，然后浇注成型，制成废石混凝土。经检测，该废石混凝土满足R3≥1.5MPa，R7≥2.5MPa，R28≥5.0MPa强度要求及坍落度≥22cm；水平距离≥500m，高程≥30m的可泵性能。本材料费节省10-20%，废石提升和矿山基建费用减少，具有显著的经济和环境效益。 铁尾矿胶结充填方法属采矿工程技术领域。在铁尾矿浆中先掺加相当于尾矿干基重量0.5~3%的固化剂后，自然沉降浓缩，底流浓浆直接泵送到充填区进一步泌水固化作为底层，待底层固化后，继续采用上述浓浆与相当于尾矿干基重量的4~12%固化剂强制搅拌混合，再度泵送到底层上作为面层。底层与面层共同组成充填体。与现有技术相比，充分利用了尾矿作为胶结充填材料，成本低，固化效果好，是一种铁尾矿胶结充填的新方法，既部分解决了尾矿的出路问题，也为矿山充填作业找到了一种价廉物美的建筑材料。 《矿山废料胶结充填》 目录 1 绪论1.1 概述1.1.1 矿床开采的主要问题1.1.2 工业生态学观念1.1.3 矿山环境问题新观念1.2 工业生态型开采1.2.1 固体废料流量模型1.2.2 工业生态型开采模式1.3 矿山充填的工业生态功能1.3.1 充分回采矿石资源1.3.2 远景资源保护1.3.3 防止地表塌陷1.3.4 充分利用矿山固体废料1.3.5 工业生态型充填的基本类型1.4 矿山充填技术评述1.4.1 矿山充填技术的发展历程1.4.2 充填技术的主要新成就1.5 我国充填技术应用概况1.5.1 分级尾砂充填1.5.2 高浓度全尾砂胶结充填1.5.3 废石胶结充填1.5.4 膏体泵送胶结充填1.5.5 磨砂胶结充填1.5.6 赤泥胶结充填1.5.7 其他充填技术 《当代胶结充填技术》内容简介:本书阐述了当代胶结充填技术中的充填胶凝材料的工业理论，论述了细砂胶结充填；包括全砂土固结材料等。 技术服务：本套矿山胶凝材料系列生产技术380元。
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