无熟料钢渣胶凝体系制备矿山充填料流动性能探究

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1、无熟料钢渣胶凝体系制备矿山充填料流动性能探究　　摘要：本文讨论了在无熟料钢渣胶凝材料体系下，矿山充填料流动性的主要影响因素。料浆流动性试验结果表明掺加粉煤灰能明显改善体系的流动性，在一定范围内，浆体流动性随着粉煤灰掺量增大而增大；矿渣对浆体流动性的改善效果不如粉煤灰，但能提高充填体各龄期抗压强度；脱硫石膏对浆体流动性的改善效果优于天然石膏；粗细粒级分配较均匀的尾矿对流动性的改善有积极的作用；料浆浓度对体系流动性和强度影响很大。关键词：钢渣；胶结充填；流动性中图分类号：TD8531文献标识码：A10

2、钢渣作为冶金工业的主要废渣，一直以来都是固体废弃物资源化研究的重点对象。我国每年的钢渣排放量达1亿吨，现有堆积量超过5亿吨，伴随钢铁产业的发展，钢渣的排放量也会不断增加。据行业统计，钢渣利用率仅在25%左右，极低的利用率造成钢渣大量堆积，不仅浪费资源，占用土地，还造成了极大的环境污染和安全隐患。而在矿山充填中目前胶结充填的胶结剂仍以水泥为主，其消耗量大，成本高是困扰矿山的一大难题。寻找合适的胶凝材料替代水泥作为胶结剂生产强度高，能自流，不离析的充填材料是矿山胶结充填的一个重要的研究和发展方向。在矿

3、山充填的实际生产过程中充填料的流动性是几个关键指标之一。料浆流动度较小时，充填料的流动阻力较大，在充填倍线较大的条件下很难通过自流输送的方式进行充填，需要进行泵压输送，成本也较高。本文利用钢渣掺与适量矿渣粉、粉煤灰和少量脱硫石膏作为激发剂，经混合制成的水硬性胶凝材料，完全替代水泥作为胶结剂，同时加入大量的尾矿作为骨料制备钢渣全尾砂矿山充填料，并讨论影响料浆流动性的主要因素。1试验1.1原料钢渣：为唐钢闷热法生产的钢渣，粉磨至比表面积590m2/kg，化学成分见表1。矿渣：为鞍钢集团矿渣开发公司生产

4、的商品矿渣粉，粉磨至比表面积480m2/kg。脱硫石膏：为北京市石景山热电厂生产的脱硫石膏，主要矿物相为二水硫酸钙，粉磨至比表面积360m2/kg。粉煤灰：取自淮南洛河电厂在上窑灰场中的I、Ⅱ级粉煤灰，比表面积分别为320m2/kg和260m2/kg。尾矿：为石人沟铁矿的铁尾矿，主要成分为石英和赤铁矿，其中95%左右的尾砂颗粒粒径小于0.63mm，小于0.075mm的尾砂颗粒占39.36%。尾矿粒度分布见表2。101.2试验方法将钢渣、矿渣、脱硫石膏及粉煤灰烘至含水率小于1%后，分别磨细至试验所需

5、的细度，按一定比例分别称量加入适量减水剂混合均匀，根据试验设计的尾砂比例及料浆浓度加入尾砂和所需的水进行搅拌后测试其浆体的流动性。本试验中料浆流动性分为定性和定量两部分，对浆体自流通过L型管道的流动状态进行定性分析，并以浆体的流动度值作为定量表示。流动度值按照GB80-85《混凝土拌和物试验方法》进行坍落筒法测定其扩展度。料浆浇铸成型后放入标养箱中养护至一定龄期，测试其抗压强度。2结果与讨论2.1粉煤灰对流动性的影响以钢渣-脱硫石膏体系为研究对象，研究掺加不同种类不同用量的粉煤灰对浆体流动性的影响

6、，其中粉煤灰分为Ⅰ级粉煤灰和Ⅱ级粉煤灰。Ⅰ级粉煤灰原始比表面积为320m2/kg，粉磨至比表面积440m2/kg，II级粉煤灰原始比表面积为260m2/kg，粉磨至比表面积420m2/kg，PC减水剂掺量0.5%，胶砂比1：6，料浆浓度75%，试验结果见表3。由表3可知掺加粉煤灰能明显提高浆体的流动性，Ⅰ级粉煤灰的提升效果优于Ⅱ级粉煤灰，未磨的粉煤灰比磨细的粉煤灰效果更好并且在一定范围内，浆体流动性随着粉煤灰掺量增大而增大。10粉煤灰颗粒呈致密的球状，且表面光滑，在胶结材料中起“滚动作用”，这种“

7、形态效应”能明显改善胶砂的流动性，同时粉煤灰的需水量比也较小，也能促进胶砂流动性的提高。Ⅱ级粉煤灰的需水量比相对较大，粒度较粗，球形颗粒少，因而改善效果不如Ⅰ级粉煤灰。过细粉磨的粉煤灰其本身比表面积增加过多，分散效果不佳，不能充分发挥粉煤灰球形颗粒的粒形效应，导致其对流动性的增加效果不如未磨的粉煤灰。当钢渣-脱硫石膏体系中掺入10%以上的Ⅰ级未磨的粉煤灰时，浆体能自流通过L型管道，流动度值高于200mm，满足自流型胶结充填料对流动性的要求。按表3中a4、a5组胶凝材料配方制成的胶砂试块各龄期的抗压

8、强度对比如图1所示。由图1可知，在钢渣-脱硫石膏-粉煤灰无熟料胶凝体系中，早期强度较低，后期强度虽有一定增长，但仍然偏低，60天最高仅有2.32MPa。2.2矿渣对流动性的影响由于钢渣-脱硫石膏-粉煤灰体系制备的胶结充填材料强度较低，在上述胶凝体系中掺加矿渣，利用矿渣与钢渣之间的相互活化效果来提高充填体强度，并考察矿渣对流动性的影响，PC减水剂掺量为0.5%，胶砂比为1：6，料浆浓度为75%。10对比表4中b1和b2组数据可知掺加矿渣取代部分钢渣能明显提高浆体的流动性，对比b2、b