一种矿山充填料的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于冶金环保技术领域，具体涉及到一种矿山充填料及其生产方法。
【背景技术】
[0002]矿山采区采矿终了，废弃的地下井巷、采场和露天矿坑及废石场又需要及时充填，以避免因地下采场和地表露天坑的存在，导致大规模地面沉陷与山体滑落，造成农田、水库、道路与工业和民用建设设施的破坏。我国很多铁矿正处于采空区回填综合治理阶段，需要大量地质聚合物作为大体积混凝土原料。目前，大体积混凝土的生产还主要是利用常规的水泥、尾矿、砂石进行拌和而成，回填成本较高。
[0003]地聚物材料J.Davidovits研制成功后在我国得到了迅速发展，地聚水泥在许多场合代替普硅水泥，比普硅水泥有着强度高、硬化快、耐酸碱腐蚀更优异性能。传统的地聚水泥是以粘土、工业废渣或矿渣为主要原料，经适当的工艺处理，在较低温度条件下通过化学反应得到的一类新型无机聚合物材料。地聚水泥具有材料丰富、工艺简单、价格低廉、节约能源等优点。据研究地质聚合物生产过程中排放的二氧化碳仅为硅酸盐水泥的五分之一，为钢铁企业发展循环经济作出贡献。
[0004]钢渣的碱度处于2.9?3.3之间，属于中偏高水平，具有较高的潜在活性，且其放射性较低，远低于国家相关标准。我国钢渣水泥自上世纪研制成功后，并制定了国家标准。然而，钢渣水泥有着活性低、早期强度低的不足。如果能够将钢渣通过加工制作成地聚水泥，将很好地解决钢渣目前污染环境的难题，也提高了钢渣的综合利用附加值，然而克服目前钢渣水泥推广的技术难题、实现其资源化利用、发挥钢渣潜能是的一项亟待解决的技术难题。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种矿山充填料及其生产方法，利用钢渣、铁尾矿等生产地聚水泥和矿山充填料，实现钢渣和铁尾矿等资源二次有效利用，使矿山回填的地压条件改善。
[0006]本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为:
[0007]一种矿山充填料，其原料包括铁尾矿、粒化高炉矿渣、钢渣地聚水泥、二水石膏、早强剂氯化钠，各原料配比以质量份数计为:铁尾矿20?53.5份，粒化高炉矿渣0?30份，钢渣地聚水泥15?25份，二水石膏4?6份，早强剂氯化钠0?0.5份。
[0008]本发明所述矿山充填料的应用方法:按上述原料用量称量好各原材料，并按水灰比0.43?0.67控制加入水量，经搅拌、振动、浇筑成型、养护即可。
[0009]进一步地，所述铁尾矿为铁尾矿砂，由铁矿石经过破碎、湿磨、磁选等工艺后排出的尾矿碎肩经筛分处理后形成，其化学成分以质量百分比计为:Si02:55?72%、A1 203:5?ll%、Fe203:8 ?13%、Ca0:2.5 ?6%、Mg0:3 ?6%、K20:1 ?3%、Na20:1 ?3%、S03:0 ?
[0010]进一步地，所述粒化高炉矿渣是指粒化高炉矿渣粉。粒化高炉矿渣粉(简称矿渣粉)是符合GB/T203标准规定的粒化高炉矿渣经干燥、粉磨达到相当细度且符合相应活性指标的粉体。本发明中所述矿渣粉的比表面积多350m2/kg，7天活性指数多60%。
[0011]进一步地，所述钢渣地聚水泥，其制备方法包括以下步骤:
[0012]1)对钢渣采取热泼、滚筒、热闷等工艺进行稳定化处理，使钢渣中的游离氧化钙的含量小于3% ；
[0013]2)将步骤1)所得稳定化处理后的钢渣进行破碎、磁选、筛分等处理，使其中的金属铁含量小于3%，得到钢渣尾渣；
[0014]3)将步骤2)所得钢渣尾渣进行干燥，使含水量控制在0.1?0.5% ;干燥后的钢渣尾渣与缓凝剂、矿化剂按照质量比为100: (0.1?0.5): (3.5?10.5)的比例混合均匀后粉磨，使其粒度保持在310?560m2/kg，即得到钢渣地聚水泥产品。
[0015]具体地，所述的缓凝剂为磷石膏、柠檬酸石膏、脱硫石膏、氟石膏中的一种或者几种按任意比例的混合物。
[0016]具体地，所述的矿化剂是由硅酸盐粘土与碱性钠盐按照质量比(0.2?4.5):1在(850?1100) °(:下自然煅烧(25?95)min形成的矿化混合物。其中，所述硅酸盐粘土选自高岭土、膨润土、海泡石中的一种或几种，所述碱性钠盐选自氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠中的一种或者几种。
[0017]本发明的利用钢渣生产地聚水泥和矿山充填料的操作方法及其原理是:
[0018]在钢渣地聚水泥的制备过程中，本发明对主要原料钢渣进行了稳定化处理，使钢渣的游离氧化钙的含量小于3%，保证了钢渣地聚水泥的体积安定性；而后经磁选、筛分等处理，使钢渣尾渣金属铁含量小于3%，更进一步保证了后期地聚水泥的稳定性；后续复配粉磨中，高温处理而制得的矿化剂在钢渣尾渣粉磨成水泥的过程中起到了激发剂的作用，工业石膏成分的缓凝剂改善了钢渣地聚水泥的工作性能，而钢渣地聚水泥的细度要略细于普通水泥，则主要是考虑到激发钢渣的早期活性以获得早期强度。
[0019]在矿山充填料的制备过程中，在创新制备得到钢渣地聚水泥基础上，进一步用二水石膏改善矿山充填料的工作性能，用早强剂氯化钠激发了矿山充填料的早期强度和活性，克服了传统钢渣利用时早期活性低，强度形成缓慢的不足；铁尾矿砂的主要成分是Si02，并含有较高的A1203和Fe 203，与天然砂的成分大体相同，且其密度及孔隙率符合规范要求；粒化高炉矿渣孔结构均匀，韧性好，表面粗糙，强度高且具有水硬性，是很好的粗集料，适合于配置矿山充填料。
[0020]与现有技术相比，本发明的有益技术效果是:
[0021]1)本发明生产的钢渣地聚水泥的7d和28d的抗压强度分别达到了 32.5的普硅水泥相当，适合于配制矿山充填料，在此基础上本发明生产的矿山充填料7d和28d抗压强度能分别达到 43.63 ?45.16MPa、49.50 ?59.38MPa。
[0022]2)本发明将钢渣用于生产地聚水泥解决了以前钢渣在水泥混凝土中早期无活性、后期发生膨胀等不足，而充分利用钢渣的微膨胀为矿山充填料的干缩进行补偿，改善了充填的地压性能，使矿山回填的地压条件改善。
[0023]3)本发明充分利用了钢渣和铁尾矿等二次资源配制矿山充填料不仅可以解决钢渣和铁尾矿无序堆积造成的环境污染问题，而且在用钢渣水洗球磨制备地质聚合物材料的工艺中不使用如生产硅酸盐水泥那样大量消耗资源和能源的“两磨一烧”煅烧工艺，二氧化碳排放少，实现了碳减排，减轻了环境污染，真正实现“变废为宝”，最大限度地提高固体废弃物的利用附加值。
【附图说明】
[0024]图1为钢渣生产地聚水泥的生产工艺图。
[0025]图2为钢渣地聚水泥生产矿山充填料生产工艺图。
【具体实施方式】
[0026]为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明不仅仅局限于下面的实施例。
[0027]实施例中，涉及到的各种原料都是粉体，其中，所用铁尾矿为铁尾矿砂，由铁矿石经过破碎、湿磨、磁选等工艺后排出的尾矿碎肩经筛分处理后形成，其化学成分以质量百分比计为:Si02:62%、Al 203:8%、Fe 203:9%、Ca0:3.5%、Mg0:4.3%、K20:1.8%、Na20:1.2%,S03:0.4% ;所述粒化高炉矿渣是指粒化高炉矿渣粉，简称矿渣粉比表面积彡350m2/kg，7天活性指数彡60%。
[0028]实施例1
[0029]利用武汉某大型钢铁集团生产的转炉钢渣制备本实施例中的钢渣地聚水泥，其操作流程如附图1所示，具体包括以下步骤:
[0030]1)对热态钢渣采取热泼工艺进行稳定化处理，使钢渣中的游离氧化钙的含量为0.5