金川二矿磷石膏-矿渣基新型胶凝材料开发试验研究

发布时间：2020-09-07 17:33

　　金川矿山作为中国的贵金属矿山，一直在使用下向分层充填采矿法进行开采，矿山主要使用河砂作为充填骨料，水泥作为胶凝材料，充填成本一直居高不下。且随着矿山的开采深度加大，相对应的深部地压活动变得剧烈，且采场地压也增大，对充填体的强度要求越来越高(3天强度高于1.5MPa；7天强度高于2.5MPa；28天强度高于4MPa；)。为了在降低充填成本的前提下保证矿山安全高效生产，开发低成本和高强度的新型充填胶凝材料是非常有必要的。开发新型胶凝材料不仅可以降低成本，还可实现固体废弃物的资源化利用，从而实现矿山的绿色开采。甘肃瓮福集团与金川矿山相邻，每年在生产磷肥的过程中排出大量的磷石膏废渣。磷石膏作为固体废弃物，全部实行堆放处理。每年占用大批量的土地以及堆放维护费用，并且会产生扬尘污染。因此磷石膏的资源化利用关系到磷肥行业与社会、环境之间的和谐、可持续发展。本文使用河砂作为充填体的充填骨料，用复合激发剂、磷石膏和矿渣来进行磷石膏-矿渣基新型胶凝材料的开发，用以取代金川矿山使用的高价胶凝材料水泥。试验采用正交试验方法，设定胶砂比为1:4，料浆的浓度为78%。首先根据就近原则，采用包钢渣粉来进行试验，但是包钢渣粉的活性不能满足试样强度要求。然后采用活性高于包钢渣粉的唐钢渣粉来进行试验，得到原始试验结果。采用XRD、微观分析方法对胶凝材料的微观结构进行了深入的研究，验证了磷石膏基充填胶凝材料的水化产物主要为钙矾石和C-S-H凝胶。通过对试验结果采用DPS数据处理软件进行回归分析和Matlab建立神经网络模型进行优化决策，得到了生石灰、磷石膏、NaOH和芒硝的添加量对充填体各时期强度的影响曲线，并获得了最佳方案。在最优配比下，3天单轴抗压强度为1.532MPa，7天单轴抗压强度为3.099MPa，28天单轴抗压强度为4.157MPa，全部满足金川矿山对强度的要求。最后，通过市场调查各因素的价格，新型胶凝材料的成本远低于水泥的成本。因此在金川矿山，使用磷石膏-矿渣基新型胶凝材料取代水泥来进行充填采矿完全可行。
【学位单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：TQ427.26;TD853.34
【部分图文】：

金川河,充填料

但由于受现场条件限制实际用量较少。生产磷酸的副产物，随着磷肥生产量的增加，磷石膏的粒度磨细后具有一定的活性；而各金属矿山在冶炼的过矿渣作为一种绿色环保的材料是具有潜在的水化活性。渣作为主要的充填胶凝材料。的河砂是在金川矿山河砂库现场取样，进行充填材料的的粒径分布、孔隙率以及松散密度等进行测试。砂形貌图如图 2.1 所示。未经处理过的河砂大颗粒较多的尺寸互相之间差距比较大。

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图 2.2 金川矿山河砂充填料粒度分布曲线河砂充填料的粒径特征测试结果d10/mm d50/mm d90/mm 0.178 0.998 2.966 磷石膏选用甘肃省瓮福集团湿法排放的磷石膏废渣，其公司磷石膏化学成分测试结果% Fe2O3/% Al2O3/% MgO/% CaO/% SO3/% F/%

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图 2.3 粉末状磷石膏粒度分布曲线图参数d10/μm d50/μm d90/μm dav/μm 比表面1.76 8.74 26.9 11.9 分析谱如图 2.4。JCPDS:21-0816 为硫酸钙的标准 XRD 图谱RD 图谱。根据三强峰原则，可知该 XRD 图谱中的接近 90%对应，进而可得知所分析的试样主要成分为硫

【参考文献】