本發(fā)明涉及一種鉛鋅礦尾砂填充漿料。
背景技術(shù)：
：充填采礦技術(shù)，特別是膠結(jié)充填采礦技術(shù)的日益發(fā)展，使礦山許多復雜的技術(shù)問題都得到了很好地解決，在深部開采、保護地表、“采富保貧”、“三下開采”降低貧化率和損失率、防止內(nèi)因火災(zāi)、減緩巖爆發(fā)生、有效控制地壓等方面發(fā)揮了巨大的作用。特別是近年來，隨著充填系統(tǒng)、充填工藝及設(shè)備和技術(shù)的不斷進步，在有色金屬礦山和貴金屬礦山得到了廣泛應(yīng)用。并且隨著資源性產(chǎn)品價格的持續(xù)走高以及國家對環(huán)境保護的力度不斷加大，充填法因其無可替代的優(yōu)勢，在煤礦、鐵礦、化工礦山等傳統(tǒng)上不宜采用充填法的礦山，應(yīng)用比重也越來越大。有色金屬礦山充填成本占采礦成本的1/3，充填材料的費用超過充填成本的80％。因此有必要尋求價格低廉、來源豐富、生產(chǎn)簡單、性能優(yōu)越的新型膠凝材料，盡最大努力減少膠凝材料的用量，以降低充填成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。不同的有色金屬礦山具有不同的特點，以鉛鋅礦為例，需要通過分析鉛鋅礦尾砂的化學結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，進而開發(fā)出性價比高的膠凝材料。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種鉛鋅礦尾砂填充漿料。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：一種鉛鋅礦尾砂填充漿料，該填充漿料的固體成分包括鉛鋅礦尾砂和鉛鋅礦尾砂激發(fā)劑。鉛鋅礦尾砂激發(fā)劑按質(zhì)量分數(shù)由以下原料組成：高爐礦渣60％～70％，氟石膏3％～8％，減水劑0.2％～1％，粉煤灰為余量。高爐礦渣為煉鋼生鐵礦渣。粉煤灰為ⅰ級或ⅱ級f類粉煤灰。減水劑為木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑、萘系減水劑、三聚氰胺系減水劑、氨基磺酸鹽系減水劑，脂肪酸系減水劑、聚羧酸系減水劑中的至少一種。鉛鋅礦尾砂按質(zhì)量分數(shù)包括以下組分：1％～3％mgo，5％～8％al2o3，21％～26％sio2，8％～26％so3，0.5％～2％k2o，18％～30％cao，0.2％～0.5％tio2，5％～18％fe2o3，0.2％～0.6％zno，0.2％～1％pbo，余量為燒失量。鉛鋅礦尾砂的粒徑中，5μm～50μm占22～25wt％，50μm～75μm占18～20wt％，75μm～250μm占53～58wt％。鉛鋅礦尾砂激發(fā)劑和鉛鋅礦尾砂的質(zhì)量比為1：(3～18)。填充漿料的水含量為20wt％～30wt％。本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的填充漿料流動性好，易于輸送，對管道的磨耗小。其性能優(yōu)于水泥，早期強度高，后期強度持續(xù)發(fā)展。通過本發(fā)明的填充漿料，能滿足鉛鋅礦填充的生產(chǎn)需要，同時降低生產(chǎn)成本，實現(xiàn)良好的環(huán)保、經(jīng)濟和社會效益。具體實施方式本發(fā)明人通過分析鉛鋅礦尾砂化學結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)，開發(fā)出一種以工業(yè)固廢資源為基材的經(jīng)濟環(huán)保型膠結(jié)材料。鉛鋅礦尾砂中[sio4]4-聚合為不同的硅酸陰離子，此外還存在si-o-al和al-o-al的結(jié)合，以上物質(zhì)在oh-的作用下會發(fā)生化學反應(yīng)如下：-si-o-si-o+oh-→-si-o-+-o-si-oh-si-o-+oh-→-o-si-oh；如有ca2+或na+存在時，-si-o-+ca2+→-si-o-ca--si-o-ca-+oh-→-si-o-ca-oh。本發(fā)明的材料能夠高效激活尾砂中的非晶態(tài)富硅鋁質(zhì)成分，在生成前驅(qū)體的基礎(chǔ)上，以平板鈣層為基礎(chǔ)，生長成為具有膠凝能力的c-a-s-h凝膠，從而有效利用固廢生成膠凝材料，達到固廢充填的目的。本發(fā)明的填充材料中具有兩相的微觀分相結(jié)構(gòu)，其中玻璃體中al-o鍵比si-o鍵的鍵強小，容易被激發(fā)劑溶解分散，當al的配位數(shù)為6時，鋁氧八面體的鍵強更小，約為si-o鍵的50％左右，活性更高，當磨細的廢渣與一定濃度的oh-接觸時，鋁氧四面體與鋁氧八面體先于硅氧四面體被溶解分散。此外，mg2+分布于玻璃體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的空穴中，形成不均勻物相，加劇了玻璃體中微晶相的無序化排列，有利于廢渣的水化。該工業(yè)廢渣中富鈣相占多數(shù)，為連續(xù)相，它將非連續(xù)的富硅相包裹于其中構(gòu)成了其玻璃體的結(jié)構(gòu)。富鈣相比富硅相具有更高的熱力學不穩(wěn)定性，同時富鈣相又具有一定的動力學穩(wěn)定性，使之破壞必須克服一定的活化能。在堿性環(huán)境中，oh-的作用能夠克服富鈣相的分解活化能，使富鈣相迅速水化和解體，導致廢渣玻璃體結(jié)構(gòu)破壞；富硅相隨后逐步暴露于堿性介質(zhì)中，并發(fā)生較為緩慢的水化和分解。富鈣相和富硅相的水化產(chǎn)物水化硅酸鈣(c-s-h)不斷形成和長大，使水化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)不斷增強，表現(xiàn)為膠凝材料的前期強度偏低而后期強度不斷增長。本發(fā)明填充漿料中的工業(yè)廢渣在堿性作用下形成膠凝組分水化硅酸鈣(c-s-h)的過程，生成的c-s-h包裹尾礦顆粒形成一部分充填體強度。如果僅依靠充填體中的膠凝性物質(zhì)，充填體結(jié)構(gòu)疏松，強度偏低。本發(fā)明的一種鉛鋅礦尾砂填充漿料，該填充漿料的固體成分包括鉛鋅礦尾砂和鉛鋅礦尾砂激發(fā)劑。鉛鋅礦尾砂激發(fā)劑按質(zhì)量分數(shù)由以下原料組成：高爐礦渣60％～70％，氟石膏3％～8％，減水劑0.2％～1％，粉煤灰為余量；優(yōu)選的，鉛鋅礦尾砂激發(fā)劑按質(zhì)量分數(shù)由以下原料組成：高爐礦渣66％～70％，氟石膏4％～7％，減水劑0.3％～0.8％，粉煤灰為余量。優(yōu)選的，所述的高爐礦渣為煉鋼生鐵礦渣。優(yōu)選的，所述的粉煤灰為ⅰ級或ⅱ級f類粉煤灰；進一步優(yōu)選的，所述的粉煤灰為ⅰ級f類粉煤灰。優(yōu)選的，所述的減水劑為木質(zhì)素磺酸鹽類減水劑、萘系減水劑、三聚氰胺系減水劑、氨基磺酸鹽系減水劑，脂肪酸系減水劑、聚羧酸系減水劑中的至少一種；進一步優(yōu)選的，所述的減水劑為萘系減水劑、聚羧酸系減水劑中的至少一種。進一步的，鉛鋅礦尾砂按質(zhì)量分數(shù)包括以下組分：1％～3％mgo，5％～8％al2o3，21％～26％sio2，8％～26％so3，0.5％～2％k2o，18％～30％cao，0.2％～0.5％tio2，5％～18％fe2o3，0.2％～0.6％zno，0.2％～1％pbo，余量為燒失量。進一步的，所述的鉛鋅礦尾砂的粒徑中，5μm～50μm占22～25wt％，50μm～75μm占18～20wt％，75μm～250μm占53～58wt％。優(yōu)選的，所述鉛鋅礦尾砂激發(fā)劑和鉛鋅礦尾砂的質(zhì)量比為1：(3～18)；進一步優(yōu)選的，所述鉛鋅礦尾砂激發(fā)劑和鉛鋅礦尾砂的質(zhì)量比為1：(3～12)。優(yōu)選的，所述填充漿料的水含量為20wt％～30wt％。以下通過具體的實施例對本發(fā)明的內(nèi)容作進一步詳細的說明。實施例：本發(fā)明的填充漿料是按以下方法進行制備的：1)將定量鉛鋅礦尾砂和鉛鋅礦尾砂激發(fā)劑按不同灰砂比放入攪拌機中攪拌；2)摻入定量水將漿體配制成不同濃度，攪拌；3)將固化試樣分三次放入鋼試模中；4)試樣成型至失去塑性后脫模，為模擬井下相對恒溫潮濕的實際環(huán)境，脫模試樣放置于標準養(yǎng)護室(溫度20±2℃、rh達95％以上)中養(yǎng)護至測試齡期進行強度及體積穩(wěn)定性試驗。上述所選用的鉛鋅礦尾砂激發(fā)劑和鉛鋅礦尾砂的質(zhì)量比(即灰砂比)有1:3、1:6和1:12，配成的填充漿料水含量有25wt％和22wt％。所用的鉛鋅礦分級尾砂按質(zhì)量分數(shù)包括以下組分：2.5％mgo，5.6％al2o3，24.4％sio2，9.8％so3，1.0％k2o，28.1％cao，0.3％tio2，6.8％fe2o3，0.4％zno，0.4％pbo，余量為燒失量。鉛鋅礦尾砂的粒徑中，5μm～50μm占23.6wt％，50μm～75μm占19.2wt％，75μm～250μm占55.8wt％。鉛鋅礦尾砂激發(fā)劑按質(zhì)量分數(shù)由以下原料組成：高爐礦渣68％，粉煤灰26％，氟石膏5.5％，減水劑0.5％。高爐礦渣為煉鋼生鐵礦渣，粉煤灰為ⅰ級f類粉煤灰，減水劑為萘系減水劑。同時，采用現(xiàn)用的42.5水泥作為對比進行測試分析。本發(fā)明的凝結(jié)時間試驗依據(jù)gbt1346-2001《水泥標準稠度用量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》進行，充填料流動性按照gbt2419-2005《水泥膠砂流動度測定方法》進行，硬化充填料力學性質(zhì)按照gb/t17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法(iso法)》進行，充填料泌水性(泌水量、泌水率)按照gbt50080-2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行。一、流動性能對比本發(fā)明與水泥的流動性對比結(jié)果見下表1所示。表1流動性能測試結(jié)果從流動性對比可知，本發(fā)明的填充材料與采用水泥的料漿流動性基本相同，易于輸送，管道磨耗小。二、抗壓強度本發(fā)明與水泥的抗壓強度對比結(jié)果見下表2所示。表2抗壓強度測試結(jié)果從抗壓強度對比結(jié)果可知，本發(fā)明的填充材料性能明顯優(yōu)于水泥，同樣灰砂比的情況下，抗壓強度基本可以達到水泥強度的4倍；早期強度高的特點使得采場采充交替時間短，有利于提高生產(chǎn)效率；后期強度持續(xù)發(fā)展，未出現(xiàn)下降情況，充填體性能穩(wěn)定，符合礦山生產(chǎn)需求。三、經(jīng)濟對比本發(fā)明與水泥的經(jīng)濟對比結(jié)果見下表3所示。表3經(jīng)濟對比結(jié)果材料類別價格(元/噸)充填比例7天強度(mpa)42.5水泥2901:41.6本發(fā)明材料4201:161.9經(jīng)過分析，本發(fā)明公開的填充材料綜合成本比現(xiàn)用的水泥節(jié)省40％以上。當前第1頁12