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磷尾矿胶结充填添加剂减阻输送及有害离子固化试验研究

磷尾矿胶结充填添加剂减阻输送及有害离子固化试验研究

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作者：黄远来贵州大学

学位级别：硕士

近年来,充填采矿法因具有环保和经济效益而受到普遍关注,并在许多矿山得到应用。尾矿作为充填原料进行井下充填时,存在井下环境污染及料浆输送成本高等问题,这都会制约充填采矿法的推广与应用。进行磷尾矿胶结充填减阻输送及有害离子固... 详细信息

近年来,充填采矿法因具有环保和经济效益而受到普遍关注,并在许多矿山得到应用。尾矿作为充填原料进行井下充填时,存在井下环境污染及料浆输送成本高等问题,这都会制约充填采矿法的推广与应用。进行磷尾矿胶结充填减阻输送及有害离子固化的研究,对保护矿山环境,降低充填成本,提高资源回收率,实现矿山资源的绿色开采具有十分重要的意义。本文对充填原料磷尾矿、粉煤灰和水泥的主要特性以及充填料浆特性进行分析,通过充填料浆泌水试验及充填体浸出试验,确定最佳固化剂及其用量;采用流动度法、扩展度法、L型管法考察充填料浆的流动性能,进而确定合适的减阻添加剂及用量。主要结论如下:对充填料浆的泌水进行测定,发现泌水中SO浓度为2691 mg/L,F浓度为7.1 mg/L,属于地下水Ⅴ类标准,泌水率为5.1%,会对井下环境造成污染。本文选择CaO、PAC和PAM(阳离子型)三种固化剂进行料浆泌水试验和充填体浸出试验,发现0.4%PAC与4%CaO联用时,充填料浆泌水中SO为335 mg/L,F为1.9 mg/L,达到了国家地下水质量的Ⅳ类标准,且泌水率较低为1.7%;充填体浸出水中SO含量低于150 mg/L,F含量低于1.0 mg/L,到达地下水质量的Ⅱ类标准。为了改善充填料浆的流动性能,选择了聚羧酸系减阻剂、萘系减阻剂及柠檬酸三种减阻剂进行充填料浆减阻试验,结果表明:添加1.2%聚羧酸系减阻剂减阻效果较佳,流动度、扩展度、粘度、屈服应力分别改善了47.40%、56.47%、55.56%、57.81%,且料浆泌水率为1.5%,泌水中SO为280 mg/L,F为2.0 mg/L,达到了国家地下水质量的Ⅳ类标准,同时满足了输送减阻和有害离子固化的要求。柠檬酸对充填料浆具有较好的缓凝效果,柠檬酸添加量为2.5%时,充填料浆流动度经时损失率为2.91%,扩展度经时损失率为1.37%。当充填料浆输送距离较远时,可添加适量的柠檬酸使充填料浆能更长时间保持流动性能。添加适量聚羧酸系减阻剂、萘系减阻剂、柠檬酸均能提高磷尾矿充填体28d抗压强度,但减阻剂添加过多时会造成充填体抗压强度下降。最终确定添加剂组合使用:CaO 4%、PAC 0.4%、聚羧酸系减阻剂1.2%,此时,充填料浆的粘度aη值为3.36 Pa·s,屈服应力l0值为2.7 Pa,流动性能较好,输送阻力小,形成的充填体28 d抗压强度为3.32 MPa,可满足充填抗压要求,充填体浸出水中各污染物浓度含量低,达到地下水Ⅱ类水的质量标准,可满足充填地下水质要求。

关键词：磷尾矿充填体添加剂输送减阻有害离子固化

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硫酸钠激发胶凝材料制备尾矿充填体的设计与性能研究

硫酸钠激发胶凝材料制备尾矿充填体的设计与性能研究

引用

作者：彭饶武汉理工大学

学位级别：硕士

在矿产分选作业中,将目标组分含量较低而无法用于生产的部分称为尾矿,这些尾矿由于各种经济与技术原因被长期搁置,不仅占用土地资源,也对周边环境产生污染。目前处理尾矿的主要方式是将水泥与尾矿制备成采空区充填体,这种充填体的成本高... 详细信息

在矿产分选作业中,将目标组分含量较低而无法用于生产的部分称为尾矿,这些尾矿由于各种经济与技术原因被长期搁置,不仅占用土地资源,也对周边环境产生污染。目前处理尾矿的主要方式是将水泥与尾矿制备成采空区充填体,这种充填体的成本高,且部分性能不能满足工程需求。因此,矿山急需一种兼具经济环保与高性能的新型胶凝材料充填体。本文使用硫酸钠激发胶凝材料,制备出了一种能够处理铅锌尾矿的经济环保型充填体。研究了激发剂掺量、矿粉掺量、水灰比对硫酸钠激发胶凝材料的宏观性能与微观结构的影响。对硫酸钠激发的分级尾矿充填体进行了工作性能、力学性能、微观结构上的测试与分析,使用合理的配方制备出了满足工程要求的尾矿充填体。在此基础之上,进一步研究了细尾矿的掺入对尾矿充填体的影响,通过调整配方与外加剂,制备出了一种能使用细尾矿完全替代分级尾矿的新型充填体,该充填体能够满足工程需求,且在成本上较分级充填体更低。最后,本文对铅锌尾矿的有害离子溶出行为,以及硫酸钠激发胶凝材料制备的充填体的离子固化能力进行了研究,并分析了不同的固化剂在铅锌尾矿充填体中的适用性,通过胶凝材料与固化剂的共同作用,使尾矿充填体的有害离子溶出降低到限制值以内,成为一种符合可持续发展战略的绿色材料。实验研究主要结论如下:(1)制备出一种以硫酸钠作为激发剂,以矿粉和水泥作为主要原料的经济环保型胶凝材料,并研究了该胶凝材料的性能与微观结构。实验结果表明,硫酸钠能同时作用于水泥和矿粉颗粒,提高了水化产物中钙矾石含量,并加快矿粉的早期水化速率,从而提升胶凝材料的力学性能;其中,硫酸钠掺量为4%,矿粉含量为70%的胶凝材料力学性能优于普通硅酸盐水泥;过量的硫酸钠导致高水泥含量的净浆60d强度倒缩,而对高矿粉含量的净浆没有影响,这是由于矿粉的水化产物相对硅酸盐水泥具有更好的耐硫酸盐侵蚀能力。(2)研究了水灰比对硫酸钠激发胶凝材料性能的影响。实验结果表明,提高胶凝材料的水灰比能够提升硫酸钠的激发效果,且改善了材料后期强度倒缩的现象,这说明硫酸钠激发胶凝材料适用于尾矿充填体的高水含量环境中;在同样的胶凝材料配比下,降低水灰比会促进水化产物中氢氧化钙与凝胶的形成,而提高水灰比则会促进钙矾石与类水滑石相的形成。(3)使用硫酸钠激发胶凝材料与分级尾矿制备出了一种具备早强性与高流动性的尾矿充填体,研究了其性能与微观结构。实验结果表明,硫酸钠促进了尾矿充填体中矿粉的水化,并在早期形成更多的钙矾石,进而缩短尾矿充填体的凝结时间,提高充填体的早期强度;此外,硫酸钠对充填体的流动性没有影响,提高胶凝材料中矿粉的比例能够增大充填体的流动性,当胶凝材料中矿粉含量提升到30%时,分级尾矿充填体的流动性能能够满足充填工程的要求。(4)研究了细尾矿对充填体性能的影响规律以及外加剂的改善效果。结果表明,使用细尾矿替代分级尾矿会降低充填体的脱水率与流动性,延长充填体的凝结时间;外加萘系减水剂或固态聚羧酸减水剂能够提高充填体流动性能,使其满足充填要求;提高胶凝材料中矿粉的含量,能够改善细尾矿对充填体的缓凝作用;使用矿粉含量为70%的硫酸钠激发胶凝材料制备出的尾矿充填体,其抗压强度与强度增长率均随细尾矿掺量的增加而提升,最高强度相比于水泥充填体提高了约250%,满足充填工程的力学性能要求,此结果表明细尾矿对矿粉的水化具有促进作用。(5)研究了铅锌尾矿的有害离子溶出行为,以及尾矿充填体与固化剂对有害离子的固化效果。结果表明,分级尾矿与细尾矿溶出的有害离子Pb、Zn、Mn超标,细尾矿由于具有较大的比表面积,会溶出更多的有害离子;硫酸钠激发胶凝材料制备的尾矿充填体,在常规灰砂比下能够有效固化分级尾矿与细尾矿中的有害离子;在低灰砂比情况下,外加固体硅酸钠作为固化剂,能够大幅度提高细尾矿充填体的Pb固化率,而外加LDHs则能够提高充填体的Zn固化率;由于矿粉被激发后能够产生类水滑石相,其结构与LDHs类似,因此尾矿充填体对Zn的固化率随胶材中矿粉含量的增加而提升。

关键词：硫酸钠激发胶凝材料尾矿充填体钙矾石细尾矿有害离子固化

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