一、实验研究目的
安徽金日盛矿业有限责任公司目前年产铁矿石达450万吨，每年需要排放大量的尾矿砂。为了提高选矿效率，需要采用不同的选矿工艺，因此排放的尾砂细度就各有不同，其中最细粒级的尾砂达到-200目80%以上。由于胶结剂对细粒级尾砂的固结能力差，若将这部分全部用于充填，需要增加充填成本和影响充填体的强度。若不加以利用就得露天堆放，最终形成尾矿坝，不仅占用大量的耕地，同时污染环境。因此对细粒级尾砂的开发利用势在必行。
尾砂的主要成分为硅、钙、铝，具有一定的潜在活性，本次实验的目的希望对尾砂烘干处理后，通过机械力化学激发，最大限度的激发尾砂活性，替代胶结剂原料中的部分粉煤灰用于充填胶结剂的生产。
霍邱地处六安地区，周边的工业企业不是很发达，可供用于充填胶结剂生产用的活性工业混合材较少，因此用尾砂替代部分粉煤灰，不仅解决粉煤灰短缺且价格较高的问题，同时实现了尾砂的循环利用，具有良好的经济效益和社会效益。
二、实验材料
充填胶结剂主要原材料有矿渣、熟料、细粒级尾砂、粉煤灰、石膏和激发剂等，具体原材料的来源和成分如下：
1、矿渣：来自南京钢铁有限公司，成分分析如下：
2、熟料：采用海螺集团的5000t/d新型干法水泥生产线，具体质量指标如下：
3、粉煤灰来自阜阳电厂
4、尾砂来自金日盛矿业有限责任公司
(1)成分分析
(2)细度：尾砂粒级组成
5、石膏：取自安徽定远石膏矿
6、激发剂：由多种阴离子、非离子表面活性剂及多种无机物经复合加工而成。
三、实验步骤
1、主要实验设备
①500×500实验小磨：研磨体装载量100Kg，装料量5Kg，电机功率：1.5KW。
②电动抗折试验机：型号：DKZ-5000
③全自动压力试验机：型号：NYL-300D 功率：1.5KW 380V
④水泥胶砂搅拌机：型号：JJ-5 功率：0.55/0.37KW
⑤勃式透气比表面积仪：型号：DBT-127
2、实验配比
说明：
① 激发剂1、2为不同配方配制的粉体激发剂;激发剂3为液体的表面活性剂。
② 为了达到对比效果，所有替代粉煤灰的实验，其粉煤灰的用量均控制在10%，粉煤灰替代物的用量控制在25%，适当调整了数量和矿渣的比例。
3、实验要求：
①石膏先经过小型颚式破碎机进行破碎，粒度≤10mm;
②尾砂预先通过干燥箱进行烘干，烘干后的水份≤1.0%;
③熟料、矿渣、石膏一起粉磨，粉磨时间50min，细度控制在比表面积≥380m2/Kg;
④尾砂、粉煤灰、激发剂一起粉磨，粉磨时间为30min，细度控制在比表面积≥400m2/Kg;
⑤将分别粉磨后的物料进行混合，要求混合均匀。
4、检测指标：
①细度，主要检测比表面积;
②龄期强度：标准砂和尾砂的3天和28天的抗压强度;
③塌落度实验。
四、实验结果
将不同配比的试样分别进行了标准砂、全尾砂的强度、拓展度和塌落度的实验，具体结果如下：
1、标准砂强度检测结果(方法参照国标GB175-2007进行)
从上述结果可以看出，B0-粉煤灰基充填胶结剂;B1、B2-尾砂基充填胶结剂的标准砂强度均达到甚至超过普通P.C32.5级复合硅酸盐水泥的强度，因此用充填胶结剂替代水泥用于井下充填是可行的。
2、不同充填浓度全尾砂强度检测结果
①70%充填浓度的全尾砂强度
②75%充填浓度的全尾砂强度
从上述结果可以看出，在灰砂比均为1∶06的情况下，充填浓度在70%和75%时，B1、B2-尾砂基充填胶结剂的全尾砂强度均达到甚至超过B0-粉煤灰基充填胶结剂的强度。而普通P.C32.5级复合硅酸盐水泥的全尾砂强度明显低于充填胶结剂的强度，说明水泥固结尾砂的能力较差，如果要到达与充填胶结剂同样的强度，水泥的用量需要加大。
3、拓展度的实验结果
分别将不同配比的充填胶结剂与普通水泥进行胶尾砂流动度对比试验，参考水泥胶砂流动度检测方法：胶结剂用量250克，用水量162ml，胶结剂∶尾砂=1∶3，结果如下：
从上述结果看出，粉煤灰基和尾砂基胶结剂的全尾砂流动度均高于水泥，其中粉煤灰基胶结剂的流动性最好，主要是因为粉煤灰里含有大量的球形玻璃微珠，可以改善浆体的和易性和流动性，但尾砂基胶结剂的流动性完全可以满足尾砂充填的要求。
4、坍落度的实验结果
坍落度试验方法参照GBJ80，试验仪器为100*200*300标准筒，全尾砂灰砂比为1：06，检测结果如下表所示：
一般认为，坍落度达到220mm即可满足全尾砂的结构流自流输送，从试验结果来看，在浓度为70%时，尾砂基胶结剂-全尾砂的坍落度达到了270mm以上。较高的坍落度的一个重要原因是尾砂基胶结剂中的有机激发剂，也是较好的表面活性剂，增加了全尾砂的可流动性。
五、效益分析
1、原材料价格
粉煤灰：80元/吨;尾砂：5元/吨，电费：0.70元/Kwh，燃煤：700元/吨。
2、各种原材料经加工之后的成本 元/吨
说明：粉煤灰的粉磨电耗为：20kwh/吨， 尾砂的粉磨电耗10kwh/吨，烘干煤耗为30kg/吨。
3、经济分析
用尾砂替代粉煤灰用于充填胶结剂的生产，每年可以节约成本分别为457.5万元，效益十分显著。
六、结论
1、用细粒级尾砂替代部分粉煤灰用于充填胶结剂的活性混合材是可行的，其强度和流动度均能满足矿山井下充填的要求。
2、为了达到尾砂作为胶结剂活性混合材的要求，需要配制与粉煤灰基胶结剂不同的激发剂，专门针对尾砂的活性激发。
3、尾砂替代部分粉煤灰用于充填胶结剂的生产，不仅解决了粉煤灰供应紧张的问题，同时将细粒级尾砂进行循环使用，是矿山充填的一个创新，具有广泛的适用意义和推广价值。
4、尾砂替代粉煤灰，不仅降低充填胶结剂的生产成本，同时解决了细粒级尾砂的堆放和环境污染问题，具有很好的经济效益和社会效益。
5、尾砂的活性激发和增加充填流动性问题还需要进一步研究和改善。
声明：
“细粒级尾砂替代粉煤灰作为充填胶结剂活性混合材的实验研究” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：北京菲恩科技有限公司、安徽金日盛矿业有限责任公司、合肥水泥研究设计院
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2024年12月27日 ~ 29日 
