轉載--粉煤灰、幹法脫硫灰淡季，無處堆放，怎麼辦

利用脫硫灰渣和粉煤灰開發充填膠凝材料及在金川礦山應用

楊曉炳1，王永定2，高謙1，何建元2，瞿亮1（1。北京科技大學北京，1000832。金川集團股份公司龍首礦，甘肅金昌737100）

摘要

：為了降低充填採礦成本，在固結粉膠凝材料開發的基礎上，本文利用

脫硫灰渣

和

粉煤灰

廢棄物資源，開發

棒磨砂粗骨料充填膠凝材料

｡首先對棒磨砂骨料進行粒徑級配分析｡分析結果表明：棒磨砂含泥量（-75μm）小於8%，滿足棒磨砂骨料規定的含泥量，但+3。2mm顆粒粒度含量大於3%，粗顆粒含量較多；然後開展料漿濃度78%，膠砂比1：4棒磨砂膠結充填體強度正交試驗，由此獲得膠凝材料配方為：

生石灰3%､脫硫灰渣18%､粉煤灰15%､芒硝5%､NaOH1。5%､礦渣微粉57。5%

，其膠結充填體3d､7d､28d強度分別達到1。57MPa､3。64MPa､7。12MPa，滿足膠結充填體強度要求｡研究結果顯示，

芒硝

和

NaOH

對膠結充填體

早強作用明顯

，但

芒硝對後期強度增長不利

，而NaOH對後期強度影響不顯著｡在物料協同作用下，粉煤灰和脫硫灰渣對充填體早期強度增長不利，

脫硫灰渣有助於充填體後期強度增長

；粉煤灰對28d強度影響呈現下降趨勢；同時粉煤灰有助於提高充填接頂率｡該充填膠凝材料已經在金川龍首礦應用，由此獲得顯著的經濟效益和環保效益｡

關鍵詞

：固體廢棄物；膠凝材料；正交試驗；最優配方

0 前言

隨著充填採礦技術發展與推廣應用，廢棄物資源在充填採礦中應用不僅能夠降低充填採礦成本，而且也為廢棄物資源化立體探索出一條道路［1-3］｡利用廢棄物開發新型充填膠凝材料，並在充填礦山中應用，不僅解決了廢棄物資源化利用問題，而且為國內外下向分層進路膠結采礦法採礦提供寶貴經驗［4］｡

水淬渣

､

粉煤灰

和

脫硫灰渣

在礦山實現資源化應用

，

核心技術

是開發滿足於礦山充填法開採所需要的

新型充填膠凝材料

；現有研究已經顯示，脫硫灰渣､粉煤灰和電石渣等固體廢棄物具有潛在的活性［5］｡

本文利用棒磨砂作為粗骨料，以脫硫灰渣､粉煤灰和礦渣微粉以及外加劑組合作為膠凝材料，開展棒磨砂粗骨料膠結充填體強度試驗､探索滿足礦山充填要求的新型膠凝材料配方，為礦山充填採礦固廢利用提供參考。

1試驗材料與方法

1。1試驗材料

骨料取自於戈壁砂卵石經破碎後得到的棒磨砂；試驗物料包括脫硫灰渣､粉煤灰､生石灰､礦渣微粉､芒硝和NaOH｡粉煤灰和脫硫灰渣為火電廠的廢棄物，渣粉為基於酒鋼水淬渣粉磨的礦渣微粉｡原料檢測，結果見表1､2｡

由表1可見，棒磨砂的含泥量（-0。08mm）小於8%，滿足礦山充填用砂石技術條件中規定的含泥量｡但+3。2mm顆粒粒度含量大於3%，粗顆粒含量較多，充填骨料粒度偏大是造成充填砂漿流動性降低的主要原因，因此，要以棒磨砂作為充填骨料需摻加

粉煤灰

､

脫硫灰渣

等粉體材料來

改善料漿流動性

｡

1。2試驗方法

首先根據試驗方案准確稱量物料並放入攪拌機中攪拌3min製成均勻料漿，然後將充填料漿澆築於70。7×70。7×70。7mm的模具中並刮平表面，隨後將模具置於恆溫恆溼（溫度為20±2℃，溼度為95%）養護箱中，24h後脫模放入養護箱繼續養護到3d､7d和28d三個齡期；最後採用遊標卡尺測量充填體長寬高尺寸､Instron1342型電液伺服材料試驗機按照3kN/s載入速率對試塊進行無側限抗壓強度測定｡

2膠結充填體強度試驗

本次試驗以棒磨砂為粗骨料，以電廠主要廢棄物脫硫灰渣和粉煤灰開發的粉體材料為膠凝材料，開展膠砂比為1：4，料漿濃度78%的膠結充填體強度正交試驗［6-8］，透過探索､最佳化和驗證試驗獲取滿足礦山充填要求的低成本新型充填膠凝材料｡正交試驗設計因素水平見表3（其餘部分為礦渣微粉），試驗結果見表4｡

各因素水平變化對充填體強度和沉縮率影響關係曲線見圖1､2｡

由圖1（a）可知：隨著生石灰摻量的增加，膠結充填體3d強度先增大後減小，摻量為5%時，達到極大值0。56Mpa，7d強度出現波動，在摻量為7%時達到極大值2。75Mpa，而28d強度則呈現呈上升趨勢；由圖1（b）可知：隨著脫硫石膏摻量的增加，充填體3d強度呈先增後減的趨勢，新增量在18%左右時達極大值0。55，7d強度略微下降，28d強度不斷上升，說明

脫硫灰渣有助於充填體後期強度的增長

；由圖1（c）可知：粉煤灰對膠結充填體早期強度（3d和7d）增長不利，對28d強度的影響上下浮動，但總體上來看，28d強度還是呈現下降的趨勢；以往的研究表明：粉煤灰對28d強的增長明顯的促進作用，而本次試驗中的結論恰恰相反，這說明粉煤灰對充填體強度的影響受其他因素的左右｡由圖1（d）可知：芒硝新增量的增加很好的提高了膠結充填體的早期強度，而28d強度卻隨芒硝摻量的增加迅速降低，這說

明芒硝具有早強作用，但對後期強度的增長明顯不利

；由圖1（e）可知：NaOH對膠結充填體早期強度的影響與芒硝一致，也能夠提高充填體早期強度，而28d強度的影響不明顯，這說明：在一定程度上可以

增加NaOH

的新增量來

提高

試樣的

早期強度

，而又不影響試樣後期強度｡

由圖2（a）可知：生石灰摻量對充填體7d､28d沉縮率的影響波動較大，無明顯規律，3d的沉縮率隨摻量的增加先降低後上升，在摻量為7%時，沉縮率達到極小值6。3%；由圖2（b）可知：隨著脫硫石膏摻量的增加，充填體3d沉縮率波動較大，摻量為18%時達到極大值14。88%，摻量為20%時達到極小值10。53%，對7d和28d沉縮率影響規律明顯，7d沉縮率隨摻量增加有上升趨勢，28d沉縮率隨產量增加呈下降趨勢；由圖2（c）可知：隨著粉煤灰摻量的增加，充填體3個齡期的沉縮率總體都呈現下降的趨勢，說明

粉煤灰有助於提高充填接頂率

；由圖2（d）可知：芒硝摻量的增加對充填體3個齡期的沉縮率呈現先降低後上升的影響規律，在芒硝摻加量為3%時達到極小值；由圖2（e）可知：隨著NaOH摻量的增加，充填體3d和7d沉縮率增長較快，對28d沉縮率影響不明顯｡

3膠凝材料配方最佳化與驗證試驗

對正交試驗充填體強度結果採用極差分析方法［9-11］，得出各個影響因素對充填體強度的影響程度大小，以及3個齡期的最優組合配方；極差分析結果見表5｡極差分析結果顯示：各因素對

3d強度

的影響次序為

脫硫灰渣

>

生石灰

>

粉煤灰

>

芒硝

>

NaOH，此時得到的最優配比為：

生石灰5%

，

脫硫灰渣18%

，

粉煤灰0%

，

芒硝5%

，

NaOH為1%

；對

7d強度

的影響次序為：

NaOH

>

粉煤灰

>

芒硝

>

生石灰

>

脫硫灰渣，得到的最優配比為：

生石灰3%

､

脫硫灰渣18%

､

粉煤灰15%

､

芒硝5%

､

NaOH為1。5%

；對

28d強度

的影響次序為：

芒硝

>

粉煤灰

>

脫硫灰渣

>

NaOH

>

生石灰，得到的最優配比為：

生石灰9%

､

脫硫灰渣22%

､

粉煤灰10%

､

芒硝0%

､

NaOH為0%

；根據對極差分析可知：3個齡期的最優配方均不同，而工業生產中需要一個確定的配方，因此有必要對極差分析所得3個齡期最優配方開展驗證性試驗以確定最終的配方｡驗證試驗及結果見表6｡礦山對充填體強度的要求為：R3d>1。5MPa，R7d>2。5MPa，R28d>5MPa｡根據驗證結果可知：B1組配方中R3d=1。31<1。5，R7 d=2。36<1。5，也不能滿足要求；只有 B2 組配方能滿足礦山充填強度要求，而且對主要固廢（脫落灰渣和粉煤灰）的利用率高；本次試驗確定的

最優配方

為：

生石灰3%

、

脫硫灰渣18%

、

粉煤灰15%

、

芒硝 5%

、

NaOH1。5%

。

4結論

（1）透過膠結充填體強度探索､最佳化和驗證試驗獲得了滿足礦山充填強度要求（3d>1。5MPa､7d>2。5MPa､28d>5MPa）的新型膠凝材料配方：

生石灰3%

､

脫硫灰渣18%

､

粉煤灰15%

､

芒硝5%

､

NaOH1。5%

､

礦渣微粉57。5%

；

（2）

芒硝

具有很好的

早強作用

，但

對後期強度的增長明顯不利

；NaOH對膠結充填體早期強度的影響與芒硝一致，也能夠提高充填體早期強度，而對28d強度的影響不明顯；在一定程度上可以

增加NaOH用量

來

提高

膠結充填體

早期強度

，而又

不影響

充填體

後期強度

；

（3）

粉煤灰

和

脫硫灰渣

對充填體

早期強度的增長不利

；在物料的協同作用下，

脫硫灰渣

有助於充填體

後期強度的增長

，粉煤灰對28d強度的影響呈現下降的趨勢；同時，粉煤灰有助於提高充填接頂率｡