礦山充填膠固料與高濃度充填有關(guān)問題

1膠凝材料是膠結(jié)充填的技術(shù)核心；

2礦山充填膠固料的技術(shù)優(yōu)勢；

3膠固料的材料屬性與技術(shù)基礎(chǔ)；

4礦山充填膠固料開發(fā)與應(yīng)用問題；

5高濃度充填的幾個問題。報告主要講述五個方面的問題：1、膠凝材料是膠結(jié)充填的技術(shù)核心

從膠結(jié)充填的發(fā)展歷史看，膠凝材料一直處于充填技術(shù)核心地位，并主導(dǎo)者充填技術(shù)的發(fā)展。主要原因是：

膠結(jié)充填不僅要滿足固化強度、固化時間要求，還要滿足充填料大流量輸送和低投入低成本控制要求。

膠結(jié)充填來自于混凝凝土，水泥是應(yīng)用最早最普遍的膠凝材料。為解決充填料的輸送問題，采用了兩相流管道輸送技術(shù)，因而產(chǎn)生了地面充填制備站。

由于低濃度充填料易離析，泌水、排水量達(dá)，充填體固化強度低，高濃度又難以解決遠(yuǎn)距離輸送問題，產(chǎn)生了膏體泵送充填技術(shù)。

膏體充填促進(jìn)了濃密脫水、制漿攪拌、泵送與在線控制等裝備技術(shù)水平的發(fā)展，并以這些技術(shù)為基礎(chǔ)。

上世紀(jì)90年代出現(xiàn)的高水充填材料之所以在一段時間內(nèi)備受推崇，主要原因是，它比較好地解決了料漿流動性與離析的矛盾。高水充填系統(tǒng)與水泥交結(jié)充填系統(tǒng)截然不同，對充填料的適應(yīng)性和要求也不同。

膠凝材料不僅決定著充填系統(tǒng)、充填工藝，也決定著充填材料選擇，并最終決定著充填成本。

膠結(jié)充填技術(shù)的革命性進(jìn)步有賴于膠凝材料的突破。2、礦山充填膠固料的技術(shù)優(yōu)勢（1）對泥化細(xì)粒充填料的固化能力強。充填料可以是全尾砂、破碎煤矸石、粉煤灰、甚至是黃土、淤泥和城市垃圾，這就大大擴展了充填料的使用和選擇范圍。（2）低濃度充填不離析。充填料漿在10～15%左右泌水率的濃度下，基本上不發(fā)生離析和分層。我們還觀察到，矸石粉與粉煤灰充填在25%左右泌水率的低濃度下，仍未有明顯的離析現(xiàn)象。。（3）主要以工業(yè)廢渣為原料，既有利于處理大量工業(yè)固廢物，也有較大的成本降低空間。目前的生產(chǎn)成本已與水泥差不多，但同樣的充填體強度，用量卻可以減少1/3～1/2。（4）可以根據(jù)充填材料的不同和充填要求不同，開發(fā)出具有激發(fā)充填料潛在活性和膨脹性等特殊膠固料。

這些優(yōu)良性質(zhì)不僅使得充填成本大為降低，還使得充填系統(tǒng)比較簡單，很多情況下不必選擇“膏體泵送”，可以大大節(jié)省投資和運行成本。

礦山充填膠固料必然會替代水泥。

由于礦山充填膠固的應(yīng)用，使得山東及周邊地區(qū)幾十年前建設(shè)的一些落后充填系統(tǒng)得以繼續(xù)使用，一些新建系統(tǒng)也比較簡單。3、膠固料的材料屬性與技術(shù)基礎(chǔ)“膠固料”主要是山東地區(qū)對一類主要以礦渣超細(xì)粉為原料的充填膠結(jié)料的簡稱。從主要原料和固化原理看，“膠固料”屬于堿激發(fā)膠凝材料。

水淬?；郀t礦渣的潛在水硬性早在1860年就被德國人發(fā)現(xiàn)，1957年烏克蘭專家發(fā)明了堿金屬水硬材料，因水化產(chǎn)物含有相當(dāng)一部分結(jié)構(gòu)與土壤中沉積巖組成類似的沸石、長石、霞石等產(chǎn)物，又稱之為土壤水泥或土聚物水泥。

堿激發(fā)膠凝材料是指具有火山灰活性或潛在水硬性的原料與堿性激發(fā)劑反應(yīng)而成的膠凝材料。

堿激發(fā)膠凝材料出現(xiàn)后，在世界范圍內(nèi)開展了廣泛深入的研究，形成了新的水泥混凝土研究分支，極大地促進(jìn)了水泥和混凝土制品的發(fā)展，曾被認(rèn)為或寄希望于完全替代水泥。

實際上，建材行業(yè)已經(jīng)大量應(yīng)用土聚材料技術(shù)成果，但短期內(nèi)難以完全替代水泥。主要原因是其工業(yè)廢渣原料的性質(zhì)常常不穩(wěn)定，差異比較大，難以適應(yīng)水泥混凝土的嚴(yán)格質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。但作為礦山充填膠結(jié)料，卻有其獨特優(yōu)勢：（1）礦山膠結(jié)充填的長期強度不重要，短期強度也要求不高，一般3～5MPa。（2）充填固化材料只要性質(zhì)長期穩(wěn)定無害就行，對變形收縮性、安定性、耐久性、腐蝕性等方面，無嚴(yán)格要求。（3）充填料種類雜，性質(zhì)差異大，膠凝材料必須有良好的適應(yīng)性。

本人以為，就目前主要以礦渣超細(xì)粉為原料的帶堿激發(fā)材料性質(zhì)的礦山充填膠凝材料而言，“凝石”稱謂未必合適，“土聚水泥”也過寬?？梢苑Q之為“礦山充填膠固料”或“礦山膠固料”

原中國礦業(yè)大學(xué)的孫恒虎教授在將土聚水泥材料技術(shù)引入礦山充填方面做了巨大貢獻(xiàn)，盡管其本世紀(jì)初提出的“凝石”概念在硅酸鹽材料界引起很大爭議。

對于“膠固料”能夠適應(yīng)泥化細(xì)料的原因，主要有兩個方面：

一是其主要原料礦渣超細(xì)粉本身很細(xì)，比表面積500m2/kg左右，普通水泥的比表面積按照國標(biāo)GB207-63規(guī)定為300m2/kg。

二是起激發(fā)作用的堿組分可能會與某些細(xì)粒成分有反應(yīng)，或水化作用。

人們發(fā)現(xiàn)堿礦渣水泥中摻入酸性巖石（珍珠巖、流紋巖）和中性巖石(安山巖、安英巖)的水泥活性有所提高，摻入黏土也可以增加堿礦渣水泥的活性；某些特定的情況下，堿性硅酸鹽溶液(水玻璃)有可能與天然石灰?guī)r反應(yīng)，形成具有膠凝性的、有一定強度的材料等。4、礦山充填膠固料開發(fā)與應(yīng)用問題（1）“膠固料”不是一種標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。目前處于分散開發(fā)，獨立經(jīng)營的封閉狀態(tài)，產(chǎn)品質(zhì)量和適應(yīng)性相差較大，其中混雜不少劣質(zhì)產(chǎn)品山東地區(qū)部分膠固料檢驗結(jié)果（單位：MPa）膠固料編號養(yǎng)護(hù)齡期1天3天7天28天1號0.040.912.092.332號0.050.440.991.543號0.151.582.442.674號0.020.320.841.525號0.040.170.480.75“萬”0.731.121.321.75L20.871.632.012.35曹莊煤礦矸石粉與粉煤灰混合充填（1:1）配比試驗結(jié)果（MPa）灰料比1:101:12濃度71%69%71%69%膠固料WTCL淄博WTCLWTCL淄博WTCL齡期強度(MPa)18小時1.100.310.970.830.240.661天1.220.341.040.970.270.773天1.870.531.831.430.391.237天2.610.892.101.920.641.6728天2.782.002.722.221.761.8260天3.253.142.902.472.572.16擴散度(cm)17.61821.217.318.321.0泌水率(%)6.528.811.268.779.312.2

（2）礦山充填膠固料的核心技術(shù)是激發(fā)材料的選擇和材料配比；發(fā)展趨勢是充分利用工業(yè)廢渣，降低產(chǎn)品成本。

（3）超細(xì)全尾砂的固化問題是“膠固料”面臨的新課題。由于研磨技術(shù)水平的提高和全尾充填壓力，充填尾砂越來越細(xì)，固化強度成為突出問題。

經(jīng)過多年研究，我們已取得了較大的技術(shù)突破。金鼎礦業(yè)超細(xì)尾砂新型膠固料幾個品種的試驗結(jié)果（MPa）序號膠固料型號灰料比濃度（%）擴散度(cm)泌水率(%)容重(g/cm3)試驗強度（MPa）1d3d7d28d60d1WTC3-11:656168.81.590.160.631.291.882.222WTC1-11:65615.55.71.620.240.981.411.672.113WTC2-21:656168.51.580.230.861.391.822.074WTC21S101:66015.57.691.711.01.391.992.43

5WTC21S071:456168.571.630.831.501.922.98

金鼎礦業(yè)小于325目的超細(xì)尾砂占55%左右，大于200目的33%左右。

（4）努力開發(fā)激發(fā)性和膨脹性膠凝材料。有些充填料，如矸石粉、粉煤灰等本身具有潛在活性，應(yīng)開發(fā)可激發(fā)其活性的膠固料。膨脹性對礦山充填具有重要意義。

肥城礦業(yè)曹莊煤礦試驗，灰料比1:6，石橫電廠劣質(zhì)粗粉煤灰與破碎煤矸石1:1混合充填，濃度69%，常溫養(yǎng)護(hù)下，獲得了17%～30%的膨脹量，28天強度1.4～2.0MPa。

淮北劉東礦的矸石粉、黃土和碎石粉混合充填試驗中也獲得常溫養(yǎng)護(hù)下，膨脹量15.3%。1天強度0.21MPa，28天強度1.7MPa的試驗結(jié)果。

人們早就注意到水泥所具有的高PH值，可使重金屬形成不溶性的氫氧化物或碳酸鹽形式而可被固化，因而水泥常備用做處理放射性或重金屬廢物的固封材料。研究表明，堿激發(fā)膠固料的高堿性，其水化過程形成的凝膠型沸石類礦物在形成時具有很大的粘性，能吸附有毒化學(xué)廢料。完全可以相信，膠固料具有比水泥更強的吸附和固化有害廢棄物的能力。

我們曾經(jīng)對山東歸來莊金礦的全泥氰化尾渣提出過一個“氧化破氰與膠結(jié)充填相結(jié)合的資源化處理”方案。該方案主要包括兩個思路：一是利用充填制漿過程進(jìn)行破氰處理；利用充填固化封閉有害物的滲出；二是利用氰化尾渣的高嶺土成分，通過焙燒處理有害物，形成膠結(jié)材料主原料。（5）積極開發(fā)可處理有害工業(yè)廢渣的膠固料。5、高濃度充填的幾個問題

（1）礦山充填膠固料充填料漿同樣需要高濃度。

膠固料充填料漿雖然離析較小，但低濃度同樣強度低，同樣有泌水、排水問題。

（2）高濃度充填的關(guān)鍵是計量控制和技術(shù)管理。

當(dāng)前充填質(zhì)量差的主要原因：一是計量控制水平低，甚至沒有計量；二是管理水平低，不重視礦山充填的技術(shù)性。

提高濃度須以料漿配比，特別是濃度的穩(wěn)定控制為前提。

我們主張：只要充填倍線允許，就盡可能提高濃度，甚至采用膏體充填濃度。（3）灰料比和濃度僅僅具有相對意義，不能作為充填效果的參考指標(biāo)。

同樣灰料比下，相同流動性的濃度值決定于充填料的粒級組成和細(xì)度。

幾種充填料的濃度變化試驗單位興盛礦業(yè)分級尾砂金鼎礦業(yè)全尾砂菏澤陳蠻莊黃土灰料比/濃度1:10/781:15/771:4/501:6/541:6/64強度(MPa)1天1.000.440.230.100.543天1.460.741.010.551.507天2.311.201.751.292.4828天3.591.692.501.504.01泌水率(%)7.610.28.010.36.9膠固料用量(kg/m3/p>

表中的灰料比和濃度相差較大，但3家高濃度料漿的流動性都差不多。