【摘要】：充填采礦法是國內外礦山最普遍的采礦作業(yè)方法,水泥則是礦山充填領域數十年來最常用的膠凝材料,但是,水泥用量大并帶來巨額成本,是目前礦山充填領域所面臨的重大難題。以我國南方某鉛鋅礦為例,充填材料成本達199元/m~3,綜合充填成本接近每年采礦總成本的1/2,成本之高為國內少見。礦渣是鋼鐵冶煉過程中排放的工業(yè)廢料,在我國有巨大的年排放量,占用了大量土地資源、造成了粉塵污染,同時給鋼鐵企業(yè)帶來高額礦渣治理費用,但礦渣具有優(yōu)良的潛在活性。從降低礦山充填膠凝材料成本的角度出發(fā),結合工業(yè)廢料資源化的迫切需求,開展以礦渣為主要原材料的礦山充填膠凝材料具有重要的戰(zhàn)略意義。本文以我國南方某鉛鋅礦新型充填膠凝材料研究的重點科研項目為依托,在課題組前期研究成果的基礎上,通過正交試驗與極差分析,得到一種低成本新型膠凝材料,其最優(yōu)配方組合為:礦渣53%、磷石膏22%、水泥15%、生石灰5%、NaOH3%及復合添加劑2%。并以理論分析、室內試驗、數值模擬、工業(yè)應用試驗為手段,開展了新型膠凝材料的強度及其料漿管道輸送特性研究。主要研究內容及結論如下:(1)采用X射線熒光光譜分析儀(XRF)、X射線衍射儀(XRD)、激光粒度分析儀等設備對原材料及分級尾砂的材料組分、界面微結構、產物結構及數量進行微觀分析;開展新型膠凝材料的配比研發(fā)試驗,確定最優(yōu)配方組合,分析該配方下新型膠凝材料的工作機理。(2)通過強度測試及顯微分析,認為新型膠凝材料充填料漿與水泥充填料漿各自形成充填體的強度受膠砂比影響均大于濃度;新型膠凝材料充填材料形成強度高于水泥充填材料,原因在于更快、更多地形成了針狀鈣礬石晶體,大量針狀鈣礬石晶體相互交織,且與C-S-H凝膠搭接,使得漿體更快、更強地表現出強度。(3)對充填料漿進行流動度、分層度、泌水率、屈服應力、黏性等材料流變特性測試,結合配比強度測試分析結果,認為當分級尾砂作骨料時,可以選用膠砂比1:4、濃度78%及膠砂比1:6、濃度78%的新型膠凝材料充填料漿分別替代某鉛鋅礦原用膠砂比1:3、濃度75%及膠砂比1:5、濃度75%的水泥充填料漿;在滿足了流動性的前提下,新型膠凝材料充填料漿的泌水率、形成強度都優(yōu)于水泥充填料漿。(4)采用ANSYS Fluent數值模擬對新型膠凝材料充填料漿及水泥充填料漿進行對比計算,得出兩者相近的管道輸送壓力、流速變化規(guī)律;通過控制變量法,研究了一定條件下,不同料漿濃度、管道內徑、充填倍線對料漿管道輸送的影響,得出結論:隨著料漿濃度的提高,管內料漿的流速小幅上升,管道每米壓力損失值大幅上升;隨著管道內徑的增大,管內料漿的流速降低,管道每米壓力損失值減小且趨近于線性變化;隨著管道充填倍線增大,管內料漿的流速逐漸降低,但幅度很小,而料漿的管道每米壓力損失值大幅上升。(5)進行了現場工業(yè)生產試驗,料漿的管道輸送情況良好,井下泌水量少于水泥充填料漿,6小時達到終凝且可上人;在充填系統(tǒng)及井下取樣,并分別在地表與井下養(yǎng)護相應齡期,后進行抗壓強度測試,結果顯示,工業(yè)試驗充填樣品均能滿足某鉛鋅礦充填強度設計要求,且井下樣品強度更高。(6)對新型膠凝材料及水泥分別制備的充填料漿進行了經濟性對比分析,結果表明,在流動性相近、強度更優(yōu)的情況下,使用新型膠凝材料制備料漿預算每年節(jié)約成本629.26萬元。
【學位授予單位】：廣州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TD853.34;TQ177
【圖文】：

低成本礦山充填膠凝材料開發(fā)及其管輸特性研究剪切應力與切變速率之間的關系被稱為流速率之間呈線性關系的漿體稱為牛頓體， 所示，非牛頓體又分為賓漢塑性體（a 線屈服應力的偽塑性體（e 線）四種流型[59-6

圖 3-1 礦渣形貌Fig. 3-1 Morphology slag礦石中 SiO2、Al2O3等雜質與燃料生，以硅酸鹽與鋁硅酸鹽為主要狀活性材料。通常含有 80%～90%礦物質。主要化學成分如表 3-1。表 3-1 礦渣化學組成Table 3-1 Chemical composition of slaggO Al2O3SiO2P2O5.074 14.588 30.983 0.028 rO2SO3K2O CaO .049 2.318 0.367 38.155

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 瞿圓媛;鄒德成;劉宓;劉慧;吳淼;;基于液壓管式流變試驗臺的彎管阻力損失試驗[J];煤炭科學技術;2009年12期

2 胡俊鴿;趙小燕;張東麗;;高爐渣資源化新技術的發(fā)展[J];鞍鋼技術;2009年04期

3 瞿圓媛;胡偉偉;郭光明;王星;陳潔;吳淼;;新型濃密膏體流變特性測試實驗臺研制與驗證[J];儀器儀表學報;2009年08期

4 鄧代強;高永濤;吳順川;;基于坍落度測試的粗骨料充填料漿流動性檢驗[J];北京建筑工程學院學報;2009年01期

5 何哲祥;古德生;;水力充填管道擠壓輸送方法試驗研究[J];湖南科技大學學報(自然科學版);2007年03期

6 劉海洋;王海霞;李維明;趙衛(wèi)強;;穩(wěn)定流狀態(tài)下似膏體料漿管輸臨界流速的研究[J];西部探礦工程;2007年06期

7 侯萬榮;李體剛;趙淑華;胡琴霞;金同和;劉洪利;李振輝;;我國礦產資源綜合利用現狀及對策[J];采礦技術;2006年03期

8 趙才智;周華強;瞿群迪;常慶糧;;膏體充填料漿流變性能的實驗研究[J];煤炭科學技術;2006年08期

9 孟慶華,許振良,郝宇,高振勇;水平管道中固體顆粒推移和懸移狀態(tài)的判別[J];水力采煤與管道運輸;2005年04期

10 許毓海,許新啟;高濃度(膏體)充填流變特性及自流輸送參數的合理確定[J];礦冶;2004年03期

相關博士學位論文 前2條

1 張?zhí)O;超細礦渣粉對混凝土結構、組成與性能影響研究[D];東北大學;2012年

2 周宗紅;夏甸金礦傾斜中厚礦體低貧損分段崩落法研究[D];東北大學;2006年

本文編號：2716660