一種充填用的有色礦山廢石混凝土及其製備方法

2023-04-29 21:24:01

專利名稱：一種充填用的有色礦山廢石混凝土及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種採礦回填用的混凝土，本發明進一步涉及這種混凝土的製備
工藝，具體是採用有色礦山生產所產生的採礦廢石、選礦尾砂、粉煤灰等有色金
屬礦山廢棄物為原料生產滿足充填法採礦用的回填混凝土技術。
背景技術：
伴隨著有色金屬礦產資源的開發，大量的採礦廢石隨礦石採出地表同時，礦 山生產產生的採礦廢水、選礦尾砂、以及冶煉、發電產生的礦渣、粉煤灰等被大 量的排放，造成部分資源的浪費，而且其中的重金屬汙染物會汙染礦區土壤、水 體，嚴重破壞了礦區的自然環境和生態平衡。目前，在我國，大部分有色礦山的 採礦廢棄物沒有得到妥善處置。
自從20世紀90年代確立了可持續發展戰略以來，發達的工業化國家相繼把 循環經濟看作是實現可持續發展的重要途徑。對於礦山廢棄物中的粉煤灰、水淬 渣，作為水泥及建築材料，實現資源化利用的研究已經進行研究與開發。然而對 數量巨大的高重金屬含量的採礦廢石，目前還沒有有效的資源化手段。據初步統 計， 一座中型有色礦產的開採，每年產生廢石50-80萬噸。這些廢石堆放在露天， 引起大量粉塵，潛伏著發生泥石流、滑坡等自然災害的隱患，並且大量的重金屬 會進入水體、土壤，造成潛在的巨大危害，特別是這些有色金屬礦山廢棄物中大 量的重金屬，如鎳、鉛、砷、鎘，鉻等，進入環境，汙染水體、土壤就會嚴重危 害人類的健康。
為此，在保證採礦產量及安全的前提下，研究一種就地消耗上述礦山廢棄物 的充填工藝，實現對廢石、粉煤灰、水淬渣、尾砂和廢棄物的再利用已成為共識。 其中，充填採礦技術被認為是21世紀最具發展前景的開採方法。該技術是將礦 山廢棄物通過處理，回填到採空區，實現節約資源、保護環境而又有利於礦山生 產的一種新技術。由於充填材料和工藝是採礦循環作業中重要的一環，關係到作 業安全、生產任務、成本和環境保護一系列問題，有許多技術難題需要解決。國 內、外近年來在不斷的探索和研究中，其中，充填採礦技術理論及相關環保措施、環保新材料、新技術和新工藝的應用成為重要的研究內容。但是，到目前為止，
利用礦山的井下廢石製成混凝土進行充填，國、內外還很少有報導。雖然，國內
從90年代開始，有採用尾礦砂膏體泵送充填採空區的報導，然而，該工藝中充
填材料的大部分還是取自外界(例如生產用水使用生活用水)，並沒實現廢石、
廢水及其他廢棄物的大量資源化利用。

發明內容
本發明的目的是提供一種採礦回填用的混凝土，本發明進一步的目的是公開 這種混凝土的製備工藝，具體是利用有色金屬礦山採礦和生產廢棄物為骨料獲得 回填混凝土，達到廢棄物資源利用，保護環境，提高礦山經濟效益的目的。
為了達到上述目的，本發明通過反覆試驗研究發現， 一些礦山的廢石、選礦 尾砂、採礦廢水，可以製成採礦回填用的混凝土。例如礦山產生的廢石、採礦廢 水、選礦尾砂等工業廢棄物，通過改變其配方，即廢石、選礦尾砂、粉煤灰、水 泥、及水的用量以及選用添加劑的最佳物料搭配方案，開發出一種符合回填要求
的廢石混泥土。這種回填用的廢石混泥土完全滿足行業規定的指標要求A、廢
石混凝土的坍落度》22cm， B、滿足採場流動性能的要求和遠距離可泵性能的要 求；C、滿足強度要求，即R3》1.5Mpa， R7>2.5Mpa， R28^5.0Mpa。
本發明的具體工藝如下-
第一步，廢石經過初選，然後破碎成直徑為5-30mm顆粒，滿足GB/T 14685-2001《建築用卵石、碎石》要求；
第二步，將第一步選擇和破碎的廢石作為粗骨料，將選礦尾砂和粉煤灰作為
細骨料，按照廢石選礦尾砂粉煤灰=(5~7): (4~6): (0~3)份重量量取， 作為混凝土的骨料，再按照骨料水泥=(7~11): l份重量量取水泥，再量取水 泥重量的0.3~1.5%外加劑，將它們放入攪拌器中進行攪拌；
第三步，將採礦廢水添加到攪拌器中，按照常規工藝進行攪拌，製成重量百
分濃度為65~88%的混凝土砂漿，然後現場澆鑄硬化成型，製成廢石混凝土，直
接用於地下深度開採礦山的井下採礦回填生產，或將混凝土砂槳泵送到回填礦山
現場，澆注成型，製成廢石混凝土，再進行回填。
上述外加劑可選用乾粉萘系減水劑、氨基磺酸鹽系減水劑或丙羧酸減水劑。
上述水泥為標號32.5級以上的普通矽酸鹽水泥。
本發明的優點如下
1. 由於本發明的混凝土的骨料用廢石為粗骨料，用選礦尾砂、粉煤灰等作 為細骨料，在確保回填用混凝土強度的前提下，大量的使用了採礦廢石，選礦尾 砂、粉煤灰等工業廢料作為骨料和水泥的替代材料，最大限度實現廢棄物的資源 利用，與現有的回填用的混凝土相比，原料成本每噸減少10~20%。
2. 由於本發明的混凝土不但能滿足礦山生產的充填材料的技術要求，而且
可直接在地下深度開採礦山的井下生產，因此，可以節約礦山的採礦廢石的提升 成本、減少礦山基建費用，具有顯著的經濟效益。
3. 本發明將大量的採礦廢石、選礦尾砂、粉煤灰等工業廢料充填了骨料、 水泥的用量，在顯著的經濟效益同時，最大限度實現了廢棄物的資源利用，保護 生態環境，實現可持續發展，具有巨大的環境效益。。
4. 本發明的混凝土滿足強度要求，即R3^1.5Mpa， R7》2.5Mpa， R28》 5.0Mpa;坍落度》22cm;可遠距離泵送的要求(水平距離》500m，高程》30m.)， 因此完全可作為充填採礦法的充填混凝土。
具體實施例方式
實施例1
第一步，取自甘肅省的金屬有色礦山，年平均從井下採掘40萬噸有色金屬 礦石，排放到地表的工程廢石達到20萬立方米(松方)。根據廢石的物理性質試 驗，選用大理巖、花崗巖和兩者的混合巖，進行破碎至直徑-10mm至-30mm，滿 足GB/T 14685-2001《建築用卵石、碎石》要求。
第二步，將第一步選擇和破碎的廢石作為粗骨料，將選礦尾砂和粉煤灰工業
廢料作為細骨料，按照廢石選礦尾砂粉煤灰為(5~7): (4~6): (1~3)份重 量量取，作為混凝土的骨料，再按照骨料水泥重量比為(7~10): 1量取水泥，
水泥為市售的標號32.5級以上的普通矽酸鹽水泥。再量取水泥重量的03~1.5% 外加劑，外加劑為市售的乾粉萘系減水劑，將它們放入攪拌器中進行攪拌。
第三步，將採礦生活廢水添加到攪拌器中，按照常規工藝進行攪拌，製成重 量百分濃度為65~85%的混凝土砂漿，然後現場澆鑄硬化成型，製成廢石混凝土， 再運送到回填礦山進行回填；或將混凝土砂漿泵送到回填礦山現場，然後澆注成型，製成廢石混凝土，再進行回填。
檢測廢石混凝土的強度為R3≥1.5Mpa， R7≥2.5Mpa， R28≥5.0Mpa，滿足 強度要求;坍落度≥22cm;廢石混凝土滿足遠距離泵送的要求(水平距離≥500m， 高程≥30m.)，可用於充填採礦法的充填混凝土。
實施例2
第一步，中國西部某有色金屬礦山，年從井下排放到地表的工程廢石達到 40萬立方米(松方)/80萬噸有色金屬礦石。根據廢石材料的物理性質試驗選用 輝綠巖、花崗巖和它們混合巖，進行破碎至-5mm -30mm;
第二步，量取廢石和其他工業廢料選礦尾砂、以及水泥、外加劑。按廢石 選礦尾砂=(5~7):(4 6)份重量量取，作為骨料。再按照骨料水泥重量比(7-11): l量取水泥，水泥為市售的標號32.5級以上的普通矽酸鹽水泥。再量取水泥重量 的03~1%外加劑，外加劑為市售的乾粉萘系減水劑，將它們放入攪拌器中進行 攪拌。
第三步，將採礦生產廢水(經處理後符合ASTM C191標準)添加到攪拌 器中，進行攪拌，製成重量百分濃度為75~88%的混凝土砂漿，然後現場澆鑄硬 化成型，製成廢石混凝土，再運送到回填礦山進行回填；或將混凝土砂漿泵送到 回填礦山現場，然後澆注成型，製成廢石混凝土，再進行回填。
經檢測，廢石混凝土的強度為R3≥1.5Mpa， R7≥2.5Mpa， R28≥5.0Mpa， 滿足強度要求；坍落度≥22cm;廢石混凝土砂漿滿足遠距離泵送要求(水平距 離≥500m,高程≥30m.)，可用於充填採礦法的充填用混凝土。
權利要求
1.一種充填用的有色礦山廢石混凝土的製備方法，其特徵在於第一步，廢石經過初選，然後破碎成直徑為-5至-30mm的顆粒，滿足GB/T14685-2001《建築用卵石、碎石》要求；第二步，將第一步選擇和破碎的廢石作為粗骨料，將選礦尾砂和粉煤灰作為細骨料，按照廢石∶選礦尾砂∶粉煤灰為(5～7)∶(4～6)∶(0～3)份重量量取，作為混凝土的骨料，再按照骨料∶水泥＝(7～11)∶1份重量量取水泥，再量取水泥重量的0.3～1.5％外加劑，將它們放入攪拌器中進行攪拌；第三步，將採礦廢水添加到攪拌器中，按照常規工藝進行攪拌，製成重量百分濃度為65～88％的混凝土砂漿，然後現場澆鑄硬化成型，製成廢石混凝土，直接用於地下深度開採礦山的井下採礦回填生產，或將混凝土砂漿泵送到回填礦山現場，澆注成型，製成廢石混凝土，再進行回填。
2. 根據權利要求1所述的一種充填用的有色礦山廢石混凝土的製備方法， 其特徵在於所述的外加劑是乾粉萘系減水劑、氨基磺酸鹽系減水劑或丙羧酸減水劑。
3. 根據權利要求1所述的一種充填用的有色礦山廢石混凝土的製備方法， 其特徵在於所述的水泥為標號32.5級以上的普通矽酸鹽水泥。
4. 一種如權利要求1所述方法製備的充填用的有色礦山廢石混凝土。
全文摘要
一種充填用的有色礦山廢石混凝土及其製備方法，涉及一種採礦回填用的混凝土及其製備方法。先將廢石破碎成5至30mm的顆粒；再按照廢石∶選礦尾砂∶粉煤灰＝(5～7)∶(4～6)∶(0～3)份重量量取，作為骨料，並按骨料∶水泥＝(7～11)∶1份重量量取水泥，再量取水泥重量的0.3～1.5％外加劑，將它們和採礦廢水一起在攪拌器中攪拌，製成重量百分濃度為65～88％的砂漿，然後現場澆鑄硬化成型，製成廢石混凝土，或將沙漿泵送到回填礦山現場，然後澆注成型，製成廢石混凝土。經檢測，該廢石混凝土滿足R3≥1.5MPa，R7≥2.5MPa，R28≥5.0MPa強度要求及坍落度≥22cm；水平距離≥500m，高程≥30m的可泵性能。本發明材料費節省10-20％，廢石提升和礦山基建費用減少，具有顯著的經濟和環境效益。
文檔編號C04B28/00GK101172818SQ200710047070
公開日2008年5月7日 申請日期2007年10月16日 優先權日2007年10月16日
發明者奇 馮, 王正輝, 馬利民 申請人:同濟大學