一種地下礦山開採充填用的尾礦泡沫砂漿的製作方法
2023-07-18 10:58:06
本發明涉及一種泡沫砂漿，尤其是涉及一種用於礦山充填，以尾礦為主要原料的泡沫砂漿，不僅可廣泛用於礦山充填採礦技術中，還可用於市政，建築材料的加工和施工等領域。
背景技術：
泡沫砂漿是用物理方法將發泡劑水溶液製備成泡沫，主要組分包括水泥基凝材料、水及可選組分集料、摻和料、外加劑按照一定的比例的比例混合攪拌，並經物理化學作用硬化形成的一種輕質材料。
目前國內外礦山充填的充填材料多採用尾砂、集料、碎石等骨料，添加一定比例的膠結材料，如水泥、粉煤灰、鋼碴等，與水一起攪拌形成一定濃度的充填漿體或膏體，以自流或泵壓的形式輸送到採場，但都不同程度地存在著自身的缺陷。自流尾砂充填體是靠自重通過管道進行無壓輸送，該充填工藝的主要問題是充填管磨損大、充填漿料容易發生離析、分層等問題，使充填體強度低、變化大，往往滿足不了採場設計的充填體強度；同時，充填採場產生大量的析水(包括衝洗管道用水)，不僅汙染了採場環境，而且使充填接頂不好，降低充填效果。高濃度充填(膏體)能夠減小充填採場水汙染，具有較好充填接頂，但膏體充填存在兩個問題：一是膏體充填是泵壓輸送，需要引進一套泵壓輸送設備，系統工藝複雜、費用較高；二是泵送膏體經常出現堵管現象。堵管一旦發生，對其處理十分困難，不僅影響正常的充填工藝，而且處理堵管要付出艱辛勞動和高額代價。
近年來，人們越來越重視對充填採礦法充填工藝的改進，泡沫砂漿充填體技術就是其中一種。泡沫砂漿充填體是將混凝土、集料(包括細戈壁集料、細河砂、棒磨砂、粉煤灰、尾砂等)、水、發泡劑形成的泡沫以一定的比例和適量的外加劑進行混合均勻攪拌，經過一段時間的物理化學作用，待脫水乾燥硬化後形成的含有一定比率空隙的，具有一定強度的充填新材料。《金屬礦山》2013年第10期發表的「泡沫砂漿充填體的應用價值研究」一文中，為了取得更好的充填效果，以及節約成本，只能從充填材料上進行改進。經過多方面對比，並且借鑑其他礦山經驗，在此選擇泡沫砂漿作為充填材料。所選擇材料為水泥、自然砂、水、發泡劑等。通過泡沫砂漿充填的費用與常規砂漿充填的費用進行比較，可以看出泡沫充填技術具有很高的經濟效益。但該文中選擇的材料為水泥、自然砂，成本任然較高，只是比常規砂漿進行充填具有經濟性。
技術實現要素：
本發明的目的就是針對現有技術存在的上述問題的問題，而提供一種原料簡單、製作方便、成本低廉的地下礦山開採充填用的尾礦泡沫砂漿。
為實現本發明的上述目的，本發明一種地下礦山開採充填用的尾礦泡沫砂漿採用以下技術方案：
本發明一種地下礦山開採充填用的尾礦泡沫砂漿是由水泥、尾礦、生石灰、高鋁水泥、石膏、水經過攪拌混合、注入由發泡劑形成的泡沫製備而成，總量按100％計時的各組分質量百分含量為：
各組分質量百分含量優選為：
各組分質量百分含量進一步優選為：
所述的普通矽酸鹽水泥為高於或等於P.O32.5普通矽酸鹽水泥。
所述尾礦的粒度為0.074～3mm粒級含量≧90％，其中0.1～3mm粒級含量≧60％為宜；為了提高充填體抗壓強度，所述的尾礦粒度範圍以0.25～3mm佔90％以上為佳。
所述的生石灰為CaO含量≧85％，且生石灰經磨細至粒度為-0.074mm含量≧90％，以-0.074mm含量≧95％為佳。
所述高鋁水泥為鋁礬土和石灰為原料，按一定比例配製，經煅燒、磨細所製得的一種以鋁酸鹽為主要礦物成分的水硬性膠凝材料。
所述的石膏為生石膏，主要成分為CaSO4·2H2O。
所述的發泡劑為植物性高分子發泡劑。如臨沂市河東區科泰節能建材機械有限公司生產的植物性高分子發泡劑，該發泡劑用進口優質天然植物高分子材料為原料，經一系列複雜的化學反應生成，產品呈淺黃色的純淨透明油狀液體，對硬水不敏感，無毒、無味、無沉澱物，PH值接近中性，對水泥和金屬無腐蝕性，對環境不產生汙染。也可用其他廠家生產的植物性水泥發泡劑，如科泰水泥植物發泡劑。
所述的水為普通的自來水或礦井水、選礦循環水。
所述的尾礦泡沫砂漿製備方法為：將普通矽酸鹽水泥、尾礦、生石灰、高鋁水泥、石膏、水依次加入機械攪拌均勻，然後將泡沫引入砂漿，機械攪拌均勻即可。
本發明所採用的植物性高分子發泡劑，通過壓縮空氣的方法，使發泡劑溶液和被壓縮的空氣在混合室內混合，然後在壓縮空氣作用下，使混合物穿過一個特製的發泡筒，最終形成泡沫，引入砂漿中。
與現有技術相比較，本發明一種地下礦山開採充填用的尾礦泡沫砂漿的優點在於：
(1)在本發明的由尾礦為主要成分的泡沫砂漿中，尾礦的利用率達到了50％以上，而目前現有的充填材料多採用尾砂、集料、碎石等骨料，因此本發明的泡沫砂漿成本低廉，在充填施工時，能夠大幅度提高經濟效益。
(2)在本發明的由尾礦為主要成分的泡沫砂漿中，由於引入了泡沫，因此使其具有很好的流動，在管道輸送時不堵塞管道。目前充填材料的輸送過程中，管道的堵塞和磨損的問題還沒有很好的解決，而泡沫砂漿中的泡沫有很好的潤滑和減阻作用，能夠很好地改善輸送條件。
(3)在本發明由尾礦為主要成分的泡沫砂漿中，具有很好的抗離析性。常規充填材料充填過程中，常常會發生離析現象，不僅會造成水汙染，而且導致充填材料硬化後強度不夠均勻，影響充填效果。而尾礦泡沫砂漿的抗離析性能使充填強度均勻，避免水汙染採場環境。
(4)在本發明由尾礦為主要成分的泡沫砂漿中，具有較高的濃度和抗離析性，因此其接頂效果要比常規充填材料要好，幾乎達到100％。
具體實施方式
為更好地描述本發明，下面結合實施例，對本發明用一種地下礦山開採充填用的尾礦泡沫砂漿做進一步詳細說明。但本發明並不局限於實施例。
實施例1
本發明一種用於井下充填的尾礦泡沫砂漿，包括普通矽酸鹽水泥、尾礦、生石灰、高鋁水泥、石膏、發泡劑和水，按重量百分比稱取12.4％的普通矽酸鹽水泥，50％的鐵礦尾砂，1.24％的生石灰，1.24％的高鋁水泥，1.24％的石膏，0.8％的發泡劑和33.4％的水。
所述的尾砂為鐵尾礦砂，0.1～3mm粒級含量≧60％，尾礦中含S量、含土量分別小於1％和3％。
所述的膠凝材料中，水泥為海螺P.O32.5普通矽酸鹽水泥，比表面積為350m2/kg；生石灰為CaO含量為85％，且生石灰經磨細至-200目的含量為95％；高鋁水泥主要成分為鋁酸鹽；石膏為為生石膏，主要成分為CaSO4·2H2O。
發泡劑為植物性高分子發泡劑，發泡倍數為40倍。
將尾砂與水泥、生石灰、高鋁水泥、石膏和水按相應配比稱量後，置於攪拌器中攪拌2min，然後尾砂漿中加入泡沫，攪拌1分鐘，使之充分混合均勻，所形成的泡沫砂漿料，注入模具中放在振動臺上振動1分鐘，帶模試塊在溫度為25℃、溼度為90％的養護箱養護24h，養護24～48小時後就可拆模，養護3天就可使用。
對本發明泡沫砂漿進行抗壓強度試驗，從所配的泡沫砂漿中，製成的試塊，進行多次重複試驗，根據《建築砂漿基本性能試驗方法標準》的規程，用壓力試驗機壓砂漿試塊，以加荷速度應為每秒鐘0.25KN～1.5KN連續施壓，直至破壞，記錄壓力，承壓能力符合充填抗壓要求。
實施例2
本發明一種用於井下充填的尾礦泡沫砂漿，包括普通矽酸鹽水泥、尾礦、生石灰、高鋁水泥、石膏、發泡劑和水，按重量百分比稱取9％的普通矽酸鹽水泥，53.7％的鐵礦尾砂，0.9％的生石灰，0.9％的高鋁水泥，0.9％的石膏，0.9％的發泡劑和33.8％的水。按照上述質量百分比依次加入，混合機械攪拌均勻即可的到本發明的尾礦泡沫砂漿。其中各組分規格和廠家型號同實施例1。
實施檢驗方法同實施例1，本實施例中，改變了水泥和尾礦的比例，結果發現抗壓強度明顯降低，但能滿足發明效果。
實施例3
本發明一種用於井下充填的尾礦泡沫砂漿，包括普通矽酸鹽水泥、尾礦、生石灰、高鋁水泥、石膏、發泡劑和水，按重量百分比稱取13.3％的普通矽酸鹽水泥，53.3％的鐵礦尾砂，1.3％的生石灰，1.3％的高鋁水泥，1.3％的石膏，0.9％的發泡劑和28.6％的水。按照上述質量百分比依次加入，混合機械攪拌均勻即可的到本發明的尾礦泡沫砂漿。其中各組分規格和廠家型號同實施例1。
實施檢驗方法同實施例1，本實施例中，改變了水泥和尾礦質量濃度，保持灰砂比不變，結果發現抗壓強度明顯提高。
實施例4
本發明一種用於井下充填的尾礦泡沫砂漿，包括普通矽酸鹽水泥、尾礦、生石灰、高鋁水泥、石膏、發泡劑和水，按重量百分比稱取13.3％的普通矽酸鹽水泥，53.4％的鐵礦尾砂，1.3％的生石灰，1.3％的高鋁水泥，1.3％的石膏，0.7％的發泡劑和28.6％的水。按照上述配比依次加入，混合機械攪拌均勻即可的到本發明的尾礦泡沫砂漿。其中各組分規格和廠家型號同實施例1。
實施檢驗方法同實施例1，本實施例中，保持了水泥和尾礦的質量百分比的一致，改變了引入砂漿中的發泡劑質量百分比，結果發現抗壓強度隨著氣泡率的升高而逐漸降低。
實施例5－12
所述的尾砂為鐵礦尾礦，物料中－0.074mm粒級含量<30％，其中0.1～3mm粒級含量≧60％，尾礦中含S量小於1％。
所述的膠凝材料中，水泥為海螺P.O32.5普通矽酸鹽水泥，比表面積為350m2/kg；生石灰為CaO含量為85％，且生石灰經磨細至-200目的含量為90％～98％；高鋁水泥主要成分為鋁酸鹽；石膏為為生石膏，主要成分為CaSO4·2H2O。
發泡劑為植物性高分子發泡劑，發泡倍數為40倍。
表1實施例5－12中各組分質量百分含量(％)
上述實施例5－12，同樣採用壓力試驗機壓砂漿試塊，以加荷速度應為每秒鐘0.25KN～1.5KN連續施壓，直至破壞，記錄壓力，承壓能力全部符合充填抗壓要求。
本發明還對實施例6、實施例7、實施例8進行了工業試驗驗證，工業試驗在某地下鐵礦山充填採礦中進行。3個月的尾礦泡沫砂漿充填工業試驗結果表明，採用鐵礦尾礦泡沫砂漿進行充填，7天、28天的抗壓強度分別達到1.8～2.0MPa、3.2～3.5MPa，接頂率高達100％，完全滿足鐵礦山井下充填體強度要求；而且充填成本大幅度降低，比採用普通水泥砂漿充填降低了40％以上，比普通泡沫砂漿(以自然砂為主要原料)充填成本降低22％以上，取得了非常好的技術、經濟指標。