脫硫灰在充填固化劑中的應(yīng)用

劉麗芬 白曉光 張建華 霍帥 劉萍 朱旭偉

內(nèi)蒙古蒙西水泥股份有限公司

表1 某礦填充固化劑填充料漿濃度70%時(shí)，性能指標(biāo)參考值

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

采用脫硫灰摻入不同配方礦山充填固化劑，對(duì)某礦進(jìn)行全尾砂充填強(qiáng)度試驗(yàn)，根據(jù)脫硫灰對(duì)固化劑中各種物料的激發(fā)作用不同，對(duì)配方進(jìn)行不斷優(yōu)化，使其在滿足礦山充填指標(biāo)要求的前提下，達(dá)到配比最優(yōu)，性能最優(yōu)。

2.2 原材料的組成

1#西部鉛鋅尾砂、蒙西熟料、某廠礦渣、北方電力粉煤灰、某焦化廠脫硫灰及其它可用工業(yè)固廢材料及激發(fā)劑。

表2 脫硫灰的化學(xué)成分

表3 鉛鋅尾砂化學(xué)成分

表4 蒙西熟料化學(xué)成分及礦物組成

表5 f-CaO及計(jì)算礦物組成數(shù)據(jù)

表6 某廠礦渣化學(xué)成分

表7 北方電力粉煤灰

表8 硅鈣渣化學(xué)成分

表9 爐渣化學(xué)成分

2.3 試驗(yàn)條件及實(shí)驗(yàn)器材

40×40×160 mm三聯(lián)試模、振動(dòng)臺(tái)、70.7×70.7×70.7mm三聯(lián)試模、水泥膠砂攪拌機(jī)、水泥標(biāo)準(zhǔn)恒溫養(yǎng)護(hù)箱（溫度20±1℃，濕度≥90%）、流動(dòng)度截錐圓模（Φ70×60×Φ100mm），凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀。

2.4 試驗(yàn)方法

（1）將各種物料烘干后按配方比例制備成充填固化劑成品，要求：比表面積≥430m2/kg、水分≯1.0%。

（2）按《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》（GB/T 17671—1999），按照1：2水灰比、1：3灰砂比攪拌、振動(dòng)，裝入40×40×160mm三聯(lián)試模振實(shí)制成檢驗(yàn)試件，置于溫度20±1℃、相對(duì)濕度≥90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)24小時(shí)，脫模放置20±1℃的養(yǎng)護(hù)水中至規(guī)定齡期，進(jìn)行相應(yīng)齡期的充填固化劑抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

（3）凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定按GB/T1346規(guī)定進(jìn)行。

（4）將尾砂烘干或測(cè)定濃度（充分均勻后平行測(cè)定三次，取平均值）后備用。

（5）按一定的灰砂比和濃度稱取尾砂和固化劑及一定量的水，置于膠砂攪拌機(jī)至少攪拌3分鐘，使其充分均勻后分兩次裝入70.7×70.7×70.7mm三聯(lián)試模制成檢驗(yàn)試件，待試樣失去塑性后脫模，并置于溫度20±1℃，相對(duì)濕度≥90%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)，養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期，進(jìn)行相應(yīng)齡期的充填料漿抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

（6）充填料漿擴(kuò)展度的測(cè)定：用濕布擦拭玻璃板和截錐圓模，將攪拌好的漿體迅速注入圓模內(nèi)，用刮刀刮平，垂直方向迅速提起圓模，當(dāng)漿體不再擴(kuò)散時(shí)，用鋼尺量取相互垂直的兩個(gè)方向直徑，取平均值。

（7）凝結(jié)時(shí)間的測(cè)定按GB/T1346規(guī)定進(jìn)行。

（8）充填漿體齡期分為3天、7天、14天、28天四個(gè)齡期，每個(gè)濃度、灰砂比、齡期澆筑一條試模。

3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

考慮到脫硫灰的化學(xué)成分中SO3含量較高，故充填固化劑中脫硫灰摻量確定為1%。

3.1 脫硫灰對(duì)粉煤灰的激發(fā)作用

表10 充填固化劑實(shí)驗(yàn)配比

表11 充填固化劑物理性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

分析：從充填固化劑的物理性能來看，摻加1%脫硫灰，充填固化劑的標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量降低0.9%，凝結(jié)時(shí)間縮短34分，3天抗壓強(qiáng)度提高1.5MPa，28天抗壓強(qiáng)度降低1.7 MPa，說明脫硫灰對(duì)充填固化劑標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量有降低的作用；對(duì)凝結(jié)時(shí)間有縮短的作用，對(duì)3天強(qiáng)度具有激發(fā)作用，對(duì)28天強(qiáng)度具有降低的作用。

表12 尾砂底流動(dòng)度及配比數(shù)據(jù)

表13充填料漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：考慮到尾砂漿使用量較大，本次實(shí)驗(yàn)只做最大和最小1：4和1:12兩個(gè)灰砂比，強(qiáng)度齡期灰砂比1：4只3天和28天強(qiáng)度；灰砂比1：12只做7天和28天強(qiáng)度，在1:4的兩組固化劑，試驗(yàn)成型時(shí)摻加0.1%助磨劑。

表13 充填料漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

分析：從充填料漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看：（1）1：4配比：摻加1%脫硫灰的充填固化劑配制充填料漿3天、28天強(qiáng)度較未摻加脫硫灰的充填固化劑配制充填料漿3天強(qiáng)度提高0.12MPa、28天強(qiáng)度降低了0.04MPa，且擴(kuò)展度提高7mm。（2）1：12配比：摻加1%脫硫灰的充填固化劑配制的充填料漿3天、28天強(qiáng)度較未摻加脫硫灰的充填固化劑配制的充填料漿3天、28天強(qiáng)度分別提高0.03MPa、0.02MPa，且擴(kuò)展度提高13mm。（3）摻加助磨劑置充填料漿3天強(qiáng)度平均提高0.07MPa，28天強(qiáng)度平均提高0.1MPa，說明助磨劑可以提高充填料漿抗壓強(qiáng)度。

結(jié)論：脫硫灰對(duì)1:4充填料漿3天強(qiáng)度有提高的作用，對(duì)28天強(qiáng)度略有降低的作用，對(duì)料漿28天強(qiáng)度影響甚微，對(duì)1:12充填料漿3天、28天強(qiáng)度略有提高的作用。增大擴(kuò)展度，增強(qiáng)流動(dòng)性。

3.2 脫硫灰對(duì)硅鈣渣的激發(fā)作用

表14 充填固化劑實(shí)驗(yàn)配比

分析：（1）從充填固化劑的物理性能來看，充填固化劑中摻入5%的硅鈣渣替代5%的粉煤灰，摻加1%脫硫灰，充填固化劑的標(biāo)準(zhǔn)稠度降低1.0%，凝結(jié)時(shí)間縮短34分鐘，3天抗壓強(qiáng)度提高2.9MPa，28天強(qiáng)度降低2.1MPa。說明脫硫灰對(duì)充填固化劑3天強(qiáng)度具有激發(fā)作用，對(duì)28天強(qiáng)度具有降低的作用，（2）從表15和表11脫硫灰對(duì)粉煤灰激發(fā)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，脫硫灰對(duì)硅鈣渣的激發(fā)作用較對(duì)粉煤灰激發(fā)作用強(qiáng)。

表15 充填固化劑物理性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表16 尾砂底流動(dòng)度及配比數(shù)據(jù)

表17填充料漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：考慮到尾砂使用量較大，本次實(shí)驗(yàn)只做最大和最小1：4和1:12兩個(gè)灰砂比，強(qiáng)度齡期灰砂比1：4只3天和28天強(qiáng)度；灰砂比1：12只做7天和28天強(qiáng)度。

分析：從充填料漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看：（1）1：4配比：充填固化劑中摻入5%的硅鈣渣替代5%的粉煤灰，摻加1%脫硫灰的固化劑配制充填料漿較未摻加脫硫灰的固化劑配制的充填料漿3天、28天強(qiáng)度分別提高0.19MPa、0.32 MPa，且擴(kuò)展度提高10mm。（2）1：12配比：充填固化劑中摻入5%的硅鈣渣替代5%的粉煤灰，摻加脫硫灰的充填固化劑配制的充填料漿較未摻加脫硫灰的固化劑配制的充填料漿3天、28天強(qiáng)度分別提高0.17MPa、0.13MPa，且擴(kuò)展度提高14mm。（3）表13和表17充填料漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，說明脫硫灰對(duì)硅鈣渣的激發(fā)作用較對(duì)粉煤灰激發(fā)作用強(qiáng)。

表17 填充料漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

結(jié)論：脫硫灰對(duì)1:4充填料漿3天、28天強(qiáng)度有提高的作用，對(duì)1:12充填料漿3天、28天強(qiáng)度有提高的作用。脫硫灰對(duì)充填固化劑具有激發(fā)作用，且增加擴(kuò)展度，增強(qiáng)流動(dòng)性；脫硫灰對(duì)硅鈣渣的激發(fā)作用較對(duì)粉煤灰激發(fā)作用強(qiáng)。

3.3 脫硫灰對(duì)粉煤灰、爐渣、礦渣激發(fā)作用

表18 充填固化劑實(shí)驗(yàn)配比

表19 充填固化劑物理性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

分析：從充填固化劑的物理性能來看，分別摻加1%脫硫灰，5#較6#降低10%粉煤灰，提高10%的礦渣摻量，充填固化劑的標(biāo)準(zhǔn)稠度降低1.8%，凝結(jié)時(shí)間延長(zhǎng)34分，3天抗壓強(qiáng)度提高0.3MPa，28天強(qiáng)度降低0.2MPa.說明脫硫灰對(duì)礦渣的激發(fā)作用優(yōu)于粉煤灰；6#較7#相比，6#摻入10%粉煤灰，7#摻入10%的爐渣，充填固化劑的標(biāo)準(zhǔn)稠度提高1.4%，凝結(jié)時(shí)間縮短25分，3天抗壓強(qiáng)度提高0.7MPa，28天強(qiáng)度提高1.7MPa.說明脫硫灰對(duì)粉煤灰的激發(fā)作用優(yōu)于爐渣。說明脫硫灰對(duì)礦渣激發(fā)性最強(qiáng)，對(duì)粉煤灰激發(fā)性略次于礦渣，對(duì)爐渣的激發(fā)性最次，且和前兩種廢渣差異較大。

表20 尾砂底流動(dòng)度及配比數(shù)據(jù)

考慮到尾砂使用量較大，本次實(shí)驗(yàn)只做最大和最小1：4和1:12兩個(gè)灰砂比，強(qiáng)度齡期灰砂比1：4只3天和28天強(qiáng)度；灰砂比1：12只做7天和28天強(qiáng)度。

分析：從充填料漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看：（1）1：4配比：6#充填料漿3天、28天抗壓強(qiáng)度最高，5#次之，7#最低，擴(kuò)展度相差甚微。（2）1：12配比：7天強(qiáng)度5#最高，6#次之、7#最低，6#和5#相差甚微；擴(kuò)展度相差甚微。

結(jié)論：從充填料漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，說明脫硫灰對(duì)礦渣和粉煤灰激發(fā)性基本持平，對(duì)爐渣的激發(fā)性最次，且和前兩種廢渣差異較大。

3.4 脫硫灰和電石渣、白灰復(fù)配對(duì)固化劑的激發(fā)作用

表21 充填料漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

表22 充填固化劑實(shí)驗(yàn)配比

表23 充填固化劑物理性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

分析：（1）從充填固化劑的物理性能來看，充填固化劑中摻入5%的電石渣替代5%的粉煤灰，摻加1%脫硫灰，8#充填固化劑比10#充填固化劑標(biāo)準(zhǔn)稠度降低0.9%，凝結(jié)時(shí)間縮短37分，3天抗壓強(qiáng)度提高1.4MPa，28天強(qiáng)度降低3.0 MPa.說明脫硫灰對(duì)充填固化劑3天強(qiáng)度具有激發(fā)作用，對(duì)28天強(qiáng)度具有降低的作用、降低標(biāo)準(zhǔn)稠度、縮短凝結(jié)時(shí)間的作用。（2）充填固化劑中摻入5%的電石渣替代5%的白灰，摻加1%脫硫灰，9#充填固化劑比11#充填固化劑標(biāo)準(zhǔn)稠度降低1.2%，凝結(jié)時(shí)間縮短7分，3天抗壓強(qiáng)度提高2.2MPa，28天強(qiáng)度降低2.0MPa。說明脫硫灰對(duì)充填固化劑3天強(qiáng)度具有激發(fā)作用，對(duì)28天強(qiáng)度具有降低的作用、降低標(biāo)準(zhǔn)稠度、縮短凝結(jié)時(shí)間的作用。（3）說明脫硫灰和電石渣復(fù)配較脫硫灰和白灰復(fù)配對(duì)固化劑的激發(fā)作用強(qiáng)

表24 尾砂底流動(dòng)度及配比數(shù)據(jù)

表25充填料漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：考慮到尾砂使用量較大，本次實(shí)驗(yàn)只做最大和最小1：4和1:12兩個(gè)灰砂比，強(qiáng)度齡期灰砂比1：4只3天和28天強(qiáng)度；灰砂比1：12只做7天和28天強(qiáng)度。

表25 充填料漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

分析：從充填料漿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看：（1）1：4配比：充填固化劑中摻入5%的電石渣替代5%的粉煤灰，8#摻加1%脫硫灰的固化劑配制充填料漿較10#未摻加脫硫灰的固化劑配制的充填料漿3天、28天強(qiáng)度分別提高0.19MPa、0.09MPa，且擴(kuò)展度提高6mm。（2）1：12配比：充填固化劑中摻入5%的電石渣替代5%的粉煤灰，8#摻加脫硫灰的充填固化劑配制的充填料漿較10#未摻加脫硫灰的固化劑配制的充填料漿3天、28天強(qiáng)度分別提高0.05MPa、0.15MPa，且擴(kuò)展度提高7mm。（3）1：4配比：充填固化劑中摻入5%的白灰替代5%的粉煤灰，9#摻加1%脫硫灰的固化劑配制充填料漿較11#未摻加脫硫灰的固化劑配制的充填料漿3天、28天強(qiáng)度分別提高0.09MPa、0.16MPa，且擴(kuò)展度提高6mm。（4）1：12配比：充填固化劑中摻入5%的白灰替代5%的粉煤灰，9#摻加脫硫灰的充填固化劑配制的充填料漿較11#未摻加脫硫灰的固化劑配制的充填料漿7天、28天強(qiáng)度分別提高0.12MPa、0.71MPa，且擴(kuò)展度提高7mm。（5）綜合考慮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，脫硫灰和電石渣復(fù)配固化劑配制的充填料漿1：4配比3天、28天強(qiáng)度最高。

結(jié)論：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說明脫硫灰和電石渣復(fù)配效果最佳。

4 結(jié)論

（1）從充填固化劑物理性能試驗(yàn)來看，脫硫灰對(duì)充填固化劑3天抗壓強(qiáng)度具有激發(fā)作用，對(duì)28天抗壓強(qiáng)度具有降低的作用，降低充填固化劑標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量的作用。（2）從充填固化劑物理性能試驗(yàn)和充填料漿3天抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)來看，脫硫灰對(duì)硅鈣渣的激發(fā)作用最強(qiáng)，對(duì)礦渣和粉煤灰激發(fā)性基本相差甚微，對(duì)爐渣的激發(fā)性較差。（3）從脫硫灰和電石渣、白灰復(fù)配充填固化劑物理性能試驗(yàn)和充填料漿3天抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)來看，脫硫灰和電石渣復(fù)配結(jié)果較好。（4）從充填固化劑各種試驗(yàn)配比配置料漿強(qiáng)度來看，脫硫灰對(duì)充填料漿3天抗壓強(qiáng)度有明顯提高作用、對(duì)28天抗壓強(qiáng)度有提高作用，但是不明顯，對(duì)擴(kuò)展度具有提高的作用。（5）從充填料漿性能實(shí)驗(yàn)來看，使用脫硫灰做激發(fā)劑生產(chǎn)充填固化劑時(shí)，增加礦渣粉和粉煤灰摻量，使用電石渣和脫硫灰復(fù)配作為激發(fā)劑，對(duì)3天、28天抗壓強(qiáng)度激發(fā)效果最佳。