摘要：利用磷石膏和磷礦渣可配制出性能優(yōu)良的礦山充填料，提高礦山資源的綜合利用率，同時綜合利用了工業(yè)廢渣，減輕環(huán)境污染。充填料漿體的濃度對工作性和強度有顯著影響，適當?shù)牧蠞{濃度既能保證漿體具有足夠的自流性能，同時其強度發(fā)展也較為理想；磷礦渣在激發(fā)劑的作用下逐步水化硬化，與磷石膏構(gòu)成一個結(jié)晶結(jié)構(gòu)體，其強度隨著磷礦渣摻量的增加而提高。漿體的自流性能可簡化充填工藝，降低充填成本。
關鍵詞：充填料；磷石膏；磷礦渣；濃度；強度
0 前言
礦產(chǎn)資源是不可再生的自然資源，采用高效開采綜合技術，可合理開發(fā)和利用礦山資源，有效降低礦石的損失與貧化，達到資源利用最優(yōu)化，同時大幅度提高礦山的經(jīng)濟效益。
這樣，就必須按一定順序進行開采作業(yè)，使地壓顯現(xiàn)最小，采礦作用集中合理，有節(jié)奏地完成各生產(chǎn)過程，以保證礦井達到最大可能的生產(chǎn)能力。充填法采礦是一種在國內(nèi)外應用廣泛，能有效提高礦石開采利用率的方法。所謂充填采礦法是將礦塊分為礦房和礦柱兩部分，先采礦房，后采礦柱。礦房的開采也是分層進行，開采一層后將礦石運出，隨后填充這一層，然后再采其上一層，再填充這一層，如此循環(huán)進行，可將礦房全部開采。
目前充填法采礦應用日益增長，充填方法和所采用的材料也各不相同。按礦塊回采工作面推進的方向和回采工藝，充填采礦可分為上向分層充填采礦法、下向充填采礦法、壁式充填采礦法、削壁充填采礦法和支架充填采礦法五種；而按充填材料的性能和充填工藝，充填采礦法可分為膠結(jié)充填和非膠結(jié)充填兩大類。膠結(jié)充填法是近年來發(fā)展很快的一種方法，利用水泥等到膠凝材料將充填材料粘結(jié)在一起，形成具有強度的充填層。常用的充填材料有地表堆積的廢石、掘進坑邊的廢石、選礦廠的尾砂、冶煉廠的爐渣等等。由于水泥的價格較高，其成本可占到充填總材料成本的40%～60%，研究其它價格低廉同時能保證強度的材料替代水泥是一項非常有意義的工作，目前可用于取代水泥的常用替代膠凝材料有粉煤灰、水淬粒化高爐礦渣等。
我國是一個農(nóng)業(yè)大國，對化肥的需求量巨大。作為主要的化肥品種，磷肥的需求量與日俱增，各類磷肥廠的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大，與此同時，作為磷化工業(yè)的工作付產(chǎn)品磷石膏，排放量也逐年上升。目前我國磷石膏的年排放量已達3000 千萬噸以上，絕大部分企業(yè)采取設置堆場堆放，不僅投資大，維護費用高，而且占用了寶貴的國土資源，磷石膏中的有害雜質(zhì)在長期的堆放過程中，會滲入地下水而造成嚴重的環(huán)境污染，給社會和人民生活帶來危害。
而磷礦渣是磷化工業(yè)的另一工業(yè)付產(chǎn)品，每生產(chǎn)一噸黃磷要排放8～10 噸的磷礦渣，目前我國黃磷爐渣的排放量達200 多萬噸，基本上沒有得到有效的利用，作為廢渣堆積如山，而其中含有少量的磷酸根離子和氟離子也會隨雨水滲入地下，嚴重污染環(huán)境。但磷礦渣經(jīng)一定的處理后，可與水反應，具有顯著的膠凝性能。這是由于在生產(chǎn)過程中，將磷礦石進行冶煉而得到黃磷，處于熔融狀態(tài)下的爐渣經(jīng)水淬而冷卻，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，其中主要成分是硅酸鹽玻璃體，SiO2 和CaO 總含量近90%，具有潛在的水化活性。
本實驗采用磷化工業(yè)的工業(yè)付產(chǎn)品磷礦渣取代水泥作為膠凝材料，另一付產(chǎn)品磷石膏作為充填骨料，加入適量堿性激發(fā)劑，用于礦山充填，效果十分顯著，同是成本大大降低。
1 實驗材料
1.1 磷石膏：貴州開磷集團息烽重鈣廠
表1 磷石膏成分分析
注：參照磷肥生產(chǎn)石膏分析
1.2 磷礦渣：貴州開磷集團息烽磷業(yè)公司
表2 磷礦渣主要成分分析
經(jīng)烘干后的磷礦渣經(jīng)球磨機磨細，比表面積為3500cm2/g.
1.3 堿性激發(fā)劑：自配。
2 實驗方法及配合比設計
2.1 實驗方法
抗壓強度試驗參照《普通混凝土力學性能試驗方法》JG/T50081-2002 進行。
2.2 配合比設計
表3 配合比設計表
作為礦山充填材料，有兩個重要的技術指標，一是其加水拌合后所形成膏體的流動性，這關系到能否順利地完成澆注，二是充填料漿體硬化后的強度，這直接影響到充填層的承重能力。本試驗正是從以上兩方面考慮，研究磷礦渣與磷石膏復合作為礦山充填材料的基本配方和性能。
3 試驗結(jié)果及分析
3.1 試驗結(jié)果
表4 試驗結(jié)果
3.2 充填料漿濃度的影響
從表4 可以看出，對于任何一組配比，在每一個齡期，充填料漿的濃度對其強度的發(fā)展有直接的影響，隨著料漿濃度的增加，其強度相應提高，特別是后期強度提高顯著。圖3和圖4 分別列出了磷礦渣摻量為]20%和40%時，不同料漿濃度對其強度的影響。充填料漿中的水分有兩個基本功能，一是為了滿足磷礦渣的水化所需要用水，二是賦予料漿一定的流動性，便于料漿的輸送及成型。磷礦渣水化所需的水份有限，僅占其重量的18%左右，多余的水份在料漿成型后，會逐漸滲出，通過設在充填層周圍的排水系統(tǒng)排出。水分滲出后，料漿在自重作用下會發(fā)生一定程度的沉降，使結(jié)構(gòu)趨于密實。由于磷石膏粒徑較細，滲透系數(shù)僅為8.16×10-7cm/h，故水分滲出是一個漸進過程，對于濃度較小的漿體來說，其早期強度會因其較高的含水率而使其強度值較低，這是一個物理過程。而隨著時間的延續(xù)，磷礦渣在激發(fā)劑的作用下，會逐漸水化而形成強度，漿體隨之不斷硬化，與此同時漿體內(nèi)部的水分繼續(xù)失去，并在硬化漿體結(jié)構(gòu)內(nèi)部留下其原來所占有的空間，形成孔隙。因此，充填料漿的濃度越小，漿體含水率越高，在磷礦渣的水化過程中失水率也就越大，所形成硬化體結(jié)構(gòu)中的孔隙率隨之增加，從而導致其后期強度與高濃度漿體的后期強度相比有大幅度的降低。
3.3 磷礦渣摻量的影響
圖3 磷礦渣摻量對充填料28d 強度的影響
圖4 磷礦渣摻量對充填料90d 強度的影響
從表4 和圖3 及圖3 中可以明顯看出，隨著磷礦渣用量的增加，在其他配比不變的情況下，充填料漿體的強度隨之提高。以60%的料漿濃度為例，當黃磷爐渣摻量為10%、20%、30%和40%時，其28d 強度值分別為0.35MPa、0.39 MPa、0.61 MPa 和0.65 MPa，40%摻量較10%的強度提高近86%；而90d 強度值分別為0.89MPa、1.03 MPa、1.30 MPa 和1.63 MPa，40%摻量較10%的強度提高近83%。
磷礦渣在充填料中替代水泥，起著膠凝材料的作用。由于磷礦渣是由熔融狀態(tài)下經(jīng)水淬冷卻而成，其主要成分是硅酸鹽玻璃體，SiO2 和CaO 總含量近90%，具有潛在的水化活性，但激發(fā)劑作用下可逐漸水化硬化，生成具有強度的結(jié)晶結(jié)構(gòu)網(wǎng)。其水化特點是早期強度較低，但后期強度持續(xù)增長。由于磷石膏中殘留部分磷酸根離子，pH 值小于7，呈弱酸性。本試驗中所加入的激發(fā)劑為堿性激發(fā)劑，首先可中和磷石膏的酸性，同時還可激發(fā)磷礦渣的潛在水化活性。并且石膏對于黃磷爐渣而言，也是一種硫酸鹽激發(fā)劑，對磷礦渣的水硬性能也具有一定的激發(fā)作用。
3.4 充填材料的輸送方法
可以通過礦車或其他機械運輸，也可用風力、水力輸送，目前水力輸送應用比較廣泛。為了盡可能在降低充填成本，本試驗發(fā)現(xiàn)，當充填料漿濃度為60%左右時，料漿具有較好的流動性，充填料漿可通過管道自流的方式進行輸送，硬化后的充填體具有的強度也較高。
4 結(jié)論
?。?）利用磷石膏和磷礦渣可配制出性能優(yōu)良的礦山充填料，一方面可綜合利用工業(yè)廢渣，減少了因設置堆場而占用的寶貴國土資源，同時還減輕廢渣對環(huán)境造成的污染，產(chǎn)生了顯著的社會效益；另一方面可有效降低礦石的損失與貧化，充分利用礦山資源，達到資源利用最優(yōu)化，同時顯著降低了礦山充填成本，大幅度提高礦山的綜合經(jīng)濟效益；
?。?）充填料漿體的濃度對工作性和強度有顯著影響，為了便于輸送，料漿必須具有一定的流動性，但用水量會對強度造成負面影響，60%的料漿濃度既能保證漿體具有足夠的自流性能，同時其強度發(fā)展也較為理想；
（3）在激發(fā)劑的作用下，磷礦渣逐步水化硬化，可與磷石膏構(gòu)成一個結(jié)晶結(jié)構(gòu)體，其強度隨著磷礦渣摻量的增加而提高；磷礦渣作為膠凝能夠完全替代水泥，大幅度地降低充填
成本。
參考文獻
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3、膠結(jié)充填料優(yōu)化配比研究及強度預測 王新民 礦業(yè)快報 2006 年12 月 20-23
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5、影響煤矸石膠結(jié)充填體特性的因素分析 王新民 采礦科學技術前沿論壇論文集 2006 年11 月 66-70
Abstract: That using phosphoghpsum added with phosphor slag can produce mines tailings backfill with goodproperty increases the utilizing rate of mines resource, so the industrial by-products can be used comprehensively,at the same time the environmental pollution can be decreased. The consistency of paste filling has a markedinfluence on its workability and strength. Suitable consistency not only ensures the paste filling having sufficientfluidity but also makes it having adequate development to strength. Affected by activator the phosphor slaghydrates and hardens gradually to form a crystal structure with phosphogypsum which strength increases with theincreasing dosage of phosphor slag. The self-fluidity of paste filling predigests the filling technics, so the fillingcost can be decreased.
Key words：tailings backfill；phosphogypsum； phosphor slag；consistency；strength
