DOC《铜渣-棒磨砂混合充填料的胶砂配比试验研究*》

对铜渣新用途的开发主要指根据铜渣的物理化学性能,用在其他的领域中,避免资源的浪费.当前主要的新用途有:利用铜渣的潜在活性作为矿化剂,生产铜渣水泥;

以炼铜水淬渣为骨料,混合水泥一起使用,压制成自重轻、保温隔热、抗渗的渣砖和隔热板等建筑材料;

还可以用于开发防护剂应用于建筑的防腐除锈领域等[3]. 针对金川矿山采用的下向分层充填工艺早期强度要求高以及冶炼铜渣堆积处理的现状,本文结合铜渣的物化特性,进行铜渣-棒磨砂混合充填材料的充填材料配比试验研究.以水泥作为胶凝材料,通过试验研究将铜渣掺入棒磨砂对充填体强度的影响、早强剂对铜渣掺量的影响.试验表明,早强剂作用下铜渣-棒磨砂充填体强度可以达到棒磨砂充填体的强度水平甚至更高.铜渣在胶结充填工艺中的应用有利于保护生态环境、减少土地资源浪费和实现资源再利用,从而实现经济、环境和社会效益的和谐发展.

2 试验材料物化特性 2.1 铜渣 金川铜矿冶炼炉渣的主要成分是FeO和SiO2,次要成分是CaO、MgO、Fe3O

4、Al2O

3、Cu2S、FeS等.不同的企业产生的铜渣中SiO

2、CaO、MgO、Al2O3的含量根据矿石的品质和冶炼工艺水平会有不同的差异,金川铜渣的化学成分见表1.将金川铜渣作为胶结剂使用还是作为充填骨料使用,需要对其矿渣质量进行评定,根据冶炼炉渣质量评定方法的相关规定: 表1 水淬铜渣主要化学成分(%) Fig

1 .Chemical composition of water quenching copper slag (%) 化学成分 含量/% Cu 0.79 Ni 0.02 FeO 56.95 SiO2 35.34 CaO 1.18 MgO 1.61 Al2O3 1.09 MFe 0.23 (1)矿渣的碱性系数根据其氧化物的比例来计算: (1) 当M0>

1称为碱性矿渣;

当M0=1称为中性矿渣;

当M02.5MPa,可以满足金川集团采矿工艺对早期强度的要求;

当铜渣掺量继续增大,试验强度与预测强度的差距也变大.误差出现的原因在于铜渣掺量的增加对充填骨料颗粒级配的改变,这成为另一个对充填体强度产生影响的因素.虽然试验强度值没有达到预测强度值,但对于试验的指导和设计具有积极的意义,可以在此基础上对建立的网络模型进行改进和完善. 表5.神经网络预测结果 Fig 5. The prediction results of neural network 编号 铜渣尾砂/% 早强剂/% 充填体预测强度/MPa 充填体试验强度/MPa 芒硝 亚硫酸钠 氯化钙 7d 7d

1 20 1.5 0.5 0.75 3.64 2.62

2 20

2 1

1 3.69

3 3

25 3

2 1 3.72 1.68

4 30

3 2

1 3.70 0.395

5 结论(1)以铜渣作为充填骨料加入在水泥胶凝材料中,铜渣的掺合量最高达到10%;

在早强剂作用下,铜渣的掺合量可以提高到15%,此时充填体3d、7d的强度可以达到1.5 MPa、2.5MPa以上,这个结果可以满足金川公司矿山下向分层充填工艺的充填体强度要求. (2)早强剂对充填体强度的提高具有明显的作用,单纯以棒磨砂为充填骨料,水泥为胶凝材料,充填体的7d强度为1.5MPa.通过试验观察得知,早强剂中芒硝的百分比为2%~3%、亚硫酸钠百分比为0.5%~1.5%、氯化钙百分比为0.5%~1%时,效果较好,超过这个范围随着用量的增加,强度反而会降低. (3)采用BP神经网络,在大量试验基础上建立充填体强度的预测模型.在BP神经网络预测的指导下,通过试验验证了铜渣掺合量提升至20%的可行性,随着铜渣用量的增加,预测与试验结果出现了一定的误差,但该模型具有自动学习和高精度预测的功能,进行一定的改进可以为后续试验的开展提供指导作用. 参考文献(References): [1] 李磊,王华,胡建杭,等.铜渣综合利用的研究进展[J].冶金能源,2009,28(1);