煉鐵水淬渣在膠結(jié)充填中的試驗與應用*

周 旭

(陜西煎茶嶺鎳業(yè)有限公司， 陜西 略陽縣 724308)

煉鐵水淬渣在膠結(jié)充填中的試驗與應用*

周 旭

(陜西煎茶嶺鎳業(yè)有限公司， 陜西 略陽縣 724308)

針對煎茶嶺鎳礦膠結(jié)充填骨料細度模數(shù)偏大的現(xiàn)狀，分析煉鐵水淬渣在膠結(jié)充填中作為骨料調(diào)整劑的可行性，試驗發(fā)現(xiàn)煉鐵水淬渣摻入人工砂可改善漿體的流動性，骨料細度模數(shù)可根據(jù)工況調(diào)整，在同等灰砂比條件下漿體膠凝作用有所提高，可減少膠結(jié)劑消耗量5%～10%，有效解決了骨料級配不良導致漿體和易性不佳的難題，同時降低了水泥的使用量，將工業(yè)廢料用于膠結(jié)充填，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。

膠結(jié)充填；煉鐵水淬渣；骨料；細度模數(shù)；塌落度

0 前 言

煉鐵水淬渣是高爐冶煉生鐵時，在鐵水表面上浮的一層在1500°C以上時產(chǎn)生的熔渣由排渣口泄出時經(jīng)水急冷，形成的細小顆粒狀礦物材料，表面粗糙多孔，質(zhì)地輕脆。由于煉鐵助熔劑一般為白云石或者石灰石，因此煉鐵水淬渣中的主要成分為SiO2、CaO、Al2O3，3種成分合計可達到90%以上，在堿性液相條件下，活性氧化硅和活性氧化鋁可進行水化反應，生成具有膠凝、固化特性的物質(zhì)，可不經(jīng)破碎直接當做輕質(zhì)建筑材料使用或者細磨后做為粒化高爐礦渣粉等輔助膠結(jié)劑使用。

試驗分別選用礦區(qū)附近A鋼廠和B鋼廠兩家煉鋼煉鐵水淬渣進行對比試驗，A鋼廠使用攪拌槽水淬工藝，B鋼廠選用爐前水淬工藝，煉鐵水淬渣pH值主要化學組成見表1(表中數(shù)據(jù)除了pH值外，均以以質(zhì)量分數(shù)計)。

表1 煉鐵水淬渣pH及化學組成

煎茶嶺鎳礦充填采用下向膠結(jié)充填工藝、管道自流輸送系統(tǒng)，料漿質(zhì)量濃度設定為78%，灰砂比為1∶4。充填粗骨料使用人工砂，膠結(jié)劑為PC·32.5復合硅酸鹽水泥和粒化高爐礦渣粉。人工砂由于受到生產(chǎn)工藝的限制，在含泥量不超過7%的約束條件下，細度模數(shù)平均為3.5，難以達到骨料細度模數(shù)2.6～2.9的技術(shù)要求，造成漿體流動度降低堵塞管道或者形成輸送泌水離析，使充填體不均勻、強度波動，局部巷道頂板自承強度減弱造成安全隱患。

為調(diào)整人工砂細度模數(shù)，提高漿體流動度，使充填體整體強度達到設計要求，同時預期降低充填成本，開展骨料細度模數(shù)調(diào)整劑的應用研究，尋找理想的替代材料。煉鐵水淬渣經(jīng)過工業(yè)化應用以來，有效調(diào)整了膠結(jié)充填骨料細度模數(shù)，提高了充填體強度，降低了充填成本，為煉鐵水淬渣的利用提供可借鑒的經(jīng)驗。

1 漿體塌落度實驗

膠結(jié)充填料漿通過管道自流輸送的流動度是依靠塌落度來衡量的，一般規(guī)律是料漿質(zhì)量濃度在78%時，塌落度在23～26 cm之間最適宜漿體自流。當料漿灰、砂、水配合比確定后，影響漿體塌落度的最主要因素是粗骨料的細度模數(shù)，骨料細度模數(shù)越大，塌落度越小，造成料漿流動度降低，從而導致漿體離析強度失控，因此需要對料漿塌落度進行控制。

要滿足料漿自流的需要，在水灰砂比根據(jù)強度設定不可更改的情況下，礦山需要尋找最適宜的料漿塌落度，只能從漿體骨料的細度模數(shù)和最佳級配入手進行配比實驗，因此首選可以改變骨料細度模數(shù)的煉鐵水淬渣，圖1為78%濃度充填料漿細度模數(shù)與塌落度關(guān)系曲線圖，表2為人工砂與煉鐵水淬渣混合料細度模數(shù)與塌落度試驗對比表。

圖1 78%濃度充填料漿細度模數(shù)與塌落度關(guān)系曲線

表2 人工砂與煉鐵水淬渣混合料細度模數(shù)與塌落度試驗對比表

人工砂與煉鐵水淬渣配比比例細度模數(shù)質(zhì)量濃度/%塌落度/cm10∶03．57815．97617．67321．29∶13．17818．77620．57323．18∶22．87822．97624．37327．57825．07∶32．67627．87329．2

由圖1和表2可知，料漿質(zhì)量濃度78%時，人工砂與煉鐵水淬渣配合比例在8∶2～7∶3時，骨料細度模數(shù)介于2.6～2.8之間，料漿塌落度為22.9～25.0 cm， 可達到管道自流輸送高濃度料漿最適宜條件。在人工砂與煉鐵水淬渣配合比例為10∶0和9∶1時，質(zhì)量濃度78%條件下，塌落度為15.9～18.7cm，充填料漿呈干硬性,管道自流輸送困難。雖然降低質(zhì)量濃度可以增加塌落度來提高漿體流動性，但將導致充填體強度的降低。因此單從塌落度方面來衡量，人工砂與煉鐵水淬渣配合比例為8∶2～7∶3，可獲得骨料2.6～2.8之間細度模數(shù)要求，實現(xiàn)料漿質(zhì)量濃度為78%時的最佳流動度。

2 煉鐵水淬渣的膠凝作用

根據(jù)國內(nèi)對煉鐵水淬渣膠結(jié)水化研究理論，實驗測定煉鐵水淬渣水化放熱特性、水化產(chǎn)物的種類和水化產(chǎn)物中 Ca(OH)2含量, 結(jié)果表明在復合膠凝材料的水化過程中，水泥和煉鐵水淬渣通過改變彼此的水化環(huán)境而產(chǎn)生膠結(jié)作用，但是煉鐵水淬渣對水泥的早期水化有延緩的作用，摻量越大，延緩作用越明顯，但是對后期水化有促進作用，且煉鐵水淬渣摻量越大、齡期越長, 促進作用越明顯。

將煉鐵水淬渣磨細到平均粒徑0.6 mm細度，可以作為摻合料用于水泥或混凝土使用，摻合量占水泥10%時，對充填體的強度和耐久性影響很小，完全容易滿足充填漿體的相關(guān)標準，但當煉鐵水淬渣的摻量超過20%以上時，會使水泥的強度降低，對早期強度的影響尤為明顯。

3 參數(shù)確定和配比實驗

通過塌落度實驗和膠凝作用綜合分析，由于煎茶嶺鎳礦使用煉鐵水淬渣主要是為了改善充填粗骨料級配，解決人工砂細度模數(shù)超高對高濃度料漿流動度降低的影響，對于其膠凝作用可不予考慮，實際上在保持水灰比不變的條件下，用煉鐵水淬渣替代部分水泥，相當于增大了水泥水化的實際水灰比，可減少水泥配比量。表3為試驗取得的煉鐵水淬渣摻入人工砂混合料強度表。

表3 煉鐵水淬渣摻入人工砂混合料強度

由表3可見，在人工砂中添加20%煉鐵水淬渣，不僅可將骨料穩(wěn)定在細度模數(shù)2.8，符合砂料的級配要求，而且充填強度比未添加煉鐵水淬渣的充填試塊的強度略高。

4 結(jié) 論

(1 )煉鐵水淬渣中大于60 μm的顆粒基本為惰性顆粒，對漿體強度的提升不明顯，但是作為骨料是可行的。 因此選用價格較低的渣池水淬渣或者爐前水淬渣更為有利，一是可以細度模數(shù)較小，對調(diào)整人工砂細度模數(shù)有利；二是由于攪拌槽水淬渣比其他兩種工藝的水淬渣顆粒過于均勻，±60 μm附近中間顆粒富集，粒徑分布范圍狹窄，對提高膠結(jié)性能反而沒有渣池水淬渣或者爐前水淬渣效果顯著。

(2) 煉鐵水淬渣對充填體早期的水化有一定的延緩作用 , 且煉鐵水淬渣的摻量越大, 對水泥水化的延緩作用越明顯。

(3) 煉鐵水淬渣配合人工砂可以調(diào)整充填骨料的細度模數(shù)，對漿體的和易性、流動性能的提升有明顯的幫助，在骨料級配難以控制的條件下，煉鐵水淬渣做為骨料級配調(diào)整材料使用是可行的。

(4) 適量添加煉鐵水淬渣可起到降低充填體水化熱、增強后期強度的作用。

(5) 煉鐵水淬渣按照工業(yè)廢料應用與交接充填，由于無需細磨，成本低廉，對降低充填成本和環(huán)保都會產(chǎn)生積極的作用。

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陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計劃項目(2014KTCL01-07).

2014-08-12)

周 旭(1973-),男，陜西勉縣人，工程師，從事采礦生產(chǎn)管理和膠結(jié)充填技術(shù)工作,Email：totof98@163.com。