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摘要：水泥作为传统尾矿固结材料造成尾矿充填成本居高不下，而钢渣和氟石膏等工业废渣利用率不高，因此采用其制备钢渣矿渣氟石膏基胶结材来替代水泥，需要对其固结尾矿性能进行研究。通过对不同时间尾矿固结浆体的泌水量及流动度、不同水化龄期抗压强度变化趋势研究，发现钢渣矿渣氟石膏基明显优于P·O 42.5级水泥和中国2种常用尾矿固结剂，其尾矿固结体浸出液3 d后的PH值均在9.0以下，远低于这3种高碱性尾矿固结材料，浸出液氟离子浓度极低，对环境影响小。SEM分析也显示掺钢渣矿渣氟石膏基胶结材的尾矿固结体具有较为密实的微观结构。
关键词：钢渣；氟石膏；尾矿；抗压强度；毒性
中图分类号：X754
文献标志码：A
文章编号：16744764（2014）01013804
尾矿是矿山开采产生的颗粒废物，一般主要堆积在尾矿库中，大量尾矿堆放已引起严重的环境污染，尾矿库和采矿产生的采空区也带来了巨大的安全隐患。采用尾矿胶结充填技术进行井下充填，可以在保护资源环境和提高效益的前提下，实现矿山可持续发展，但传统尾矿固结充填技术中使用水泥作为固结材料来固结尾矿[16]，水泥单耗量大，造成尾矿充填成本居高不下，严重制约了充填技术的使用和发展。
因此，寻求价格低廉、来源广泛的水泥替代品，减少水泥用量是降低充填采矿法成本的重要途径。王新民等[7]采用80%粉煤灰和20%水泥制备成性能良好的矿井自流平充填用胶结材。祝丽萍等[8]以石灰和脱硫石膏激发粉煤灰制备胶结材固结尾矿，28 d固结体强度可达3～7 MPa，同时发现赤泥50%、矿渣30%、脱硫石膏10%和熟料10%制备胶凝材料，其1 d和7 d抗压强度分别比水泥固结充填试块提高了80%和44%[9]。吕宪俊等[10]、侯浩波等[11]利用60%以上矿渣和少量活化剂制备尾矿固结材料， 掺量低且固结尾矿性能优良。Ercikdi[1213]采用矿渣、硅粉和粉煤灰替代水泥用于高硫尾矿固结充填研究。Wang等[14]采用10%～12.5%水泥、10%～12.5%粉煤灰、75%～80%磷石膏和废石混合制备充填浆体，磷石膏中块状颗粒起填充骨料作用，28 d和90 d固结体抗压强度分别可达到0.81和2 MPa，但磷石膏作为良好资源未得到体现。Cihangir等[15]采用硅酸钠和氢氧化钠激发矿渣替代水泥，进行胶结高硫尾矿研究，360 d强度分别比水泥提高3倍以上。芬兰澳托昆普集团公司[16]采用矿渣配制胶凝材料用于固结充填，性价比高。Ouellot等[17]采用水泥、粉煤灰和炉渣作固结材料，可显著提高充填体早期强度。Petrolito[18]发现磷石膏锻烧和玻璃磨细后可替代部分水泥作胶结剂用于胶结充填，可降低充填成本并提高充填体强度。
综上所述，采用工业废渣替代水泥制备复合胶凝材料是大势所趋，但研究多集中在粉煤灰和矿渣等方面，直接利用工业石膏制备石膏类胶凝材料尾矿固结充填的研究较少， 未见利用氟石膏作为主要原料制备胶结材用于尾矿固结充填研究。另外，钢渣和矿渣具有相似的化学成分和矿相组分，但钢渣活性不高研究极少，矿渣则作为高活性工业废渣，广泛用于生产水泥和作为高性能混凝土掺合料，其掺量一直达到70%以上，矿渣已不能再归为工业废弃物；氟石膏含对环境、动植物和人体危害的有害物质[19]，使其成为对环境影响最为严重、利用难度最大的工业石膏废渣之一。因此采用钢渣替代部分矿渣复合改性氟石膏，降低尾矿固结材料的中矿渣用量，研究这种新型钢渣矿渣氟石膏基胶结材固结尾矿性能，意义明显。
黄绪泉，等：钢渣矿渣氟石膏基胶结材固结铜尾矿性能
1原材料与实验方法
1.1原材料
1.1.1尾矿固结剂氟石膏（FG）经脱酸处理粉磨，比表面积827 m2/kg，矿相成分主要是无水石膏，含少量氟化钙。矿渣（BFS）比表面积321.3 m2/kg，钢渣（SS）比表面积373.4 m2/kg，熟料比表面积334.6 m2/kg，自制HJ2外加剂。
关键词：钢渣；氟石膏；尾矿；抗压强度；毒性
中图分类号：X754
文献标志码：A
文章编号：16744764（2014）01013804
尾矿是矿山开采产生的颗粒废物，一般主要堆积在尾矿库中，大量尾矿堆放已引起严重的环境污染，尾矿库和采矿产生的采空区也带来了巨大的安全隐患。采用尾矿胶结充填技术进行井下充填，可以在保护资源环境和提高效益的前提下，实现矿山可持续发展，但传统尾矿固结充填技术中使用水泥作为固结材料来固结尾矿[16]，水泥单耗量大，造成尾矿充填成本居高不下，严重制约了充填技术的使用和发展。
因此，寻求价格低廉、来源广泛的水泥替代品，减少水泥用量是降低充填采矿法成本的重要途径。王新民等[7]采用80%粉煤灰和20%水泥制备成性能良好的矿井自流平充填用胶结材。祝丽萍等[8]以石灰和脱硫石膏激发粉煤灰制备胶结材固结尾矿，28 d固结体强度可达3～7 MPa，同时发现赤泥50%、矿渣30%、脱硫石膏10%和熟料10%制备胶凝材料，其1 d和7 d抗压强度分别比水泥固结充填试块提高了80%和44%[9]。吕宪俊等[10]、侯浩波等[11]利用60%以上矿渣和少量活化剂制备尾矿固结材料， 掺量低且固结尾矿性能优良。Ercikdi[1213]采用矿渣、硅粉和粉煤灰替代水泥用于高硫尾矿固结充填研究。Wang等[14]采用10%～12.5%水泥、10%～12.5%粉煤灰、75%～80%磷石膏和废石混合制备充填浆体，磷石膏中块状颗粒起填充骨料作用，28 d和90 d固结体抗压强度分别可达到0.81和2 MPa，但磷石膏作为良好资源未得到体现。Cihangir等[15]采用硅酸钠和氢氧化钠激发矿渣替代水泥，进行胶结高硫尾矿研究，360 d强度分别比水泥提高3倍以上。芬兰澳托昆普集团公司[16]采用矿渣配制胶凝材料用于固结充填，性价比高。Ouellot等[17]采用水泥、粉煤灰和炉渣作固结材料，可显著提高充填体早期强度。Petrolito[18]发现磷石膏锻烧和玻璃磨细后可替代部分水泥作胶结剂用于胶结充填，可降低充填成本并提高充填体强度。
综上所述，采用工业废渣替代水泥制备复合胶凝材料是大势所趋，但研究多集中在粉煤灰和矿渣等方面，直接利用工业石膏制备石膏类胶凝材料尾矿固结充填的研究较少， 未见利用氟石膏作为主要原料制备胶结材用于尾矿固结充填研究。另外，钢渣和矿渣具有相似的化学成分和矿相组分，但钢渣活性不高研究极少，矿渣则作为高活性工业废渣，广泛用于生产水泥和作为高性能混凝土掺合料，其掺量一直达到70%以上，矿渣已不能再归为工业废弃物；氟石膏含对环境、动植物和人体危害的有害物质[19]，使其成为对环境影响最为严重、利用难度最大的工业石膏废渣之一。因此采用钢渣替代部分矿渣复合改性氟石膏，降低尾矿固结材料的中矿渣用量，研究这种新型钢渣矿渣氟石膏基胶结材固结尾矿性能，意义明显。
黄绪泉，等：钢渣矿渣氟石膏基胶结材固结铜尾矿性能
1原材料与实验方法
1.1原材料
1.1.1尾矿固结剂氟石膏（FG）经脱酸处理粉磨，比表面积827 m2/kg，矿相成分主要是无水石膏，含少量氟化钙。矿渣（BFS）比表面积321.3 m2/kg，钢渣（SS）比表面积373.4 m2/kg，熟料比表面积334.6 m2/kg，自制HJ2外加剂。