周 旭

(陕西煎茶岭镍业有限公司， 陕西 略阳县 724308)

炼铁水淬渣在胶结充填中的试验与应用*

周 旭

(陕西煎茶岭镍业有限公司， 陕西 略阳县 724308)

针对煎茶岭镍矿胶结充填骨料细度模数偏大的现状，分析炼铁水淬渣在胶结充填中作为骨料调整剂的可行性，试验发现炼铁水淬渣掺入人工砂可改善浆体的流动性，骨料细度模数可根据工况调整，在同等灰砂比条件下浆体胶凝作用有所提高，可减少胶结剂消耗量5%～10%，有效解决了骨料级配不良导致浆体和易性不佳的难题，同时降低了水泥的使用量，将工业废料用于胶结充填，取得了良好的经济和社会效益。

胶结充填；炼铁水淬渣；骨料；细度模数；塌落度

0 前 言

炼铁水淬渣是高炉冶炼生铁时，在铁水表面上浮的一层在1500°C以上时产生的熔渣由排渣口泄出时经水急冷，形成的细小颗粒状矿物材料，表面粗糙多孔，质地轻脆。由于炼铁助熔剂一般为白云石或者石灰石，因此炼铁水淬渣中的主要成分为SiO2、CaO、Al2O3，3种成分合计可达到90%以上，在碱性液相条件下，活性氧化硅和活性氧化铝可进行水化反应，生成具有胶凝、固化特性的物质，可不经破碎直接当做轻质建筑材料使用或者细磨后做为粒化高炉矿渣粉等辅助胶结剂使用。

试验分别选用矿区附近A钢厂和B钢厂两家炼钢炼铁水淬渣进行对比试验，A钢厂使用搅拌槽水淬工艺，B钢厂选用炉前水淬工艺，炼铁水淬渣pH值主要化学组成见表1(表中数据除了pH值外，均以以质量分数计)。

表1 炼铁水淬渣pH及化学组成

煎茶岭镍矿充填采用下向胶结充填工艺、管道自流输送系统，料浆质量浓度设定为78%，灰砂比为1∶4。充填粗骨料使用人工砂，胶结剂为PC·32.5复合硅酸盐水泥和粒化高炉矿渣粉。人工砂由于受到生产工艺的限制，在含泥量不超过7%的约束条件下，细度模数平均为3.5，难以达到骨料细度模数2.6～2.9的技术要求，造成浆体流动度降低堵塞管道或者形成输送泌水离析，使充填体不均匀、强度波动，局部巷道顶板自承强度减弱造成安全隐患。

为调整人工砂细度模数，提高浆体流动度，使充填体整体强度达到设计要求，同时预期降低充填成本，开展骨料细度模数调整剂的应用研究，寻找理想的替代材料。炼铁水淬渣经过工业化应用以来，有效调整了胶结充填骨料细度模数，提高了充填体强度，降低了充填成本，为炼铁水淬渣的利用提供可借鉴的经验。

1 浆体塌落度实验

胶结充填料浆通过管道自流输送的流动度是依靠塌落度来衡量的，一般规律是料浆质量浓度在78%时，塌落度在23～26 cm之间最适宜浆体自流。当料浆灰、砂、水配合比确定后，影响浆体塌落度的最主要因素是粗骨料的细度模数，骨料细度模数越大，塌落度越小，造成料浆流动度降低，从而导致浆体离析强度失控，因此需要对料浆塌落度进行控制。

要满足料浆自流的需要，在水灰砂比根据强度设定不可更改的情况下，矿山需要寻找最适宜的料浆塌落度，只能从浆体骨料的细度模数和最佳级配入手进行配比实验，因此首选可以改变骨料细度模数的炼铁水淬渣，图1为78%浓度充填料浆细度模数与塌落度关系曲线图，表2为人工砂与炼铁水淬渣混合料细度模数与塌落度试验对比表。

图1 78%浓度充填料浆细度模数与塌落度关系曲线

表2 人工砂与炼铁水淬渣混合料细度模数与塌落度试验对比表

人工砂与炼铁水淬渣配比比例细度模数质量浓度/%塌落度/cm10∶03．57815．97617．67321．29∶13．17818．77620．57323．18∶22．87822．97624．37327．57825．07∶32．67627．87329．2

由图1和表2可知，料浆质量浓度78%时，人工砂与炼铁水淬渣配合比例在8∶2～7∶3时，骨料细度模数介于2.6～2.8之间，料浆塌落度为22.9～25.0 cm， 可达到管道自流输送高浓度料浆最适宜条件。在人工砂与炼铁水淬渣配合比例为10∶0和9∶1时，质量浓度78%条件下，塌落度为15.9～18.7cm，充填料浆呈干硬性,管道自流输送困难。虽然降低质量浓度可以增加塌落度来提高浆体流动性，但将导致充填体强度的降低。因此单从塌落度方面来衡量，人工砂与炼铁水淬渣配合比例为8∶2～7∶3，可获得骨料2.6～2.8之间细度模数要求，实现料浆质量浓度为78%时的最佳流动度。

2 炼铁水淬渣的胶凝作用

根据国内对炼铁水淬渣胶结水化研究理论，实验测定炼铁水淬渣水化放热特性、水化产物的种类和水化产物中 Ca(OH)2含量, 结果表明在复合胶凝材料的水化过程中，水泥和炼铁水淬渣通过改变彼此的水化环境而产生胶结作用，但是炼铁水淬渣对水泥的早期水化有延缓的作用，掺量越大，延缓作用越明显，但是对后期水化有促进作用，且炼铁水淬渣掺量越大、龄期越长, 促进作用越明显。

将炼铁水淬渣磨细到平均粒径0.6 mm细度，可以作为掺合料用于水泥或混凝土使用，掺合量占水泥10%时，对充填体的强度和耐久性影响很小，完全容易满足充填浆体的相关标准，但当炼铁水淬渣的掺量超过20%以上时，会使水泥的强度降低，对早期强度的影响尤为明显。

3 参数确定和配比实验

通过塌落度实验和胶凝作用综合分析，由于煎茶岭镍矿使用炼铁水淬渣主要是为了改善充填粗骨料级配，解决人工砂细度模数超高对高浓度料浆流动度降低的影响，对于其胶凝作用可不予考虑，实际上在保持水灰比不变的条件下，用炼铁水淬渣替代部分水泥，相当于增大了水泥水化的实际水灰比，可减少水泥配比量。表3为试验取得的炼铁水淬渣掺入人工砂混合料强度表。

表3 炼铁水淬渣掺入人工砂混合料强度

由表3可见，在人工砂中添加20%炼铁水淬渣，不仅可将骨料稳定在细度模数2.8，符合砂料的级配要求，而且充填强度比未添加炼铁水淬渣的充填试块的强度略高。

4 结 论

(1 )炼铁水淬渣中大于60 μm的颗粒基本为惰性颗粒，对浆体强度的提升不明显，但是作为骨料是可行的。 因此选用价格较低的渣池水淬渣或者炉前水淬渣更为有利，一是可以细度模数较小，对调整人工砂细度模数有利；二是由于搅拌槽水淬渣比其他两种工艺的水淬渣颗粒过于均匀，±60 μm附近中间颗粒富集，粒径分布范围狭窄，对提高胶结性能反而没有渣池水淬渣或者炉前水淬渣效果显著。

(2) 炼铁水淬渣对充填体早期的水化有一定的延缓作用 , 且炼铁水淬渣的掺量越大, 对水泥水化的延缓作用越明显。

(3) 炼铁水淬渣配合人工砂可以调整充填骨料的细度模数，对浆体的和易性、流动性能的提升有明显的帮助，在骨料级配难以控制的条件下，炼铁水淬渣做为骨料级配调整材料使用是可行的。

(4) 适量添加炼铁水淬渣可起到降低充填体水化热、增强后期强度的作用。

(5) 炼铁水淬渣按照工业废料应用与交接充填，由于无需细磨，成本低廉，对降低充填成本和环保都会产生积极的作用。

[1]周爱民.矿山废料胶结充填[M].北京：冶金工业出版社.2007.

[2]谭 歆.高炉水淬渣处理及利用技术[J].新疆钢铁，2010(3).

[3]金文法.等.胶结充填材料配比试验研究[J].采矿技术，2010(2)：15-16.

[4]李 宇.等.水淬渣的胶凝活性及其形成机理[J].过程控制学报，2007(2).

[5]周胜波.等.球磨立磨矿渣粉的粉体特性分析[J].矿业研究与开发,2006(8).

陕西省科技统筹创新工程计划项目(2014KTCL01-07).

2014-08-12)

周 旭(1973-),男，陕西勉县人，工程师，从事采矿生产管理和胶结充填技术工作,Email：totof98@163.com。