专利名称：一种充填用的有色矿山废石混凝土及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种采矿回填用的混凝土，本发明进一步涉及这种混凝土的制备
工艺，具体是采用有色矿山生产所产生的采矿废石、选矿尾砂、粉煤灰等有色金
属矿山废弃物为原料生产满足充填法采矿用的回填混凝土技术。
背景技术：
伴随着有色金属矿产资源的开发，大量的采矿废石随矿石采出地表同时，矿 山生产产生的采矿废水、选矿尾砂、以及冶炼、发电产生的矿渣、粉煤灰等被大 量的排放，造成部分资源的浪费，而且其中的重金属污染物会污染矿区土壤、水 体，严重破坏了矿区的自然环境和生态平衡。目前，在我国，大部分有色矿山的 采矿废弃物没有得到妥善处置。
自从20世纪90年代确立了可持续发展战略以来，发达的工业化国家相继把 循环经济看作是实现可持续发展的重要途径。对于矿山废弃物中的粉煤灰、水淬 渣，作为水泥及建筑材料，实现资源化利用的研究已经进行研究与开发。然而对 数量巨大的高重金属含量的采矿废石，目前还没有有效的资源化手段。据初步统 计， 一座中型有色矿产的开采，每年产生废石50-80万吨。这些废石堆放在露天， 引起大量粉尘，潜伏着发生泥石流、滑坡等自然灾害的隐患，并且大量的重金属 会进入水体、土壤，造成潜在的巨大危害，特别是这些有色金属矿山废弃物中大 量的重金属，如镍、铅、砷、镉，铬等，进入环境，污染水体、土壤就会严重危 害人类的健康。
为此，在保证采矿产量及安全的前提下，研究一种就地消耗上述矿山废弃物 的充填工艺，实现对废石、粉煤灰、水淬渣、尾砂和废弃物的再利用已成为共识。 其中，充填采矿技术被认为是21世纪最具发展前景的开采方法。该技术是将矿 山废弃物通过处理，回填到采空区，实现节约资源、保护环境而又有利于矿山生 产的一种新技术。由于充填材料和工艺是采矿循环作业中重要的一环，关系到作 业安全、生产任务、成本和环境保护一系列问题，有许多技术难题需要解决。国 内、外近年来在不断的探索和研究中，其中，充填采矿技术理论及相关环保措施、环保新材料、新技术和新工艺的应用成为重要的研究内容。但是，到目前为止，
利用矿山的井下废石制成混凝土进行充填，国、内外还很少有报道。虽然，国内
从90年代开始，有采用尾矿砂膏体泵送充填采空区的报导，然而，该工艺中充
填材料的大部分还是取自外界(例如生产用水使用生活用水)，并没实现废石、
废水及其他废弃物的大量资源化利用。
发明内容
本发明的目的是提供一种采矿回填用的混凝土，本发明进一步的目的是公开 这种混凝土的制备工艺，具体是利用有色金属矿山采矿和生产废弃物为骨料获得 回填混凝土，达到废弃物资源利用，保护环境，提高矿山经济效益的目的。
为了达到上述目的，本发明通过反复试验研究发现， 一些矿山的废石、选矿 尾砂、采矿废水，可以制成采矿回填用的混凝土。例如矿山产生的废石、采矿废 水、选矿尾砂等工业废弃物，通过改变其配方，即废石、选矿尾砂、粉煤灰、水 泥、及水的用量以及选用添加剂的最佳物料搭配方案，开发出一种符合回填要求
的废石混泥土。这种回填用的废石混泥土完全满足行业规定的指标要求A、废
石混凝土的坍落度》22cm， B、满足采场流动性能的要求和远距离可泵性能的要 求；C、满足强度要求，即R3》1.5Mpa， R7>2.5Mpa， R28^5.0Mpa。
本发明的具体工艺如下-
第一步，废石经过初选，然后破碎成直径为5-30mm颗粒，满足GB/T 14685-2001《建筑用卵石、碎石》要求；
第二步，将第一步选择和破碎的废石作为粗骨料，将选矿尾砂和粉煤灰作为
细骨料，按照废石选矿尾砂粉煤灰=(5~7): (4~6): (0~3)份重量量取， 作为混凝土的骨料，再按照骨料水泥=(7~11): l份重量量取水泥，再量取水 泥重量的0.3~1.5%外加剂，将它们放入搅拌器中进行搅拌；
第三步，将采矿废水添加到搅拌器中，按照常规工艺进行搅拌，制成重量百
分浓度为65~88%的混凝土砂浆，然后现场浇铸硬化成型，制成废石混凝土，直
接用于地下深度开采矿山的井下采矿回填生产，或将混凝土砂桨泵送到回填矿山
现场，浇注成型，制成废石混凝土，再进行回填。
上述外加剂可选用干粉萘系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂或丙羧酸减水剂。
上述水泥为标号32.5级以上的普通硅酸盐水泥。
本发明的优点如下
1. 由于本发明的混凝土的骨料用废石为粗骨料，用选矿尾砂、粉煤灰等作 为细骨料，在确保回填用混凝土强度的前提下，大量的使用了采矿废石，选矿尾 砂、粉煤灰等工业废料作为骨料和水泥的替代材料，最大限度实现废弃物的资源 利用，与现有的回填用的混凝土相比，原料成本每吨减少10~20%。
2. 由于本发明的混凝土不但能满足矿山生产的充填材料的技术要求，而且
可直接在地下深度开采矿山的井下生产，因此，可以节约矿山的采矿废石的提升 成本、减少矿山基建费用，具有显著的经济效益。
3. 本发明将大量的采矿废石、选矿尾砂、粉煤灰等工业废料充填了骨料、 水泥的用量，在显著的经济效益同时，最大限度实现了废弃物的资源利用，保护 生态环境，实现可持续发展，具有巨大的环境效益。。
4. 本发明的混凝土满足强度要求，即R3^1.5Mpa， R7》2.5Mpa， R28》 5.0Mpa;坍落度》22cm;可远距离泵送的要求(水平距离》500m，高程》30m.)， 因此完全可作为充填采矿法的充填混凝土。
具体实施例方式
实施例1
第一步，取自甘肃省的金属有色矿山，年平均从井下采掘40万吨有色金属 矿石，排放到地表的工程废石达到20万立方米(松方)。根据废石的物理性质试 验，选用大理岩、花岗岩和两者的混合岩，进行破碎至直径-10mm至-30mm，满 足GB/T 14685-2001《建筑用卵石、碎石》要求。
第二步，将第一步选择和破碎的废石作为粗骨料，将选矿尾砂和粉煤灰工业
废料作为细骨料，按照废石选矿尾砂粉煤灰为(5~7): (4~6): (1~3)份重 量量取，作为混凝土的骨料，再按照骨料水泥重量比为(7~10): 1量取水泥，
水泥为市售的标号32.5级以上的普通硅酸盐水泥。再量取水泥重量的03~1.5% 外加剂，外加剂为市售的干粉萘系减水剂，将它们放入搅拌器中进行搅拌。
第三步，将采矿生活废水添加到搅拌器中，按照常规工艺进行搅拌，制成重 量百分浓度为65~85%的混凝土砂浆，然后现场浇铸硬化成型，制成废石混凝土， 再运送到回填矿山进行回填；或将混凝土砂浆泵送到回填矿山现场，然后浇注成型，制成废石混凝土，再进行回填。
检测废石混凝土的强度为R3≥1.5Mpa， R7≥2.5Mpa， R28≥5.0Mpa，满足 强度要求;坍落度≥22cm;废石混凝土满足远距离泵送的要求(水平距离≥500m， 高程≥30m.)，可用于充填采矿法的充填混凝土。
实施例2
第一步，中国西部某有色金属矿山，年从井下排放到地表的工程废石达到 40万立方米(松方)/80万吨有色金属矿石。根据废石材料的物理性质试验选用 辉绿岩、花岗岩和它们混合岩，进行破碎至-5mm -30mm;
第二步，量取废石和其他工业废料选矿尾砂、以及水泥、外加剂。按废石 选矿尾砂=(5~7):(4 6)份重量量取，作为骨料。再按照骨料水泥重量比(7-11): l量取水泥，水泥为市售的标号32.5级以上的普通硅酸盐水泥。再量取水泥重量 的03~1%外加剂，外加剂为市售的干粉萘系减水剂，将它们放入搅拌器中进行 搅拌。
第三步，将采矿生产废水(经处理后符合ASTM C191标准)添加到搅拌 器中，进行搅拌，制成重量百分浓度为75~88%的混凝土砂浆，然后现场浇铸硬 化成型，制成废石混凝土，再运送到回填矿山进行回填；或将混凝土砂浆泵送到 回填矿山现场，然后浇注成型，制成废石混凝土，再进行回填。
经检测，废石混凝土的强度为R3≥1.5Mpa， R7≥2.5Mpa， R28≥5.0Mpa， 满足强度要求；坍落度≥22cm;废石混凝土砂浆满足远距离泵送要求(水平距 离≥500m,高程≥30m.)，可用于充填采矿法的充填用混凝土。
权利要求
1.一种充填用的有色矿山废石混凝土的制备方法，其特征在于第一步，废石经过初选，然后破碎成直径为-5至-30mm的颗粒，满足GB/T14685-2001《建筑用卵石、碎石》要求；第二步，将第一步选择和破碎的废石作为粗骨料，将选矿尾砂和粉煤灰作为细骨料，按照废石∶选矿尾砂∶粉煤灰为(5～7)∶(4～6)∶(0～3)份重量量取，作为混凝土的骨料，再按照骨料∶水泥＝(7～11)∶1份重量量取水泥，再量取水泥重量的0.3～1.5％外加剂，将它们放入搅拌器中进行搅拌；第三步，将采矿废水添加到搅拌器中，按照常规工艺进行搅拌，制成重量百分浓度为65～88％的混凝土砂浆，然后现场浇铸硬化成型，制成废石混凝土，直接用于地下深度开采矿山的井下采矿回填生产，或将混凝土砂浆泵送到回填矿山现场，浇注成型，制成废石混凝土，再进行回填。
2. 根据权利要求1所述的一种充填用的有色矿山废石混凝土的制备方法， 其特征在于所述的外加剂是干粉萘系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂或丙羧酸减水剂。
3. 根据权利要求1所述的一种充填用的有色矿山废石混凝土的制备方法， 其特征在于所述的水泥为标号32.5级以上的普通硅酸盐水泥。
4. 一种如权利要求1所述方法制备的充填用的有色矿山废石混凝土。
全文摘要
一种充填用的有色矿山废石混凝土及其制备方法，涉及一种采矿回填用的混凝土及其制备方法。先将废石破碎成5至30mm的颗粒；再按照废石∶选矿尾砂∶粉煤灰＝(5～7)∶(4～6)∶(0～3)份重量量取，作为骨料，并按骨料∶水泥＝(7～11)∶1份重量量取水泥，再量取水泥重量的0.3～1.5％外加剂，将它们和采矿废水一起在搅拌器中搅拌，制成重量百分浓度为65～88％的砂浆，然后现场浇铸硬化成型，制成废石混凝土，或将沙浆泵送到回填矿山现场，然后浇注成型，制成废石混凝土。经检测，该废石混凝土满足R3≥1.5MPa，R7≥2.5MPa，R28≥5.0MPa强度要求及坍落度≥22cm；水平距离≥500m，高程≥30m的可泵性能。本发明材料费节省10-20％，废石提升和矿山基建费用减少，具有显著的经济和环境效益。
文档编号C04B28/00GK101172818SQ200710047070
公开日2008年5月7日 申请日期2007年10月16日 优先权日2007年10月16日
发明者奇 冯, 王正辉, 马利民 申请人:同济大学