新桥硫铁矿磷石膏分层胶结充填技术可靠性研究硕士学位论文.doc
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1、分类号分类号- 密级密级- UDC- 编号编号- CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 硕士学位论文硕士学位论文 论论 文文 题题 目目 新新桥桥硫硫铁矿铁矿磷石膏分磷石膏分层层胶胶结结 充填技充填技术术可靠性研究可靠性研究 学学科科、 、专专业业 安安 全全 管管 理理 工工 程程 分类号分类号- 密级密级- UDC- 编号编号- 硕士学位论文 新桥硫铁矿磷石膏分层胶结充填技术可靠性研究新桥硫铁矿磷石膏分层胶结充填技术可靠性研究 Reliability of Cemented Phosphgypsum Backfilling in Xinqiao Pyrite Mine 论文答辩
2、日期: 答辩委员会主席: 原创性声明原创性声明 本人声明,所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知,除了论文中特别加以标注和致 谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果, 也不包含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。 与我共同工作的同志对本研究所作的贡献均已经在论文中作了明确 的说明。 作者签名: 日期: 年 月 日 关于学位论文使用授权说明关于学位论文使用授权说明 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定,即:学校 有权保留学位论文,允许学位论文被查阅和借阅;学校可以公布学 位论文的全部或部分内容,可以采用复印、缩印或其
3、它手段保存学 位论文;学校可根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文。 作者签名: 导师签名: 日期: 年 月 日 中南大学硕士学位论文 摘要 I 摘 要 为解决新桥硫铁矿充填骨料来源不足的难题,利用铜陵化工集团公司六国 公司固体废料磷石膏进行了磷石膏分层胶结充填关键技术研究,并对该技术的 可靠性进行了科学评价。 第一,在磷石膏物理力学性质和化学成分测定分析的基础上,对磷石膏用 作充填骨料的可行性进行了评价,评价分析和探索性试验均表明,陈旧磷石膏 是较好的充填骨料,但新排放磷石膏由于残留磷较高,且采装、运输困难,不 宜采用。 第二,通过大量室内配比试验,得出了磷石膏分层胶结充填的最佳配比参 数
4、,即矿柱回采时水泥:粉煤灰:旧膏=1:1:8 或 1:2:6(质量比) ,质量浓度=57%; 第二步矿房回采时水泥:旧膏=1:20(质量比) ,质量浓度=57%;分层胶面充填 采用江砂、旧膏混合骨料,配比参数为:水泥:粉煤灰:(旧膏+江砂) =1:1:6(质量比) ,其中江砂:旧膏=2:3,质量浓度=65%。 第三,测定了推荐配比充填料浆的流动参数,结果表明推荐配比充填料浆 具有良好的流动性能,完全满足管道自流输送要求。 第四,在对水泥、粉煤灰、磷石膏胶结充填体微观结构电镜扫描的基础上, 分析了磷石膏胶结充填作用机理。 第五,为适应磷石膏胶结充填需要,对新桥硫铁矿当前充填系统提出了改 造方案。
5、 第六,通过定性分析和水力计算,对磷石膏胶结充填技术的可靠性进行了 评价,认为磷石膏胶结充填技术满足环保要求,充填制备系统运行可靠,搅拌 均匀,管道输送能力满足生产要求,浆体流动平稳、可靠。 第七,对磷石膏胶结充填进行了效益分析,磷石膏胶结充填综合材料成本 33.5 元m-3,比当前矿山使用的江砂胶结充填材料成本(54.85 元m-3)降低 38.9%。 磷石膏分层胶结充填是一项创新性的矿山充填技术,研究成果不仅可以彻 底解决新桥矿充填骨料来源有限、充填质量偏低的技术难题,而且为固体废料 磷石膏提供一条新的处理途径,经济效益、环境效益和社会效益显著。 关键词:关键词:磷石膏分层胶结充填,充填材
6、料,充填机理,可靠性 中南大学硕士学位论文 ABSTRACT II ABSTRACT It is the best way to introduce cemented phosphgypsum backfill technology in Xinqiao Pyrite Mine(XPM), Anhui province, in order to overcome backfill aggregate shortage face to the mine and to treat solid waste of phosphgypsum produced in Liuguo Branch of To
7、ngling Chemical Industry Group Co., Ltd. Key techniques related to cemented phosphgypsum backfill were studied and reliability of the technology was evaluated in this paper. Firstly, feasibility using phosphgypsum as backfill aggregate was evaluated based on measurement of physical and mechnical fat
8、ures and chemical component of phosphgypsum. Both feasiblity study and trial experiment result indicate that old phosphgypsum is a kind of qualified backfill aggregate but newly produced phosphgypsum is not suitable for backfill due to great phosphorus content and difficult supply process. Secondly,
9、 following optimal proportion of various backfill materials was suggested by large amount of laborarorial experiment: (1)mass ratio of cement to fly ash to old phosphgypsum and mass fraction of backfill slurry are 1:1:8 or 1:2:6 and 57% for first-step pillar backfill, 1:0:20 and 57% for second-step
10、room backfill, respectively, and (2) mass ratio of cement to fly ash to old phosphgypsum and sand is 1:1:6, in which ratio of old phosphgypsum to sand is 3:2, and mass fraction of backfill slurry is 65% for surface of layer backfill. Thirdly, flow featue measurement of backfill slurry means that bac
11、kfill slurry with suggested ratio could be transported by gravity in pipeline smoothly. Fourthly mechanism of cementd phosphgypsum backfill was clarified by scan observation of electron microcope to microstructure of cemented phosphgypsum backfill body. Fifthly, improving schem of present cemented s
12、and backfill system employed in CMC was proposed for the usage of cemented phosphgypsum backfill technology. Sixthly, reliability of cemented phosphgypsum backfill technology was studied on the basis of qualitative analysis and hydraulic calculation. It is proved that the technology can meet environ
13、mental protection demand, backfill slurry can be even mixted and manufactured smoothly, backfill slurry can be transported reliably, and backfill capacity is enough. Finaly, it is computed that direct cost of backfill materials for cemented 中南大学硕士学位论文 ABSTRACT III phosphgypsum backfill is 33.5 Chine
14、se Yuan per cublic meter, 38.9 percent lower than that for cemented san backfill (54.85 Chinese Yuan per cublic meter). Cemnted phosphgypsum layer backfill is seldom used on overboard and domestic mines. Researching works carried out in this paper have obvious economical, enviormental and social ben
15、efit, because the technology can not only solve such difficultied as backfill aggregate shortage and poor backfill quality in XPM, but also supply a new way to treat solid waste of phosphgypsum in large scale. Key words:cemented phosphgypsum backfill, material of backfill, mechanism of backfill, rel
16、iability 中南大学硕士学位论文 目录 IV 目 录 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY.1 摘摘 要要I ABSTRACT.II 目目 录录.IV 第一章第一章 绪绪 论论1 1.1 研究背景.1 1.2 国内外研究现状及进展.3 1.2.1 充填工艺及材料技术研究.3 1.2.2 基本水力输送参数研究.5 1.2.3 充填体力学性能(作用机理)研究.5 1.2.4 充填系统可靠性研究.7 1.2.5 磷石膏综合利用现状.9 1.3 主要研究内容及方法.12 第二章第二章 磷石膏分层胶结充填关键技术参数研究磷石膏分层胶结充填关键技术参数研究14 2.1 磷石膏作为充填骨料
17、的物化性能分析.14 2.1.1 充填料选择.14 2.1.2 主要充填料物化性能测定.14 2.1.3 充填料充填性能初步评价.16 2.2 新、旧磷石膏胶结充填探索性试验.17 2.2.1 充填材料配比选择原则.17 2.2.2 室内配比试验方法.18 2.3 旧膏胶结充填配比及流动特性试验.20 2.3.1 强度试验安排.20 2.3.2 强度试验结果及分析.21 2.3.3 推荐配比充填浆体流动特性试验.24 2.4 新膏胶结充填配比试验.26 2.4.1 新膏预处理方法.26 2.4.2 石灰添加量确定.26 2.4.3 处理后新膏胶结充填配比试验.26 2.5 本章小结.27 第三
18、章第三章 磷石膏胶结充填作用机理研究磷石膏胶结充填作用机理研究28 3.1 磷石膏的胶凝特性.28 3.2 粉煤灰、普通水泥的矿物组成及结构.29 3.2.1 粉煤灰在充填体中的作用.29 3.2.2 粉煤灰的矿物组成及结构.29 3.2.3 普通水泥的矿物组成及结构.30 3.3 粉煤灰与普通水泥水化反应能力的热力学判断.30 3.4 粉煤灰、水泥的水化反应机理.32 中南大学硕士学位论文 目录 V 3.4.1 单矿物水化.32 3.4.2 多矿物的化合反应.33 3.4.3 活性矿物的水化速度.33 3.4.4 粉煤灰在水泥砂浆中的水化反应过程模型.34 3.5 粉煤灰、水泥、磷石膏胶结作
19、用机理.35 3.5.1 浆体结构的形成过程.35 3.5.2 浆体结构的特性.36 3.5.3 粉煤灰、普通水泥、磷石膏胶结硬化体的微观结构.37 3.5.4 硬化体的孔结构.39 3.5.5 硬化体中的水及其转移规律.40 3.5.6 粉煤灰、普通水泥、磷石膏胶结体的水化反应机理.41 3.5.7 新、旧磷石膏胶结性能的差异.43 3.5.8 江砂、旧磷石膏混合骨料胶结性能.44 中南大学硕士学位论文 第一章 绪论 -1- 第一章 绪 论 1.1 研究背景 现代文明有三大支柱,即能源、材料和信息,而矿产资源则构成了能源和 材料两大支柱的主体。矿产资源的勘探、开发和利用是国民经济重要基础产业
20、 之一。据统计,我国 92%以上的一次能源、80%的工业原材料、70%以上的农 业生产资料都来自于矿产资源。 我国矿产资源开发经过 50 多年的发展,已经形成了较完整的工业体系,奠 定了雄厚的物质基础,相关的学科得到很大的发展。我国已成为矿产资源生产 和消费主要国家之一,自 2002 年起我国 10 种有色金属产量突破 1000 万 t,成 为世界有色金属第一生产大国;主要有色金属的消耗在世界上名列前茅,如 2002 年中国铜、锌、锡消耗量分别为 268 万 t、168 万 t 和 47 万 t,以 18%、19%和 17%的占有率具世界第一位;铅金属消耗量 92 万 t,仅次于美国具世界第二
21、位 (占世界总消耗量的 13%)1。钢铁产量早已突破 3 亿 t,位居世界第一,煤炭 储量及产量也居世界首位。矿产资源已经成为支持国民经济发展的重要物质基 础。随着我国国民经济的持续稳定快速发展,以及全球制造业向我国的进一步 集中,对矿产资源的需求还将快速增长。 与我国巨大的消费潜力相比,大多数矿产资源,尤其是金属的供应远远不 能满足国民经济快速增长的要求。如我国 2002 年铜自给率(国内铜矿山产量与 回收量之和与消费量的比率)仅为 33%2。供应的短缺固然与消费的过快增长 有关,但更多的原因在于探明储量十分有限及综合回收率偏低。我国除有限的 几种资源(如稀土、锡、钨等)在世界上占有绝对优势
22、外,大部分金属的探明 储量都偏低,根据 Mineral commodity summaries 2003 提供的数据,中国铜、钴、 镍探明储量占世界总储量的比例仅为 5%、3%和 6%。另一方面,由于多年的强 化开采,众多的老矿业基地资源相继消耗殆尽。据统计,近 15 年来我国原有的 190 座大型有色金属矿山已有 62%闭坑停产。根据保有储量和生产能力估算, 到 2010 年,196 座国有铜矿山、195 座国有铅锌矿山、106 座国有钨矿山、85 座国有锡矿山和 38 座国有锑矿山中将分别有 89、82、55、47 和 16 座关闭,分 别占矿山总数的 45%、42%、52%、55%和 4
23、2%。2001 年 6 月中国地质调查局 危机矿山资源潜力调查与评价的预测结果显示:至 2020 年,仅有不足 20% 的矿山能维持生产,全国有色金属矿山矿石产量每年将减少 68170kt,采矿能力 每年下降 82720kt,选矿能力每年丧失 76530kt,工业产值每年减少 68.3791 亿 元,企业利润税每年减少 9 亿多元,将有 14 万多人下岗或失业。按照 2001 年 中南大学硕士学位论文 第一章 绪论 -2- 全国矿业生产总值比例计算,将损失 1.96%的 GDP,加上与矿产品关联的下游 产业产值,GDP 约减少 12%左右。因此,资源的短缺已成为我国国民经济可持 续发展的瓶颈。
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