一种钢渣协同制备全固废胶凝材料及多目标优化方法技术

本发明专利技术提供了一种钢渣协同制备全固废胶凝材料及多目标优化方法，涉及矿场充填技术领域，能够将钢渣和工业副产石膏低品质固废在充填采矿中实现规模化和高附加值资源化利用，从而降低尾砂充填采矿成本，提高充填采矿的经济效益和环保效益；该方法采用钢渣、工业副产石膏和矿渣制备全固废胶凝材料，以矿山超细全尾砂为骨料进行充填，以充填体强度性价比、充填材料成本以及矿渣利用率为优化目标，以充填体强度和体积膨胀率为约束条件，建立多目标优化模型；根据多目标优化模型获得全固废胶凝材料中各组分的最优配比。本发明专利技术提供的技术方案适用于矿场充填的过程中。

Preparation of all solid waste cementitious materials with steel slag and multi-objective optimization method

【技术实现步骤摘要】
一种钢渣协同制备全固废胶凝材料及多目标优化方法
本专利技术涉及矿场充填
，尤其涉及一种钢渣协同制备全固废胶凝材料及多目标优化方法。
技术介绍
随着我国国民经济高速发展以及资源持续开发，矿石品位高和采矿技术条件好的资源日趋枯竭，将面临埋藏深、地压大、地下水丰富难采矿体开采，因此充填采矿法是首要选择。采用水泥胶凝材料的超细全尾砂胶结充填体强度极低，充填料浆管输阻力较大，因此不得不增加胶砂比和降低料浆浓度来满足充填采矿设计要求，导致超细全尾砂胶结充填法采矿成本居高不下，从而降低充填采矿经济效益，阻碍尾砂充填采矿技术的推广应用。随着我国国民经济高速发展以及资源持续开发，矿石品位高和采矿技术条件好的资源日趋枯竭，将面临埋藏深、地压大、地下水丰富难采矿体开采，因此充填采矿法是首要选择。采用水泥胶凝材料的超细全尾砂胶结充填体强度极低，充填料浆管输阻力较大，因此不得不增加胶砂比和降低料浆浓度来满足充填采矿设计要求，导致超细全尾砂胶结充填法采矿成本居高不下，从而降低充填采矿经济效益，阻碍尾砂充填采矿技术的推广应用。高炉水淬矿渣活性高、易磨且无不安定性问题，是水泥和混凝土良好掺合料，得到越来越广泛应用。近年来，随着我国环保日趋严格，对水泥和钢铁企业限产，导致水泥价格攀升，高炉矿渣也成紧缺资源，致使成本逐年提高。加之激发剂和外加剂以及远距离运输等影响，以矿渣为主料的新型胶凝材料与水泥相比已无价格优势，而且还存在矿渣资源还供销矛盾。为了开发低成本胶凝材料，中国专利技术专利CN104446296A公开了全工业固体废弃物配制充填材料及制备方法，以粉煤灰为主、添加膨胀剂制备无骨料充填料。这种充填料不仅导致粉煤灰资源粗放利用，而且金属矿山选矿尾砂得不到回填处理，在地表堆放还面临安全环保问题。中国专利技术专利CN104086216A公开了利用多元固体废弃物生态充填材料及其制备与应用方法，以赤泥、建筑垃圾和煤矸石为主，添加膨胀剂、铝粉、引气剂、减水剂、纤维素醚和稳泡剂等多种外加剂制备的充填材料，不仅增大充填材料成本，而且还造成生产工艺复杂。尤其建筑垃圾和煤矸石在金属矿山面临来源、运输以及尾砂得不到利用问题，难以用于金属矿山。中国专利技术专利CN106565187B公开了用于特细全尾砂的一种低成本充填胶凝材料、制作工艺及使用方法，其充填胶凝材料由79％-80％矿渣、2％-6％石灰、14％-18％石膏、0.1％-0.2％火碱、0.1％-0.2％硅酸钠和0.1％-0.3％的硫酸钠制备而成。CN103145354A公开了一种无熟料复合型尾砂固结剂及其制备方法和应用，其固结剂由55％-72％矿渣、20％-35％脱硫灰渣和2％-15％激发剂制备。这两种胶凝材料可利用部分低品质脱硫副产品和选矿尾砂，但仍以高炉矿渣为主，其材料成本与胶固粉和全砂土固结剂差别不大。钢渣是炼钢排放的固废物，其活性低、硬度大、粉磨成本高以及含有的游离氧化钙存在体积膨胀和稳定性问题，导致钢渣利用率仅为22％。工业副产石膏是工业化生产衍生的副产废渣，主要有脱硫石膏、脱硫灰渣、氟石膏、磷石膏等。目前利用率为40％～50％，大多为粗放利用，不仅技术含量低，而且附加值低。尤其半干法脱硫副产脱硫灰渣，由于含有亚硫酸钙不稳定矿物成分，导致资源化利用难度更大，目前除了少量用于水泥掺合料外，大部分堆放处理。由此可见，钢渣和工业副产石膏废渣是目前难以利用的低品质固废资源。开拓该类固废资源的规模化和高附加值利用已刻不容缓。因此，有必要研究一种钢渣协同制备全固废胶凝材料及多目标优化方法来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种钢渣协同制备全固废胶凝材料及多目标优化方法，制备的全固废胶凝材料不仅满足充填法采矿要求，而且还将钢渣和工业副产石膏低品质固废，在充填采矿中实现规模化和高附加值资源化利用，从而降低尾砂充填采矿成本，提高充填采矿的经济效益和环保效益。一方面，本专利技术提供一种钢渣协同制备全固废胶凝材料的多目标优化方法，其特征在于，采用钢渣、工业副产石膏和矿渣制备全固废胶凝材料，并以矿山超细全尾砂为骨料制备充填体；以充填体强度性价比、充填材料成本以及矿渣利用率为优化目标，以充填体强度和体积膨胀率为约束条件，建立多目标优化模型；根据多目标优化模型获得全固废胶凝材料中各组分的最优配比。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述方法的具体步骤包括：S1、对钢渣、工业副产石膏、矿渣和矿山超细全尾砂进行分析和处理；S2、对全固废胶凝材料胶结充填体进行强度和膨胀率测试，获得胶结充填体强度和体积膨胀率的测试结果；S3、建立全固废胶凝材料多目标优化模型；S4、求解全固废胶凝材料多目标优化模型，获得全固废胶凝材料的最优配比。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，S1的具体内容包括：对钢渣、工业副产石膏、矿渣和矿山超细全尾砂进行干燥和粉磨，并分别进行粒径分析和分布特征值计算。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，S2具体为按照水泥胶砂强度检验方法B/T17671-1999对胶结充填体进行强度试验和体积膨胀率测试，获得胶结充填体强度和体积膨胀率的测试结果。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，S3具体为：以充填体强度性价比最高、充填材料成本最低以及矿渣利用率最低为优化目标，以充填体强度和体积膨胀率为约束条件，建立全固废胶凝材料多目标优化模型。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，S3的具体步骤包括：S31、根据S2的测试结果进行二次多项式逐步回归分析，建立胶结充填体强度和体积膨胀率回归函数；S32、根据钢渣、工业副产石膏、矿渣和矿山超细全尾砂的成本建立全固废胶凝材料成本函数；S33、根据胶结充填体强度和体积膨胀率的测试结果和回归函数，建立全固废胶凝材料矿渣利用率函数；S34、根据胶结充填体强度和体积膨胀率回归函数和全固废胶凝材料成本函数建立全固废胶凝材料胶结充填体强度函数；S35、根据S1～S4建立全固废胶凝材料多目标优化模型。如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述全固废胶凝材料多目标优化模型具体为：优化目标：Max[(P28d+λP7d)-(CT+Kz)]＝Max[(f7+λf6)-(f4+ηf5)]；约束条件：R7d＝f1(X)≥[R7d]、R28d＝f2(X)≥[R28d]、V28d＝f3(X)≤[V28d]；其中，λ代表充填体7d强度性价比权值，η代表矿渣利用率权值，[R7d]和[R28d]分别为7d和28d时胶结充填体的目标强度，[V28d]为28d时胶结充填体的体积膨胀率许可值，R7d、R28d分别代表胶结充填体7d和28d时的强度；V28d代表充填体28d的膨胀率；X代表全固废胶凝材料激发剂自变量；f1(X)、f2(X)分别代表胶结充填体7d、28d强度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钢渣协同制备全固废胶凝材料的多目标优化方法，其特征在于，采用钢渣、工业副产石膏和矿渣制备全固废胶凝材料，并以矿山超细全尾砂为骨料制备充填体；/n以充填体强度性价比、充填材料成本以及矿渣利用率为优化目标，以充填体强度和体积膨胀率为约束条件，建立多目标优化模型；根据多目标优化模型获得全固废胶凝材料中各组分的最优配比。/n

【技术特征摘要】
1.一种钢渣协同制备全固废胶凝材料的多目标优化方法，其特征在于，采用钢渣、工业副产石膏和矿渣制备全固废胶凝材料，并以矿山超细全尾砂为骨料制备充填体；
以充填体强度性价比、充填材料成本以及矿渣利用率为优化目标，以充填体强度和体积膨胀率为约束条件，建立多目标优化模型；根据多目标优化模型获得全固废胶凝材料中各组分的最优配比。


2.根据权利要求1所述的钢渣协同制备全固废胶凝材料的多目标优化方法，其特征在于，所述方法的具体步骤包括：
S1、对钢渣、工业副产石膏、矿渣和矿山超细全尾砂进行分析和处理；
S2、对全固废胶凝材料胶结充填体进行强度和膨胀率测试，获得胶结充填体强度和体积膨胀率的测试结果；
S3、建立全固废胶凝材料多目标优化模型；
S4、求解全固废胶凝材料多目标优化模型，获得全固废胶凝材料的最优配比。


3.根据权利要求2所述的钢渣协同制备全固废胶凝材料的多目标优化方法，其特征在于，S1的具体内容包括：对钢渣、工业副产石膏、矿渣和矿山超细全尾砂进行干燥和粉磨，并分别进行粒径分析和分布特征值计算。


4.根据权利要求2所述的钢渣协同制备全固废胶凝材料的多目标优化方法，其特征在于，S2具体为按照水泥胶砂强度检验方法B/T17671-1999对胶结充填体进行强度试验和体积膨胀率测试，获得胶结充填体强度和体积膨胀率的测试结果。


5.根据权利要求2所述的钢渣协同制备全固废胶凝材料的多目标优化方法，其特征在于，S3具体为：以充填体强度性价比最高、充填材料成本最低以及矿渣利用率最低为优化目标，以充填体强度和体积膨胀率为约束条件，建立全固废胶凝材料多目标优化模型。


6.根据权利要求5所述的钢渣协同制备全固废胶凝材料的多目标优化方法，其特征在于，S3的具体步骤包括：
S31、根据S2的测试结果进行二次多项式逐步回归分析，建立胶结充填体强度和体积膨胀率回归函数；
S32、根据钢渣、工业副产石膏、矿渣和矿山超细全尾砂的成本建立全固废胶凝材料成本函数；
S33、根据胶结充填体强度和体积膨胀率...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓炳，温震江，肖柏林，郭斌，吴凡，尹升华，高谦，李胜辉，胡亚军，涂光富，
申请(专利权)人：北京科技大学，河北钢铁集团矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11