CN102795882B - 一种矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，其特征在于：所述浇注石由粉煤灰、钢渣、煤矸石粉、石灰、石膏粉加入发泡剂制备而成。本发明针对煤矿、矿冶地区矿洞多、地质不稳定，以及遗留大量的粉煤灰、煤矸石和钢渣等尾矿和废弃物的问题，提出本发明的浇注石配比方案，将各原料制粉、兑成浆料之后，注入矿洞、涵洞中凝结，可以缓慢生成水硬性胶凝材料，主要成分为硅酸钙，铝酸盐和铁铝酸盐。通过发泡剂，使得浇注石能够膨胀，将未灌入浇注石的空间填充满，同时不会污染地下水层和土质。

Description

一种矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石

技术领域

本发明涉及一种矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，属于粉煤灰、钢渣回收利用技术领域。

背景技术

目前，随着工业和城市建设的发展，燃煤电厂的粉煤灰、采煤筛选出来的煤矸石、城市扩展建设产生的垃圾和炼钢厂的钢渣排放量逐年增加。不但占用了大量的农田和土地，还会造成环境污染。而采矿留下的大量矿坑、巷道和采空区也会随着时间的推移发生严重的地质灾害和环境污染，如滑坡、开裂、地表沉陷、水源流失，耕地、山林、房屋毁损、地下水污染以及对人畜等生命财产的危害等。由此引发的社会矛盾也比较突出，我们人类已从根本上改变和破坏了地球，而我们的治理模式临时性、应急性特点明显，缺乏长效机制。治理措施更不完善，“三多三少”现象严重，一是搬迁安置多，生态修复少；二是地上治理多，地下治理少；三是保证金征收多，实际使用少。在采矿区连续发生的那么多地质灾害面前，我们的治理显得那么苍白、那么软弱无力。为了生存，我们必须采取有效措施，修复地球，把地球改造成一个可持续发展的星球。而现在用于修复地球的方法一种是把采矿和工业生产中产生的垃圾和废渣简单回填至矿坑、巷道和采空区，这种方法只是找了一个地下垃圾场而已，同时还会造成地下水污染。另一种方法是用水泥和采矿废渣混合灌注，而这种方法也不能保证填充的饱满性，不能保证各接触面的紧密粘合，更不能保证顶部和原来岩石的紧密结合，而达不到彻底恢复地质结构稳定的作用，同时耗费的成本非常高。时间证明，这些修复方式在经济上不可行，在技术上不可靠。

同时产煤以及钢铁冶炼工业矿冶又遗留下了大量的粉煤灰、煤矸石和钢渣等尾矿和废弃物。当前粉煤灰、煤矸石以及钢渣大部分都是堆积以及填埋处理，综合利用仅仅是做到简单的压砖等，有价成分利用率极低，同时生产周期长，工艺复杂，成本高。因此，发明一种粉煤灰、钢渣综合利用造浇注石是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石。将冶炼钢渣、粉煤灰和煤矸石综合利用起来，用于填充采矿带来的地表结构强度修复，增加可利用地面积，还能将粉煤灰、煤矸石和钢渣中有价矿物成分提取，提高粉煤灰、钢渣和煤矸石的综合利用，并降低处理成本。

本发明的技术方案。矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，所述浇注石由粉煤灰、钢渣、煤矸石粉、石灰、石膏粉加入发泡剂制备而成。

上述的矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，按重量组分计，由粉煤灰30-70份、钢渣10-50份、煤矸石粉10-20份、石灰1-10份、石膏粉1-10份和发泡剂0.0001-0.0003份制备而成。

上述的矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，按重量组分计，由粉煤灰40-60份、钢渣22-40份、煤矸石粉12-18份、石灰2-6份、石膏粉2-6份、发泡剂0.0001-0.0003份制备而成。

上述的矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，所述发泡剂为铝粉、碳酸氢无机盐、茶皂素或松香皂。

上述的矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，所述发泡剂为铝粉。

上述的矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，所述粉煤灰、钢渣、煤矸石粉通过以下步骤进行处理：

a、将粉煤灰配浆，配浆以后进行过筛，过筛粒度为24-300目，再将浆料进行磁选，选出粉煤灰中的铁矿，磁选后的粉煤灰浆料进行浮选，选出粉煤灰中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿和锡矿，得到以硅、钙为主体的粉煤灰尾渣；

b、将钢渣磨粉，进行配浆，过24-300目筛，进行磁选，选出钢渣中的铁矿，得到钢渣尾渣；

c、将煤矸石磨粉，过24-300目筛，进行配浆，进行磁选，选出煤矸石中的铁矿，然后将浆料进行浮选，选出煤矸石中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿、锡矿和碳，得到以硅、钙为主体的煤矸石尾渣；

将上述步骤得到的粉煤灰尾渣、钢渣尾渣和煤矸石尾渣，按照所述工艺制备得到浇注石。

本发明的有益效果在于，针对煤矿以及矿冶地区地下矿洞多，地面洼地多，地质强度不够，以及工业废弃物粉煤灰、钢渣和煤矸石难以处理和堆放的问题，因地制宜，变废为宝，将粉煤灰、钢渣和煤矸石进行矿洞回填。本发明涉及的发泡人造浇注石原料取材丰富，制造工艺简单。粉煤灰、钢渣和煤矸石均为粉料，还可以制作成浆料后，直接用管道送入需回填的矿坑、巷道和采空区，发泡后凝结成人造浇注石，降低运输成本。而其中的发泡技术可以使矿坑、巷道和采空区各个接触面紧密结合，特别消除了顶部因为重力作用而无法与接触面紧密结合的弊端，彻底固化后的终极强度相当于150—200标号水泥混凝土强度，从而彻底恢复地质结构的稳定性。而且整个工艺过程中没有可溶于水的可溶性物质污染地下水体。另外，这种发泡人造浇注石中有大量的孔隙，具有透水性，不会改变地下水走向，不会因为地下水的走向改变而造成人为的新的地质灾害。最重要的是本发明中所涉及的粉煤灰、煤矸石、建筑垃圾和钢渣均可以就地取材，得到全部有效利用，做到物尽其用，给社会带来极大的社会效益和经济效益。能有效地恢复原有地质结构的稳定性。所以说，本发明在经济上可行，技术上可靠，环保性能优良。

本发明的浇注石配比方案，将各原料制粉、兑成浆料之后，注入矿洞、涵洞中凝结，可以缓慢生成水硬性胶凝材料，其主要成分为硅酸钙，铝酸盐和铁铝酸盐。对于配方中各成分的比例，申请人研究发现，钢渣添加越多，凝结的浇注石强度越大，但钢渣过多，会造成浇注石开裂。通过发泡剂，使得浇注石能够膨胀，将未灌入浇注石的空间填充满，同时不会污染地下水层和土质。该粉煤灰、钢渣和煤矸石综合利用的浇注石能够减少原石开采，并大大提高粉煤灰、钢渣的利用面和利用率，带动粉煤灰的资源化利用。本发明配方中的发泡剂选用铝粉、碳酸氢无机盐、茶皂素或松香皂，优选是铝粉，铝粉发泡过程稳定、发泡时间方便控制，浇注石凝结的时间通常在1个月至两年，通过原料中钢渣含量与石膏含量的配比来进行调控，如果凝结时间过短，发泡剂发泡不完全，会有浇注石无法膨胀充实，矿洞填充不满，存在大量空隙的问题，如果凝结时间过长，会让配比中的高铁和高铝成分流失，降低浇注石的强度。

经申请人试验，本发明的试验结果如下表：

经申请人试验，将粉煤灰、钢渣和煤矸石中的有价值成分，如铁矿、铝土矿、碳等选出后，不仅是回收了其有价值的成本，还降低了浇注石内的铁含量，能提高浇注石的强度10-20%左右，得到了意想不到的效果。

本发明在经济上可行：回填原料成本低廉，还能对原料中的有价值资源进行回收，通过发泡工艺增大浇注石的体积，能进一步减少原料的用量。原料在有价值成分回收的时候要加工成粉料，原料可以通过管道运输到浇注回填地点，进一步降低了运输成本。能够以低廉的成本实现对煤矿以及矿冶地区地下矿洞的回填。同时，回填后的地质稳定，避免了当地居民的搬迁安置，还能对土地进行再利用，进一步提高了土地使用价值。

技术上可靠：固化后的浇注石强度相当于50—200标号水泥混凝土强度，发泡技术可以使矿坑、巷道和采空区各个接触面紧密结合，能够彻底恢复地质结构的稳定性。全部原料没有可溶于水的有毒可溶性物质污染地下水体。另外，发泡人造浇注石中有大量的孔隙，具有透水性，不会改变地下水走向。

环保性能优良：回填后的矿洞地质稳定，不会污染地下水，不会改变地下水走向，引发新的地质问题。

综上所述，本发明是一种从经济、技术上均可以实施的无机类工业垃圾的终极处理方案。

具体实施方式

本发明的实施例1。一种矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，将粉煤灰、钢渣、煤矸石粉、石灰、石膏粉加入发泡剂，兑水调匀之后制备而成，注入矿洞、涵洞，通过长时间发泡，凝结，凝结时间周期为1个月-2年。发泡剂为铝粉、碳酸氢无机盐、茶皂素或松香皂等混凝土发泡剂。

本发明的实施例2。根据不同设计要求，按重量组分计，由粉煤灰30-70份、钢渣10-50份、煤矸石粉10-20份、石灰1-10份、石膏粉1-10份和发泡剂0.0001-0.0003份制备而成。各原材料粉的粒度为24目-300目。将各原材料粉兑水调匀后，注入矿洞、涵洞，通过长时间发泡，凝结，得到浇注石，其强度相当于普通矿渣水泥的强度。发泡剂为碳酸氢钠、碳酸氢钾或碳酸氢镁等碳酸氢无机盐。

在浇注石原料中，还可以加入5-15份的建筑垃圾残渣，进一步回收利用建筑废料。建筑垃圾残渣包括建筑拆除后剩余的混凝土、砖、陶瓷、玻璃等无机建筑垃圾，将建筑垃圾残渣磨成粉或粒状，即可加入到浇注石内。

本发明的实施例3。矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，将粉煤灰、钢渣、煤矸石粉通过以下步骤进行处理：

a、将粉煤灰配浆，配浆以后进行过筛，过筛粒度为24-300目，再将浆料进行磁选，选出粉煤灰中的铁矿，磁选后的粉煤灰浆料进行浮选，选出粉煤灰中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿和锡矿，得到以硅、钙为主体的粉煤灰尾渣；粉煤灰主要成分是硅、铝、铁和其它少量金属的氧化物，根据各个产地的地质情况不同，粉煤灰内所含的矿物质也不同，通过现有的浮选工艺，能够将粉煤灰内有价值矿物质选出，包括但不限于锌矿、铜矿、钼矿、锡矿等。

b、将钢渣磨粉，进行配浆，过24-300目筛，进行磁选，选出钢渣中的铁矿，得到钢渣尾渣；

c、将煤矸石磨粉，过24-300目筛，进行配浆，进行磁选，选出煤矸石中的铁矿，然后将浆料进行浮选，选出煤矸石中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿、锡矿和碳，得到以硅、钙为主体的煤矸石尾渣；煤矸石内除了碳之外，主要成分是硅、铝、铁和其它少量金属的氧化物，根据各个产地的地质情况不同，煤矸石内所含的矿物质也不同，通过现有的浮选工艺，能够将煤矸石内有价值矿物质选出，包括但不限于锌矿、铜矿、钼矿、锡矿等。

得到的粉煤灰尾渣、钢渣尾渣和煤矸石尾渣，更好的配比是，按重量组分计，由粉煤灰尾渣40-60份、钢渣尾渣22-40份、煤矸石粉尾渣12-18份、石灰2-6份、石膏粉2-6份、发泡剂0.0001-0.0003份制备而成。各原材料粉的粒度为100目-200目。发泡剂为铝粉。

本发明的实施例4。矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，按重量组分计，由粉煤灰45份、钢渣25份、煤矸石粉15份、石灰5份、石膏粉5份、发泡剂0.0002份制备而成，各原材料粉的粒度为200目，发泡剂为铝粉。将各原材料粉兑水调匀后，注入矿洞、涵洞，通过长时间凝结，得到的矿渣型浇注石，强度可以达到140-180kg/cm²。

本发明的实施例5。矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，将粉煤灰、钢渣、煤矸石粉通过以下步骤进行处理：

a、将粉煤灰配浆，配浆以后进行过筛，过筛粒度为150目，再将浆料进行磁选，选出粉煤灰中的铁矿，磁选后的粉煤灰浆料进行浮选，选出粉煤灰中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿和锡矿等有价值的矿物质，得到粉煤灰尾渣；

b、将钢渣磨粉，进行配浆，过150目筛，进行磁选，选出钢渣中的铁矿，得到钢渣尾渣；

c、将煤矸石磨粉，过150目筛，进行配浆，进行磁选，选出煤矸石中的铁矿，然后将浆料进行浮选，选出煤矸石中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿、锡矿和碳等有价值的矿物质，得到煤矸石尾渣；

按重量组分计，由粉煤灰尾渣35份、钢渣尾渣23份、煤矸石粉尾渣18份、石灰3份、石膏粉3份、发泡剂0.0002份制备而成，各原材料粉的粒度为150目，发泡剂为铝粉。将各原材料粉兑水调匀后，注入矿洞、涵洞，通过长时间凝结，得到的矿渣型浇注石，强度可以达到120-150kg/cm²。

本发明的实施例6。矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，按重量组分计，由粉煤灰55份、钢渣27份、煤矸石粉14份、石灰8份、石膏粉7份、建筑垃圾10份和发泡剂0.0003份制备而成，各原材料粉的粒度为180目，发泡剂为铝粉。将各原材料粉兑水调匀后，注入矿洞、涵洞，通过长时间凝结，得到的矿渣型浇注石，强度可以达到100-140kg/cm²，该强度相当于一般地表结构强度。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，其特征在于：按重量组分计，由粉煤灰30-70份、钢渣10-50份、煤矸石粉10-20份、石灰1-10份、石膏粉1-10份和发泡剂0.0001-0.0003份制备而成。

2.根据权利要求1所述的矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，其特征在于：按重量组分计，由粉煤灰40-60份、钢渣22-40份、煤矸石粉12-18份、石灰2-6份、石膏粉2-6份、发泡剂0.0001-0.0003份制备而成。

3.根据权利要求1所述的矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，其特征在于：所述发泡剂为铝粉、碳酸氢无机盐、茶皂素或松香皂。

4.根据权利要求3所述的矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，其特征在于：所述发泡剂为铝粉。

5.根据权利要求1所述的矿坑回填粉煤灰、钢渣和煤矸石造浇注石，其特征在于：所述粉煤灰、钢渣、煤矸石粉通过以下步骤进行处理：

a、将粉煤灰配浆，配浆以后进行过筛，过筛粒度为24-300目，再将浆料进行磁选，选出粉煤灰中的铁矿，磁选后的粉煤灰浆料进行浮选，选出粉煤灰中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿和锡矿，得到以硅、钙为主体的粉煤灰尾渣；

b、将钢渣磨粉，进行配浆，过24-300目筛，进行磁选，选出钢渣中的铁矿，得到钢渣尾渣；

c、将煤矸石磨粉，过24-300目筛，进行配浆，进行磁选，选出煤矸石中的铁矿，然后将浆料进行浮选，选出煤矸石中的铝土矿、锌矿、铜矿、钼矿、锡矿和碳，得到以硅、钙为主体的煤矸石尾渣；

将上述步骤得到的粉煤灰尾渣、钢渣尾渣和煤矸石尾渣，制备得到浇注石。