CN102936102A

CN102936102A - 一种胶结固化材料及其生产方法和含有胶结固化材料的充填材料

Info

Publication number: CN102936102A
Application number: CN2012103513819A
Authority: CN
Inventors: 亓俊华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2013-02-20

Abstract

本发明公开了一种胶结固化材料及其生产方法和含有胶结固化材料的充填材料，其特征在于，胶结固化材料，由以下重量百分比的原料制成：水渣：82～90％；废石膏：2～4％；粉煤灰：2～6％；高温矿氧化钙：3～8％；矿渣增强粉：1～6％。含有胶结固化材料的充填材料中，胶结固化材料占18～30%，尾矿砂占70～82%；本发明的优点在于：利废环保，成本较低，保护生态环境；强度高，耐腐蚀；亲泥性好，适用性广，在尾矿砂含泥量≤75％的条件下，充填体强度28d＞5.6MPa；排水性强，抗渗性好；粉末颗粒改性效果好，大多是不规则的多棱体颗粒，在胶结固化过程，通过水化反应形成了稳固结构，提高了充填体强度。

Description

一种胶结固化材料及其生产方法和含有胶结固化材料的充填材料

技术领域

本发明属于工程胶结材料生产技术领域，具体地说是一种胶结固化材料及其生产方法和含有胶结固化材料的充填材料。

背景技术

目前，用于金属、非金属矿采空区、巷道、断层、破碎带等充填或支护加固的胶结材料，多是水泥、有机质高分子树脂材料或者依靠水泥熟料激发活性的胶结材料。这些胶结材料或者有强度高、或者有韧性大、或者有早强等特点，但这些产品要么生产成本较高，不宜于推广；要么材料不具备抗泥、抗粉化功能，固化效果较差；要么充填体抗老化、抗岩移或错动的能力就明显较弱。譬如华鑫博越国际土木建筑工程技术(北京)有限公司提交的中国专利申请“泡沫尾砂胶结充填材料及制作方法”，申请号：CN200810171974.0，在它的原料组份中需要掺加15～50%的水泥；其他如山东黄金矿业股份有限公司焦家金矿申请的中国专利“一种井下充填专用胶结材料的制备方法”，专利号：CN200510044240.2，既掺加了10～30%的石灰，又掺加了40～70%的石膏，这无疑都增加了产品成本；石膏成份多还导致充填体易于老化或脆化，造成后期抗压强度衰减。同时，上述技术产品都不具备抗泥、抗粉化功能，在淤泥多、围岩粉化采掘环境下，充填体就会难以固化，不能形成完整的、坚实的受力体。总体来说，现有技术中的产品腐蚀性强、亲泥性弱、排水性差、大多含有部分机立窑或旋窑熟料。由于使用功能的不完整，难以适应矿山采场、巷道等充填工程中复杂的地质条件，不仅限制了材料的适用范围，同时也制约了矿业的发展。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种以工业废渣为原料，降低生产成本，具有良好的亲泥（粉）功能和良好排水性的胶结固化材料。

为了达到以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种胶结固化材料，其特征在于，它由以下重量百分比的原料制成：水渣：82～90％；废石膏：2～4％；粉煤灰：2～6％；高温矿氧化钙：3～8％；矿渣增强粉：1～6％。

所述的矿渣增强粉的氯离子含量小于1.1％。

所述的水渣比重，采用烘干后的水渣，含水率低于3%。

所述的胶结固化材料的比表面积≥362。

本发明的另一个目的在于提供一种工艺简单、容易操作的胶结固化材料的生产方法。

该一种胶结固化材料的生产方法，其特征在于：它包括以下步骤完成：

（1）对水渣进行烘干处理，使其含水率低于3%；

（2）按重量百分比称取原料：烘干后的水渣：82～90％；废石膏：2～4％；粉煤灰：2～6％；高温矿氧化钙：3～8％；矿渣增强粉：1～6％；

（3）原料混合与均化，通过多级研磨和筛分加工成微粉颗粒，即可获得胶结固化材料：将原料加入到三仓磨内筛分开路粉磨机系统，磨机内共分1＃、2＃和3＃三个仓；其中，1＃仓磨机内钢球直径为48～55mm，2＃仓磨机内钢球直径为36～40mm，3＃磨机内采用钢锻研磨，锻径分别为10×10 mm、12×12 mm和14×14 mm三种规格，通过分级减少一次破碎量，磨机内大颗粒物料经筛板的隔离和倒料锥引导，再次返回了粉磨工序，采用多级配球磨和微球微锻的方法，增强粉磨功能，使水渣原有的玻璃体晶相被深度破坏，保证粉末颗粒大多是不规则的多棱体，提高材料微粒的比表面积，增强水渣活性，实现晶相结构的紧密结合；在磨机内部的1＃和2＃仓之间，采用筛格为4×12 mm的筛板；2＃和3＃仓之间，采用筛格为3×8 mm的筛板，通过减缓磨机内物料的流速，增强内筛分功能；在磨尾采用篦缝5mm的篦板过滤，最后获得的产出物就是胶结固化材料；对产成品采用80um的孔筛检测，胶结固化材料产品的筛余物含量≤3％，粉末微粒的比表面积平均≥362。

本发明的第三个目的在于提供一种含有胶结固化材料的充填材料。

一种含有胶结固化材料的充填材料，其特征在于：由骨料和胶结固化材料构成，所述的骨料全部选用尾矿砂，以干基重量百分比计算，胶结固化材料占18～30%，尾矿砂占70～82%；所述的胶结固化材料由以下重量百分比的原料制成：水渣：82～90％；废石膏：2～4％；粉煤灰：2～6％；高温矿氧化钙：3～8％；矿渣增强粉：1～6％。

反应机理：胶结固化材料的主要组份为水渣，水渣玻璃体的晶相结构经微球微锻研磨破坏后，在水化反应过程中，通过废石膏、增强粉的作用，促进A—S—C结晶反应，形成凹凸不平的晶格缺陷，有效提高水渣活性；同时，结合水渣吸收碱和抗碱集料反应性能，并通过高温矿氧化钙利用其吸水放热提供碱环境的性能，促进C—S—H结晶粗大，形成晶体、间晶体纤维，提高了混凝体的强度；并实现了胶结固化材料适应多泥干扰的目标。

工艺控制：在材料生产中，要控制好水渣的含水量，通过设置烘干工序，使烘干后的水渣含水率低于3%，以利研磨；在配料工序采用PL3000工控系统，控制各组份配比；在研磨工序可采用多级配球磨，使水渣原有的玻璃体晶相充分实现改性反应，并保证原料各组份粉磨均化。

本发明的有益效果在于：A、利废环保，成本较低：90%以上胶结材料及全部充填骨料为工业废渣，使工业废物得到资源化利用，尾矿全部返还井下，实现了经济效益和社会效益的统一，保护生态环境；B、强度高，耐腐蚀：充填材料早期强度7d﹥3.1 MPa ，充填四周时强度28d﹥5.6 MPa；氯离子含量小于0.06%,如果充填体内配有金属网架，不会造成腐蚀，抗老化，使用寿命长，耐岩移错动，防止地质塌陷，有效保护地质环境和安全生产；C、亲泥性好，适用性广：充填骨料含泥量可少、可多，在尾矿砂含泥量≤75％的条件下，充填体强度28d﹥5.6Mpa。在含泥量高、岩石粉化的矿山可以放心使用，有效扩大了产品的使用范围，具有较高的推广价值；D、排水性强，抗渗性好：与充填骨料胶结凝固后，水份无渗透，滞留在充填体表面，自然流走，不会破坏充填体影响整体强度；E、粉末颗粒改性效果好，大多是不规则的多棱体颗粒，在胶结固化过程，通过水化反应形成了稳固结构，提高了充填体强度。

具体实施方式

实施例1：

一种胶结固化材料，其特征在于，它由以下重量百分比的原料制成：水渣：90％；废石膏：2％；粉煤灰：2％；高温矿氧化钙：4％；矿渣增强粉：2％。

所述的矿渣增强粉的氯离子含量小于1.1％。

（1）首先对水渣进行烘干处理，使其含水率低于3%；

（2）按重量百分比称取原料：烘干后的水渣：90％；废石膏：2％；粉煤灰：2％；高温矿氧化钙：4％；矿渣增强粉：2％。

（3）原料混合，经三级研磨，加工成微粉颗粒即可获得胶结固化材料：将原料加入到Φ2.6×13m开路磨机系统，磨机内共分三个仓；其中，1＃仓磨机内钢球直径为48～55mm，2＃仓磨机内钢球直径为36～40mm，3＃磨机内采用钢锻研磨，锻径分别为10×10 mm、12×12 mm和14×14 mm三种规格。在磨机内部的1＃和2＃仓之间，采用筛格为4×12 mm的筛板；2＃和3＃仓之间，采用筛格为3×8 mm的筛板；在磨尾采用篦缝5mm的篦板过滤。经过多级筛分和粉磨，得到胶结固化材料。对产成品采用80um的孔筛检测，胶结固化材料产品的筛余物含量≤3％，粉末微粒的比表面积平均≥362。

一种含有胶结固化材料的充填材料，其特征在于：由骨料和胶结固化材料构成，所述的骨料全部选用尾矿砂，以干基重量百分比计算，胶结固化材料占18%，尾矿砂占82%。其中，尾矿砂含泥量为34%。按照采样确定配比后，将胶结固化材料与尾矿砂在搅拌机内混匀，经流态化充填站，通过管道输入矿井下充填地点。进入充填管道的含有胶结固化材料的充填材料浓度不高于60%，能保持充填流通性。充填体与巷道接顶后，早期强度7d﹥3.1 MPa ，28d﹥5.6 MPa。

实施例2：

一种胶结固化材料的生产方法，包括以下步骤完成：

（1）对水渣进行烘干处理，使其含水率低于3%；

（2）按重量百分比称取原料：通过PL3000配料系统，将烘干后的水渣：82％；废石膏：4％；粉煤灰：6％；高温矿氧化钙：3％；矿渣增强粉：5％。

所述的矿渣增强粉的氯离子含量小于1.1％。

（3）原料混合，研磨加工成微粉颗粒，最后经过筛分即可获得胶结固化材料。具体为：将原料加入Φ2.6×13m开路磨机系统，在磨机内共分1＃、2＃和3＃三个仓；其中，1＃仓磨机内钢球直径为48～55mm，2＃仓磨机内钢球直径为36～40mm，3＃磨机内采用钢锻研磨，锻径分别为10×10 mm、12×12 mm和14×14 mm三种规格，在磨机内部的1＃和2＃仓之间，采用筛格为4×12 mm的筛板；2＃和3＃仓之间，采用筛格为3×8 mm的筛板；在磨尾采用篦缝5mm的篦板，经过多级粉磨筛分，得到胶结固化材料。对产成品采用80um的孔筛检测，胶结固化材料产品的筛余物含量≤3％，粉末微粒的比表面积平均≥362。

在充填材料生产阶段，经尾矿砂采样化验，根据尾矿砂含泥量大小，调整胶结固化材料的使用量。在尾砂含泥量为75%时，按干基计算，胶结固化材料与尾矿砂的配比是30：70。由于含泥量高，可在充填空间内预先加配钢筋网，增强充填体与巷道围岩的整体性。将30%的胶结固化材料与70%的尾矿砂在搅拌机内混匀，经流态化充填站，通过管道输入矿井下充填地点。进入充填管道的含有胶结固化材料的充填材料浓度不高于60%，能保持充填流通性。充填材料的氯离子含量低于0.06%，不会对钢筋网造成腐蚀，早期充填体强度7d﹥3.1 MPa ，28d﹥5.6 MPa。

实施例3：

一种胶结固化材料的生产方法，包括以下步骤完成：

（1）对水渣进行烘干处理，使其含水率低于3%；

（2）按重量百分比称取原料：通过PL3000配料系统，将烘干后的水渣：85％；废石膏：3％；粉煤灰：3％；高温矿氧化钙：8％；矿渣增强粉：1％。

所述的矿渣增强粉的氯离子含量小于1.1％。

（3）原料混合，经多级研磨加工成微粉颗粒，即可获得胶结固化材料：将原料加入Φ2.6×13m开路磨机系统，在磨机内共分1＃、2＃和3＃三个仓；其中，1＃仓磨机内钢球直径为48～55mm，2＃仓磨机内钢球直径为36～40mm，3＃磨机内采用钢锻研磨，锻径分别为10×10 mm、12×12 mm和14×14 mm三种规格，在磨机内部的1＃和2＃仓之间，采用筛格为4×12 mm的筛板；2＃和3＃仓之间，采用筛格为3×8 mm的筛板；通过分级减少一次破碎量，磨机内大颗粒物料经筛板的隔离和倒料锥引导，再次返回了粉磨工序；在磨尾采用篦缝5mm的篦板过滤。通过微球微锻的研磨加工方法，使粉末微粒比表面积平均提高到≥362，得到胶结固化材料。对产成品采用80um的孔筛检测，胶结固化材料产品的筛余物含量≤3％，粉末微粒的比表面积平均≥362。

在充填生产阶段，先经尾矿砂采样化验，根据尾矿砂含泥量大小，调整胶结固化材料的使用量。在尾砂含泥量为50%时，按干基计算，胶结固化材料与尾矿砂的配比是24：76。将胶结固化材料与尾矿砂在搅拌机内混匀，经流态化充填站，通过管道输入矿井下充填地点。进入充填管道的含有胶结固化材料的充填材料浓度不高于60%。充填到材料与巷道接顶后，充填体强度7d﹥3.1 MPa ，28d﹥5.6 MPa。

实施例4：

一种胶结固化材料的生产方法，包括以下步骤完成：

（1）对水渣进行烘干处理，使其含水率低于3%；

（2）按重量百分比称取原料：通过PL3000配料系统，将烘干后的水渣：83％；废石膏：3％；粉煤灰：4％；高温矿氧化钙：4％；矿渣增强粉：6％。

所述的矿渣增强粉的氯离子含量小于1.1％。

Claims

1.一种胶结固化材料，其特征在于：它由以下重量百分比的原料制成：水渣：82～90％；废石膏：2～4％；粉煤灰：2～6％；高温矿氧化钙：3～8％；矿渣增强粉：1～6％。

2.根据权利要求1所述的一种胶结固化材料，其特征在于：所述的矿渣增强粉的氯离子含量小于1.1％。

3.根据权利要求1所述的一种胶结固化材料，其特征在于：所述的水渣，采用烘干后的水渣，含水率低于3%。

4.根据权利要求1所述的一种胶结固化材料，其特征在于：所述的胶结固化材料的比表面积≥362。

5.一种胶结固化材料的生产方法，其特征在于：它包括以下步骤完成：

（1）对水渣进行烘干处理，使其含水率低于3%；

（3）原料混合与均化，通过多级研磨和筛分加工成微粉颗粒，即可获得胶结固化材料：将原料加入到三仓磨内筛分开路粉磨机系统，磨机内共分1＃、2＃和3＃三个仓；其中，1＃仓磨机内钢球直径为48～55mm，2＃仓磨机内钢球直径为36～40mm，3＃磨机内采用钢锻研磨，锻径分别为10×10 mm、12×12 mm和14×14 mm三种规格；在磨机内部的1＃和2＃仓之间，采用筛格为4×12 mm的筛板；2＃和3＃仓之间，采用筛格为3×8 mm的筛板；在磨尾采用篦缝5mm的篦板过滤，粉末微粒的比表面积平均≥362，最后获得的产出物就是胶结固化材料。

6.一种含有胶结固化材料的充填材料，其特征在于：由骨料和胶结固化材料构成，所述的骨料全部选用尾矿砂，以干基重量百分比计算，胶结固化材料占18～30%，尾矿砂占70～82%；所述的胶结固化材料由以下重量百分比的原料制成：水渣：82～90％；废石膏：2～4％；粉煤灰：2～6％；高温矿氧化钙：3～8％；矿渣增强粉：1～6％。