CN105712688A - 一种氟石膏基矿井充填材料及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氟石膏基矿井充填材料，由氟石膏、粉煤灰、碱性掺合料、骨料、外加剂、二水石膏、水等原材料按一定比例制备而成。本发明资源综合利用，以工业固体副产氟石膏制备矿井充填材料，其流动性、稳定性好，耐腐蚀、强度高，改善生态环境，是有此废弃物地区矿井充填材料的理想选择。
Description
技术领域
本发明涉及一种氟石膏基矿井充填材料及其使用方法，属于建筑材料领域。
背景技术
我国地大物博，矿产资源丰富。随着经济的发展，矿山资源遭到长时间过度、不节制的开采，造成废弃矿山数量迅速增加。所出现的环境灾害及地质灾害，如地面塌陷、开裂，地下水污染等正在发生或处于潜在的发生之中。煤炭资源是我国的主要资源，利用充填采矿法是提高煤炭回采率、充分有限的利用资源、有效控制地压、减少地表沉降、防止塌陷的有效措施。选择合适的充填材料，及时矿井、矿坑进行充填，是利国利民的大事。
氟石膏是生产氢氟酸等制氟工业产出的副产品，由于含有酸、腐蚀性杂质等因素，不能被综合利用，每年全国产出数百万吨，主要处理途径是堆放，占用大量土地，长时间会给生态环境造成严重影响，还会危害人体健康。
国内外的充填方法、充填材料有很多，利用氟石膏做矿井充填材料的文献未见报道。
发明内容
本发明以利用、消化工业废弃物氟石膏为主要原则，经过复合改性处理制备矿井充填材料，并给出其使用方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种氟石膏基矿井充填材料，由以下重量份数的原料配备而成：
氟石膏：52~67份，粉煤灰：14~26份，碱性掺合料：8~14份，骨料：14份~26份，外加剂：1~6份，二水石膏：1.4~3.7份，水料比：0.45~0.53；
所述氟石膏为生产氢氟酸产出的废渣，添加3%~5%的生石灰中和PH在7~9后，经球磨250目过筛而成的氟石膏粉；
所述的碱性掺合料由以下重量份的原料组成：水泥：35~45份，石灰粉：8~15份，矿粉：37~52份；
所述的外加剂由以下重量份的原料组成：膨胀剂：14~27份，减水剂：11~16份，泵送剂：8~14份，激发剂：36~48份，引气剂：5~12份，保水剂：7~13份。
进一步地，所述的骨料为矿山尾砂和/或碎石的组合，其中颗粒粒径级配方式为，最大粒径<20mm，粒径10mm~20mm占比10%，粒径5mm~10mm占比20%，粒径5mm以下占比70%。
进一步地，所述膨胀剂为硫铝酸盐类膨胀剂；
进一步地，所述激发剂为硫酸盐、重铬酸盐、草酸盐中的一种或几种的组合。
进一步地，所述的二水石膏主要成分为CaSO4·2H2O，含量>75%，含水率<3%。
进一步地，一种氟石膏基矿井充填材料的使用方法，其特征在于将氟石膏基矿井充填材料氟石膏、粉煤灰、碱性掺合料、骨料、外加剂、二水石膏，按照水料比：0.45~0.53加水搅拌，搅拌转速>100r/min，搅拌时间3min~4min，即可用泵送输送料浆到指定区域。
本发明有如下显著进步之处：
第一，本发明利用工业固体废弃物氟石膏渣制备矿井充填材料，综合利用废弃资源，保护了环境，制备工艺简单，成本低；
第二、本发明氟石膏基矿井充填材料具有良好的流动性，能利用浆体自身的重量达到自动流平的效果，具有自流平特性，利用氟石膏硬化时间长的特性，掺加激发剂及外加剂，制备的浆体可操作时间长，采用泵送工艺施工，工艺简单，不会造成料浆粘堵输送管的现象，灌入的料浆不沉淀，无泌水、离析现象；
第三，本发明反应后形成以膏体料浆硬化体为主的支控体架，强度高，完全满足矿井充填材料的各项性能指标，达到地表沉陷控制目标，采空区矿井水中通常含有腐蚀性作用的Cl-、SO42-、Mg2+，对硬化体不产生腐蚀影响；硬化体具有一定的多微孔结构，有一定的透水作用，有利于地上水的渗透排放，这种结构还有保住水分、散发水分的功效，在一定程度上调节充填区的自然条件，模拟纯自然生态环境，有利于人动植物、细菌等生物的生长。
综上所述，本发明资源综合利用，以工业固体副产氟石膏制备矿井充填材料，其流动性、稳定性好，耐腐蚀、强度高，改善生态环境，是有此废弃物地区矿井充填材料的理想选择。
具体实施方式
实施案例1
一种氟石膏基矿井充填材料由以下重量份的原料配备而成：
氟石膏：54份，粉煤灰：23份，碱性掺合料：9份，骨料：22份，外加剂：3.9份，二水石膏：2.7份，水料比：0.47；
所选用氟石膏为生产氢氟酸产出的废渣，添加3%~5%的生石灰中和PH在7~9后，经球磨250目过筛而成的氟石膏粉；
所选用碱性掺合料由以下重量份的原料组成：42.5普通硅酸盐水泥：38份，石灰粉：13份，矿粉：49份；
所选用外加剂由以下重量份的原料组成：硫铝酸盐类膨胀剂：18份，萘系减水剂：13份，泵送剂：11份，硫酸铝激发剂：38份，引气剂：8份，羟丙基甲基纤维素保水剂：12份。
所选用的骨料为矿山尾砂和/或碎石的组合，其中颗粒粒径级配方式为，最大粒径<20mm，粒径10mm~20mm占比10%，粒径5mm~10mm占比20%，粒径5mm以下占比70%。
所选用的二水石膏为电厂脱硫工艺产出的脱硫石膏，主要成分为CaSO4·2H2O，CaSO4·2H2O的含量>75%，含水率<3%。
一种氟石膏基矿井充填材料的使用方法，其特征在于将氟石膏基矿井充填材料氟石膏、粉煤灰、碱性掺合料、骨料、外加剂、二水石膏，按照水料比：0.47加水搅拌，搅拌转速>100r/min，搅拌时间3min~4min，即可用泵送输送料浆到指定区域。
经检测，浆体性能：流动度：186mm/m，初凝时间：4.52h，终凝时间：6.37h，终凝时硬化体抗压强度：3.7MPa，28天硬化体强度：＞25MPa。无分层、泌水、离析现象。
实施案例2
一种氟石膏基矿井充填材料由以下重量份的原料配备而成：
氟石膏：60份，粉煤灰：17份，碱性掺合料：10份，骨料：18份，外加剂：3份，二水石膏：3份，水料比：0.51；
所述氟石膏为生产氢氟酸产出的废渣，添加3%~5%的生石灰中和PH在7~9后，经球磨250目过筛而成的氟石膏粉；
所述的碱性掺合料由以下重量份的原料组成：水泥：42份，石灰粉：11份，矿粉：47份；
所述的外加剂由以下重量份的原料组成：硫铝酸钙类膨胀剂：20份，聚羧酸减水剂：12份，泵送剂：10份，草酸钠激发剂：41份，引气剂：7份，羟丙基甲基纤维素保水剂：10份。
所述的骨料为矿山尾砂和/或碎石的组合，其中颗粒粒径级配方式为，最大粒径<20mm，粒径10mm~20mm占比10%，粒径5mm~10mm占比20%，粒径5mm以下占比70%。
所述的二水石膏主要成分为CaSO4·2H2O，含量>75%，含水率<3%。
进一步地，一种氟石膏基矿井充填材料的使用方法，其特征在于将氟石膏基矿井充填材料氟石膏、粉煤灰、碱性掺合料、骨料、外加剂、二水石膏，按照水料比：0.45~0.53加水搅拌，搅拌转速>100r/min，搅拌时间3min~4min，即可用泵送输送料浆到指定区域。
经检测，浆体性能：流动度：190mm/m，初凝时间：5.3h，终凝时间：7.8h，终凝时硬化体抗压强度：3.3MPa，28天硬化体强度：＞27MPa。无分层、泌水、离析现象。
以上实施例中，以氟石膏、粉煤灰、碱性掺合料反应物为主要胶凝材料，骨料颗粒级配选择恰当，浆体具有良好的流动度，初终凝时间适合泵送作业需求，泵送时不堵料，作业流畅，硬化体强度高，是有氟石膏废渣堆积地矿井充填的良好材料。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (6)
1.一种氟石膏基矿井充填材料，其特征是由以下重量份数的原料配备而成：
氟石膏：52~67份，粉煤灰：14~26份，碱性掺合料：8~14份，骨料：14份~26份，外加剂：1~6份，二水石膏：1.4~3.7份，水料比：0.45~0.53；
所述氟石膏为生产氢氟酸产出的废渣，添加3%~5%的生石灰中和PH在7~9后，经球磨250目过筛而成的氟石膏粉；
所述的碱性掺合料由以下重量份的原料组成：水泥：35~45份，石灰粉：8~15份，矿粉：37~52份；
所述的外加剂由以下重量份的原料组成：膨胀剂：14~27份，减水剂：11~16份，泵送剂：8~14份，激发剂：36~48份，引气剂：5~12份，保水剂：7~13份。
2.根据权利要求1所述的一种氟石膏基矿井充填材料，其特征是所述的骨料为矿山尾砂和/或碎石的组合，其中颗粒粒径级配方式为，最大粒径<20mm，粒径10mm~20mm占比10%，粒径5mm~10mm占比20%，粒径5mm以下占比70%。
3.根据权利要求1所述的一种氟石膏基矿井充填材料，其特征是所述膨胀剂为硫铝酸盐类膨胀剂。
4.根据权利要求1所述的一种氟石膏基矿井充填材料，其特征是所述激发剂为硫酸盐、重铬酸盐、草酸盐中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1所述的一种氟石膏基矿井充填材料，其特征是所述的二水石膏主要成分为CaSO4·2H2O，含量>75%，含水率<3%。
6.根据权利要求1所述的一种氟石膏基矿井充填材料的使用方法，其特征在于将氟石膏基矿井充填材料氟石膏、粉煤灰、碱性掺合料、骨料、外加剂、二水石膏，按照水料比：0.45~0.53加水搅拌，搅拌转速>100r/min，搅拌时间3min~4min，即可用泵送输送料浆到指定区域。
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