CN107902998A - 一种利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土及其制备方法，由水泥浆液体系和发泡体系组成，所述水泥浆液体系主要包括以下组分：水泥、铝土尾矿、减水剂和水，其中，水灰比为0.2~1.0，铝土尾矿与水泥的质量比为0.2~5:1，减水剂的质量为水泥浆液体系质量的0.4~0.6%；所述发泡体系主要包括以下组分：发泡剂0.5~2份、稳泡剂0.1~0.3份、微沫剂0.05~1份和水100份。本发明利用铝土尾矿粘性和可塑性好的特点，制备得密实度高、耐久性和抗渗性好的轻质泡沫土。

Description

一种利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土及其制备方法
技术领域
本发明涉及尾矿处理技术领域，尤其是一种利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土及其制备方法。
背景技术
铝工业是我国工业的支柱型产业，铝土原矿选碾磨选洗后，所剩尾矿泥浆经泵送填入排泥库中堆储，我国现有数百座铝土排泥库分布在岩溶地区，该地区水文地质条件复杂，岩溶多在表层或浅层发育，溶洞及落水洞较多，加上长期降雨、地震等外部干扰的影响，极易诱发溶洞塌陷、排泥库边坡和底部尾矿泥浆泄漏等事故，造成企业的巨额经济损失及下游人民群众的生命财产损失，社会影响巨大。因此，排泥库的安全稳定直接关系到矿山企业本身的经济效益和周边居民生命财产安全以及自然环境保护，解决排泥库周边与岩溶洞穴问题有关的技术难题是非常有必要且刻不容缓的。
目前对溶洞的处理一般采用注浆加固方式，而注浆材料主要有两大类：化学类浆液与水泥类浆液。就注浆材料而言，化学浆液材料成本较高，其注浆材料的腐蚀性、毒性会对地下水产生一定的污染。而水泥类浆液中，水泥浆液凝胶时间长，在岩溶地区地下水活动强的情况下，浆液易被稀释和冲刷，造成注浆成本增加且效果不好；水泥-水玻璃浆液容易形成峰窝状结石体，降低了强度和防渗性能，同时其注浆工艺复杂，施工过程中容易造成堵管憋泵现象；粉煤灰浆液结石体早期强度低，塑性及延性较差，不能很好地适应土体变形，同时由于高标号混凝土的使用，合格的粉煤灰价格昂贵。
铝土排泥库不仅占用了大量的土地，而且对地下水源造成污染，同时，由于铝土尾矿的颗粒细，易形成扬沙，造成空气污染。如何有效利用和处置铝土尾矿的问题已迫在眉睫。铝土尾矿以含有高粘性高岭土为主，所以粘性和可塑性好，可代替细砂、碎石等材料作为制备水泥浆液的集料，缩短浆体的凝结时间，用作制备溶洞充填材料，来源广且价格便宜，而用于铝土排泥库周边溶洞的充填，可就地取材，经济适用，降低尾矿泥渗漏的风险，极大地满足工程的需要，同时降低铝土尾矿堆放对环境的污染，实现废料重复利用价值。此外，铝土尾矿还可同时兼作掺和料，由于铝土尾矿的颗粒较细，能更好地填充在水泥颗粒空隙中，使得制备的浆液密实度更高，尾矿起到了很好的填充效应，特别是由于尾矿保水性强的特点，在固定用水量时使得水泥水化的用水量较小，相当于水泥浆在比较小的水灰比下水化，所以早期强度有一定提高。发明的铝土尾矿轻质泡沫土则具有轻质性、密度和强度可调节性、良好的施工性、硬化后可自立、良好的耐久性和抗渗性、良好的隔热隔音性及优越的环保性等优点，可作为溶洞充填材料，极大地缩短工期，减少工程投资。
发明内容
本发明提供了一种利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土及其制备方法，能利用铝土尾矿粘性和可塑性好的特点，制备得密实度高、耐久性和抗渗性好的轻质泡沫土。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土，由水泥浆液体系和发泡体系组成，所述水泥浆液体系和发泡体系的体积比为0.5~2:1；
所述水泥浆液体系主要包括以下组分：水泥、铝土尾矿、减水剂和水，其中，水灰比为0.2~1.0，铝土尾矿与水泥的质量比为0.2~5:1，减水剂的质量为水泥浆液体系质量的0.4~0.6%；
所述发泡体系主要包括以下组分：发泡剂0.5~2份、稳泡剂0.1~0.3份、微沫剂0.05~1份和水100份。
优选的，所述水泥为P042.5硅酸盐水泥；所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
优选的，所述铝土尾矿中，主要成分为高粘性高岭土，按照质量百分比来计算，在铝土尾矿中，Al2O3、SiO2、Fe2O3的含量大于80%。
优选的，所述发泡剂为动物性发泡剂或复合发泡剂。
优选的，所述稳泡剂为动物胶液。
优选的，所述微沫剂为发泡剂与水按照质量比1:1450~1550稀释制得。
本发明进一步提供了以上所述的利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土在岩溶区溶洞充填中的应用。
本发明提供了以上所述的利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土的优选制备方法，包括以下步骤：
S1.水泥浆液体系的制备：按照质量份配比称取水泥、铝土尾矿、减水剂和水、搅拌混合均匀获得水泥浆液体系；
S2. 发泡体系的制备：利用发泡机将水与发泡剂混合，制成泡沫混合液；柱塞泵抽取部分泡沫混合液继续加入水进行二次发泡，并通过空压机给柱塞泵管道提供气体，泡沫混合液在气体的作用下通过多层钢丝过滤网过滤产生细小泡沫，制得微沫剂，按照重量比将泡沫混合液、稳泡剂及微沫剂混合，制得发泡体系；
S3.按照体积配比分别将步骤S1制备的水泥浆液体系和步骤S2制备的发泡体系输送到混合器内，使浆料与泡沫均匀混合，制得混合浆料，将混合浆料通过排设管道输送至模具浇注成型或填充到施工点中，经处理、养护20~30天即得。
更优选的，所述钢丝过滤网设置有3~4层，所述钢丝过滤网的过滤孔截面呈前大后小的圆台形，且过滤孔的直径随泡沫过滤的方向逐层减小。
更优选的，所述钢丝过滤网上涂有润滑剂。
本发明采用的铝土尾矿成本较低，料源广泛，含有大量的高粘性高岭土，其Al2O3、SiO2、Fe2O3含量到80%以上，水泥水化反应产生的水化硅酸钙（CaO·SiO2·nH2O）和水化铝酸钙（CaO·Al2O3·nH2O）胶凝，附在尾矿泥土颗粒表面，使土颗粒表面的颗粒间接触点形成不可逆的凝结硬化，改善水泥浆液的稳定性，增强固化后形成的结石体内部结构和抗变形摩擦力，从而提高早期、后期强度和耐久性。同时制成的水泥浆液抗水稀释性好，在有地下水流动的条件下，浆液损失量小，固结效果好，具有良好的流变性及可塑性，有良好的对裂隙自我封闭作用，渗透系数低，固化后形成的结石体塑性大，有良好的抗震性。
本发明优选采用P042.5普通硅酸盐水泥，加水搅拌后成浆体，并能把铝土尾矿等材料牢固地胶结在一起，水化反应速度快，早期和后期强度都高。
本发明加入了减水剂对水泥颗粒有分散作用，能改善其工作性，减少单位用水量，改善拌合物的流动性，或减少单位水泥用量，节约水泥。
本发明通过采用复合发泡剂或动物发泡剂使泡沫更加稳定，闭孔率高，泡孔均匀、独立、坚韧，提高了轻质泡沫土的强度。
本发明加入稳泡剂能提高泡沫的稳定性，对制备泡沫轻质土起着至关重要的作用。
本发明通过采用微沫剂进行二次发泡，保障了水泥分散效果和分散稳定性，有效地提高了轻质泡沫土的抗压强度和耐久性。
本发明铝土尾矿轻质泡沫土可直接泵送或者配管泵送，浇筑施工点所占空间极小，浇筑时具有高流动性，浇筑完后固化速度适宜且具有不需机械碾压或振捣的优势，用于岩溶区溶洞的充填，可达到施工简便且能彻底充填密实的效果，为溶洞的充填提供了一种新型材料及施工方法，解决了传统充填材料充填不彻底、易流失及不环保等问题。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围不限于以下实施例。
实施例1：
一种利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土，由水泥浆液体系和发泡体系组成，水泥浆液体系和发泡体系的体积比为1.3:1。
水泥浆液体系主要包括以下组分：水泥、铝土尾矿、减水剂和水，其中，水灰比为0.4，铝土尾矿与水泥的质量比为0.25:1，减水剂的质量为水泥浆液体系质量的0.5%。
发泡体系主要包括以下组分：发泡剂1份、稳泡剂0.2份、微沫剂0.2份和水100份。
其中，水泥为P042.5普通硅酸盐水泥，减水剂为聚羧酸系减水剂，发泡剂为动物性发泡剂，稳泡剂为动物胶液，微沫剂为发泡剂与水按照质量比1:1500稀释制得。
实施例2：
一种利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土，由水泥浆液体系和发泡体系组成，水泥浆液体系和发泡体系的体积比为1.3:1。
水泥浆液体系主要包括以下组分：水泥、铝土尾矿、减水剂和水，其中，水灰比为0.5，铝土尾矿与水泥的质量比为3:7，减水剂的质量为水泥浆液体系质量的0.4%。
发泡体系主要包括以下组分：发泡剂1.5份、稳泡剂0.3份、微沫剂0.5份和水100份。
其中，水泥为P042.5普通硅酸盐水泥，减水剂为聚羧酸系减水剂，发泡剂为复合发泡剂，稳泡剂为动物胶液，微沫剂为发泡剂与水按照质量比1:1500稀释制得。
实施例3：
一种利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土，由水泥浆液体系和发泡体系组成，水泥浆液体系和发泡体系的体积比为1:1。
水泥浆液体系主要包括以下组分：水泥、铝土尾矿、减水剂和水，其中，水灰比为0.6，铝土尾矿与水泥的质量比为0.25:1，减水剂的质量为水泥浆液体系质量的0.6%。
发泡体系主要包括以下组分：发泡剂1份、稳泡剂0.2份、微沫剂0.5份和水100份。
其中，水泥为P042.5普通硅酸盐水泥，减水剂为聚羧酸系减水剂，发泡剂为动物性发泡剂，稳泡剂为动物胶液，微沫剂为发泡剂与水按照质量比1:1500稀释制得。
上述实施例1~3的利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土，制备方法包括以下步骤：
S1.水泥浆液体系的制备：按照质量份配比称取水泥、铝土尾矿、减水剂和水、搅拌混合均匀获得水泥浆液体系；
S2. 发泡体系的制备：利用发泡机将水与发泡剂混合，制成泡沫混合液；柱柱塞泵抽取部分泡沫混合液继续加入水进行二次发泡，并通过空压机给柱塞泵管道提供气体，泡沫混合液在气体的作用下通过多层钢丝过滤网过滤产生细小泡沫，制得微沫剂，按照重量比将泡沫混合液、稳泡剂及微沫剂混合，制得发泡体系；
S3.按照体积配比分别将步骤S1制备的水泥浆液体系和步骤S2制备的发泡体系输送到混合器内，使浆料与泡沫均匀混合，制得混合浆料，将混合浆料通过排设管道输送至模具浇注成型或填充到施工点中，经处理、养护20~30天即得。
其中，钢丝过滤网设置有3层，钢丝过滤网的过滤孔截面呈前大后小的圆台形，且过滤孔的直径随泡沫过滤的方向逐层减小，即泡沫的体积逐步过滤缩小，不容易破碎，且为了保持泡沫的形态，在钢丝过滤网上还涂有润滑剂。
将以上获得的利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土按照《现浇泡沫轻质土技术规程》CECS 249-2008中的要求进行质量指标检测，结果见表1。
表1 检测结果
检测项目 抗压强度（MPa） 湿密度（kg/m3） 流值（mm）
实施例1 0.45 536 162
实施例2 0.57 586 171
实施例3 0.75 654 178
抗压强度：28d立方体抗压强度；
湿密度：泡沫轻质土硬化前流动状态下的表观密度；
流值：表示泡沫轻质土流动性的量值，一般用圆筒法测量。
由表1可以看出，实施例中铝土尾矿轻质泡沫土湿密度为536~654kg/m3、28d抗压强度达到0.45~0.75MPa，满足传统溶洞注浆体抗压强度不小于0.2MPa的要求，而且柔韧性好、填充密实。综上可见，由于铝土尾矿含有大量的粘性土，制备的水泥浆液和泡沫土渗透系数低，具有良好的耐久性和抗渗性，可作为溶洞充填材料；用于排泥库周边溶洞的充填，可就地取材，来源广、价格便宜，有很大的发展前景和应用价值。

Claims (10)

1.一种利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土，其特征在于：
由水泥浆液体系和发泡体系组成，所述水泥浆液体系和发泡体系的体积比为0.5~2:1；
所述水泥浆液体系主要包括以下组分：水泥、铝土尾矿、减水剂和水，其中，水灰比为0.2~1.0，铝土尾矿与水泥的质量比为0.2~5:1，减水剂的质量为水泥浆液体系质量的0.4~0.6%；
所述发泡体系主要包括以下组分：发泡剂0.5~2份、稳泡剂0.1~0.3份、微沫剂0.05~1份和水100份。
2.根据权利要求1所述的利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土，其特征在于：
所述水泥为P042.5硅酸盐水泥；所述减水剂为聚羧酸系减水剂。
3.根据权利要求1所述的利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土，其特征在于：
所述铝土尾矿中， Al2O3、SiO2、Fe2O3的质量含量大于80%。
4.根据权利要求1所述的利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土，其特征在于：
所述发泡剂为动物性发泡剂或复合发泡剂。
5.根据权利要求1所述的利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土，其特征在于：
所述稳泡剂为动物胶液。
6.根据权利要求1所述的利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土，其特征在于：
所述微沫剂为发泡剂与水按照质量比1:1450~1550稀释制得。
7.如权利要求1~6任一项所述的利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土在岩溶区溶洞充填中的应用。
8.根据权利要求1~6任一项所述的利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
S1.水泥浆液体系的制备：按照质量份配比称取水泥、铝土尾矿、减水剂和水、搅拌混合均匀获得水泥浆液体系；
S2. 发泡体系的制备：利用发泡机将水与发泡剂混合，制成泡沫混合液；柱塞泵抽取部分泡沫混合液继续加入水进行二次发泡，并通过空压机给柱塞泵管道提供气体，泡沫混合液在气体的作用下通过多层钢丝过滤网过滤产生细小泡沫，制得微沫剂，按照重量比将泡沫混合液、稳泡剂及微沫剂混合，制得发泡体系；
S3.按照体积配比分别将步骤S1制备的水泥浆液体系和步骤S2制备的发泡体系输送到混合器内，使浆料与泡沫均匀混合，制得混合浆料，将混合浆料通过排设管道输送至模具浇注成型或填充施工点中，经处理、养护20~30天即得。
9.根据权利要求8所述的利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土的制备方法，其特征在于：
所述钢丝过滤网设置有3~4层，所述钢丝过滤网的过滤孔截面呈前大后小的圆台形，且过滤孔的直径随泡沫过滤的方向逐层减小。
10.根据权利要求9所述的利用铝土尾矿制备的轻质泡沫土的制备方法，其特征在于：所述钢丝过滤网上涂有润滑剂。
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