CN108975783A - 一种固硫灰基充填胶结材料及其料浆的制备 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种固硫灰基充填胶结材料及其料浆的制备方法，以固硫灰作为胶凝材料，磷尾矿作为细集料，使用水玻璃、生石灰及硫酸钠复合激发。胶结材料包含以下重量份原料组分：固硫灰12‑30%，磷尾矿34‑58%，水玻璃1.1‑2.6%，生石灰2.1‑5.2%，硫酸钠0.3‑0.7%，自来水26‑30%。本发明中，固硫灰的火山灰活性较低，使用水玻璃及硫酸钠，显著提高充填材料的早期抗压强度；生石灰的添加提升了充填材料的后期抗压强度。充填材料充分利用工业废渣，其泌水率低，流动性好，抗压强度高，极大降低充填成本，绿色环保。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿井充填胶结材料及其制备方法。
背景技术
随着国家建设绿色矿山、提高资源综合利用率、节能减排、保护环境等政策的推出，尾矿充填采矿法应运而生。尾矿充填法是以尾矿为骨料制备充填体，将充填料浆输送至井下采空区，形成具有一定强度的充填体，进而可以支撑围岩或堆存尾矿废料。尾矿充填不仅可以节省尾矿存放成本、降低环境污染，还可有效的避免采空区塌方等问题。近年来，尾矿充填法作为一种高效、安全的开采方法被许多矿山应用，全尾砂充填、块石胶结充填、膏体泵送充填及无水泥胶结充填等技术均取得巨大成功并得到广泛应用。
传统的水泥基充填材料消耗大量水泥，而硅酸盐水泥生产所消耗的能源仅次于钢铁冶炼产业，这意味着高污染、高成本，不利于尾矿充填技术的应用和发展。基于此，我们充分利用当地资源，寻找一种合适的工业废渣作为胶凝材料，代替传统水泥，采用新的活性激发技术，以满足充填材料所需的强度、坍落度度、泌水率等性能要求。真正达到绿色矿山的可持续发展要求。
发明内容
本发明提供一种矿井充填胶结材料及其制备方法，是以磷尾矿作为细集料，固硫灰作为胶凝材料，掺入活性激发剂，制备性能优异、成本低廉、低碳环保的充填材料。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种矿井充填胶结材料，各原料及质量百分比如下：
固硫灰12-30％(胶凝材料)，磷尾矿30-60％，激发剂3.5-8.5％，自来水26-30％。
所述的激发剂为水玻璃、生石灰及硫酸钠的组合，其中水玻璃1.1-2.6％，生石灰2.1-5.2％(计入胶凝材料)，硫酸钠0.3-0.7％(计入胶凝材料)；所述的百分比均为质量百分比。
所述胶凝材料与所述细集料的胶砂重量比为1:1-1:4，料浆固体质量浓度70-73％；所述的百分比均为质量百分比。
所述固硫灰主要化学成分SiO2、Al2O3、CaO及SO3，其中各成分质量分数为Na2O0.395％、MgO0.544％、Al2O3 31.546％、SiO2 45.805％、P2O5 0.263％、SO3 2.586％、K2O0.841％、CaO 2.353％、TiO2 1.549％、Fe2O3 4.752％。比表面积不小于350㎡/kg。
所述磷尾矿主要化学成分CaO、MgO及P2O5，其中各成分质量分数为Na2O 0.113％、MgO 15.131％、Al2O3 1.124％、SiO2 4.726％、P2O58.180％、SO3 1.834％、CaO 33.110％、TiO2 0.116％、Fe2O3 1.104％。平均粒径23.8μm，比表面积不小于210㎡/kg。
一种固硫灰基充填胶结材料其料浆的制备方法为：
将所述胶凝材料与细集料按胶砂重量比1:1-1:4称量好，然后将所述磷尾矿、固硫灰、生石灰及硫酸钠依次加入搅拌桶，干搅拌1min以确保物料混合均匀，然后倒入水玻璃和3/4的水并搅拌3min，最后加入剩下的水并搅拌3min，制备出固体质量浓度在70-73％的固硫灰基充填料浆，搅拌叶转速>100r/min；所述的百分比均为质量百分比。
发明有如下显著进步之处：
第一、就地取材，固硫灰是电厂的主要固体废弃物，磷尾矿是矿山开采的主要固体废弃物，两者大量堆积于矿坑附近，将其用作充填材料，有效解决了占地问题、环境污染问题，进一步降低充填成本。
第二、本发明所使用的固硫灰其火山灰活性较低，为充分激发其火山灰活性，使用水玻璃及硫酸钠，提供碱性环境激发固硫灰活性，反应生成钙矾石，显著提高充填材料的7d抗压强度，生石灰水化生成氢氧化钙，与固硫灰激发出的活性SiO2反应生成水化硅酸钙，提升充填材料的28d抗压强度。
第三、本发明使用磷尾矿作为细骨料，其平均粒径23.8μm，颗粒间的滚珠效应使得料浆在高的固体质量浓度下保持良好的流动性，满足管道泵送的要求，同时具有泌水率低的特点，使充填体与地表岩层更好的结合，形成稳定的地质结构。
具体实施方式
实施例1
一种固硫灰基充填胶结材料，各原料及质量百分比如下：
固硫灰29％，磷尾矿34％，激发剂8.5％，自来水27.5％。
所述的激发剂为水玻璃、生石灰及硫酸钠的组合，其中水玻璃2.8％，生石灰5％(计入胶凝材料)，硫酸钠0.7％(计入胶凝材料)；所述的百分比均为质量百分比。
所述胶凝材料与所述细集料的胶砂重量比为1:1，料浆固体质量浓度70％；所述的百分比均为质量百分比。
所述固硫灰主要化学成分SiO2、Al2O3、CaO及SO3，比表面积不小于350㎡/kg。
所述磷尾矿主要化学成分CaO、MgO及P2O5，平均粒径23.8μm，比表面积不小于210㎡/kg。一种固硫灰基充填胶结材料其料浆的制备方法为：
将所述胶凝材料与细集料按胶砂重量比1:1称量好，然后将所述磷尾矿、固硫灰、生石灰及硫酸钠依次加入搅拌桶，干搅拌1min以确保物料混合均匀，然后倒入水玻璃和3/4的水并搅拌3min，最后加入剩下的水并搅拌3min，制备出固体质量浓度在70％的固硫灰基充填料浆，搅拌叶转速>100r/min；所述的百分比均为质量百分比。
实施例2
一种固硫灰基充填胶结材料，各原料及质量百分比如下：
固硫灰14％，磷尾矿52％，激发剂4.3％，自来水29.7％。
所述的激发剂为水玻璃、生石灰及硫酸钠的组合，其中水玻璃1.3％，生石灰2.6％(计入胶凝材料)，硫酸钠0.4％(计入胶凝材料)；所述的百分比均为质量百分比。
所述胶凝材料与所述细集料的胶砂重量比为1:3，料浆固体质量浓度70％；所述的百分比均为质量百分比。
所述固硫灰主要化学成分SiO2、Al2O3、CaO及SO3，比表面积不小于350㎡/kg。
所述磷尾矿主要化学成分CaO、MgO及P2O5，平均粒径23.8μm，比表面积不小于210㎡/kg。
一种固硫灰基充填胶结材料其料浆的制备方法为：
将所述胶凝材料与细集料按胶砂重量比1:3称量好，然后将所述磷尾矿、固硫灰、生石灰及硫酸钠依次加入搅拌桶，干搅拌1min以确保物料混合均匀，然后倒入水玻璃和3/4的水并搅拌3min，最后加入剩下的水并搅拌3min，制备出固体质量浓度在70％的固硫灰基充填料浆，搅拌叶转速>100r/min；所述的百分比均为质量百分比。
实施例3
一种固硫灰基充填胶结材料，各原料及质量百分比如下：
固硫灰12％，磷尾矿58％，激发剂3.6％，自来水26.4％。
所述的激发剂为水玻璃、生石灰及硫酸钠的组合，其中水玻璃1.1％，生石灰2.2％(计入胶凝材料)，硫酸钠0.3％(计入胶凝材料)；所述的百分比均为质量百分比。
所述胶凝材料与所述细集料的胶砂重量比为1:4，料浆固体质量浓度73％；所述的百分比均为质量百分比。
所述固硫灰主要化学成分SiO2、Al2O3、CaO及SO3，比表面积不小于350㎡/kg。
所述磷尾矿主要化学成分CaO、MgO及P2O5，平均粒径23.8μm，比表面积不小于210㎡/kg。
一种固硫灰基充填胶结材料其料浆的制备方法为：
将所述胶凝材料与细集料按胶砂重量比1:4称量好，然后将所述磷尾矿、固硫灰、生石灰及硫酸钠依次加入搅拌桶，干搅拌1min以确保物料混合均匀，然后倒入水玻璃和3/4的水并搅拌3min，最后加入剩下的水并搅拌3min，制备出固体质量浓度在73％的固硫灰基充填料浆，搅拌叶转速>100r/min；所述的百分比均为质量百分比。
分别检测固硫灰基充填胶结材料其料浆的坍落度、泌水率，成型以后的7d、28d无侧限抗压强度，结果见表1：
表1实施案例试验数据
已有研究证明，料浆的坍落度范围在210mm-254mm时，管道输送将表现出低流动阻力，从试验数据可以看出，实施案例1-3的坍落度满足管道泵送的要求；磷尾矿含量的不同，导致泌水率不同，较低的泌水率，有利于提高充填体强度，使充填体与地表岩层紧密结合；通常认为充填胶结材料的28d抗压强度满足1MPa即满足强度要求，实施案例1-3的28d抗压强度满足强度要求。
Claims (4)
1.一种固硫灰基充填胶结材料，其特征在于按照以下配比和方法制备而成：
固硫灰12-30％，磷尾矿34-58％，水玻璃1.1-2.6％，生石灰2.1-5.2％，硫酸钠0.3-0.7％，自来水26-30％；
所述的百分比均为质量百分比；
(1)、磷尾矿烘干，密封保存；
(2)、固硫灰密封保存。
2.含有权利要求1所述的固硫灰基充填胶结材料，其特征在于，所述固硫灰主要化学成分SiO2、Al2O3、CaO及SO3，比表面积不小于350㎡/kg。
3.含有权利要求1所述的固硫灰基充填胶结材料，其特征在于，所述磷尾矿主要化学成分CaO、MgO及P2O5，平均粒径23.8μm，比表面积不小于210㎡/kg。
4.含有权利要求1所述的固硫灰基充填胶结材料的固硫灰基充填料浆，其特征在于，按照以下方法制备而成：
将固硫灰、磷尾矿、生石灰及硫酸钠依次加入桶中，搅拌混合均匀，倒入水玻璃和水，在搅拌速度>100r/min下，制备出固体质量浓度在70-73％的固硫灰基充填料浆。
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- 2018-08-16 CN CN201810936597.9A patent/CN108975783A/zh active Pending
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