CN109437611B - 一种基于硫酸盐激发的固废胶凝材料 - Google Patents

一种基于硫酸盐激发的固废胶凝材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于硫酸盐激发的固废胶凝材料。本发明首先公开了一种硫酸盐激发胶凝材料，这种激发胶凝材料是由以下的原料组成：高炉矿渣、石灰石、石膏、外加剂和减水剂。本发明还公开了一种包含此硫酸盐激发胶凝材料的固废胶凝材料。同时也公开了这种基于硫酸盐激发的固废胶凝材料的制备方法。与硅酸盐激发的固废胶凝材料相比较，本发明硫酸盐激发的固废胶凝材料流动性更好，在远距离管道运输中有明显的优势；初凝时间和终凝时间有明显的缩短，能满足矿山的实际生产需要，充分提高生产效率；抗压强度更大，胶结能力更强，可以支承更大的矿山荷载。

Description

一种基于硫酸盐激发的固废胶凝材料
技术领域
本发明涉及一种基于硫酸盐激发的固废胶凝材料。
背景技术
充填采矿技术，特别是胶凝充填采矿技术的日益发展，使矿山许多复杂的技术问题都得到了很好地解决，在有色金属矿山和贵金属矿山得到了广泛应用。有色金属矿山充填成本占采矿成本的1/3，充填材料的费用超过充填成本的80％。为了降低充填成本，提高经济效益，企业有必要使用价格低廉、性能优越的新型胶凝材料。
目前广泛被使用的添加硅酸盐的固废胶凝材料，存在一定的不足之处。第一，使用硅酸盐胶凝材料的充填料浆凝结时间太长，无法满足矿山的实际生产需求；第二，硅酸盐胶凝材料水化会产生具有极强的吸附性的胶状物，流动性降低，会在远距离管道输送过程中粘在管壁上，造成管道堵塞；第三，提高矿山尾砂浓度可以提高充填料浆凝结后的强度，但同时会进一步导致流动性降低，使管道堵塞问题更突出。针对添加硅酸盐胶凝材料的充填料浆所存在的凝结时间长、流动性差、强度低等不足，现今普遍使用减水剂对硅酸盐胶凝材料的性能进行优化改良。但是减水剂用量较多，价格较昂贵，经济性较低。
发明内容
本发明的目的在于通过添加硫酸盐中性激发剂，改良添加硅酸盐胶凝材料的充填料浆所存在的凝结时间长、流动性差、强度低等不足，进而提供一种基于硫酸盐激发的固废胶凝材料，这种固废胶凝材料可以提高矿山尾砂浓度，能降低减水剂的用量，可以降低充填成本，在经济上具有优越性。
本发明所采取的技术方案是：
一种硫酸盐激发胶凝材料，是由以下质量百分比的原料组成：25％～65％的高炉矿渣、0.1％～35％的石灰石、15％～70％的石膏、1％～10％的外加剂和1％～10％的减水剂。
这种硫酸盐激发胶凝材料中，石膏为氟石膏、脱硫石膏、天然二水石膏中的至少一种。
这种硫酸盐激发胶凝材料中，外加剂为硫酸钠。
这种硫酸盐激发胶凝材料中，减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，萘系减水剂、聚羧酸系减水剂、脂肪酸系减水剂中的至少一种。
一种基于硫酸盐激发的固废胶凝材料，固体组分包括前述的硫酸盐激发胶凝材料和矿山尾砂。
这种基于硫酸盐激发的固废胶凝材料中，硫酸盐激发胶凝材料和矿山尾砂的质量比为1：(3～18)。
一种基于硫酸盐激发的固废胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照前述的组成，称量高炉矿渣、石灰石、石膏、外加剂和减水剂，混合，得到硫酸盐激发胶凝材料；
2)将硫酸盐激发胶凝材料和矿山尾砂按质量比1：(3～18)混合搅拌；
3)加入水混合搅拌，得到基于硫酸盐激发的固废胶凝材料。
固废胶凝材料制备方法的步骤3)中，水灰比为(0.6～0.8)：1。
本发明的有益效果是：
与硅酸盐激发的固废胶凝材料相比较，本发明硫酸盐激发的固废胶凝材料流动性更好，在远距离管道运输中有明显的优势；初凝时间和终凝时间有明显的缩短，能满足矿山的实际生产需要，充分提高生产效率；抗压强度更大，胶结能力更强，可以支承更大的矿山荷载。
本发明通过使用硫酸盐固废胶凝材料，改进硅酸盐固废胶凝材料中存在的不足，解决硅酸盐固废胶凝材料的堵管问题；同时降低充填的材料成本以及时间成本，提高生产效率，实现良好经济效益。
具体实施方式
一种硫酸盐激发胶凝材料，是由以下质量百分比的原料组成：25％～65％的高炉矿渣、0.1％～35％的石灰石、15％～70％的石膏、1％～10％的外加剂和1％～10％的减水剂；各原料的质量之和为100％。
优选的，这种硫酸盐激发胶凝材料，是由以下质量百分比的原料组成：30％～60％的高炉矿渣、10％～20％的石灰石、25％～40％的石膏、1％～5％的外加剂和1％～5％的减水剂；各原料的质量之和为100％。
优选的，这种硫酸盐激发胶凝材料中，高炉矿渣为钢铁厂排出的高炉矿渣，主要化学成分包括以下组分：20wt％～40wt％的氧化钙(CaO)、20wt％～30wt％的二氧化硅(SiO2)、5wt％～21wt％的三氧化二铁(Fe2O3)、4wt％～8wt％的三氧化二铝(Al2O3)、1wt％～5wt％的氧化镁(MgO)、1wt％～6wt％的氧化锰(MnO)。
进一步的，这种硫酸盐激发胶凝材料中，石灰石是以碳酸钙(CaCO3)为主要成分的天然矿石。
优选的，这种硫酸盐激发胶凝材料中，石膏为为硫酸钙(CaSO4)为主要成分的原料，具体选自氟石膏、脱硫石膏、天然二水石膏中的至少一种。
优选的，这种硫酸盐激发胶凝材料中，外加剂为硫酸钠(Na2SO4)。
优选的，这种硫酸盐激发胶凝材料中，减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，萘系减水剂、聚羧酸系减水剂、脂肪酸系减水剂中的至少一种；进一步优选的，减水剂为萘系减水剂。
一种基于硫酸盐激发的固废胶凝材料，固体组分包括前述的硫酸盐激发胶凝材料和矿山尾砂。
优选的，这种基于硫酸盐激发的固废胶凝材料中，硫酸盐激发胶凝材料和矿山尾砂的质量比为1：(3～18)；进一步优选的，硫酸盐激发胶凝材料和矿山尾砂的质量比为1：(4～12)。
一种基于硫酸盐激发的固废胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
1)按照前述的组成，称量高炉矿渣、石灰石、石膏、外加剂和减水剂，混合，得到硫酸盐激发胶凝材料；
2)将硫酸盐激发胶凝材料和矿山尾砂按质量比1：(3～18)混合搅拌；
3)加入水混合搅拌，得到基于硫酸盐激发的固废胶凝材料。
优选的，固废胶凝材料制备方法的步骤3)中，水灰比为(0.6～0.8)：1，水灰比即水与固体组分硫酸盐激发胶凝材料和矿山尾砂质量之和的质量比值。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例中所用的原料如无特殊说明，均可从常规商业途径得到。
硫酸盐激发胶凝材料制备例1：
将57质量份的高炉矿渣、14质量份的石灰石、25质量份的石膏、2质量份的外加剂和2质量份的减水剂混合，制备成硫酸盐激发胶凝材料。
硫酸盐激发胶凝材料制备例2：
将50质量份的高炉矿渣、16质量份的石灰石、30质量份的石膏、3质量份的外加剂和1质量份的减水剂混合，制备成硫酸盐激发胶凝材料。
硫酸盐激发胶凝材料制备例3：
将40质量份的高炉矿渣、20质量份的石灰石、36质量份的石膏、2质量份的外加剂和2质量份的减水剂混合，制备成硫酸盐激发胶凝材料。
硫酸盐激发胶凝材料制备例1～3中，所用的高炉矿渣为炼钢生铁矿渣，主要化学成分包括以下组分：38wt％的氧化钙(CaO)、27wt％的二氧化硅(SiO2)、18wt％的三氧化二铁(Fe2O3)、8wt％的三氧化二铝(Al2O3)、4wt％的氧化镁(MgO)、5wt％的氧化锰(MnO)；石灰石为天然矿石；石膏为氟石膏；外加剂为硫酸钠；减水剂为萘系减水剂。
胶凝材料制备例
将硫酸盐激发胶凝材料制备例1得到的硫酸盐激发胶凝材料和矿山尾砂分别按灰砂比(质量比)1:4、1:8和1:12放入搅拌机中搅拌1分钟；按照水灰比0.7:1掺入定量水，搅拌90秒；将锅壁四周的料浆刮入锅内后，再搅拌30秒，分别得到实施例1～3的基于硫酸盐激发的固废胶凝材料。
同时，分别取目前常用的硅酸盐激发胶凝材料按实施例1～3相同的灰砂比做同样的固废胶凝材料，分别得到对比例1～3的胶凝材料。
实施例1、2和3中硫酸盐激发胶凝材料与矿山尾砂的质量比为分别为1:4、1:8和1:12；对比例1、2和3中硅酸盐激发胶凝材料与矿山尾砂的质量比为分别为1:4、1:8和1:12。
所用到的矿山尾砂各化学物质质量分数如下：26.1wt％的CaO，23.5wt％的SiO2，9.8wt％的SO3，5.6wt％的Al2O3，7.4wt％的Fe2O3，2.5wt％的MgO，1.9wt％的K2O，0.3wt％的TiO2，0.6wt％的ZnO，0.6wt％的PbO，余量为烧失量。
分别对实施例和对比例制得的胶凝材料做以下的性能测试，如无特别说明，测试的标准均为行业的公知国标。
1、取适量搅拌均匀的试样，使用维卡仪测定料浆的初凝时间和终凝时间；
2、另取适量搅拌均匀的试样，使用水泥胶砂流动度测定仪对其进行流动性测试；
3、将搅拌均匀的料浆灌注在70.7×70.7×70.7mm的标准三联模具中，每个样品灌注两组试块；试样成型至失去塑性后脱模，为模拟井下相对恒温潮湿的实际环境，脱模试样置于标准养护室(温度为20±2℃、相对湿度为95％以上)中养护至测试龄期进行7天、28天强度试验。
实施例1～3和对比例1～3的胶凝材料测试性能如表1所示。
表1实施例和对比例材料性能对比
Figure BDA0001858817680000041
Figure BDA0001858817680000051
从表1可以看出，用本发明的硫酸盐激发的固废胶凝材料与比较例中硅酸盐激发的固废胶凝材料相比较，本发明的固废胶凝材料流动性更好，在远距离管道运输中有明显的优势；初凝时间和终凝时间有明显的缩短，更能满足矿山的实际生产需要，充分提高生产效率；抗压强度更大，胶结能力更强，可以支承更大的矿山荷载。

Claims (2)

1.一种基于硫酸盐激发的固废胶凝材料，其特征在于：固体组分包括硫酸盐激发胶凝材料和矿山尾砂；
所述硫酸盐激发胶凝材料和矿山尾砂的质量比为1：(3～18)；
所述硫酸盐激发胶凝材料是由以下质量百分比的原料组成：30％～60％的高炉矿渣、10％～20％的石灰石、25％～40％的石膏、1％～5％的外加剂和1％～5％的减水剂；各原料的质量之和为100％；
所述高炉矿渣的主要化学成分包括以下组分：38wt％的氧化钙、27wt％的二氧化硅、18wt％的三氧化二铁、8wt％的三氧化二铝、4wt％的氧化镁、5wt％的氧化锰；
所述石膏为氟石膏；
所述外加剂为硫酸钠；
所述减水剂为萘系减水剂；
所述矿山尾砂各化学物质质量分数如下：26.1wt％的CaO，23.5wt％的SiO2，9.8wt％的SO3，5.6wt％的Al2O3，7.4wt％的Fe2O3，2.5wt％的MgO，1.9wt％的K2O，0.3wt％的TiO2，0.6wt％的ZnO，0.6wt％的PbO，余量为烧失量；
所述基于硫酸盐激发的固废胶凝材料的水灰比为(0.6～0.8)：1；
所述基于硫酸盐激发的固废胶凝材料的制备方法包括以下步骤：
1)按照所述硫酸盐激发胶凝材料的组成，称量高炉矿渣、石灰石、石膏、外加剂和减水剂，混合，得到硫酸盐激发胶凝材料；
2)将硫酸盐激发胶凝材料和矿山尾砂按质量比1：(3～18)混合搅拌；
3)加入水混合搅拌，得到基于硫酸盐激发的固废胶凝材料；
所述步骤3)中，水灰比为(0.6～0.8)：1。
2.一种权利要求1所述基于硫酸盐激发的固废胶凝材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)按照所述硫酸盐激发胶凝材料的组成，称量高炉矿渣、石灰石、石膏、外加剂和减水剂，混合，得到硫酸盐激发胶凝材料；
2)将硫酸盐激发胶凝材料和矿山尾砂按质量比1：(3～18)混合搅拌；
3)加入水混合搅拌，得到基于硫酸盐激发的固废胶凝材料；
所述步骤3)中，水灰比为(0.6～0.8)：1。
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