CN109538289B - 一种适于管道输送的井下充填料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适于管道输送的井下充填料及其制备方法，所述适于管道输送的井下充填料的制备原料包括钾盐尾盐、钾盐卤水、NaOH和CaO，其中，所述NaOH与钾盐卤水的质量比为0.8～1.2:100。所述制备方法，包括以下步骤：S1、将NaOH添加到钾盐卤水中，充分搅拌溶解后，慢速扰动10小时以上，优选为12h；S2、将氧化钙与钾盐尾盐混合后得到混合料，将所述混合料添加到所述步骤S1处理后的钾盐卤水中，搅拌均匀，得到所述适于管道输送的井下充填料。与现有技术相比，本发明方案的井下充填料的泌水率低，适于管道输送。
Description
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种适于管道输送的井下充填料及其制备方法。
背景技术
钾盐主要用于制造钾肥，钾肥是农业不可缺少的三大肥料之一。钾盐尾盐和钾盐卤水分别是钾肥矿生产后产生的固体废弃物和液体废弃物，其化学组成和物理性能均与工业盐水相似。随着钾肥矿工业的蓬勃发展，每年钾盐尾盐和钾盐卤水排放量都很大。其中，钾盐尾盐的主要化学成分为NaCl，约占96％左右；钾盐卤水主要化学成分为MgCl2，还含有KCl、CaCl2、NaCl和不溶物等少量杂质。如若不妥善处置，这些废弃物将会成为社会环境的沉重负担；而若能加以资源化利用，不但能解决这些问题，还能变废为宝。
目前，我国钾肥工业年产钾肥约375.9万吨，并且以每年6.14％的速度增长，而国内对钾盐尾盐和钾盐卤水的处理没有很好的解决方案，大量堆积的钾盐尾盐和钾盐卤水固液废弃物已成为制约我国钾肥工业可持续发展的瓶颈。如何有效地处理钾肥生产中产生的固液废弃物已成为我国乃至世界范围内的一个迫切需要解决的技术难题。近年来国内外各科研院所结合钾肥开采的特点，进行了钾盐尾盐和钾盐卤水充填法无废害开采综合技术研究，研究发现将钾盐尾盐和钾盐卤水按一定比例混合搅拌成充填料浆，自流或泵送到钾盐矿采空区，井下过滤后的卤水抽到地表重复利用，该方法应用消耗量大且处理成本低，可以在一定程度上实现无废害开采，对我国钾肥的综合开发具有重要意义。这种方法对于开采规模、开采范围不大，井深适合的钾肥矿山能够实现良好地应用，然而对于大规模开采钾盐矿时，由于易出现过充填材料进入井下后泌水率偏高，导致严重威胁井下工人的安全等问题，因此，仍需对该进行进一步改进。
基于此，开发一种利用钾盐尾盐和钾盐卤水作为井下充填料，保证安全生产是目前本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种泌水率低且管道输送过程中不易离析的适于管道输送的井下充填料及其制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种适于管道输送的井下充填料，所述适于管道输送的井下充填料的制备原料包括钾盐尾盐、钾盐卤水、NaOH和CaO，其中，所述NaOH与钾盐卤水的质量比为0.8～1.2:100。
优选地，所述NaOH与钾盐卤水的质量比为1:100。
进一步地，所述CaO与钾盐尾盐的质量比为4～6:100；优选地，所述CaO与钾盐尾盐的质量比为5:100。
进一步地，所述钾盐尾盐在制备原料中的质量浓度不低于60％；优选地，所述钾盐尾盐在制备原料中的质量浓度为70％。
本发明的有益效果在于：本发明方案充分利用钾肥矿开采过程中的固液废弃物，既避免了这些废弃物对环境的污染，又能实现对其资源化充分利用，增加了经济效益；采用本发明方案的井下充填料产生的泌水率低，解决了管道输送过程中充填料离析不利于输送的问题，同时提升了井下作业过程中的安全性；本发明方案提高了钾盐的回收利用率，巧妙地控制NaOH与钾盐卤水的添加比例，使得充填料能够实现良好的固化。
本发明还包括上述适于管道输送的井下充填料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将NaOH添加到钾盐卤水中，充分搅拌溶解后，慢速扰动10小时以上，优选为12h；
S2、将氧化钙与钾盐尾盐混合后得到混合料，将所述混合料添加到所述步骤S1处理后的钾盐卤水中，搅拌均匀，得到所述适于管道输送的井下充填料。
进一步地，所述步骤S1处理后的钾盐卤水的泌水率低于2％。
进一步地，所述步骤S1中，所述慢速扰动操作是在10～20rpm的速度下进行搅拌。
进一步地，所述适于管道输送的井下充填料经28天养护后，试块泌水率低于1％。
进一步地，所述养护操作的温度和湿度分别为20～25℃和80～95％。
本发明的有益效果在于：本发明方案操作简便且制得的充填料性能优良，便于规模化工业生产运用。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
本发明中，CaO和NaOH的作用机理如下：
NaOH与钾盐卤水中的MgCl2反应生成Mg(OH)2沉淀。
2NaOH+MgCl2＝Mg(OH)2↓+2NaCl
3Mg(OH)2+MgCl2+8H2O＝3Mg(OH)2·MgCl2·8H2O(凝胶)
CaO+H2O＝Ca(OH)2
Ca(OH)2+MgCl2＝Mg(OH)2↓+CaCl2
3CaO+Al2O3+CaCl2+10H2O＝Ca3Al2O6·CaCl2·10H2O(费里德尔盐)
本发明实施例1为：将NaOH按1.0％的比例加入钾盐卤水中，充分搅拌溶解后，慢速扰动12小时。钾盐卤水由棕黄色变为白色稠状，但有一部分水泌出，将钾盐尾盐按总质量的70％加入后形成似膏体状，说明NaOH按1.0％的比例加入钾盐卤水中适合作膏体充填。
本发明对照例1为：将NaOH按0.5％的比例加入钾盐卤水中，充分搅拌溶解后，慢速扰动12小时。钾盐卤水不能由棕黄色变为白色稠状，通过以上判断该充填配比不适合作膏体充填。
本发明对照例2为：将NaOH按1.5％的比例加入钾盐卤水中，充分搅拌溶解后，慢速扰动12小时。钾盐卤水由棕黄色变为白色稠状，没有水泌出，加入钾盐按总质量的70％后粘稠度高，不易搅拌均匀，说明NaOH按1.5％的比例加入钾盐卤水中不适合作膏体充填。
对比实施例1与对照例1～2可知，当NaOH的添加比例过高或过低时，均会导致无法形成充填料。
本发明实施例2为：将NaOH按1.0％的比例加入钾盐卤水中，充分搅拌溶解后，慢速扰动12小时，得到浆液。将氧化钙与钾盐尾盐按质量比为4:100的比例混合均匀，得到混合料；将所述浆液按总质量的30％加入到混合料中，搅拌均匀，得到所述适于管道输送的井下充填料，经过28天养护后，试块(即养护后的井下填料的块状试验品)的单轴无侧限抗压强度达到0.20MPa，泌水率为0.82％。
本发明实施例3为：将NaOH按1.0％的比例加入钾盐卤水中，充分搅拌溶解后，慢速扰动12小时，得到浆液。将氧化钙与钾盐尾盐按质量比为5:100的比例混合均匀，得到混合料；将所述浆液按总质量的30％加入到混合料中，搅拌均匀，得到所述适于管道输送的井下充填料，经过28天养护后，试块的强度达到0.62MPa，泌水率为0.52％。
本发明实施例4为：将NaOH按1.0％的比例加入钾盐卤水中，充分搅拌溶解后，慢速扰动12小时，得到浆液。将氧化钙与钾盐尾盐按质量比为6:100的比例混合均匀，得到混合料；将所述浆液按总质量的30％加入到混合料中，搅拌均匀，得到所述适于管道输送的井下充填料，经过28天养护后，试块的强度达到0.53MPa，泌水率为0.31％。
对比实施例2～4的数据可以看出，CaO的添加量在一定范围内增加后泌水率下降，而强度先增加后降降低，因此，CaO的添加量控制在4～6％内，以使得充填料的泌水量和强度均在适宜范围内。
本发明实施例中所使用的钾盐卤水及钾盐尾盐的化学成分分别如下表1和2所示：
表1钾盐卤水的化学成分(pH为无量纲)
| 指标 | pH | NaCl | CaCl<sub>2</sub> | MgCl<sub>2</sub> | KCl | 水 | 合计 |
| 含量％ | 7 | 1.80 | 0.11 | 30.14 | 1.05 | 66.9 | 100 |
表2钾盐尾盐的化学成分
| 指标 | NaCl | MgCl<sub>2</sub> |
| 含量％ | 96 | 4 |
本发明方案将氢氧化钠用于钾盐矿卤水固化井下充填，将氢氧化钠放入钾盐卤水中搅拌溶解，通过慢速搅拌后将卤水固化，形成白色胶状物后与钾盐尾盐混合后形成膏体状用于井下充填。本发明首次提供了一种氢氧化钠用于钾盐尾盐井下充填料制备的新工艺，保障了钾盐尾盐用于井下充填的安全，制得的井下充填料无泌水且强度高，本发明井下充填料制备方法具有环保性、经济性、安全性等优点。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (7)
1.一种适于管道输送的井下充填料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将NaOH添加到钾盐卤水中，充分搅拌溶解后，慢速扰动10小时以上；
S2、将氧化钙与钾盐尾盐混合后得到混合料，将所述混合料添加到所述步骤S1处理后的钾盐卤水中，搅拌均匀，得到所述适于管道输送的井下充填料；
其中，所述适于管道输送的井下充填料的制备原料包括钾盐尾盐、钾盐卤水、NaOH和CaO，其中，所述NaOH与钾盐卤水的质量比为1.0:100；所述CaO与钾盐尾盐的质量比为4~6:100；
所述步骤S1中，所述慢速扰动操作是在10-20rpm的速度下进行搅拌。
2.根据权利要求1所述的适于管道输送的井下充填料的制备方法，其特征在于：所述NaOH与钾盐卤水的质量比为1:100。
3.根据权利要求1所述的适于管道输送的井下充填料的制备方法，其特征在于：所述钾盐尾盐在制备原料中的质量浓度不低于60%。
4.根据权利要求3所述的适于管道输送的井下充填料的制备方法，其特征在于：所述钾盐尾盐在制备原料中的质量浓度为70%。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤S1处理后的钾盐卤水的泌水率低于2%。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述适于管道输送的井下充填料经28天养护后，试块泌水率低于1%。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述养护操作的温度和湿度分别为20~25℃和80~95%。
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Denomination of invention: A kind of underground filling material suitable for pipeline transportation and preparation method thereof Effective date of registration: 20220919 Granted publication date: 20210702 Pledgee: Business Department of Hunan Branch of China Construction Bank Co.,Ltd. Pledgor: FENY Corp.,Ltd. Registration number: Y2022430000085 |
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