CN111302747A - 一种改善流动性的充填料浆及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于矿山充填料浆的技术领域，具体涉及一种改善流动性的充填料浆及其制备方法。所述充填料浆的组分包括细粒级尾砂、煤泥、改性羧酸基减水剂、碱金属硫酸盐、碱性激发剂、聚丙烯纤维、膨润土、矿渣、石膏、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂以及水；通过加入改性聚羧酸减水剂，降低充填料浆的敏感度，改善料浆的流变特性，调控充填体的流动度，从而促进料浆的流动性和稳定性，以及利用阴离子、阳离子表面活性剂等，通过表面电荷与空间位阻，实现减阻输送以及高浓度输送，降低泌水率，消除对填充系统的堵管风险，改善填充能力，实现充填料浆的稳定和经济地输送。

Description

一种改善流动性的充填料浆及其制备方法

技术领域

本发明属于矿山充填料浆的技术领域，具体涉及一种改善流动性的充填料浆及其制备方法。

背景技术

目前国内外采用充填采矿法的矿山，大多都是采用硅酸盐水泥作为胶结材料，但是硅酸盐水泥的成本价格持续不断地上涨，在胶结材料的成本占比越来越大，与此同时，实际上采用硅酸盐水泥与尾砂作为充填料浆，存在着水泥对尾砂的固结能力差，充填强度低，水化热高等问题，当水泥与尾砂的凝结能状态较差时，便会造成充填料浆形成的泌水率较高，且在运输过程中，会出现运输过程流动性差、充填系统堵塞、运输效率低下的问题。

后有研究采用添加絮凝剂对尾砂进行絮凝沉降处理，依次提高对尾砂的固结能力等等，但由于絮凝剂也有增加液体渗流阻力的作用，同时也会存在充填料浆的流动性降低的问题。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种改善流动性的充填料浆及其制备方法，采用改性羧酸基减水剂改善料浆的流变特性，提高减水率，提高料浆的流动性。

本发明的技术内容如下：

本发明提供了一种改善流动性的充填料浆，所述充填料浆的组分包括细粒级尾砂、煤泥、改性羧酸基减水剂、碱金属硫酸盐、碱性激发剂、聚丙烯纤维、膨润土、矿渣、石膏、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂以及水；

按质量分数计，所述细粒级尾砂占25~30%，煤泥占8~9%，改性羧酸基减水剂占0~1.5%，碱金属硫酸盐占10~14%，碱性激发剂占20~25%，聚丙烯纤维占1~2%，膨润土占5~8%，矿渣占5~8%，石膏占6~8%，阴离子表面活性剂占2~3%，阳离子表面活性剂占2~3%，水补足至100%；

所述改性羧酸基减水剂包括磷酸基改性聚羧酸减水剂，具有较强的亲和力，对充填料浆具有分散作用，以及可以延迟料浆颗粒的水化和团聚，可以保持较好的坍落度，通过磷酸基基团改性的聚羧酸减水剂，能够降低减水剂对硫酸根的敏感性，从而提高减水剂的饱和吸附量；

所述碱金属硫酸盐包括硫酸钠、硫酸钾的一种；

所述碱性激发剂包括A剂和B剂，所述A剂包括氢氧化钙、氢氧化钠以及氢氧化钾的一种，所述B剂包括碳酸钠、硅酸钙、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钾以及硅酸钾的一种或以上，碱性激发剂与聚羧酸减水剂的结合，能够形成选择性吸附以提高颗粒分散效率，吸收不同物相的聚合物；

所述阴离子表面活性剂包括A-烯烃磺酸盐、高分子聚磷酸酯、硅氧烷磷酸酯、烷基醇酰胺磷酸酯的一种或以上；

所述阳离子表面活性剂包括烷基季铵盐、氨基硅油、氨基硅烷的一种或以上；

所述石膏包括氟石膏、脱硫石膏、柠檬酸石膏、天然二水石膏的一种。

本发明还提供了一种改善流动性的充填料浆的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

1）预处理：将细粒级尾砂、煤泥分别进行干燥、粉磨，细粒级尾砂烘干水分，煤泥干燥至水分含量15~20%，之后细粒级尾砂粉磨至粒径≤35μm，比表面积为600~1000 m²/kg；

2）混合细粒级尾砂以及煤泥，加入阴离子型表面活性剂和阳离子型表面活性剂，混合并加热90~110℃，充分搅拌均匀；

3）再加入改性羧酸基减水剂、碱金属硫酸盐、碱性激发剂、聚丙烯纤维、膨润土、矿渣、石膏以及水，降温至50~60℃，充分搅拌均匀，降至常温，即得到充填料浆。

本发明的有益效果如下：

本发明的充填料浆，以细粒级尾砂、煤泥、矿渣、膨润土等为基材，通过加入改性聚羧酸减水剂，降低充填料浆的敏感度，改善料浆的流变特性，调控充填体的流动度，从而促进料浆的流动性和稳定性，以及利用阴离子、阳离子表面活性剂等，通过表面电荷与空间位阻，实现减阻输送以及高浓度输送，降低泌水率，消除对填充系统的堵管风险，改善填充能力，实现充填料浆的稳定和经济地输送；

本发明的充填料浆的制备方法，通过对细粒级尾砂等基材的表面电荷的改变，提高颗粒的空间结构稳定性，通过碱度调节分散基团在不同物相上的吸附量，形成选择性吸附以提高颗粒分散效率，实现充填材料浓度提高与稳定性提升。

附图说明

图1为碱金属硫酸盐对掺PCE浆体zeta电位的变化图。

具体实施方式

以下通过具体的实施案例以及附图说明对本发明作进一步详细的描述，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。

若无特殊说明，本发明的所有原料和试剂均为常规市场的原料、试剂。

实施例1

一种改善流动性的充填料浆的制备方法：

1）预处理：将细粒级尾砂、煤泥分别进行烘干干燥、粉磨，细粒级尾砂烘干水分，煤泥干燥至水分含量15~20%，之后细粒级尾砂粉磨至粒径≤35μm，比表面积为600~800 m²/kg，煤泥研磨为粒径≤1cm的粉末；

2）混合25%细粒级尾砂以及9%煤泥粉末，加入3%阴离子型表面活性剂A-烯烃磺酸盐和2%阳离子型表面活性剂烷基季铵盐，混合置于搅拌反应器中，并加热至90~100℃，充分搅拌均匀，搅拌速度为150~170 r/min，搅拌1h；

3）再加入1%磷酸基改性聚羧酸、12%硫酸钠、25%碱性激发剂（氢氧化钠与碳酸钠的使用比例为3:7）、2%聚丙烯纤维、8%膨润土、5%矿渣、6%氟石膏以及2%水，降温至70~80℃，充分搅拌均匀，搅拌速度为250~270 r/min，搅拌1h，停止搅拌之后，降至常温，即得到充填料浆；

检测得该充填料浆的pH值为8.5左右，浓度为73%、将其用于矿口填充之后，静置2h左右，测得其泌水率为0.4%，充填能力达82m³/h。

所述磷酸基改性聚羧酸减水剂的制备参考论文《磷酸基改性聚羧酸的合成及其阻垢性能研究》，采用的制备方法为：将马来酸酐、含磷单体、水、催化剂混合于搅拌器，加热至70℃，带混合物溶解之后，加入引发剂、丙烯酸以及丙烯酸羟丙酯进行反应，恒温70℃进行反应，反应3小时，即得磷酸基改性聚羧酸。

实施例2

一种改善流动性的充填料浆的制备方法：

1）预处理：将细粒级尾砂、煤泥分别进行烘干干燥、粉磨，细粒级尾砂烘干水分，煤泥干燥至水分含量15~20%，之后细粒级尾砂粉磨至粒径≤35μm，比表面积为600~800 m²/kg，煤泥研磨为粒径≤1cm的粉末；

2）混合30%细粒级尾砂以及8%煤泥粉末，加入2%阴离子型表面活性剂（高分子聚磷酸酯和硅氧烷磷酸酯1:1）和2%阳离子型表面活性剂（氨基硅油和氨基硅烷1:1），混合置于搅拌反应器中，并加热至90~100℃，充分搅拌均匀，搅拌速度为150~170 r/min，搅拌1h；

3）再加入1.5%磷酸基改性聚羧酸、10%硫酸钠、20.5%碱性激发剂（氢氧化钙和硅酸钙4:6）、2%聚丙烯纤维、5%膨润土、8%矿渣、8%柠檬酸石膏以及3%水，降温至70~80℃，充分搅拌均匀，搅拌速度为250~270 r/min，搅拌1~2h，停止搅拌之后，降至常温，即得到充填料浆；

检测得该充填料浆的pH值为8.7左右，浓度为75%、将其用于矿口填充之后，静置2h左右，测得其泌水率为0.5%，充填能力达83m³/h。

实施例3

一种改善流动性的充填料浆的制备方法：

1）预处理：将细粒级尾砂、煤泥分别进行烘干干燥、粉磨，细粒级尾砂烘干水分，煤泥干燥至水分含量15~20%，之后细粒级尾砂粉磨至粒径≤35μm，比表面积为700~900 m²/kg，煤泥研磨为粒径≤1cm的粉末；

2）混合30%细粒级尾砂以及8%煤泥粉末，加入2%阴离子型表面活性剂高分子聚磷酸酯和3%阳离子型表面活性剂氨基硅油，混合置于搅拌反应器中，并加热至100~110℃，充分搅拌均匀，搅拌速度为170~200 r/min，搅拌1.5h；

3）再加入1%磷酸基改性聚羧酸、10%硫酸钾、21%碱性激发剂（氢氧化钾和碳酸氢钾4:6）、2%聚丙烯纤维、5%膨润土、8%矿渣、7%脱硫石膏以及2%水，降温至70~80℃，充分搅拌均匀，搅拌速度为270~300 r/min，搅拌1.5h，停止搅拌之后，降至常温，即得到充填料浆；

检测得该充填料浆的pH值为8.0左右，浓度为73%、将其用于矿口填充之后，静置2h左右，测得其泌水率为0.4%，充填能力达81m³/h。

实施例4

一种改善流动性的充填料浆的制备方法：

1）预处理：将细粒级尾砂、煤泥分别进行烘干干燥、粉磨，细粒级尾砂烘干水分，煤泥干燥至水分含量15~20%，之后细粒级尾砂粉磨至粒径≤35μm，比表面积为700~900 m²/kg，煤泥研磨为粒径≤1cm的粉末；

2）混合25%细粒级尾砂以及8%煤泥粉末，加入2%阴离子型表面活性剂烷基醇酰胺磷酸酯和2%阳离子型表面活性剂氨基硅烷，混合置于搅拌反应器中，并加热至100~110℃，充分搅拌均匀，搅拌速度为170~200 r/min，搅拌1.5h；

3）再加入1%磷酸基改性聚羧酸、15%硫酸钾、23%碱性激发剂（氢氧化钙和硅酸钾5:5）、1%聚丙烯纤维、5%膨润土、8%矿渣、8%天然二水石膏以及2%水，降温至70~80℃，充分搅拌均匀，搅拌速度为270~300 r/min，搅拌1.5h，停止搅拌之后，降至常温，即得到充填料浆；

检测得该充填料浆的pH值为8.7左右，浓度为75%、将其用于矿口填充之后，静置2h左右，测得其泌水率为0.4%，充填能力达84m³/h。

实施例5

一种改善流动性的充填料浆的制备方法：

1）预处理：将细粒级尾砂、煤泥分别进行烘干干燥、粉磨，细粒级尾砂烘干水分，煤泥干燥至水分含量15~20%，之后细粒级尾砂粉磨至粒径≤35μm，比表面积为800~1000 m²/kg，煤泥研磨为粒径≤1cm的粉末；

2）混合30%细粒级尾砂以及8%煤泥粉末，加入2%阴离子型表面活性剂（硅氧烷磷酸酯和烷基醇酰胺磷酸酯1:1）和2%阳离子型表面活性剂（烷基季铵盐和氨基硅烷1:1），混合置于搅拌反应器中，并加热至100~110℃，充分搅拌均匀，搅拌速度为180~200 r/min，搅拌2h；

3）再加入1%磷酸基改性聚羧酸、10%硫酸钠、20%碱性激发剂（氢氧化钙和碳酸钾5:5）、2%聚丙烯纤维、8%膨润土、7%矿渣、8%柠檬酸石膏以及2%水，降温至70~80℃，充分搅拌均匀，搅拌速度为280~300 r/min，搅拌2h，停止搅拌之后，降至常温，即得到充填料浆；

检测得该充填料浆的pH值为8.8左右，浓度为74%、将其用于矿口填充之后，静置2h左右，测得其泌水率为0.4%，充填能力达84m³/h。

综上，本实施例所制备的充填料浆达72%以上，高浓度下具有较高的稳定性和流动度，泌水率相较现有技术降到了0.5%以下，充填能力提升到了80m³/h以上。

当zeta电位越小的时候，充填料浆浆体比较稳定，可以快速凝结或者凝聚，由图1可见，当减水剂掺量为1%，碱金属硫酸盐掺量为25%左右的时候，zeta的电位显示比较小，此时的充填料浆浆体较为稳定，有助于充填料浆的流动以及输送。

Claims (10)

1.一种改善流动性的充填料浆，其特征在于，所述充填料浆的组分包括细粒级尾砂、煤泥、改性羧酸基减水剂、碱金属硫酸盐、碱性激发剂、聚丙烯纤维、膨润土、矿渣、石膏、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂以及水。

2.由权利要求1所述的充填料浆，其特征在于，按质量分数计，所述细粒级尾砂占25~30%，煤泥占8~9%，改性羧酸基减水剂占0~1.5%，碱金属硫酸盐占10~14%，碱性激发剂占20~25%，聚丙烯纤维占1~2%，膨润土占5~8%，矿渣占5~8%，石膏占6~8%，阴离子表面活性剂占2~3%，阳离子表面活性剂占2~3%，水补足至100%。

3.由权利要求1或2所述的充填料浆，其特征在于，所述改性羧酸基减水剂包括磷酸基改性聚羧酸。

4.由权利要求1或2所述的充填料浆，其特征在于，所述碱金属硫酸盐包括硫酸钠、硫酸钾的一种。

5.由权利要求1或2所述的充填料浆，其特征在于，所述碱性激发剂包括A剂和B剂，所述A剂包括氢氧化钙、氢氧化钠以及氢氧化钾的一种，所述B剂包括碳酸钠、硅酸钙、碳酸氢钠、碳酸氢钾、碳酸钾以及硅酸钾的一种或以上。

6.由权利要求1或2所述的充填料浆，其特征在于，所述阴离子表面活性剂包括A-烯烃磺酸盐、高分子聚磷酸酯、硅氧烷磷酸酯、烷基醇酰胺磷酸酯的一种或以上。

7.由权利要求1或2所述的充填料浆，其特征在于，所述阳离子表面活性剂包括烷基季铵盐、氨基硅油、氨基硅烷的一种或以上。

8.由权利要求1或2所述的充填料浆，其特征在于，所述石膏包括氟石膏、脱硫石膏、柠檬酸石膏、天然二水石膏的一种。

9.一种改善流动性的充填料浆的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

1）细粒级尾砂以及煤泥的预处理：将细粒级尾砂、煤泥分别进行干燥、粉磨；

2）混合细粒级尾砂以及煤泥，加入阴离子型表面活性剂和阳离子型表面活性剂，混合并加热90~110℃，充分搅拌均匀；

3）再加入改性羧酸基减水剂、碱金属硫酸盐、碱性激发剂、聚丙烯纤维、膨润土、矿渣、石膏以及水，降温至50~60℃，充分搅拌均匀，降至常温，即得到充填料浆。

10.由权利要求9所述的充填料浆的制备方法，其特征在于，所述步骤1）的细粒级尾砂预处理为粒径粒径≤35μm，比表面积为600~1000 m²/kg。

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