CN111454020A - 多固废矿坑回填浇筑石及其生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明一种多固废矿坑回填浇筑石及其生产工艺，采用高铝煤矸石、矿渣、粉煤灰、激发剂生产多固废矿坑回填浇筑石。本发明能够大量消耗工业废弃物生产多固废矿坑回填浇筑石，不仅可以减少环境污染，变废为宝；而且有效地解决矿坑塌方等问题。另外，本发明可以有效减少大量尾矿堆积，缓解水泥混凝土等原料的供给问题，同时节约成本。

Description

多固废矿坑回填浇筑石及其生产工艺

技术领域

本发明涉及地下矿井工程领域，特别是涉及一种多固废矿坑回填浇筑石及其生产工艺。

背景技术

城市空气污染造成的损失主要包括：室外与室内空气污染造成的健康损失（尤其是慢性支气管炎）、酸沉降引起的作物与森林的损失、材料腐蚀、颗粒物中高的铅含量导致儿童的神经系统损伤与智力下降。

全世界每年排出的尾矿及废石在100亿t以上。我国现有8000多个国营矿山和11万多个乡镇集体矿山，堆存的尾矿量近50亿t，年排出尾矿量高达5亿t以上。我国的尾矿综合利用率只有7%，堆存的铁尾矿量高达十几亿吨，占全部尾矿堆存总量的近1/3。

到目前为止，我国煤矸石的利用力度还不够大。技术不完善，地区发展不平衡，对环境的影响依然很严重，主要表现在下述几个方面。

（1）影响土地资源的利用煤矸石堆场多位于井口附近，大多紧邻居民区，煤矸石的大量堆放一方面占用大量的土地面积，另一方面还在影响着比堆放面积更大的土地资源，使得周围的耕地变得贫瘠，不能被利用。

（2）污染大气煤矸石露天堆放会产生大量扬尘，这主要是由于在地面堆放的煤矸石受到长时间的日晒雨淋后，将会风化粉碎；另外，煤矸石吸水后会崩解，从而很容易产生粉尘。在风力的作用下，将会恶化矿区大气的质量。当温度达到可燃物的燃烧点时，矸石堆中的残煤便可自燃。自燃后，矸石山内部温度为800~1000℃，使矸石融结并放出大量的CO、CO2、SO2、H2S、NOx等有害气体，其中以SO2为主。一座矸石山自燃可长达十余年至几十年。这些有害气体的排放，不仅降低矸石山周围的环境空气质量，影响矿区居民的身体健康，还常常影响周围的生态环境，使树木生长缓慢、病虫害增多，农作物减产，至死亡。

矿坑塌方问题一直是矿井工程中最为重要的安全问题，大多数矿坑塌方问题都来自回填的填土强度达不到标准，尤其是在特殊天气后，填土强度下降严重，容易造成泥石流，塌方等问题。对于水坑较深，周围土体，岩体较差的地区，矿坑塌陷事故频繁发生危及到施工人员的生命财产安全。

我国2005年颁布《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，对固废进行明确规定，固废在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值但被抛弃或者放弃的固态物质。《中华人民共和国环境保护税法》在2018年1月1日正式实施。2018年5月15日，《工业固体废物资源综合利用评价管理暂行办法》正式实施。同样在2018年5月15日《国家工业固体废物资源综合利用产品目录》也落地实施。

采用大宗工业固废作为绿色建设材料，制备多固废矿坑回填浇筑石。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种多固废矿坑回填浇筑石及其生产工艺。该回填浇筑石主要采用工业废料，高效率利用资源，变废为宝，保持水土、土地生态平衡，同时也有效降低污染。

为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案如下：

一种多固废矿坑回填浇筑石，包括以下重量份的原料：水2-10份、激发剂1-7份、高铝煤矸石3-9份、矿渣2-8份和粉煤灰0.5-3份。

优先的，所述的一种多固废矿坑回填浇筑石，包括以下重量份的原料：水5.4份、激发剂3.5份、高铝煤矸石5份、矿渣4份和粉煤灰1份。

进一步的，所述的激发剂包括以下重量份的原料：

液态水玻璃1-9份、氢氧化钠溶液0.3-3份。

更优的，所述的激发剂包括以下重量份的原料：

液态水玻璃5份、氢氧化钠溶液1份。

所述的多固废矿坑回填浇筑石的生产工艺，包括以下步骤：

（1）将高铝煤矸石破碎并筛分出50~300目的颗粒；

（2）将矿渣粉碎并筛分出30~100目的颗粒；

（3）将粉煤灰筛分出20~50目的颗粒；

（4）将所述重量份的50~300目的颗粒的高铝煤矸石经950℃高温煅烧激活高铝煤矸石颗粒活性，经煅烧后同时生成无定型二氧化硅和氧化铝；

（5）取所述重量份的矿渣颗粒和粉煤灰颗粒与步骤（4）制备的原料混合均匀形成混合物；

（6）将步骤（5）制备的混合物与所述重量份的激发剂进行混合，混合后兑入所述重量份的水，然后注入矿坑内，在相对湿度90%条件养护28d，凝结1-2个月后，制备得到矿坑回填浇筑石。

本发明所具有的优点及有益效果是：

本发明一种多固废矿坑回填浇筑石由于是以工业废弃物高铝煤矸石、矿渣、粉煤灰、激发剂为生产原料，因此能够大量消耗工业废弃物，不仅可以减少环境污染，变废为宝；而且有效地解决矿坑塌方等问题。另外，本发明可以有效减少大量尾矿堆积，缓解水泥混凝土等原料的供给问题，同时节约成本。是实现高效率利用资源的有效途径，保持水土、土地生态平衡。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进行详细描述：

实施例1：

本实施例一种多固废矿坑回填浇筑石，包括以下重量份的原料：水2吨、激发剂7吨、高铝煤矸石9吨、矿渣8吨和粉煤灰3吨。

所述高铝煤矸石、矿渣和粉煤灰均为工业废弃物。

在本实施例中所述高铝煤矸石成分为二氧化硅45%~50%、氧化铝35%~40%、氧化铁2%~3%、氧化钙1%~3%、氧化镁1%~2%、三氧化硫3%~5%。

所述矿渣成分为氧化钙40%~45%、二氧化硅35%~40%、氧化铝8%~12%、氧化铁1%~2%、氧化镁5%~8%。

所述粉煤灰成分为氧化铝30%~40%、二氧化硅25%~30%、氧化铁25%~30%、氧化钙3%~5%、氧化镁3%~5%。

所述的激发剂为液态水玻璃和氢氧化钠溶液按照重量比为1:3进行混合制得。

本实施例所述多固废矿坑回填浇筑石的生产工艺，包括以下步骤：

（1）将高铝煤矸石破碎并筛分出50~300目的颗粒；

（2）将矿渣粉碎并筛分出30~100目的颗粒；

（3）将粉煤灰筛分出20~50目的颗粒；

（4）将所述重量份的50~300目的颗粒的高铝煤矸石经950℃高温煅烧激活高铝煤矸石颗粒活性，经煅烧后同时生成无定型二氧化硅和氧化铝；

（5）取所述重量份的矿渣颗粒和粉煤灰颗粒与步骤（4）制备的原料混合均匀形成混合物；

（6）将步骤（5）制备的混合物与所述重量份的激发剂进行混合，混合后兑入所述重量份的水，然后注入矿坑内，在相对湿度90%条件养护28d，凝结1-2个月后，制备得到矿坑回填浇筑石。所述相对湿度90%的条件下养护28d为制备得到的矿坑回填浇筑石的最佳养护条件，其抗压强度可达10-15Mpa。

碱激发粉煤灰矿渣一煤矸石复合体系形成大量的强度较高、耐久性好的杆柱状杆沸石类水化硅铝酸钙钠水化产物Na2O.CaO.Al2O3.SiO2.H2O和水化铝酸钙3CaO.Al2O3.6H2O。及其他水化硬化体CaO.SiO2.H2O。

多固废矿坑回填浇筑石充分利用以下方程式：

3(CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2SiO2·3H2O (胶体)+3Ca(OH)2(晶体)；

2(2CaO·SiO2)+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2(晶体)；

3CaO·Al2O3+6H2O=3CaO·Al2O3·6H2O（晶体）；

4CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O = 3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Fe2O3·H2O(胶体)；

2NaOH+11Na2SiO3+8CaO+8Al2O3+18H2O=12Na2O·4CaO·5Al2O3·10SiO2·12H2O(胶体)+3CaO·Al2O3·6H2O（晶体）+CaO·SiO2·1.5H2O(胶体)。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别仅在于制备一种多固废矿坑回填浇筑石的原料的含量不同。本实施例一种多固废矿坑回填浇筑石，包括以下重量份的原料：水10吨、激发剂1吨、高铝煤矸石3吨、矿渣2吨和粉煤灰0.5吨。

所述的激发剂为液态水玻璃和氢氧化钠溶液按照重量比为9:0.3进行混合制得。其余同实施例1。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别仅在于制备一种多固废矿坑回填浇筑石的原料的含量不同。本实施例一种多固废矿坑回填浇筑石，包括以下重量份的原料：水5.4份、激发剂3.5份、高铝煤矸石5份、矿渣4份和粉煤灰1份。

所述的激发剂为液态水玻璃和氢氧化钠溶液按照重量比为5:1进行混合制得。其余同实施例1。在碱性激发条件下高铝煤矸石，矿渣，粉煤灰强度增长较快，较高，此时激发效果为最佳。

Claims (5)

1.一种多固废矿坑回填浇筑石，其特征在于包括以下重量份的原料：水2-10份、激发剂1-7份、高铝煤矸石3-9份、矿渣2-8份和粉煤灰0.5-3份。

2.根据权利要求1所述的一种多固废矿坑回填浇筑石，其特征在于包括以下重量份的原料：水5.4份、激发剂3.5份、高铝煤矸石5份、矿渣4份和粉煤灰1份。

3.根据权利要求1或2所述的多固废矿坑回填浇筑石，其特征在于所述的激发剂包括以下重量份的原料：

液态水玻璃1-9份、氢氧化钠溶液0.3-3份。

4.根据权利要求3所述的多固废矿坑回填浇筑石，其特征在于所述的激发剂包括以下重量份的原料：

液态水玻璃5份、氢氧化钠溶液1份。

5.制备权利要求1所述的多固废矿坑回填浇筑石的生产工艺，其特征在于包括以下步骤：

（1）将高铝煤矸石破碎并筛分出50~300目的颗粒；

（2）将矿渣粉碎并筛分出30~100目的颗粒；

（3）将粉煤灰筛分出20~50目的颗粒；

（4）将所述重量份的50~300目的颗粒的高铝煤矸石经950℃高温煅烧激活高铝煤矸石颗粒活性，经煅烧后同时生成无定型二氧化硅和氧化铝；

（5）取所述重量份的矿渣颗粒和粉煤灰颗粒与步骤（4）制备的原料混合均匀形成混合物；

（6）将步骤（5）制备的混合物与所述重量份的激发剂进行混合，混合后兑入所述重量份的水，然后注入矿坑内，在相对湿度90%条件养护28d，凝结1-2个月后，制备得到矿坑回填浇筑石。