CN112194451B - 一种用于填充矿山的胶结剂组合物及其制备方法 - Google Patents

一种用于填充矿山的胶结剂组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明的一种用于填充矿山的胶结剂组合物及其制备方法，涉及采矿工程领域；包括如下重量份计的组分：尾砂60～100份；高岭土20～50份；矿渣20～50份；硅藻泥5～30份；胶结剂10～30份；激发剂5～30份。本发明的一种用于填充矿山的胶结剂组合物，通过激发剂使尾砂的钙硅比、钙铝比等组份得到进一步优化匹配，产生协同增强激发效应，同时对尾砂中的微量重金属进行络合、包裹；在胶结剂的作用下使该组合物能胶结聚合，结构稳固，抗收缩；高岭土具有良好的可塑性，与激发剂和胶结剂协同作用下可代替水泥；硅藻泥能提高填充料的初粘性，并抑制重金属的析出，本发明的胶结剂组合物在不同的温度、湿度下，结构稳定，不易膨胀或者收缩。

Description

一种用于填充矿山的胶结剂组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及采矿工程领域，具体涉及一种用于填充矿山的胶结剂组合物及其制备方法。
背景技术
充填矿山的矿坑可降低工作面高应力，减少采空区沉陷，提高矿石回采率，改善岩层控制状况以及减少尾矿和废石的地面堆存，因此充填开采法的应用已经越来越普遍。
但是传统胶结充填采矿使用的胶结剂一般为硅酸盐水泥，随着水泥价格上涨推高了充填成本，使得矿山充填采矿的经济效益下降，特别是用尾砂为回填骨料，胶凝材料的耗量巨大，制约了充填采矿技术的应用和发展。
此外，尾砂中含有有毒的重金属，随着堆存量越来越大和温度、湿度的变化，重金属元素容易析出对周边环境造成污染。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种用于填充矿山的胶结剂组合物，该组合物胶结构稳固，并抑制重金属的析出，实现具有绿色环保，成本低廉的特点。
本发明的目的之二在于提供一种用于填充矿山的胶结剂组合物制备方法，制备尾砂组合物，实现尾砂的资源化利用。
本发明的目的采用如下技术方案实现：
提供一种用于填充矿山的胶结剂组合物，包括如下重量份计的组分：
优选地，包括如下重量份计的组分：
优选地，所述胶结剂包括石膏、水泥熟料，且所述石膏和水泥熟料重量比为1:0.6-3。
优选地，所述石膏包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的一种或者多种的组合物。
优选地，所述水泥熟料包括硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙中的一种或者多种的组合物。
优选地，所述激发剂包括氢氧化物、水玻璃和纳米硅酸锂镁钠盐，所述氢氧化物、水玻璃和纳米硅酸锂镁钠盐的重量比为1:1.2-5:0.8-3。
优选地，所述尾砂为铝矿尾砂、锌矿尾砂或铜矿尾砂。
优选地，所述尾砂和硅藻泥的重量比为1:0.1-0.5。
一种用于填充矿山的胶结剂组合物的制备方法，用于制备所述的一种用于填充矿山的胶结剂组合物，包括以下步骤：
S1，破碎，将配方量的原料分别破碎粒径小于10mm，得到颗粒状原料；
S2，干燥，将颗粒状原料分别干燥至含水率1％以下，得到干燥的原料；
S3，球磨，将各种干燥的原料送入球磨机内混合均匀，并球磨至50～200目，得到混合物；
S4，胶结，将混合物与适量的水混合，得到胶结的尾砂组合物。
进一步地，步骤S4中，水与混合物的体积比为0.3～0.6。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明的一种用于填充矿山的胶结剂组合物，通过激发剂使尾砂的钙硅比、钙铝比等组份得到进一步优化匹配，产生协同增强激发效应，同时对尾砂中的微量重金属进行络合、包裹；在胶结剂的作用下使该组合物能胶结聚合，结构稳固，抗收缩；高岭土具有良好的可塑性，与激发剂和胶结剂协同作用下可代替水泥；硅藻泥能提高填充料的初粘性，并抑制重金属的析出，矿渣具有一定的潜在胶凝性，在激发剂的作用下能提高胶凝作用和抗压强度，实现具有绿色环保，成本低廉的特点；本发明的胶结剂组合物在不同的温度、湿度下，结构稳定，不易膨胀或者收缩。
附图说明
图1为本发明的一种用于填充矿山的胶结剂组合物的扫描电镜图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。除特殊说明的之外，本实施例中所采用到的材料及设备均可从市场购得。
提供一种用于填充矿山的胶结剂组合物，包括如下重量份计的组分：
作为优选的实施方式，包括如下重量份计的组分：
作为优选的实施方式，所述胶结剂包括石膏、水泥熟料和石灰，且所述石膏和水泥熟料的重量比为1:0.6-3。
作为优选的实施方式，所述石膏包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的一种或者多种的组合物。
作为优选的实施方式，所述水泥熟料包括硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙中的一种或者多种的组合物。
作为优选的实施方式，所述激发剂包括氢氧化物、水玻璃和纳米硅酸锂镁钠盐，所述氢氧化物、水玻璃和纳米硅酸锂镁钠盐的重量比为1:1.2-5:0.8-3。
作为优选的实施方式，所述尾砂为铝矿尾砂、锌矿尾砂或铜矿尾砂。
作为优选的实施方式，所述尾砂和硅藻泥的重量比为1:0.1-0.5。
一种用于填充矿山的胶结剂组合物的制备方法，用于制备所述的一种用于填充矿山的胶结剂组合物，包括以下步骤：
S1，破碎，将配方量的原料分别破碎粒径小于10mm，得到颗粒状原料；
S2，干燥，将颗粒状原料分别干燥至含水率1％以下，得到干燥的原料；
S3，球磨，将各种干燥的原料送入球磨机内混合均匀，并球磨至50～200目，得到混合物；
S4，胶结，将混合物与适量的水混合，得到胶结的尾砂组合物。
作为优选的实施方式，步骤S4中，所述水与混合物的体积比为0.3～0.6。
硅藻泥是一种孔道大小为微米级的多孔材料，其粒子表面具有无数微小的孔穴，规则、整齐地排列成圆形和针形，单位面积上的微细孔数量比木炭还要多出数千倍。这种分子筛结构，使其具有了极强的物理吸附性能和离子交换性能，抑制重金属的析出。
石膏中多种酸性成分能与尾砂的强碱性互补，调节土壤改良剂的PH值。此外，氟石膏能与沉聚在土壤中的有害金属形成金属-F络合物，降低金属对土壤的污染。
硅酸镁锂盐，通过硅酸根离子渗入赤泥内部与赤泥中钙离子反应生成稳定物质硅酸钙，填补了孔隙，提高了混凝土结构致密性，并通过Si-OH结构单元与混凝土表面的钙镁离子发生反应，形成了稳定的络合物。
实施例1：
本实施例的一种用于填充矿山的胶结剂组合物，包括如下重量份计的组分：
尾砂70份；高岭土40份；矿渣40份；硅藻泥5份；脱硫石膏5份；水泥熟料10份；氢氧化钠2份；水玻璃4份；纳米硅酸锂镁钠盐4份。
一种矿山用的尾砂填充料的制备方法，包括破碎、干燥、球磨和胶结步骤，具体如下，
S1，破碎，将配方量的原料分别破碎粒径6mm-10mm，得到颗粒状原料，其中矿渣在6mm-10mm；
S2，干燥，将颗粒状原料分别干燥至含水率1％以下，得到干燥的原料；
S3，球磨，将各种干燥的原料送入球磨机内混合均匀，并球磨至150目，得到混合物；
S4，胶结，将混合物与的水混合，所述水与混合物的体积比为0.4，得到胶结的尾砂填充料。
效果评价及性能检测
(1)扫描电镜分析，取水化时间1h-30d的尾砂填充料样品，放进无水乙醇中浸泡以防止进一步水化，然后镀上碳膜，采用电子显微镜进行分析，其微观形貌图如图1所示，
其中左图为1h的形貌图，图中尾砂和矿渣被胶结剂和激发形成络合物所包覆，初步形成具有水硬胶凝特性的聚合胶结料。
右图为30天后的形貌图，图中形成大量条状的络合物，组合物形成的聚合胶结料结构稳固，同时能包覆尾砂和矿渣，抑制重金属的析出。
尾砂具有一定的可塑性，而矿渣具有较高的物理强度，在填充矿山的应用时，尾砂与矿渣紧密接触，激发剂使尾砂中钙硅比优化，渗透到矿渣的微孔中反应生成稳定物质硅酸钙，填补了孔隙，提高了组合物结构的致密性，使组合物与矿山固定。
实施例2：
本实施例的一种矿山用的尾砂填充料，包括如下重量份计的组分：
尾砂70份；高岭土30份；矿渣30份；硅藻泥5份；脱硫石膏15份；水泥熟料15份，氢氧化钠2份；水玻璃4份；纳米硅酸锂镁钠盐4份。
一种矿山用的尾砂填充料的制备方法，包括破碎、干燥、球磨和胶结步骤，具体如下，
S1，破碎，将配方量的原料分别破碎粒径小于10mm，得到颗粒状原料；
S2，干燥，将颗粒状原料分别干燥至含水率1％以下，得到干燥的原料；
S3，球磨，将各种干燥的原料送入球磨机内混合均匀，并球磨至50～200目，得到混合物；
S4，胶结，将混合物与的水混合，所述水与混合物的体积比为0.3，得到胶结的尾砂填充料。
实施例3：
本实施例的一种矿山用的尾砂填充料，包括如下重量份计的组分：
尾砂90份；高岭土40份；矿渣40份；硅藻泥5份；脱硫石膏5份；水泥熟料10份；氢氧化钠4份；水玻璃6份；纳米硅酸锂镁钠盐5份。
一种矿山用的尾砂填充料的制备方法，包括破碎、干燥、球磨和胶结步骤，具体如下，
S1，破碎，将配方量的原料分别破碎粒径小于10mm，得到颗粒状原料；
S2，干燥，将颗粒状原料分别干燥至含水率1％以下，得到干燥的原料；
S3，球磨，将各种干燥的原料送入球磨机内混合均匀，并球磨至50～200目，得到混合物；
S4，胶结，将混合物与的水混合，所述水与混合物的体积比为0.6，得到胶结的尾砂填充料。
实施例4：
本实施例的一种矿山用的尾砂填充料，包括如下重量份计的组分：
拜耳法尾砂100份；高岭土50份；矿渣50份；硅藻泥5份；硅藻泥20份；脱硫石膏15份；水泥熟料15份；氢氧化钠4份；水玻璃6份；纳米硅酸锂镁钠盐5份。
一种矿山用的尾砂填充料的制备方法，包括破碎、干燥、球磨和胶结步骤，具体如下，
S1，破碎，将配方量的原料分别破碎粒径小于10mm，得到颗粒状原料；
S2，干燥，将颗粒状原料分别干燥至含水率1％以下，得到干燥的原料；
S3，球磨，将各种干燥的原料送入球磨机内混合均匀，并球磨至50～200目，得到混合物；
S4，胶结，将混合物与的水混合，所述水与混合物的体积比为0.4，得到胶结的尾砂填充料。
对比例1，
本实施例的一种矿山用的尾砂填充料，包括如下重量份计的组分：
拜耳法尾砂70份；矿渣40份；硅藻泥5份；硅酸盐水泥60份；石灰20份。
一种矿山用的尾砂填充料的制备方法，包括破碎、干燥、球磨和胶结步骤，具体如下，
S1，破碎，将配方量的原料分别破碎粒径小于10mm，得到颗粒状原料；
S2，干燥，将颗粒状原料分别干燥至含水率1％以下，得到干燥的原料；
S3，球磨，将各种干燥的原料送入球磨机内混合均匀，并球磨至50～200目，得到混合物；
S4，胶结，将混合物与的水混合，所述水与混合物的体积比为0.4，得到胶结的尾砂填充料。
对比例2，
本实施例的一种矿山用的尾砂填充料，包括如下重量份计的组分：
尾砂70份；高岭土40份；矿渣40份；硅藻泥5份；脱硫石膏5份；水泥熟料10份。
一种矿山用的尾砂填充料的制备方法，包括破碎、干燥、球磨和胶结步骤，具体如下，
S1，破碎，将配方量的原料分别破碎粒径小于10mm，得到颗粒状原料；
S2，干燥，将颗粒状原料分别干燥至含水率1％以下，得到干燥的原料；
S3，球磨，将各种干燥的原料送入球磨机内混合均匀，并球磨至50～200目，得到混合物；
S4，胶结，将混合物与的水混合，所述水与混合物的体积比为0.4，得到胶结的尾砂填充料。
表1抗压强度性能测试
本发明的一种矿山用的尾砂填充料，通过激发剂使尾砂的钙硅比、钙铝比等组份得到进一步优化匹配，产生协同增强激发效应，同时对尾砂中的微量重金属进行络合、包裹；在胶结剂的作用下使该组合物能胶结聚合，结构稳固，抗收缩。钠基膨润土、硅藻泥能提高填充料的初粘性，并抑制重金属的析出，实现具有绿色环保，成本低廉的特点。
参照实施例1和对比例1；实施例1中组合物的抗压强度与对比例1中加入适量硅酸盐水泥的组合物的抗压强度相差无几，均具有良好的胶凝能力，结构稳固，但是本发明的原料更加经济。
参照实施例1和对比例2，激发剂的合理配比能优化钙硅比，明显提高组合物的抗压强度。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种用于填充矿山的胶结剂组合物，其特征在于，包括如下重量份计的组分：
尾砂 60～100份；
高岭土 20～50份；
矿渣 20～50份；
硅藻泥 5～30份；
胶结剂 10～30份；
激发剂 5～30份；
所述激发剂包括氢氧化物、水玻璃和纳米硅酸锂镁钠盐，所述氢氧化物、水玻璃和纳米硅酸锂镁钠盐的重量比为1:1.2-5:0.8-3；
所述胶结剂包括石膏、水泥熟料，且所述石膏、水泥熟料的重量比为1:0.6-3。
2.如权利要求1所述的一种用于填充矿山的胶结剂组合物，其特征在于：
包括如下重量份计的组分：
尾砂 70～90份；
高岭土 30～50份；
矿渣 30～40份；
硅藻泥 5～20份；
胶结剂 15～30份；
激发剂 10～15份。
3.如权利要求1所述的一种用于填充矿山的胶结剂组合物，其特征在于：所述石膏包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的一种或者多种的组合物。
4.如权利要求1所述的一种用于填充矿山的胶结剂组合物，其特征在于：所述水泥熟料包括硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙和铁铝酸四钙中的一种或者多种的组合物。
5.如权利要求1所述的一种用于填充矿山的胶结剂组合物，其特征在于：所述尾砂为铝矿尾砂、锌矿尾砂或铜矿尾砂。
6.如权利要求1所述的一种用于填充矿山的胶结剂组合物，其特征在于：所述尾砂和硅藻泥的重量比为1:0.1-0.5。
7.一种用于填充矿山的胶结剂组合物的制备方法，用于制备如权利要求1所述的一种用于填充矿山的胶结剂组合物，其特征在于，包括以下步骤：
S1，破碎，将配方量的原料分别破碎粒径小于10mm，得到颗粒状原料；
S2，干燥，将颗粒状原料分别干燥至含水率1%以下，得到干燥的原料；
S3，球磨，将各种干燥的原料送入球磨机内混合均匀，并球磨至50～200目，得到混合物；
S4，胶结，将混合物与适量的水混合，得到胶结的尾砂组合物。
8.如权利要求7所述的一种用于填充矿山的胶结剂组合物的制备方法，其特征在于：步骤S4中，水与混合物的体积比为0.3～0.6。
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