CN112707712A - 含极细尾泥的膏体充填料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种含极细尾泥的膏体充填料及其制备方法和应用，该充填料的原料包括胶凝材料、骨料和水；胶凝材料按重量份数计包括：转炉钢渣40‑80份，脱硫石膏5‑30份，脱硫灰0‑20份；骨料包括超细尾泥；胶凝材料与骨料的质量之比为1:4‑6；料浆浓度为55‑70％。该充填料利用大量的极细尾泥，无需添加减水剂即具有良好的可工业应用的抗压强度(≥10MPa)，保证充填料具有良好的实用价值，解决了采场接顶率不高的难题。本发明有助于解决工业固废减量化、无害化和资源化的难题，解决尾矿堆存问题，推进固废和危废协同利用和环境保护；同时厂前回水实现水资源循环利用，从而降低水资源的浪费。

Description

含极细尾泥的膏体充填料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种含极细尾泥的膏体充填料及其制备方法和应用。
背景技术
矿业生产中产出大量的尾砂堆存于地面，易造成安全隐患和生态环境问题。充填采矿技术将尾砂等废弃物回填采空区，其在提高资源回收率，保护环境，保障矿山开采安全中发挥越来越重要的作用，充填采矿方法应用也日益广泛。
然而，随着矿山开采出矿品位的下降，为保证选矿指标，矿石的磨矿粒度逐渐下降造成选厂产出尾砂粒级越来越细，这给充填系统相关的浓缩、制备、输送及充填体强度形成都带来了新的变化和要求。并且，这些超细尾矿砂及尾矿泥其中的矿物组分复杂，利用价值低且利用难度大，由于环保等要求，征占排土场对于矿山企业越发困难，同时在用尾矿库数量逐年减少。如何合理利用超细尾矿砂及尾矿泥是废物回收是本领域亟需解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含极细尾泥的膏体充填料及其制备方法和应用，该膏体充填料掺杂了大量极细尾泥，并且无需添加减水剂即可显示出良好的可工业应用的抗压强度，用于采矿充填料，充分利用尾泥，合理解决了极细尾泥堆存的难题。
为此，第一方面，本发明提供一种含极细尾泥的膏体充填料，其原料包括胶凝材料、骨料和水；
其中，所述胶凝材料按重量份数计包括以下成分：矿渣5-60份，钢渣5-40份，脱硫石膏5-20份；
所述骨料包括极细尾泥；
所述胶凝材料与所述骨料的质量之比为1:4-6；
所述膏体充填料的料浆浓度为72-80％。
进一步，所述胶凝材料按重量份数计包括以下成分：矿渣10-60份，钢渣10-40份，脱硫石膏10-20份。
本发明所述的矿渣指28d活性指数不小于95％的任意矿渣，优选为高炉矿渣。
本发明所述的钢渣主要成分为黑钙铁矿(Ca2Fe2O5)和硅酸二钙(C2S)，活性组分含量较高，可充分激发矿渣活性；优选为转炉钢渣。
本发明所述的超细尾泥为粒径小于200μm的尾砂；具体指矿业生产中选厂产物尾砂，并不限来源或类型，其粒径小于200μm。
本发明所述的脱硫石膏主要成分和天然石膏类似，为二水硫酸钙CaSO4·2H2O。
本发明在以上配方基础上优化了配比及每个成分的化学组成，以更大程度改善胶凝性能，或降低工业成本。
进一步，所述骨料仅由极细尾泥组成，所述胶凝材料仅由矿渣、钢渣、脱硫石膏三种成分组成，配比如本发明所述，每种成分可取本发明所述范围内的任意值。例如，矿渣可取5份、10份、20份、30份、35份、40份、45份、50份、60份等；脱硫石膏可取5份、10份、15份、20份等；钢渣可取5份、10份、20份、30份、35份、40份等。
进一步，所述极细尾泥按重量份数计包括：SiO2 30-37份，MgO 8-15份，Fe2O3 10-17份，CaO 8-15份，Al2O3 4-10份，P2O5 1-4份。
进一步，所述钢渣按重量份数计包括：CaO 40-50份，Fe2O3 18-28份，SiO2 5-15份，MgO 3-8份，Al2O3 0-6份，P2O5 0-3份，MnO 0-3份。
进一步，所述矿渣按重量份数计包括：CaO 30-45份，SiO2 25-40份，Al2O3 8-18份，MgO 3-10份，SO3 0-3份，Fe2O3 0-1份。
进一步，所述脱硫石膏按重量份数计包括：CaO 40-48份，SiO2 3-7份，Al2O3 0-2份，MgO 0-2份，SO3 35-45份，Cl 0-1份。
本发明所述的超细尾泥、钢渣、矿渣和脱硫石膏的化学组成指将各种金属或矿物元素以氧化物计的含量，并非指其在超细尾泥、矿渣或脱硫石膏、矿渣中以氧化物存在的化合物含量。另外，可以通过本领域现有的常规检测方法获得以上化学组成结果，例如典型的烧失后或未烧失的荧光检测方法。本发明所述的矿渣、钢渣、脱硫石膏和超细尾泥可以市购，或者自制，只要满足化学组成要求即可。
进一步，所述矿渣的比表面积为500m2/kg以上；
进一步，所述脱硫石膏的比表面积为300m2/kg以上；
进一步，所述转炉钢渣的比表面积为400m2/kg以上。
通过粉磨提高原料的比表面积，一方面可以激发矿渣的活性，降低水化难度，另一方面可以提高材料均匀性。
进一步，所述超细尾泥的粒径为2-200μm，优选为2-120μm；进一步优选地，所述超细尾泥中小于20μm的含量占48wt％以上。在某优选的实施方式中，所述超细尾泥中D10为2-3μm，D50为15-20μm，D90为90-120μm。
本发明的第二方面，提供本发明所述的膏体充填料的制备方法，其包括：称取所述胶凝材料、骨料和水，混合均匀。
目前我国超细尾泥的处理方式主要分为两种：地表堆存、采空区回填。根据超细尾泥的堆存沉降特性，考虑尾矿库的安全维护和后期尾矿综合利用等方面的因素，在超细尾泥处理中不适宜采用常规的尾矿库堆存。尾矿胶结充填是超细尾泥的重要途径，但其孔隙率高，需要较高的黏结剂用量才能保证充填强度，本发明利用转炉钢渣、高炉矿渣、电厂脱硫石膏等工业废弃物替代常用的硅酸盐水泥黏结剂，实现工业废弃物的协同作用，以废治废。膏体充填不但提高了选厂水循环效率，避免库存风险区域环境污染，同时更利于进一步尾矿综合利用的开展。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下进步：
(1)与现有膏体充填料相比，本发明中骨料粒径小，料浆浓度高，充分提高了超细尾泥的回收利用率，合理解决了超细尾泥堆存的难题，使超细尾泥得到了最大限度的资源化利用。
(2)与现有的含钢渣矿渣的胶凝材料相比，本发明的胶凝材料组成更简单，无需添加减水剂，由矿渣、钢渣和脱硫石膏三种成分组成，其具有以下优点：回收利用了较难综合利用的转炉钢渣；矿渣含量低，极大的降低了原料成本；无金属浸出风险，具有良好的安全性。
(3)本发明提供的膏体充填料在组成简化的同时，由于协同作用的发挥仍能显示出良好的胶结性能和流变性能，包括抗压强度和流动度。根据GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》，将本发明的充填料制备净浆试块后进行养护和测试，显示出良好的抗压强度。
(4)本发明的膏体型充填料利用极细尾泥作为骨料，用矿渣代替传统胶结剂水泥，利用转炉钢渣充分激发矿渣活性，与脱硫石膏协同利用制备全固废胶凝材料充填料，使极细尾泥得到了最大限度的资源化利用，提供了极细尾泥作为骨料在全固废胶凝体系的较佳掺量，提高强度从而能够解决工业固废(极细尾泥、钢铁渣及矿渣)减量化、无害化和资源化的难题，解决尾矿堆存问题，推进固废和危废协同利用和环境保护；并且，在井下能够有效地提高接顶率，控制岩层移动，同时厂前回水实现水资源循环利用，从而降低水资源的浪费。
具体实施方式
下面将更详细地描述本公开的示例性实施方式。应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
以下实施例中所用的原料超细尾泥、转炉钢渣、高炉矿渣和电厂脱硫石膏的主要化学成分(各元素以氧化物计)分析见表1所示，其检测方法为：X射线荧光光谱分析(XRF)，采用XRF-1800型X射线荧光光谱仪测定次级X射线进行物质成分分析。
表1原料的主要化学成分分析
Figure BDA0002901252910000041
实施例1
本实施例提供一种含超细尾泥砂浆充填试块，其制备方法包括如下步骤：
(1)按如下质量百分比称取胶凝材料的原料：转炉钢渣35％，高炉矿渣50％，脱硫石膏15％，将脱硫石膏粉磨至比表面积为300m2/kg，将钢渣粉磨至比表面积为420m2/kg，将矿渣粉磨至比表面积为500m2/kg；
(2)按照胶凝材料与超细尾泥的质量比为1:4，称取超细尾泥；
(3)混合步骤(1)和(2)称取得到的原料，按照浆料浓度74％加入水，搅拌均匀；
(4)经浇筑成型后养护至不同龄期进行抗压强度测试：根据GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》制备充填料试样，试样尺寸40mm×40mm×160mm，在温度为20℃，湿度99.5％以上进行养护和抗压强度测试。
实施例2
本实施例提供一种含超细尾泥砂浆充填试块，其制备方法包括如下步骤：
(1)按如下质量百分比称取胶凝材料的原料：转炉钢渣40％，高炉矿渣40％，脱硫石膏20％，将脱硫石膏粉磨至比表面积为300m2/kg，将钢渣粉磨至比表面积为420m2/kg，将矿渣粉磨至比表面积为500m2/kg；
(2)按照胶凝材料与超细尾泥的质量比为1:4，称取超细尾泥；
(3)混合步骤(1)和(2)称取得到的原料，按照浆料浓度76％加入水，搅拌均匀；
(4)经浇筑成型后养护至不同龄期进行抗压强度测试：根据GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》制备充填料试样，试样尺寸40mm×40mm×160mm，在温度为20℃，湿度99.5％以上进行养护和抗压强度测试。
实施例3
本实施例提供一种含超细尾泥砂浆充填试块，其制备方法包括如下步骤：
(1)按如下质量百分比称取胶凝材料的原料：转炉钢渣30％，高炉矿渣60％，脱硫石膏10％，将脱硫石膏粉磨至比表面积为300m2/kg，将钢渣粉磨至比表面积为420m2/kg，将矿渣粉磨至比表面积为500m2/kg；
(2)按照胶凝材料与超细尾泥的质量比为1:6，称取超细尾泥；
(3)混合步骤(1)和(2)称取得到的原料，按照浆料浓度78％加入水，搅拌均匀；
(4)经浇筑成型后养护至不同龄期进行抗压强度测试：根据GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》制备充填料试样，试样尺寸40mm×40mm×160mm，在温度为20℃，湿度99.5％以上进行养护和抗压强度测试。
实施例4
本实施例提供一种含超细尾泥砂浆充填试块，其制备方法包括如下步骤：
(1)按如下质量百分比称取胶凝材料的原料：转炉钢渣35％，高炉矿渣60％，脱硫石膏5％，将脱硫石膏粉磨至比表面积为300m2/kg，将钢渣粉磨至比表面积为420m2/kg，将矿渣粉磨至比表面积为500m2/kg；
(2)按照胶凝材料与超细尾泥的质量比为1:6，称取超细尾泥；
(3)混合步骤(1)和(2)称取得到的原料，按照浆料浓度80％加入水，搅拌均匀；
(4)经浇筑成型后养护至不同龄期进行抗压强度测试：根据GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》制备充填料试样，试样尺寸40mm×40mm×160mm，在温度为20℃，湿度99.5％以上进行养护和抗压强度测试。
对比例1
本对比例提供一种含超细尾泥砂浆充填试块，其制备方法包括如下步骤：
(1)按如下质量百分比称取胶凝材料的原料：转炉钢渣35％，高炉矿渣50％，脱硫石膏10％，脱硫灰5％，将脱硫石膏粉磨至比表面积为300m2/kg，将钢渣粉磨至比表面积为420m2/kg，将矿渣粉磨至比表面积为500m2/kg；
(其中，脱硫灰的主要化学成分包括：CaO 56.3％，SiO2 1.02％，Al2O3 0.38％，MgO0.35％，TiO2 0.03％，SO3 15.7％，Fe2O3 0.42％，MnO 0.01％，Cl 0.81％)
(2)按照胶凝材料与超细尾泥的质量比为1:4，称取超细尾泥；
(3)混合步骤(1)和(2)称取得到的原料，按照浆料浓度78％加入水，搅拌均匀；
(4)经浇筑成型后养护至不同龄期进行抗压强度测试：根据GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》制备充填料试样，试样尺寸40mm×40mm×160mm，在温度为20℃，湿度99.5％以上进行养护和抗压强度测试。
对比例2
本对比例提供一种含超细尾泥砂浆充填试块，其制备方法包括如下步骤：
(1)按如下质量百分比称取胶凝材料的原料：转炉钢渣40％，高炉矿渣60％，将钢渣粉磨至比表面积为420m2/kg，将矿渣粉磨至比表面积为500m2/kg；
(2)按照胶凝材料与超细尾泥的质量比为1:4，称取超细尾泥；
(3)混合步骤(1)和(2)称取得到的原料，按照浆料浓度78％加入水，搅拌均匀；
(4)经浇筑成型后养护至不同龄期进行抗压强度测试：根据GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》制备充填料试样，试样尺寸40mm×40mm×160mm，在温度为20℃，湿度99.5％以上进行养护和抗压强度测试。
对比例3
本对比例提供一种含超细尾泥砂浆充填试块，其制备方法包括如下步骤：
(1)按如下质量百分比称取胶凝材料的原料：高炉矿渣75％，脱硫石膏25％，将脱硫石膏粉磨至比表面积为300m2/kg，将矿渣粉磨至比表面积为500m2/kg；
(2)按照胶凝材料与超细尾泥的质量比为1:4，称取超细尾泥；
(3)混合步骤(1)和(2)称取得到的原料，按照浆料浓度78％加入水，搅拌均匀；
(4)经浇筑成型后养护至不同龄期进行抗压强度测试：根据GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》制备充填料试样，试样尺寸40mm×40mm×160mm，在温度为20℃，湿度99.5％以上进行养护和抗压强度测试。
实验例
实施例1-4和对比例1-3的测试结果如表2所示。
表2
Figure BDA0002901252910000071
Figure BDA0002901252910000081
由表2所示的测试结果可知，本发明提供的含超细尾泥的膏体充填料具有良好的抗压强度，尤其是在养护28天后其抗压强度大于10Mpa，满足工业应用的需求，不仅解决了超细尾泥、钢渣、矿渣以及脱硫副产物等固废堆存的难题，并极大地降低了工业应用成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种含极细尾泥的膏体充填料，其特征在于，所述膏体充填料的原料包括胶凝材料、骨料和水；
其中，所述胶凝材料按重量份数计包括以下成分：矿渣5-60份，钢渣5-40份，脱硫石膏5-20份；
所述骨料包括极细尾泥；
所述胶凝材料与所述骨料的质量之比为1:4-6；
所述膏体充填料的料浆浓度为72-80％。
2.如权利要求1所述的膏体充填料，其特征在于，所述极细尾泥按重量份数计包括：SiO230-37份，MgO 8-15份，Fe2O3 10-17份，CaO 8-15份，Al2O3 4-10份，P2O5 1-4份。
3.如权利要求1所述的膏体充填料，其特征在于，所述钢渣按重量份数计包括：CaO 40-50份，Fe2O3 18-28份，SiO2 5-15份，MgO 3-8份，Al2O3 0-6份，P2O5 0-3份，MnO 0-3份；优选地，所述钢渣为转炉钢渣。
4.如权利要求1所述的膏体充填料，其特征在于，所述矿渣按重量份数计包括：CaO 30-45份，SiO2 25-40份，Al2O3 8-18份，MgO 3-10份，SO3 0-3份，Fe2O3 0-1份；优选地，所述矿渣为高炉矿渣。
5.如权利要求1所述的膏体充填料，其特征在于，所述脱硫石膏按重量份数计包括：CaO40-48份，SiO2 3-7份，Al2O3 0-2份，MgO 0-2份，SO3 35-45份，Cl 0-1份。
6.如权利要求1所述的膏体充填料，其特征在于，所述超细尾泥的粒径为2-200μm；优选地，所述超细尾泥中小于20μm的含量占48wt％以上；优选地，所述超细尾泥中D10为2-3μm，D50为15-20μm，D90为90-120μm。
7.如权利要求1所述的膏体充填料，其特征在于，所述矿渣的比表面积为500m2/kg以上。
8.如权利要求1所述的膏体充填料，其特征在于，所述脱硫石膏的比表面积为300m2/kg以上。
9.如权利要求1所述的膏体充填料，其特征在于，所述钢渣的比表面积为400m2/kg以上。
10.权利要求1-9任一项所述的膏体充填料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：称取所述胶凝材料、骨料和水，混合均匀。
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