CN113929423A - 一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方法，属于充填采矿技术领域.本发明是为了解决目前还没有一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方案问题。本发明所述的首先对燃煤电厂炉渣进行粉磨改性制备炉渣改性微粉，将燃煤电厂的脱硫石膏、粉煤灰、放入烘箱内烘至恒重，并将质量比按照炉渣改性微粉68％‑72％，粉煤灰20％‑24％，脱硫石膏4％‑12％比例制备全固废灰渣基胶凝材料；然后将燃煤电厂的原状炉渣放入烘箱内烘至恒重，并将原状炉渣与废石混合制备充填体骨料，之后将全固废灰渣基胶凝材料充填体骨料按照质量比混合，最后按照充填体固体质量分数80％至81％，加入拌合水，制备充填料浆。主要用于制备矿山用早强型充填体。

Description

一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方法
技术领域
本发明属于充填采矿技术领域，具体涉及利用燃煤电厂全部固体废弃物制备早强型充填体的方法。
背景技术
随着国内使用充填法的矿山不断扩大产能，矿块中落矿-运搬-充填循环时间和充填体养护时间进一步被缩短，当养护时间不足时，充填体早期强度不够会造成顶底板垮塌和片帮等安全事故发生，对矿井中作业人员和设备的安全造成威胁，给矿山安全生产组织增加了极大的困难。因此，为改善采场安全生产环境，建设高产高效的生产矿井，开发早强型充填体就显得尤为重要。早强型充填体是指3d和7d强度满足安全回采工作标准的的充填体。同时燃煤电厂排放的固体废弃物有炉渣、粉煤灰和脱硫石膏，大量堆积到填埋场内，处理方式单一对环境污染严重，如果将燃煤电厂全固废制备成为矿用早强型充填体，不仅对矿山具有经济效益，还探索出一条固体废弃综合利用有效途径，具有环保意义。
近年来，科学工作者一直探索使用电厂固体废物制备充填材料的方法。中国发明专利CN103803826A公开了使用大掺量粉煤灰制备矿用早强胶凝材料制备方法，该胶凝材料由高钙石灰、脱硫粉煤灰、未脱硫粉煤灰、早强剂和矿渣微粉组成。中国专利CN103979915A公开了一种粉煤灰基充填材料制备方法，该材料由脱硫石膏、粉煤灰、普通硅酸盐水泥、固化剂和膨胀剂组成，其中，固化剂为石灰，促凝剂为硫酸钠或硫酸钾，膨胀剂为普通引起剂。中国专利CN113493336A公开了一种粉煤灰-矿渣基胶结充填太料的制备方法，该材料由矸石、粉煤灰和矿渣组成。中国专利CN104829200A公开了一种粉煤灰碱激发充填材料制备方法，该材料由粉煤灰、矿渣微粉、工业固体废物骨料和激发剂(氢氧化钠或氢氧化钾)组成。
综上可见，目前使用燃煤电厂排放的固体废物制备充填材料主要有以下特征：(1)以粉煤灰为主或掺少量脱硫石膏制备充填胶凝材料；(2)采用水泥、生石灰以及外加剂等人工材料制备激发剂；(3)使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体公开的专利及相关研究较少。因此使用燃煤电厂固废制备充填材料存在以下问题：(1)使用了燃煤电厂固废中大量粉煤灰和少量脱硫石膏，未对炉渣进行资源化和规模化开发；(2)胶凝材料生产工艺复杂，需要投资设备和建造多种粉体物料的混料系统，不仅需要采购混料设备，而且还需要投资占地费用；(3)缺乏利用电厂全固废制备早强型充填体的研究。
所以，目前还没有一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方案，一方面导致燃煤电厂全固废物不能完全被利用，由于现有技术中不能被利用的燃煤电厂全固废物的处理不仅会造成环境问题和占空空间的问题，同时导致燃煤电厂全固废物处理相对复杂，而且还需要花费额外的运输和处理成本；另一方面在矿山开采后的充填过程中，由于现有技术仅能利用燃煤电厂的部分全固废物，所以在制备早强型充填体的过程中，还要额外购买部分制备早强型充填体的材料，从而导致制备早强型充填体的过程及填充过程成本较高的问题。
发明内容
本发明是为了解决目前还没有一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方案问题。
一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方法，包括以下步骤：
S1、制备全固废灰渣基充填胶凝材料：
(1.1)对燃煤电厂炉渣进行粉磨改性制备炉渣改性微粉，炉渣改性微粉要求200目过筛率达97％-99％；
优选地，对燃煤电厂炉渣进行粉磨改性时磨机转速为48r/min，要求一次研磨物料量为5kg，粉磨时间至少为50分钟。
(1.2)将燃煤电厂的脱硫石膏放入烘箱内烘至恒重，取出后密封保存；
优选地，将燃煤电厂的脱硫石膏放入烘箱内烘至恒重时烘箱的温度40℃。
(1.3)将燃煤电厂的粉煤灰放入烘箱内烘至恒重，取出后密封保存；
优选地，将燃煤电厂的粉煤灰放入烘箱内烘至恒重时烘箱的温度40℃。
(1.4)质量比按照炉渣改性微粉68％-72％，粉煤灰20％-24％，脱硫石膏4％-12％比例制备全固废灰渣基胶凝材料，并充分干拌；
S2、制备全固废早强型充填体：
(2.1)将矿山废石破碎为小于15mm的颗粒；
(2.2)将燃煤电厂的原状炉渣放入烘箱内烘至恒重，取出后密封保存；
优选地，将燃煤电厂的原状炉渣放入烘箱内烘至恒重时烘箱的温度40℃。
(2.3)将原状炉渣与废石按照质量比3:7或4:6或5:5混合，制备充填体骨料；
(2.4)将全固废灰渣基胶凝材料与步骤(2.3)的充填体骨料按照质量比2:8或3:7或4:6混合，并充分干式搅拌；
(2.5)按照充填体固体质量分数80％至81％，加入拌合水，制备充填料浆，进行搅拌；
优选地，所述充填体骨料的原状炉渣与废石的质量比为4:6，全固废灰渣基胶凝材料与充填体骨料质量比为4:6。
优选地，所述的搅拌时间至少为10min。
有益效果：
本发明采用炉渣改性微粉、原状炉渣、粉煤灰、脱硫石膏和废石为原料制备矿用早强型充填体，工业固体废物利用率达100％，实现了对燃煤电厂固废资源化和规模化应用，减少了工业废弃物对生态环境的污染，同时进一步降低了矿山充填材料的原料采购成本。
本发明将脱硫石膏作为激发剂提高炉渣基胶凝材料水化程度，进一步激发炉渣改性微粉-粉煤灰混合料浆的胶凝性，为燃煤电厂低值固体废物利用开辟了新的途径。
本发明制备的早强型充填体无须添加人工激发剂，不仅可有效降低充填成本，而且减少了激发剂对矿井环境的污染，更加安全环保。
由于本发明提供了一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方法，所以可以很好的解决现有技术没有一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方案而导致的问题。
附图说明
图1为灰渣实物图；
图2为灰渣XRD图谱；
图3为脱硫石膏实物图；
图4为脱硫石膏XRD图谱；
图5粉煤灰实物图；
图6为粉煤灰XRD图谱；
图7为长度小于80mm的矿山废石实物图；
图8为长度小于15mm的矿山废石实物图；
图9为原状炉渣实物图；
图10为原状炉渣XRD图谱；
图11和图12为测试样品的6单轴抗压强度试验图；
图13(a)和图13(b)为废石和灰渣的四分法试验图；
图14(a)和图14(b)为废石和原状灰渣级配曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：
本发明利用燃煤电厂全固废制备早强型充填体，其提供了一种制备工艺简单，性能稳定的制备全固废早强型充填体的方法。
本实施方式所述的一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方法，包括以下步骤：
S1、制备全固废灰渣基充填胶凝材料：
(1.1)利用水泥实验磨对燃煤电厂炉渣进行粉磨改性，磨机转速为48r/min，研磨体(钢球和钢锻)重量为100kg，一次物料装入量为5kg，制备炉渣改性微粉，且200目过筛率达97％-99％。
(1.2)将燃煤电厂取回的脱硫石膏放入40℃烘箱内至恒重，并取出置于密封的聚乙烯桶内，防潮备用。
(1.3)将燃煤电厂取回的粉煤灰放入40℃烘箱内至恒重，并取出置于密封的聚乙烯桶内，防潮备用。
(1.4)燃煤电厂的各类固体废弃物中炉渣的排放量较粉煤灰和脱硫石膏更高，因此基于全固废和规模化应用燃煤电厂固废原则，以炉渣改性微粉为胶凝材料主要组分，粉煤灰为补充组分，脱硫石膏为激发剂，基于硫酸盐激发机理为避免产生多余的钙矾石影响充填体质量，脱硫石膏较其他组分掺量应更低。最后确定炉渣改性微粉68％-72％，粉煤灰20％-24％，脱硫石膏4％-12％比例制备全固废灰渣基胶凝材料，并充分干拌。
S2、制备全固废早强型充填体：
(2.1)将矿山废石破碎成最大长度小于80mm的块体，利用颚式破碎机对其进一步破碎为小于15mm的颗粒。
(2.2)将燃煤电厂取回的炉渣放入40℃烘箱内至恒重，并取出置于密封的聚乙烯桶内，防潮备用。
(2.3)渣废比是指骨料中原状炉渣与废石掺量之比，由原状炉渣物理化学性质分析可知，原状炉渣在研磨前细颗粒含量较高，因此可充当细骨料优化废石级配。为确定渣废比试验水平，首先通过筛分试验对两种骨料的级配进行评价，然后依据混合骨料堆积密实度试验确定渣废比试验水平。堆积密实度是反映混合骨料的孔隙、粒径、级配、颗粒形状的综合指标，当骨料堆积密实度越大，说明混合骨料中孔隙较少，骨料之间可形成紧密的嵌锁状态，充填体早期强度可充分发挥，见公式1。因此，渣废比是充填材料力学特性重要影响因素。
Φ＝γ/ρ (1)
式中：Φ—混合料堆积密实度；γ—混合骨料容重，g/cm3；ρ—混合骨料密度，g/cm3。
(2.3.1)原状炉渣与废石筛分试验结果分析
(1)筛分试验
分别称取2000g废石和灰渣，为确保试验结果准确和可信，采用四分法对两种骨料进行取样，四分法取样步骤：将每种样品搅拌均匀置于托盘内，并堆成20mm左右的“圆饼”，沿两条垂直的直径将“圆饼”分成四等份扇形，如图13(a)和13(b)所示，取对角扇形进行均匀搅拌，重复上述试验过程直至缩分到500g，每种骨料制备两组样品。
将两种骨料样品倒入标准筛最顶层的筛网中，筛网尺寸有9.5mm、4.75mm、2.36mm、1.18mm、0.6mm、0.3mm、0.15mm、0.075mm，套筛由高到低按照孔径从大到小顺序组合，并配套安装筛底和筛盖。将装有样品的套筛置于震筛机中图7-4，10min后称量骨料的分计筛余量，对同一骨料两组样品分别开展筛分试验，根据试验结果取平均值记录各级粒径分计筛余量。
(2)试验结果分析
根据废石和原状炉渣筛分试验结果绘制级配曲线，如图14(a)和图14(b)所示，由曲线图采用内插法确定废石和原状炉渣级配特征值并计算不均匀系数(公式2)和曲率系数(公式3)见表1。本试验利用土力学不均匀系数和曲率系数作为评价废石和灰渣级配指标，不均匀系数计算公式为：
Figure BDA0003384006530000051
式中：Cu—曲率系数；d60—限定粒径，在级配曲线上通过率为60％时对应的粒径(mm)；d10—有效粒径，在级配曲线通过率为10％时对应的粒径(mm)；不均匀系数反映骨料颗粒大小分布情况，越大表明骨料固体颗粒大小越不均匀，当Cu<5时，说明固体颗粒尺寸较均匀，Cu>5时，说明固体颗粒尺寸范围较大，可能具有良好的级配，若Cu＞＞5，说明骨料中尺寸较大的颗粒含量较高。因此，评价骨料级配时需要考虑曲率系数，曲率系数公式为：
Figure BDA0003384006530000052
式中：Cc——曲率系数；d30——在级配曲线通过率为30％对应的粒径(mm)；曲率系数是反映级配的曲线的整体形状，一般当Cu>5，且Cc＝1～3时，骨料具有良好的级配。
表1筛分试验结果(总质量＝100g)
Figure BDA0003384006530000053
Figure BDA0003384006530000061
可见，废石Cu＝21.62，且Cc＝1.1,说明废石具有良好的级配，但Cu＞＞5说明废石粗颗粒含量较高。原状炉渣Cu＝3.78，且Cc＝0.73，说明原状炉渣细颗粒含量较高，属于均匀颗粒，不具有良好的级配与物化分析结果一致。根据上述分析可知，废石虽具有良好的级配，但粗颗粒含量较高，如果施工不当颗粒之间很容易形成较大的空隙，导致充填体早期强度降低，因此为提高充填体早期强度，本试验利用混合骨料堆积密实度对级配进一步评价。
(2.3.2)混合骨料堆积密实度试验结果分析
(1)堆积密实度试验
堆积密实度区别于堆积密度，堆积密度是指散粒材料或粉状材料在自然堆积状态下单位体积质量[210-211]。而堆积密实度是指混合料的单位体积的堆积密度与真密度之比，利用该指标可评价骨料级配的优良。具体测定方法为：选择1L金属桶作为称量容器并测定金属桶重量，将灰渣按10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％占比配制1000g原状灰渣与废石混合骨料，搅拌均匀；将各组混合骨料分别匀速倒入金属桶中，将多余的骨料用刮尺刮平；利用电子天平测定装有混合骨料金属桶的质量，对同一组混合骨料按照上述试验过程重复三次，记录质量平均值。
(2)试验结果分析
根据不同原状炉渣掺量堆积密实度试验结果(表2)可知废石在不掺原状炉渣的废石堆积密实度为0.48，在11组混合骨料中堆积密实度值为最小，废石虽然满足土力学优良级配的标准，但由于粗骨料含量较高，堆积密实度较低，说明骨料在堆积时级配并不是理论最优。又根据曲线图可知，在废石中掺入原状炉渣可提高堆积密实度，有效改善骨料级配，当原状炉渣掺量小于30％时，混合骨料堆积密实度随原状炉渣掺量呈正比关系，说明原状炉渣细骨料将废石粗骨料之间的空隙逐步填满，混合骨料逐渐形成更稳定的“骨架”结构；但当原状炉渣掺量大于40％时，原状炉渣掺量与堆积密实度呈反比关系，这是由于原状炉渣细骨料掺量增加(废石粗骨料减少)，混合骨料中颗粒尺寸逐渐变的均匀，级配范围缩小，导致骨料之间很难形成稳定的“骨架”结构。因此，以最大密实度为原则，选择原状炉渣掺量为40％和50％时的渣废比为充填体早期强度试验水平，即渣废比为4:6、3:7和5:5。将原状炉渣与废石按照4:6或3:7或5:5混合，制备充填体骨料。
表2混合骨料堆积密实度试验结果
Figure BDA0003384006530000071
(2.4)胶砂比的物理意义是指充填体中胶凝材料的与骨料掺量之比，胶凝材料的掺量直接影响水化产物的生成量，当生成充足的水化产物时，骨料表面被水化产物全部覆盖，使骨料之间的粘结力较强，从而充填体具有较高的早期强度。由此可知当胶凝材料掺量较低水化产物生成量较少时，骨料之间的粘结力会变弱，导致充填体早期强度降低。而当胶凝材料掺量较高，骨料掺量较小时，在充填体内部由于无法形成稳定的骨架结构，骨料之间无法形成紧密的嵌锁结构，从而也会导致充填体早期强度下降，同时胶凝材料具有胶强的吸水性，掺量较高时会极大降低充填料浆的流动性，不利于管道输送，导致施工困难。因此，适当的胶砂比可有效提高充填体早期强度，胶砂比与料浆浓度对充填体早期强度同等重要。参考金川镍矿已开发矿渣基胶凝材料胶砂比为1:4，根据全固废灰渣基胶凝材料配比试验结果，为有效提高充填体力学特性和揭示胶砂比对力学特性的影响规律，确定混合料试验水平值为2:8，3:7和4:6。在构建影响因素数学模型时，为简化计算，将胶砂比各水平转换成为胶凝材料的掺量为20％，30％和40％。将全固废灰渣基胶凝材料与步骤(2.3)的充填体骨料按照2:8，3:7或4:6胶砂比混合，并充分干式搅拌。
(2.5)充填料浆浓度是指固体质量与料浆之比，从另外一个角度可以理解为充填料浆中含水率的高低，而含水率的高低又是影响胶凝材料水化活性主要因素，不同的胶凝材料发生水化反应对水的需求量不同。试验证明，在静载荷作用下，充填体中首先发生破坏的不是骨料，而是骨料之间的粘结处，也就是胶凝材料的水化产物。因此，当充填料浆提供充足的水时，胶凝材料的水化活性才会被有效激发，骨料之间的粘结才会更紧密，从而使充填体早期强度增强。当料浆中含水量较低时，没有充足的水量保证胶凝材料完成水化反应，从而生成的水化产物较少，进而使骨料之间粘结力较小，降低充填体早期强度，同时较低的含水量会影响充填料浆的流动度，使充填料浆难以输送。而当料浆中含水量较高时，过多的水会占据骨料之间的位置，降低水化产物的粘结力，所以也会导致充填体早期强度降低，同时多余的水会随时间蒸发，使充填料浆内部形成较多毛细孔，降低充填体密度，影响充填体的耐久度。通过上述分析可知，料浆浓度是充填体早期强度重要影响因素，只有确定最优的料浆浓度才可有效提高充填体早期强度。
根据灰渣基胶凝材料试验结果可知，76％料浆浓度胶结充填体早期强度较低，多个试块到达龄期时还无法脱模，由此可推断胶凝材料充填料浆中含水量较高，又根据现场施工条件，大部分充填系统可输送77％-82％料浆浓度。因此，为提高充填体早期强度，本专利确定料浆浓度水平为79％、80％和81％。按照充填体固体质量分数79％、80％和81％，加入拌合水，制备充填料浆，利用JJ-5型胶砂搅拌机进行搅拌，时间设定为10min。
基于上述实验及研究，原状炉渣与废石按照4:6或3:7或5:5混合能够取得良好的效果，全固废灰渣基胶凝材料与充填体骨料按照2:8，3:7或4:6胶砂比混合也能够取得良好的效果，一般情况下充填体骨料的比例、全固废灰渣基胶凝材料与充填体骨料的比例只要按照各自的比例限定即可。为了方便表述，将全固废灰渣基胶凝材料中的材料比例记为N1比例，将充填体骨料的比例记为T1比例，将全固废灰渣基胶凝材料与充填体骨料的比例记为NT比例。经过进一步研究返现T1比例与NT比例之间的组合会在早强性能上方面产生一定的影响，由于这个影响还受到N1比例的影响，而且现T1比例与NT比例之间的相互影响对早强性能的作用还受限于充填体固体质量分数，因此不同比例以比例之间的影响对于早强性能的作用一般不易通过实验得以体现，所以T1比例与NT比例之间的相互影响也很难被发现，甚至难以通过实验得到准确的验证。本发明通过对成分及作用进一步研究发现，由于N1比例直接硬性凝胶的性能，为了充分发挥凝胶的性能，本发明将N1比例作为早强性能影响确定量，炉渣与废石的比例以嵌锁状态作为主要影响因素，以化学成分分析及可能产生的化学变化影响作为次要影响因素；同时将全固废灰渣基胶凝材料与充填体骨料的比例以化学成分分析及可能产生的化学变化影响作为主要影响因素，以粒径、嵌锁状态等作为次要影响因素，以充填体固体质量分数(在充填料浆中的比例)作为对半流体的状态和化学成分分析及可能产生的化学作为等量影响因素综合进行分析，最终发现炉渣与废石比例4:6、全固废灰渣基胶凝材料与充填体骨料比例4:6，且充填体固体质量分数80％至81％时更容易体现早强性能，缺点是最后的长期强度会略有降低，但是对于整体的影响并不大。同时还要补充说明的是，虽然不同燃煤电厂的全固废物的成分含量会略有不同，从而导致上述配比的实际比例会有变化，但是经过研究发现不同的燃煤电厂对应的产物成分基本相同，早强性能虽然会因为成分含量所有变化，但是上述最优比例依然能够表现出优秀的早强性能。
实施例
为了充分说明本发明所述的一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方法的原理和效果，下面结合具体的成分分析来进行实施例的说明。
1、制备全固废灰渣基充填胶凝材料
(1)胶凝材料组成物料来源于内蒙古准格尔旗某燃煤电厂排放的原状炉渣、粉煤灰和脱硫石膏。充填体中使用的废石来源于周边矿山。
(2)利用水泥实验磨对原状炉渣进行粉磨改性，磨机转速为48r/min，研磨体(钢球和钢锻)重量为100kg，一次物料装入量为5kg，粉磨时间设定为50分钟，制备炉渣改性微粉，且200目过筛率达97％-99％。采用X射线荧光光谱仪(XRF)对炉渣改性微粉中化合物种类和含量进行半定量分析，结果见表3。
表3炉渣化学成分表
Figure BDA0003384006530000091
根据检测结果可知，灰渣中主要化学成分与粉煤灰非常相似，同样由SiO2、Al2O3和CaO组成，且SiO2与Al2O3总量为61.08％，小于70％大于50％，且GaO的含量为17.3％大于10％，参考中国GB/T 1596-2017，《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》和ASTMC618粉煤灰分类标准，灰渣改性微粉满足C类粉煤灰标准，此类材料不仅具有凝硬性能外，同时具有胶凝性能。
如图1和图2所示，图1为灰渣实物图，图2为灰渣XRD图谱。过定性分析可知灰渣的矿物成分主要由石英(SiO2)、莫来石(Al6Si2O13)、铝酸三钙(Ga3Al2O)、无水石膏(GaSO4)和含铝铁的化合物，与粉煤灰矿物组成相似，除此之外灰渣中还含有硅酸钙化合物(GaSi2O5)，说明灰渣在一定条件下可生成水化硅盐酸产物，具有胶凝性能。
(3)将内蒙古准格尔旗某燃煤电厂取回的脱硫石膏放入40℃烘箱内至恒重，并取出置于密封的聚乙烯桶内，防潮备用。电厂排放的脱硫石膏是一种工业副产品，具有极强的吸湿性，通常含水率较高，为分析其物化性质，通过开展XRF试验获得脱硫石膏化学成分结果见表4。
表4脱硫石膏化学成分表
Figure BDA0003384006530000101
由表4可知脱硫石膏主要成分为GaO和SO3，图3为脱硫石膏实物图，图4为脱硫石膏XRD图谱，结合脱硫石膏XRD图谱分析可知，脱硫石膏内主要矿物相为硫酸钙(GaSO4)和部分未氧化的硫酸亚钙(GaSO3)，其主要成分基本与天然石膏相同。
(4)将内蒙古准格尔旗某燃煤电厂取回的粉煤灰放入40℃烘箱内至恒重，并取出置于密封的聚乙烯桶内，防潮备用。采用X射线荧光光谱仪对粉煤灰样品中化合物种类和含量进行半定量分析，结果见表5。
表5粉煤灰化学成分表
Figure BDA0003384006530000102
根据表中试验结果可知粉煤灰主要由SiO2、Al2O3和CaO组成，且三种化合物总量为79.08％参考中国GB/T 1596-2017，《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》和ASTMC618粉煤灰分类标准，试验所用的粉煤灰为F类，F类粉煤灰通常是由燃烧无烟煤和或烟煤获得，此类粉煤灰具有潜在火山灰活性而胶凝性能较弱。又根据氧化钙含量粉煤灰中氧化钙含量低于10％属于低钙粉煤灰，活性较低。
图5粉煤灰实物图，图6为粉煤灰XRD图谱。对粉煤灰的矿物成分进行定性分析，根据图谱可知粉煤灰主要由石英(SiO2)、莫来石(Al6Si2O13)、无水石膏(GaSO4)、铝酸三钙(Ga3Al2O)、氧化钙(CaO)和含铁化合物组成。
(5)按照炉渣改性微粉68％-72％，粉煤灰20％-24％，脱硫石膏4％-12％比例制备全固废灰渣基胶凝材料，并充分干拌。
2、制备全固废早强型充填体
(1)将矿山废石破碎成最大长度小于80mm的块体(图7)，利用颚式破碎机对其进一步破碎为小于15mm的颗粒(图8)。通过XRF试验，检测其化学成分如表6所示。由此可见，废石化学成分主要由SiO2、Al2O3和Fe2O3组成，参考《混凝土用再生粗骨料》GB/T 25177-2010标准中骨料有害物质含量要求，硫化物含量必须小于2％，废石种硫化物含量仅为1.12％满足骨料使用标准。
表6金川废石化学成分
Figure BDA0003384006530000111
图4矿山废石实物
(2)将内蒙古准格尔旗某燃煤电厂取回的原状炉渣放入40℃烘箱内至恒重，并取出置于密封的聚乙烯桶内，防潮备用。将原状炉渣烘干后对其进行物化分析检测。为比较灰渣粉磨前后矿物成分的区别开展X射线衍射试验(XRD)，图9为原状炉渣实物图，图10为原状炉渣XRD图谱。
对图谱进行定性分析灰渣粉磨前主要矿物成分为硅酸二钙(Ga2SiO4)、石膏(GaSO4)和钙矾石(Ga6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O)，具有潜在活性。图谱中出现丘状峰表明粉磨前灰渣玻璃相含量较高。
(3)将原状炉渣与废石按照4:6或5:5混合，制备充填体混合骨料。
(4)将全固废灰渣基胶凝材料与步骤(3)的充填体骨料按照3:7或4:6胶砂比混合，并充分干式搅拌。
(5)按照充填体固体质量分数80％或81％，加入拌合水，制备充填料浆，利用JJ-5型胶砂搅拌机进行搅拌，时间设定为10min。
根据本发明内容中各组分的不同比例制备充填体实施例，将充分搅拌的充填料浆注入70.7*70.7mm的三连模具，自然养护48h后放入标准养护箱(控制温度为20℃±2℃，湿度为95％以上)养护至3d和7d，取出试块，按照《水泥胶砂强度检验方法》GB/T17671-1999中规定测定充填体3d和7d单轴抗压强度，平均测试3组试块取平均值，各实施例配比和强度见表7，试验过程见图11和图12，图11和图12为测试样品的6单轴抗压强度试验图。
表7实施例试验结果
Figure BDA0003384006530000112
Figure BDA0003384006530000121
在实验中，本发明也对其他燃煤电厂的全固废物进行了研究和分析，不同的燃煤电厂对应的产物成分基本相同，尤其是主要成分是相同的，例如经过对其他燃煤电厂的炉渣进行分析，实际上燃煤电厂的炉渣与内蒙古准格尔旗某燃煤电厂的炉渣成分基本相同，不同成分的含量略有差异，但是相差并不多；实际上，脱硫石膏等与此情况基本相同。经过理论研究和其他实验验证，利用本发明的方法及成分配比，利用不同燃煤电厂的全固废物均可以制备出早强型充填体，仅仅是在力学性能上有所差异，在实际使用时可以根据具体的力学性能指标进行选取即可，同时这也证明了本发明的方法的通用性。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备全固废灰渣基充填胶凝材料：
(1.1)对燃煤电厂炉渣进行粉磨改性制备炉渣改性微粉，炉渣改性微粉要求200目过筛率达97％-99％；
(1.2)将燃煤电厂的脱硫石膏放入烘箱内烘至恒重，取出后密封保存；
(1.3)将燃煤电厂的粉煤灰放入烘箱内烘至恒重，取出后密封保存；
(1.4)质量比按照炉渣改性微粉68％-72％，粉煤灰20％-24％，脱硫石膏4％-12％比例制备全固废灰渣基胶凝材料，并充分干拌；
S2、制备全固废早强型充填体：
(2.1)将矿山废石破碎为小于15mm的颗粒；
(2.2)将燃煤电厂的原状炉渣放入烘箱内烘至恒重，取出后密封保存；
(2.3)将原状炉渣与废石按照质量比3:7或4:6或5:5混合，制备充填体骨料；
(2.4)将全固废灰渣基胶凝材料与步骤(2.3)的充填体骨料按照质量比2:8或3:7或4:6混合，并充分干式搅拌；
(2.5)按照充填体固体质量分数80％至81％，加入拌合水，制备充填料浆，进行搅拌。
2.根据权利要求1所述一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方法，其特征在于，所述充填体骨料的原状炉渣与废石的质量比为4:6，全固废灰渣基胶凝材料与充填体骨料质量比为4:6。
3.根据权利要求1或2所述一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方法，其特征在于，对燃煤电厂炉渣进行粉磨改性时磨机转速为48r/min，要求一次研磨物料量为5kg，粉磨时间至少为50分钟。
4.根据权利要求1或2所述一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方法，其特征在于，将燃煤电厂的脱硫石膏放入烘箱内烘至恒重时烘箱的温度40℃。
5.根据权利要求4所述一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方法，其特征在于，将燃煤电厂的粉煤灰放入烘箱内烘至恒重时烘箱的温度40℃。
6.根据权利要求5所述一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方法，其特征在于，将燃煤电厂的原状炉渣放入烘箱内烘至恒重时烘箱的温度40℃。
7.根据权利要求6所述一种使用燃煤电厂全固废制备早强型充填体的方法，其特征在于，所述的搅拌时间至少为10min。
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