CN114057418A - 一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料，所述基材由以下重量份的成分制备而成：膨化玉米淀粉70‑90份、光敏基团10‑20份、六偏磷酸钠2‑6份、疏水稳定剂5‑10份；所述胶黏层由以下重量份的成分制备而成：环氧大豆油脂肪酸甲酯50‑70份、环氧大豆油15‑25份、引发剂6‑10份、固化剂2‑4份。本发明的基材通过膨化玉米淀粉与光敏基团组合制成，进而使基材不仅具有生物降解性能，而且还具有光降解性能，无论是位于地表还是掩埋与地下，胶带的基材均具有优良的降解性能，且压敏胶通过环氧大豆油脂肪酸甲酯与环氧大豆油组合制成，在基材降解后，压敏胶不污染环境，进而使胶带的整体环保性能好。

Description

一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料。

背景技术

尾砂是指选矿厂在特定的经济技术条件下，将矿石磨细，选取有用成分后排放的废弃物，一般由选矿厂排放的尾矿矿浆经自然脱水后形成的固体矿物废，固体工业废料的主要成分，可视为一种复合的硅酸盐\碳酸盐等矿物材料尾矿中主要有用组分的含量称为尾矿品位；

在矿山开采过程中，胶结充填采矿法是目前使用最普遍和最推崇的方法，矿渣基碱激发材料作为一种胶凝材料应用于矿山充填中具有原料来源广泛、数量巨大，对尾砂中细粒部分宽容性大，强度高，在一定的浓度下料浆不离析分层，且沁水量小等特点，成为不少矿山单位选择充填胶凝材料的优先选择。

专利号CN106746785A公开了一种低收缩早强型矿山充填胶凝材料，其组成及重量百分比如下：矿渣粉50％～90％，水泥或水泥熟料5％～25％，矿物外加剂1％～30％，石膏0％～10％，碱性激发剂0.5％～10％，减缩防裂材料0.1％～10％，本发明解决了矿渣基碱激发材料应用于矿山全尾砂充填，当充填料浆浓度较低时，特别是在养护不当的情况下，易造成充填体收缩大、开裂、凝结缓慢、强度低的问题，利用该材料代替水泥应用于矿山充填，对于不同浓度尾砂(55％-80％)均有较好的适应性，充填体凝结快、强度高、收缩小。

现有技术存在以下不足：现有胶凝材料在低浓度下，高泌水率条件下，不仅不能适应不同矿山尾矿胶结，而且容易产生离析分层现象，增加了粗尾砂充填灰砂比。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

本发明提供了一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料，所述材料由以下材料混合均化而成，其组成及配比为：矿渣粉30-40％、钢渣粉20-30％、水泥熟料5-15％、激发剂2-5％以及复合抗离析剂10-20％；所述矿渣粉为粒化高炉矿渣粉，所述钢渣粉为高性能钢渣粉；

优选的，所述矿渣粉的物理加工方法为由球磨机球磨，经过剪切力的作用下，矿渣粉内部的晶体结构遭到破坏，晶体出现位错和晶型转换和晶体中的缺陷增多导致固体中的比表面积增大，表面能增加，物理的化学性质，反应的物理化学能动性都有所增加，在固体颗粒表面产生的缺陷，在碱溶液的作用下可以使得碱很好的进行链接，使得矿渣粉的反应能动性得到增加，矿渣粉在球磨的过程中也可以加入助磨剂；

优选的，所述助磨剂包括三羧酸及衍生物、有机胺化合物、甘醇及乙醇胺中的一种或多种组合；

优选的，所述三羧酸及其衍生物还包括马来酸、酞酸、羧酸的衍生物、酰胺化合物、胺化合物以及碱金属的盐；有机胺化合物包括乙醇胺、三乙醇胺和胺的衍生物烯烃以及三羧酸无水物的配合物，其中烯烃是乙烯；甘醇及乙醇胺乙醇胺为三乙醇胺和甘醇的混合物。

优选的，所述矿渣粉的化学加工方法为使用酸或者碱，硫酸盐对矿渣粉做处理，使得矿渣粉中的铝和硅物质溶出；

优选的，用盐酸或者硫酸和矿渣粉混合，处理后的矿渣粉具有多空状结构，使矿渣粉的比表面积增加，矿渣粉经过硫酸或者盐酸处理后里面得FeCl3，Al2(SO4)3，AlCl3，H2SiO3，FeSO4等物质会大量释放，物质水解生成的络合物，高分子聚合物，生成的物质和胶体之间有吸附作用，从而使得矿渣粉有很好的反应能动性质；

优选的，石灰石、水玻璃、氢氧化钠以及碳酸钾都可以作为碱性激发剂，在碱的作用下，矿渣粉中的晶体结构遭到破坏，破坏了网络的结晶体结构，参与矿渣粉地聚物的反应，使得矿渣粉的反应能动性得到发挥；硫酸盐硫酸盐对矿渣粉的反应能动性得到增加，使污泥矿渣粉生成地质聚合物。

优选的，由于粒化轮加热焖工艺的生产成本较高，且风淬加热焖工艺也存在少许粉尘、蒸汽、噪音等环保方面的不足，因此综合考虑后选择方案三使用热焖法工艺处理钢渣粉，得到的钢渣粉中f-CaO和f-MgO的消解充分，安定性良好。

优选的，所述复合抗离析剂由包含以下重量份的原料制成：分散剂5-15％；聚合氯化铝1％-5％、水20％-30％、粘聚材料8％-20％，所述粘聚材料还包括保水组分和黄明胶，保水组分与黄明胶的质量比为(4-6)：(1-3)，所述保水组分包括高吸水树脂或保水体；

优选的，所述保水体包括以下步骤制成：

(1)取水、十六烷基三甲基溴化铵混合搅拌后，加入硅溶胶和硅烷偶联剂，继续搅拌至呈现淡蓝色溶液，得反应液；

(2)将步骤(1)的反应液和质量分数为2％-6％的氨水溶液按质量比为(5-15)：(1-6)混合后，搅拌处理后在45-55℃下陈化20-28h，得陈化体；

(3)将步骤(2)中的陈化体在真空干燥20-30min后，研磨处理，得到保水体。

本发明的有益效果：

1、本发明制备的胶凝材料以活性激发、复合抗离析剂为研究核心，可以替代普硅水泥用于地下充填，且能够解决水泥、其它普通胶凝材料在低浓度下，高泌水率条件下，不仅解决不同矿山尾矿胶结的适应性问题，还能解决离析问题，大幅度降低了粗尾砂充填灰砂比；

2、矿渣粉、水泥熟料等基础材料构成了充填体强度稳定体系，激发剂、复合抗离析剂对强度体系进一步加强巩固，避免了在低浓度、高泌水率条件下的离析而导致的充填体强度稳定体系的解体，保证了充填质量。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

实施例1

本实施例一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料，所述材料由以下材料混合均化而成，其组成及配比为：矿渣粉30％、钢渣粉20％、水泥熟料5％、激发剂2％以及复合抗离析剂10％；所述矿渣粉为粒化高炉矿渣粉，所述钢渣粉为高性能钢渣粉；

进一步的，所述矿渣粉的物理加工方法为由球磨机球磨，经过剪切力的作用下，矿渣粉内部的晶体结构遭到破坏，晶体出现位错和晶型转换和晶体中的缺陷增多导致固体中的比表面积增大，表面能增加，物理的化学性质，反应的物理化学能动性都有所增加，在固体颗粒表面产生的缺陷，在碱溶液的作用下可以使得碱很好的进行链接，使得矿渣粉的反应能动性得到增加，矿渣粉在球磨的过程中也可以加入助磨剂；

进一步的，所述助磨剂包括三羧酸及衍生物、有机胺化合物、甘醇及乙醇胺中的一种或多种组合；

进一步的，所述三羧酸及其衍生物还包括马来酸、酞酸、羧酸的衍生物、酰胺化合物、胺化合物以及碱金属的盐；有机胺化合物包括乙醇胺、三乙醇胺和胺的衍生物烯烃以及三羧酸无水物的配合物，其中烯烃是乙烯；甘醇及乙醇胺乙醇胺为三乙醇胺和甘醇的混合物。

进一步的，所述矿渣粉的化学加工方法为使用酸或者碱，硫酸盐对矿渣粉做处理，使得矿渣粉中的铝和硅物质溶出；

进一步的，用盐酸或者硫酸和矿渣粉混合，处理后的矿渣粉具有多空状结构，使矿渣粉的比表面积增加，矿渣粉经过硫酸或者盐酸处理后里面得FeCl3，Al2(SO4)3，AlCl3，H2SiO3，FeSO4等物质会大量释放，物质水解生成的络合物，高分子聚合物，生成的物质和胶体之间有吸附作用，从而使得矿渣粉有很好的反应能动性质；

进一步的，石灰石、水玻璃、氢氧化钠以及碳酸钾都可以作为碱性激发剂，在碱的作用下，矿渣粉中的晶体结构遭到破坏，破坏了网络的结晶体结构，参与矿渣粉地聚物的反应，使得矿渣粉的反应能动性得到发挥；硫酸盐硫酸盐对矿渣粉的反应能动性得到增加，使污泥矿渣粉生成地质聚合物。

进一步的，所述钢渣粉的处理工艺包括以下方案：

方案一：采用粒化轮加热焖工艺，将粒化轮法和热焖法二者进行有效的组合，发挥粒化轮法处理液态渣效率高和热焖工艺能有效处理液态渣、固态渣及较差流动性渣的优势，从而使钢渣的处理能力得到有效提高，而且获得的钢渣粒度好，钢渣粉中的f-CaO和f-MgO得到有效消解，能达到道路及水泥混凝土材料的应用要求；

方案二：采用风淬加热焖工艺，将风淬法和热焖法进行有效的组合，在发挥热焖工艺有效处理液、固态渣的基础上，结合风淬法处理液态渣速度快、钢渣粒度和体积安定性较好的优点，获得一个较佳的钢渣处理成本和效率，风淬加热焖工艺具有工艺简单、投资较少、钢渣性能好的优点；

方案三：采用热焖工艺，热焖法对钢渣的适应性很广，固态渣、液态渣均能得到有效处理，而且其工艺简单、投资成本低，钢渣中f-CaO和f-MgO的消解充分，安定性良好，这为钢渣的建材资源化利用提供了良好的质量保证；

进一步的，由于粒化轮加热焖工艺的生产成本较高，且风淬加热焖工艺也存在少许粉尘、蒸汽、噪音等环保方面的不足，因此综合考虑后选择方案三使用热焖法工艺处理钢渣粉，得到的钢渣粉中f-CaO和f-MgO的消解充分，安定性良好。

进一步的，所述复合抗离析剂由包含以下重量份的原料制成：分散剂5-15％；聚合氯化铝1％-5％、水20％-30％、粘聚材料8％-20％，所述粘聚材料还包括保水组分和黄明胶，保水组分与黄明胶的质量比为(4-6)：(1-3)，所述保水组分包括高吸水树脂或保水体；

所述保水体包括以下步骤制成：

(1)取水、十六烷基三甲基溴化铵混合搅拌后，加入硅溶胶和硅烷偶联剂，继续搅拌至呈现淡蓝色溶液，得反应液；

(2)将步骤(1)的反应液和质量分数为2％-6％的氨水溶液按质量比为(5-15)：(1-6)混合后，搅拌处理后在45-55℃下陈化20-28h，得陈化体；

(3)将步骤(2)中的陈化体在真空干燥20-30min后，研磨处理，得到保水体。

实施例2

本实施例一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料，所述材料由以下材料混合均化而成，其组成及配比为：矿渣粉40％、钢渣粉30％、水泥熟料15％、激发剂5％以及复合抗离析剂20％；所述矿渣粉为粒化高炉矿渣粉，所述钢渣粉为高性能钢渣粉；

进一步的，所述矿渣粉的物理加工方法为由球磨机球磨，经过剪切力的作用下，矿渣粉内部的晶体结构遭到破坏，晶体出现位错和晶型转换和晶体中的缺陷增多导致固体中的比表面积增大，表面能增加，物理的化学性质，反应的物理化学能动性都有所增加，在固体颗粒表面产生的缺陷，在碱溶液的作用下可以使得碱很好的进行链接，使得矿渣粉的反应能动性得到增加，矿渣粉在球磨的过程中也可以加入助磨剂；

进一步的，所述助磨剂包括三羧酸及衍生物、有机胺化合物、甘醇及乙醇胺中的一种或多种组合；

进一步的，所述三羧酸及其衍生物还包括马来酸、酞酸、羧酸的衍生物、酰胺化合物、胺化合物以及碱金属的盐；有机胺化合物包括乙醇胺、三乙醇胺和胺的衍生物烯烃以及三羧酸无水物的配合物，其中烯烃是乙烯；甘醇及乙醇胺乙醇胺为三乙醇胺和甘醇的混合物。

进一步的，所述矿渣粉的化学加工方法为使用酸或者碱，硫酸盐对矿渣粉做处理，使得矿渣粉中的铝和硅物质溶出；

进一步的，用盐酸或者硫酸和矿渣粉混合，处理后的矿渣粉具有多空状结构，使矿渣粉的比表面积增加，矿渣粉经过硫酸或者盐酸处理后里面得FeCl3，Al2(SO4)3，AlCl3，H2SiO3，FeSO4等物质会大量释放，物质水解生成的络合物，高分子聚合物，生成的物质和胶体之间有吸附作用，从而使得矿渣粉有很好的反应能动性质；

进一步的，石灰石、水玻璃、氢氧化钠以及碳酸钾都可以作为碱性激发剂，在碱的作用下，矿渣粉中的晶体结构遭到破坏，破坏了网络的结晶体结构，参与矿渣粉地聚物的反应，使得矿渣粉的反应能动性得到发挥；硫酸盐硫酸盐对矿渣粉的反应能动性得到增加，使污泥矿渣粉生成地质聚合物。

进一步的，所述钢渣粉的处理工艺包括以下方案：

方案一：采用粒化轮加热焖工艺，将粒化轮法和热焖法二者进行有效的组合，发挥粒化轮法处理液态渣效率高和热焖工艺能有效处理液态渣、固态渣及较差流动性渣的优势，从而使钢渣的处理能力得到有效提高，而且获得的钢渣粒度好，钢渣粉中的f-CaO和f-MgO得到有效消解，能达到道路及水泥混凝土材料的应用要求；

方案二：采用风淬加热焖工艺，将风淬法和热焖法进行有效的组合，在发挥热焖工艺有效处理液、固态渣的基础上，结合风淬法处理液态渣速度快、钢渣粒度和体积安定性较好的优点，获得一个较佳的钢渣处理成本和效率，风淬加热焖工艺具有工艺简单、投资较少、钢渣性能好的优点；

方案三：采用热焖工艺，热焖法对钢渣的适应性很广，固态渣、液态渣均能得到有效处理，而且其工艺简单、投资成本低，钢渣中f-CaO和f-MgO的消解充分，安定性良好，这为钢渣的建材资源化利用提供了良好的质量保证；

进一步的，由于粒化轮加热焖工艺的生产成本较高，且风淬加热焖工艺也存在少许粉尘、蒸汽、噪音等环保方面的不足，因此综合考虑后选择方案三使用热焖法工艺处理钢渣粉，得到的钢渣粉中f-CaO和f-MgO的消解充分，安定性良好。

进一步的，所述复合抗离析剂由包含以下重量份的原料制成：分散剂5-15％；聚合氯化铝1％-5％、水20％-30％、粘聚材料8％-20％，所述粘聚材料还包括保水组分和黄明胶，保水组分与黄明胶的质量比为(4-6)：(1-3)，所述保水组分包括高吸水树脂或保水体；

进一步的，所述保水体包括以下步骤制成：

(1)取水、十六烷基三甲基溴化铵混合搅拌后，加入硅溶胶和硅烷偶联剂，继续搅拌至呈现淡蓝色溶液，得反应液；

(2)将步骤(1)的反应液和质量分数为2％-6％的氨水溶液按质量比为(5-15)：(1-6)混合后，搅拌处理后在45-55℃下陈化20-28h，得陈化体；

(3)将步骤(2)中的陈化体在真空干燥20-30min后，研磨处理，得到保水体。

该胶凝材料以活性激发、复合抗离析剂为研究核心，可以替代普硅水泥用于地下充填，且能够解决水泥、其它普通胶凝材料在低浓度下，高泌水率条件下，不仅解决不同矿山尾矿胶结的适应性问题，还能解决离析问题，大幅度降低了粗尾砂充填灰砂比；矿渣粉、水泥熟料等基础材料构成了充填体强度稳定体系，激发剂、复合抗离析剂对强度体系进一步加强巩固，避免了在低浓度、高泌水率条件下的离析而导致的充填体强度稳定体系的解体，保证了充填质量。

对比例1

本对比例与实施例1的区别在于，胶凝材料的成分中未添加复合抗离析剂。

对比例2

本对比例与实施例1的区别在于，胶凝材料的成分中未添加激发剂。

对比例3

本对比例与实施例1的区别在于，矿渣粉仅通过物理方法进行加工。

性能测试

根据国家标准ASTMC1697-16《混合辅助胶凝材料标准规范》对实施例1-2、对比例1-3制备的一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料，进行离析程度测试。具体测试结果见下表：

项目	离析程度/％
		实施例1	-1.856
实施例2	-1.748
		对比例1	-1.542
对比例2	-1.458
		对比例3	-1.236

从上表可以看出，本发明实施例制备的一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料，离析程度大于对比例1以及对比例2，说明复合抗离析剂的添加使得胶凝材料填充过程中不会发生离析分层现象，进而保障了填充的强度。

需要说明的是，在本文中，如若存在第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (7)

1.一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料，其特征在于，所述胶凝材料由以下材料混合均化而成，其组成及配比为：矿渣粉30-40％、钢渣粉20-30％、水泥熟料5-15％、激发剂2-5％以及复合抗离析剂10-20％，矿渣粉采用物理-化学加工，钢渣粉采用热焖工艺加工。

2.根据权利要求1所述的一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料，其特征在于，所述矿渣粉的物理加工方法为由球磨机球磨，球磨的过程中加入助磨剂。

3.根据权利要求2所述的一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料，其特征在于，所述助磨剂包括三羧酸及衍生物、有机胺化合物、甘醇及乙醇胺中的一种或多种组合。

4.根据权利要求2所述的一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料，其特征在于，所述矿渣粉的化学加工方法为使用酸或者碱，硫酸盐对矿渣粉做处理。

5.根据权利要求1所述的一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料，其特征在于，所述钢渣粉的处理工艺还包括粒化轮加热焖工艺以及风淬加热焖工艺。

6.根据权利要求5所述的一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料，其特征在于，所述复合抗离析剂由包含以下重量份的原料制成：分散剂5-15％；聚合氯化铝1％-5％、水20％-30％、粘聚材料8％-20％。

7.根据权利要求6所述的一种适用于粗尾砂防离析型充填专用胶凝材料，其特征在于，所述粘聚材料还包括保水组分和黄明胶，保水组分与黄明胶的质量比为(4-6)：(1-3)。