CN114262201A

CN114262201A - 含电炉还原渣的胶结充填材料及其应用

Info

Publication number: CN114262201A
Application number: CN202111350452.9A
Authority: CN
Inventors: 张思奇; 滕国翔; 赵彤; 李佳; 杨慧芬; 倪文; 姚俊
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; China University of Geosciences Beijing
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB; China University of Geosciences Beijing
Priority date: 2021-11-15
Filing date: 2021-11-15
Publication date: 2022-04-01

Abstract

本发明涉及一种含电炉还原渣的胶结充填材料及其应用。一种含电炉还原渣的胶结充填材料，所述胶结充填材料是主要由胶凝材料和铅锌尾砂与水混合后而成的浆料；其中，所述胶凝材料和铅锌尾砂的质量比为1:2‑1:12；所述胶凝材料包括以下原料：以重量百分比计，电炉还原渣10‑60％，转炉渣20‑50％，矿渣10‑60％，脱硫石膏10‑40％。本发明利用电炉还原渣与其他原料的协同作用能够显著提高早期强度，同时完全凝结后也具有较高的强度；当该材料用于矿区填充时具有突出优势，能加快采矿进度。

Description

含电炉还原渣的胶结充填材料及其应用

技术领域

本发明涉及采矿技术领域，特别涉及一种含电炉还原渣的胶结充填材料及其应用。

背景技术

在采矿工业中，为了达到安全、环保和充分回收不可再生资源的目标，要求采空区被及时有效充填，通过充填体对围岩提供整体支护，控制地压活动，为回采矿石提供工作面。因此，充填采矿法正越来越受到国内外采矿界的重视和推广。

胶结充填是充填采矿法的核心，胶结充填法中，一般以碎石、河砂、尾砂或戈壁集料为骨料(间或掺入块石)，将其与水泥或石灰类胶结材料经拌和形成浆体或膏体，以管道泵送或重力自流方式输送到充填区充填。与水砂充填相比，胶结充填的充填料强度大，充填速度快，充填量大，工艺简单。随着材料科学的发展，目前胶结材料类型很多样，已发展了例如尾砂胶结充填、块石胶结充填、膏体泵送充填等包含多种胶结材料的充填方法。

为了更好的体现可持续发展的理念，用工业固体废物替代水泥处理危险废物已经成为新的发展趋势。当前冶金和煤电等行业产生大量固体废弃物，这些固体废弃物在化学和物相组成方面具有制备胶凝材料的潜力，可以代替传统的胶凝材料，被开发为新型环保、低碳、低能耗的胶结充填材料。

将冶金废物用于胶结充填技术既可以降低充填成本，又有利于废物的处理和利用。然而，由于其所使用的冶金固废材料在使用的过程中需要一定的激发时间或者其材料的潜在水化活性无法得到彻底激发，其胶凝性和环境影响有待于进一步提升，以上特性导致其组成的充填材料表现为早期强度的不足，这严重影响了矿山的生产进度，制约着固废基胶凝材料在矿山制备胶结充填材料的使用和发展。

因此，需要开发一种早期强度高的充填材料。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种含电炉还原渣的胶结充填材料及其应用，该材料利用电炉还原渣与其他原料(转炉渣、矿渣、脱硫石膏)的协同作用能够显著提高早期强度，同时完全凝结后也具有较高的强度；当该材料用于矿区填充时具有突出优势，能加快采矿进度。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种含电炉还原渣的胶结充填材料，所述胶结充填材料是主要由胶凝材料和铅锌尾砂与水混合后而成的浆料；

其中，所述胶凝材料和铅锌尾砂的质量比为1:2-1:12；

所述胶凝材料包括以下原料：以重量百分比计，电炉还原渣10-60％，转炉渣20-50％，矿渣10-60％，脱硫石膏10-40％。

本发明以电炉还原渣为改进早强的主要功能成分，利用其与转炉渣、矿渣、脱硫石膏的协同配合，将自身的水化活性充分激发出来，再辅以铅锌尾砂，以此提高了整体组合材料的早期强度。

经试验检测，上述材料在3d甚至某些1d抗压强度可满足充填采空区的抗压强度(1Mpa)，完全满足采矿充填的要求。

在以上基础上，各成分的比例及组成还可以进一步改进，以提高充填材料的流动性、固化速率，或者进一步改善早强等，具体如下。

优选地，所述胶凝材料和铅锌尾砂的质量比为1:2-1:4。

优选地，所述胶凝材料包括以下原料：以重量百分比计，电炉还原渣10-50％，转炉渣20-50％，矿渣10-30％，脱硫石膏10-30％。

优选地，所述浆料的固体质量比为70～85％，优选70～80％。

优选地，所述电炉还原渣包括以下组分：按重量份数计，CaO 40-60份，Al₂O₃10-30份，SiO₂ 5-25份，MgO 1-10份，SO₃ 1-5份，F 1-5份，BaO 1-5份，TiO₂1-5份；

优选地，所述电炉还原渣的比表面积＞400m²/kg。

优选地，所述转炉渣包括以下组分：按重量份数计，CaO 30-50份，Fe₂O₃ 15-30份，SiO₂ 5-25份，MgO 1-15份，Al₂O₃ 1-10份，MnO 1-10份，TiO₂ 1-5份，P₂O₅1-5份；

优选地，所述转炉渣的比表面积＞400m²/kg。

优选地，所述矿渣为粒化高炉矿渣包括以下组分：按重量份数计，CaO 25-50份，SiO₂ 20-45份，Al₂O₃ 5-25份，MgO 1-15份，TiO₂ 1-10份，Fe₂O₃ 1-10份，SO₃ 1-10份；

优选地，所述矿渣的比表面积＞500m²/kg。

优选地，所述脱硫石膏包括以下组分：按重量份数计，烧失量20-50份，CaO20-45份，SO₃ 35-50份；

优选地，所述脱硫石膏的比表面积＞500m²/kg。

优选地，所述铅锌尾砂包括以下组分：按重量份数计，烧失量30-50份，CaO20-40份，MgO 10-30份，SiO₂ 1-10份，Fe₂O₃ 1-10份，Al₂O₃ 1-10份，SO₃ 1-10份；

优选地，所述铅锌尾砂的比表面积＞200m²/kg。

综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：

(1)早期强度高：冶金固废代替胶凝材料制备充填材料往往会因为其部分原料的活性激发不及时而导致其早期强度低的问题，而本发明红电炉还原渣的引入有效的改善了这一弱点，这是因为电炉还原渣具有较高的潜在水化活性，经过激发后能够在早期就能发挥出其水化活性；经检测本发明的充填材料在3d甚至某些1d抗压强度可达到抗压强度1Mpa左右。

(2)组成简单、废物回收利用：只需要电炉还原渣、转炉渣、矿渣、脱硫石膏、铅锌尾砂五种固体材料，且大部分为采矿或冶金废弃物，实现了资源化综合利用和安全处置。

(3)本发明提供的胶结填充料成本低廉、制备方法简便，实用性强，具有良好的工程化应用前景。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用原药、试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品或者可以根据现有技术制备得到。下文对所用的部分原料的化学成分分析如下：

电炉还原渣、转炉渣、矿渣、脱硫石膏、铅锌尾砂的化学组成见表1所示，其检测方法为化学全分析。

表1原料分析(质量百分含量)

实施例1：

本实施例的一种利用电炉还原渣-转炉渣-矿渣-脱硫石膏基胶凝材料以及铅锌尾砂制备胶凝材料方法，其主要由以下成分按质量份数组成：

电炉还原渣20份，转炉渣50份，矿渣20份，脱硫石膏10份，铅锌尾砂400份。

该胶结填充料的制备方法包括：

将所需原料烘干，按以上重量份数分别称取各原料；对电炉还原渣、转炉渣、矿渣和脱硫石膏进行粉磨，使电炉还原渣和转炉渣的比表面积＞400m²/kg，矿渣和脱硫石膏的比表面积＞500m²/kg；按照浆料浓度为80％，将所有原料与水混合均匀，即制备得到胶结填充料。

实施例2：

电炉还原渣10份，转炉渣50份，矿渣20份，脱硫石膏20份，铅锌尾砂400份。

该胶结填充料的制备方法包括：

实施例3：

电炉还原渣20份，转炉渣30份，矿渣30份，脱硫石膏20份，铅锌尾砂400份。

该胶结填充料的制备方法包括：

实施例4：

电炉还原渣10份，转炉渣30份，矿渣30份，脱硫石膏30份，铅锌尾砂400份。

该胶结填充料的制备方法包括：

实施例5：

电炉还原渣50份，转炉渣20份，矿渣10份，脱硫石膏20份，铅锌尾砂400份。

该胶结填充料的制备方法包括：

实施例6：

本实施例的一种利用转炉渣-矿渣-脱硫石膏基胶凝材料以及铅锌尾砂制备胶凝材料方法，其主要由以下成分按质量份数组成：

转炉渣30份，矿渣60份，脱硫石膏10份，铅锌尾砂400份。

该胶结填充料的制备方法包括：

将所需原料烘干，按以上重量份数分别称取各原料；对转炉渣、矿渣和脱硫石膏进行粉磨，使转炉渣的比表面积＞400m²/kg，矿渣和脱硫石膏的比表面积＞500m²/kg；按照浆料浓度为80％，将所有原料与水混合均匀，即制备得到胶结填充料。

实验例1

取实施例1-6制备得到的填充料新鲜浆料，测试其流动度。

测试结果如表2所示

表2充填料浆流动度(mm)

由表2可知，本发明提供的胶结填充料具有良好的流动度，足以满足矿山充填需要。

实验例2

取实施例1-6制备得到的填充料新鲜浆料，根据GB17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》分别制备充填料试样，试样尺寸40mm×40mm×160mm，在温度为20℃，湿度95％以上的标准条件进行养护，养护气氛与矿井下采空区接近。测试其抗压强度，测试结果如表2所示。

表2充填试块抗压强度(Mpa)

由表2可知，本发明提供的胶结填充料具有良好的流动性与抗压强度，满足充填料浆泵送的流动度为180-240mm的要求和采空区关于：要求保证自行设备正常行走的充填体表层强度为1～2Mpa的要求。

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

1.一种含电炉还原渣的胶结充填材料，其特征在于，所述胶结充填材料是主要由胶凝材料和铅锌尾砂与水混合后而成的浆料；

其中，所述胶凝材料和铅锌尾砂的质量比为1:2-1:12；

2.根据权利要求1所述的胶结充填材料，其特征在于，所述胶凝材料和铅锌尾砂的质量比为1:2-1:4。

3.根据权利要求1或2所述的胶结充填材料，其特征在于，所述胶凝材料包括以下原料：以重量百分比计，电炉还原渣10-50％，转炉渣20-50％，矿渣10-30％，脱硫石膏10-30％；

优选地，电炉还原渣20％，转炉渣30％，矿渣30％，脱硫石膏20％。

4.根据权利要求1或2所述的胶结充填材料，其特征在于，所述浆料的固体质量比为70～85％，优选70～80％。

5.如权利要求1所述的胶结填充料，其特征在于，所述电炉还原渣包括以下组分：按重量份数计，CaO 40-60份，Al₂O₃ 10-30份，SiO₂ 5-25份，MgO 1-10份，SO₃ 1-5份，F 1-5份，BaO 1-5份，TiO₂ 1-5份；

优选地，所述电炉还原渣的比表面积＞400m²/kg。

6.根据权利要求1所述的胶结充填材料，其特征在于，所述转炉渣包括以下组分：按重量份数计，CaO 30-50份，Fe₂O₃ 15-30份，SiO₂ 5-25份，MgO 1-15份，Al₂O₃ 1-10份，MnO 1-10份，TiO₂ 1-5份，P₂O₅ 1-5份；

优选地，所述转炉渣的比表面积＞400m²/kg。

7.如权利要求1所述的胶结填充料，其特征在于，所述矿渣为粒化高炉矿渣包括以下组分：按重量份数计，CaO 25-50份，SiO₂ 20-45份，Al₂O₃ 5-25份，MgO 1-15份，TiO₂ 1-10份，Fe₂O₃ 1-10份，SO₃ 1-10份；

优选地，所述矿渣的比表面积＞500m²/kg。

8.如权利要求1所述的胶结填充料，其特征在于，所述脱硫石膏包括以下组分：按重量份数计，烧失量20-50份，CaO 20-45份，SO₃ 35-50份；

优选地，所述脱硫石膏的比表面积＞500m²/kg。

9.如权利要求1所述的胶结填充料，其特征在于，所述铅锌尾砂包括以下组分：按重量份数计，烧失量30-50份，CaO 20-40份，MgO 10-30份，SiO₂ 1-10份，Fe₂O₃ 1-10份，Al₂O₃ 1-10份，SO₃ 1-10份；

优选地，所述铅锌尾砂的比表面积＞200m²/kg。

10.权利要求1-9任一项所述的胶结填充料在胶结充填采矿方面的应用。