CN114380532B - 一种全尾砂充填用水泥外加剂、制备方法及充填料浆 - Google Patents

Abstract

本申请涉及矿山尾砂充填领域，具体公开了一种全尾砂充填用水泥外加剂、制备方法及充填料浆；所述外加剂由包含以下重量份的原料制成：过硫酸铵、甲基丙烯磺酸钠、羟丙甲基纤维素、甲酸钙、正硅酸四乙酯、聚氧乙烯醚、酒石酸甲钠、聚丙烯酰胺、三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠、亚磷酸钠、水；其制备方法为：过硫酸铵、甲基丙烯磺酸钠、水混合搅拌，过程中添加羟丙甲基纤维素，然后添加甲酸钙混合，再添加正硅酸四乙酯、聚氧乙烯醚、酒石酸钾钠混合，最后添加聚丙烯酰胺、三甲基氯化铵、十二烷基苯磺酸钠、亚磷酸钠混合均匀，干燥后，制得成品外加剂；用于制备充填料浆；具有使全尾砂充填体具有较好机械强度以及较好的料浆输送性的优点。

Description

一种全尾砂充填用水泥外加剂、制备方法及充填料浆

技术领域

本申请涉及矿山尾砂充填领域，更具体地说，它涉及一种全尾砂充填用水泥外加剂、制备方法及充填料浆。

背景技术

随着矿产资源的大力开发，经选矿厂排放的大量尾矿砂日渐成为制约推动绿色矿山建设，加快矿业绿色转型升级的重要因素；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；尾砂的堆积不仅占用大量土地资源，造成严重的生态污染，同时用于存储尾砂的尾矿库常引发溃坝灾害给人民的生命财产带来巨大威胁；为此，对尾砂进行绿色资源化利用成为我国矿业面临的一个重大问题。

目前，利用尾砂作为骨料生产全尾砂充填料浆用于地下采空区充填是实现尾砂再利用的关键技术途径；然而，现有尾砂充填实践表明，尾砂中含有的细颗粒增加了充填料浆的脱水难度，严重影响了充填体的强度。

除此之外，为达到输送条件和强度要求，矿山全尾砂胶结充填料浆中需要更多的以水泥为主的胶凝材料。

因此，如何在水泥用量较小的前提下，使全尾砂充填体具有较好机械强度以及较好的料浆输送性。

发明内容

为了在水泥用量较小的前提下，使全尾砂充填体具有较好机械强度以及较好的料浆输送性，本申请提供一种全尾砂充填用水泥外加剂、制备方法及充填料浆。

第一方面，本申请提供一种全尾砂充填用水泥外加剂，采用如下的技术方案：

一种全尾砂充填用水泥外加剂，所述外加剂由包含以下重量份的原料制成：过硫酸铵1-2.2份、甲基丙烯磺酸钠0.5-1.5份、羟丙甲基纤维素3-4份、甲酸钙2.8-4份、正硅酸四乙酯1-2份、聚氧乙烯醚52-60份、酒石酸甲钠2-3份、聚丙烯酰胺3.5-4.5份、三甲基氯化铵8-12份、十二烷基苯磺酸钠1.5-2.5份、亚磷酸钠0.58-1.4份、水12-15份。

通过采用上述技术方案，过硫酸铵、甲基丙烯磺酸钠、羟丙甲基纤维素相配合，利用过硫酸铵为复合引发剂，使得甲基丙烯酸磺酸钠、羟丙甲基纤维素反应形成三元接枝共聚乳液；配合正硅酸四乙酯、聚氧乙烯醚，利用三元接枝共聚乳液中磺酸基、羟基与正硅酸四乙酯、聚糖乙烯醚较好的连结作用，使得外加剂混合性良好，并且正硅酸四乙酯较好的粘结作用以及疏水性能配合聚氧乙烯醚较好的和易性、抗渗性，提高外加剂的疏水性和粘结性，便于去除尾砂中的水分并且便于外加剂粘结尾砂与水泥料浆形成致密的结构，提高充填料浆的机械强度和料浆输送性能；再配合聚丙烯酰胺、三甲基氯化铵较好的絮凝作用，使得成品外加剂具有较好的絮凝效果，提高水泥料浆、尾砂的粘结性能，提高成品充填料浆的结构致密度，使成品充填料浆具有较好的机械强度；同时配合十二烷基苯磺酸钠、亚磷酸钠，利用其较好的分散作用，使成品充填料浆具有较好的流动性、和易性，使成品充填料浆具有较好的料浆输送性；即提高充填料浆的机械强度的同时提高充填料浆的输送性。

第二方面，本申请提供一种全尾砂充填用水泥外加剂的制备方法，采用如下的技术方案：

一种全尾砂充填用水泥外加剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、称取过硫酸铵、甲基丙烯磺酸钠、水混合搅拌均匀，搅拌过程中添加羟丙甲基纤维素，在85-95℃条件下搅拌反应，制得初混液；称取甲酸钙添加到初混液中混合搅拌均匀，制得混合液；

S2、称取正硅酸四乙酯、聚氧乙烯醚与混合液混合搅拌均匀，制得改性液；然后称取酒石酸钾钠添加到改性液中混合搅拌均匀，制得复合液；

S3、称取聚丙烯酰胺、三甲基氯化铵与复合液混合搅拌均匀，然后添加十二烷基苯磺酸钠、亚磷酸钠混合搅拌均匀，干燥后，制得成品外加剂。

通过采用上述技术方案，首先过硫酸铵与甲基丙烯磺酸钠反应，然后添加羟丙甲基纤维素，利用过硫酸铵的引发作用促进甲基丙烯磺酸钠与羟丙甲基纤维素在85-95℃条件下合成三元接枝共聚乳液，便于负载改性液正硅酸四乙酯、聚氧乙烯醚，使得三元接枝共聚乳液表面负载有酯基、醚基，提高外加剂的疏水作用；并促进三元接枝共聚乳液与聚丙烯酰胺、三甲基氯化铵进行聚合，形成阳离子化合物，利用氨基与水泥料浆、尾砂较好的粘结作用，使外加剂在疏水作用下仍与水泥料浆、尾砂具有较好的粘结效果，提高成品充填料浆的粘结强度，从而使成品充填料浆具有较好机械强度的同时具有较好的料浆和易输送性。

第三方面，本申请提供一种充填料浆，采用如下的技术方案：

一种充填料浆，包括制得的水泥外加剂。

通过采用上述技术方案，利用水泥外加剂较好的粘结作用、疏水作用以及较好的和易分散性，便于使成品充填料浆中的物质原料粘结紧密，从而使成品充填料浆具有较好的机械强度和料浆输送性。

优选的，所述充填料浆包括如下重量份的原料：水泥6.55-8.12份、尾砂64.8-65.78份、水泥外加剂0.1-0.2份、水26-28份。

通过采用上述技术方案，水泥、尾砂、水泥外加剂相配合，利用水泥外加剂中氨基与水泥浆料中钙离子相作用，形成络合物提高水泥外加剂与水泥浆料的粘结效果，并且氨基的亲水作用进一步促进水泥外加剂与尾砂相粘结，同时配合水泥外加剂的絮凝作用，使成品充填料浆具有较高的机械强度和较好的和易输送性。

优选的，所述尾砂为改性尾砂；改性尾砂采用如下方法制备而成：

称取15-35份尾砂、0.5-2份复合纤维混合搅拌，静置20-45min，制得改性尾砂；复合纤维由氮化铝改性竹纤维和聚乙烯醇纤维组成。

通过采用上述技术方案，尾砂、氮化铝改性竹纤维、聚乙烯醇纤维相配合，利用复合纤维较大的比表面积，促进尾砂与复合纤维中氮化铝改性竹纤维相接触，利用竹纤维的吸水效果，使尾砂中残余的水分逐渐迁移到氮化铝改性竹纤维表面，利用氮化铝与水反应生成氢氧化铝沉淀，去除尾砂中的残留水分，从而使成品充填料浆具有较高的机械强度。

氮化铝改性竹纤维、聚乙烯醇纤维相配合，利用聚乙烯醇纤维与水泥浆料较好的亲和力和结合力，配合氮化铝改性竹纤维较好的柔性，进一步增大了复合纤维与水泥料浆的亲和力和结合力，同时配合氮化铝与水分的缓慢反应，使氮化铝逐渐与充填料浆中多余的游离水反应，反应生成的氢氧化铝沉淀能够填充在充填料浆的内部结构孔隙中，而反应产生微量气体物质在十二烷基苯磺酸钠、亚硫酸钠的引气作用下，进一步提高成品充填料浆的结构致密度，使成品充填料浆具有较高的机械强度。

优选的，所述氮化铝改性竹纤维采用如下方法制备而成：

Ⅰ制备质量分数0.5-2％的壳聚糖溶液，将竹纤维置于壳聚糖溶液中浸泡搅拌10-20min，取出竹纤维，制得负载竹纤维；

Ⅱ称取氮化铝、环氧氯丙烷混合搅拌制得搅拌液，氮化铝与环氧氯丙烷重量比为1:1.2-2.5，将负载竹纤维置于搅拌液中混合搅拌，负载竹纤维与搅拌液重量比为1:2-3.5，然后取出负载竹纤维，干燥、分散，制得氮化铝改性竹纤维。

通过采用上述技术方案，首先将竹纤维置于壳聚糖溶液中混合搅拌，利用竹纤维的吸附作用，使竹纤维表面负载壳聚糖溶液，然后与氮化铝、环氧氯丙烷相配合，利用环氧氯丙烷与壳聚糖溶液的交联作用，使得氮化铝不仅能够填充在交联结构内部，而且能够粘结在竹纤维表面，从而使壳聚糖溶液负载氮化铝。

壳聚糖溶液、竹纤维、氮化铝相配合，利用壳聚糖表面氨基亲水作用配合竹纤维的吸水作用，便于尾砂中的水分与氮化铝改性竹纤维接触，竹纤维表面负载的氮化铝能够与尾砂中水分逐渐反应形成沉淀，从而逐渐去除尾砂中的残留水分，提高成品充填料浆的机械强度。

氮化铝改性竹纤维、水泥外加剂相配合，氮化铝改性竹纤维在水泥外加剂的作用下，使氮化铝改性竹纤维交联结构中的氮化铝逐渐与充填料浆中的多余的游离水发生反应，在养护过程中，逐渐提高成品充填料浆的结构致密度，使成品充填料浆具有较高的机械强度。

优选的，所述步骤Ⅰ浸泡搅拌的速度为150-300r/min。

通过采用上述技术方案，限定竹纤维在壳聚糖溶液中浸泡搅拌的速度，便于分散竹纤维，使竹纤维表面较为均匀的负载壳聚糖溶液，利用壳聚糖溶液适宜的粘性配合竹纤维较大的比表面积，便于氮化铝改性竹纤维负载氮化铝，利用较高含量氮化铝对尾砂中残留水分进行处理，提高成品充填料浆的机械强度。

优选的，所述复合纤维采用如下方法制备而成：

①制备质量分数0.5-2％的羧甲基纤维素钠溶液；

②将羧甲基纤维素钠溶液喷涂到聚乙烯醇纤维表面，羧甲基纤维素钠溶液与聚乙烯醇纤维重量比为0.1-0.3:1，经搅拌制得混合纤维；

③将氮化铝改性竹纤维与混合纤维混合搅拌均匀，氮化铝改性竹纤维与聚乙烯醇纤维重量比为1-2:1，干燥后制得复合纤维。

通过采用上述技术方案，羧甲基纤维素钠溶液、聚乙烯醇纤维、氮化铝改性竹纤维相配合，利用羧甲基纤维素钠溶液的粘结作用，使聚乙烯醇纤维与氮化铝改性竹纤维相粘结，利用羧甲基纤维素钠中羧基与充填料浆中钙离子的络合作用，以及聚乙烯醇纤维与水泥浆料较好的结合力，提高复合纤维与水泥浆的粘结力；同时利用羧甲基纤维素钠溶液、氮化铝改性竹纤维与尾砂较好的粘结力，进一步提高复合纤维与尾砂的结合力；从而以复合纤维为桥，提高尾砂与水泥料浆的结合力，使成品充填料浆具有较高的机械强度。

优选的，所述羧甲基纤维素钠溶液喷涂速度为1-5g/s，喷涂过程中聚乙烯醇纤维不断在200-400r/min的转速下搅拌。

通过采用上述技术方案，使羧甲基纤维素钠溶液较为均匀的分散在聚乙烯醇纤维表面，从而提高聚乙烯醇纤维与氮化铝改性竹纤维的粘结均匀度以及稳定性。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、利用过硫酸铵的引发作用促进甲基丙烯磺酸钠与羟丙甲基纤维素在85-95℃条件下合成三元接枝共聚乳液，便于负载改性液正硅酸四乙酯、聚氧乙烯醚，使得三元接枝共聚乳液表面负载有酯基、醚基，提高外加剂的疏水作用；并促进三元接枝共聚乳液与聚丙烯酰胺、三甲基氯化铵进行聚合，形成阳离子化合物，利用氨基与水泥料浆、尾砂较好的粘结作用，使外加剂在疏水作用下仍与水泥料浆、尾砂具有较好的粘结效果，提高成品充填料浆的粘结强度，从而使成品充填料浆具有较好机械强度的同时具有较好的料浆和易输送性。

2、尾砂、氮化铝改性竹纤维、聚乙烯醇纤维相配合，利用复合纤维较大的比表面积，促进尾砂与复合纤维中氮化铝改性竹纤维相接触，利用竹纤维的吸水效果，使尾砂中残余的水分逐渐迁移到氮化铝改性竹纤维表面，利用氮化铝与水反应生成氢氧化铝沉淀，去除尾砂中的残留水分，从而使成品充填料浆具有较高的机械强度

3、竹纤维、壳聚糖溶液相配合，利用竹纤维的吸水作用配合竹纤维表面的多孔结构，使得壳聚糖溶液较为均匀的填充在竹纤维孔隙结构中，配合壳聚糖溶液交联成膜后的阻隔性能，在水泥、水泥外加剂、尾砂拌和初期，阻止竹纤维吸收拌和水，随着水化反应的进行以及水泥外加剂的配合，壳聚糖膜阻隔性能逐渐受到影响，从而便于交联结构中的氮化铝与充填料浆中多余的游离水接触、反应，从而去除充填料浆结构中多余游离水，使成品充填料浆具有较高的机械强度。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

氮化铝改性竹纤维的制备例

以下原料中竹纤维购买于山东旭正纺织有限公司生产的短丝竹纤维，长度5mm；氮化铝购买于雨木(宁波)新材料有限公司，粒径40nm；其他原料及设备均为普通市售。

制备例1：氮化铝改性竹纤维采用如下方法制备而成：

Ⅰ制备质量分数1％的壳聚糖溶液，壳聚糖溶液为壳聚糖-冰醋酸溶液，将1kg竹纤维置于5kg壳聚糖溶液中浸泡，在200r/min的转速下搅拌15min，取出竹纤维，制得负载竹纤维；

Ⅱ称取1kg氮化铝、2kg环氧氯丙烷混合，搅拌均匀，制得搅拌液；将1kg负载竹纤维置于3kg搅拌液中混合搅拌3min，然后静置5min，取出负载竹纤维，经干燥、分散，制得氮化铝改性竹纤维。

制备例2：氮化铝改性竹纤维采用如下方法制备而成：

Ⅰ制备质量分数0.5％的壳聚糖溶液，壳聚糖溶液为壳聚糖-冰醋酸溶液，将1kg竹纤维置于5kg壳聚糖溶液中浸泡，在150r/min的转速下搅拌20min，取出竹纤维，制得负载竹纤维；

Ⅱ称取1kg氮化铝、1.2kg环氧氯丙烷混合，搅拌均匀，制得搅拌液；将1kg负载竹纤维置于2kg搅拌液中混合搅拌3min，然后静置5min，取出负载竹纤维，经干燥、分散，制得氮化铝改性竹纤维。

制备例3：氮化铝改性竹纤维采用如下方法制备而成：

Ⅰ制备质量分数2％的壳聚糖溶液，壳聚糖溶液为壳聚糖-冰醋酸溶液，将1kg竹纤维置于5kg壳聚糖溶液中浸泡，在300r/min的转速下搅拌10min，取出竹纤维，制得负载竹纤维；

Ⅱ称取1kg氮化铝、2.5kg环氧氯丙烷混合，搅拌均匀，制得搅拌液；将1kg负载竹纤维置于3.5kg搅拌液中混合搅拌3min，然后静置5min，取出负载竹纤维，经干燥、分散，制得氮化铝改性竹纤维。

复合纤维的制备例

以下原料中聚乙烯醇纤维购买于莱芜鸿耀木材有限公司，长度3mm；其他原料及设备均为普通市售。

制备例4：复合纤维采用如下方法制备而成：

①制备质量分数1％的羧甲基纤维素钠溶液，羧甲基纤维素钠溶液为羧甲基纤维素钠水溶液；

②将0.2kg羧甲基纤维素钠溶液喷涂到1kg聚乙烯醇纤维表面，羧甲基纤维素钠溶液的喷涂速度为2.5g/s，喷涂过程中聚乙烯醇纤维不断在300r/min的转速下搅拌，喷涂结束后继续搅拌3min，制得混合纤维；

③将1.5kg制备例1制备的氮化铝改性竹纤维与混合纤维混合，在250r/min的转速下搅拌5min，经干燥，制得复合纤维。

制备例5：复合纤维采用如下方法制备而成：

①制备质量分数0.5％的羧甲基纤维素钠溶液，羧甲基纤维素钠溶液为羧甲基纤维素钠水溶液；

②将0.1kg羧甲基纤维素钠溶液喷涂到1kg聚乙烯醇纤维表面，羧甲基纤维素钠溶液的喷涂速度为1g/s，喷涂过程中聚乙烯醇纤维不断在200r/min的转速下搅拌，喷涂结束后继续搅拌3min，制得混合纤维；

③将1kg制备例2制备的氮化铝改性竹纤维与混合纤维混合，在250r/min的转速下搅拌5min，经干燥，制得复合纤维。

制备例6：复合纤维采用如下方法制备而成：

①制备质量分数2％的羧甲基纤维素钠溶液，羧甲基纤维素钠溶液为羧甲基纤维素钠水溶液；

②将0.3kg羧甲基纤维素钠溶液喷涂到1kg聚乙烯醇纤维表面，羧甲基纤维素钠溶液的喷涂速度为5g/s，喷涂过程中聚乙烯醇纤维不断在400r/min的转速下搅拌，喷涂结束后继续搅拌3min，制得混合纤维；

③将2kg制备例3制备的氮化铝改性竹纤维与混合纤维混合，在250r/min的转速下搅拌5min，经干燥，制得复合纤维。

改性尾砂的制备例

以下原料均为普通市售。

制备例7：改性尾砂采用如下方法制备而成：

称取250kg尾砂、10kg制备例4制备的复合纤维混合，在300r/min的转速下搅拌10min，然后静置38min，制得改性尾砂；尾砂中粒径小于20μm的占比15％，粒径在20-30μm的占比10％，粒径在30μm-100μm的占比75％。

实施例8：本制备例与制备例7的不同之处在于：

称取150kg尾砂、5kg制备例5制备的复合纤维混合，在300r/min的转速下搅拌10min，然后静置20min，制得改性尾砂。

实施例9：本制备例与制备例7的不同之处在于：

称取350kg尾砂、20kg制备例6制备的复合纤维混合，在300r/min的转速下搅拌10min，然后静置45min，制得改性尾砂。

实施例

以下原料中聚丙烯酰胺购买于山东海山新材料有限公司；其他原料及设备均为普通市售。

实施例1：一种全尾砂充填用水泥外加剂：

过硫酸铵1.8kg、甲基丙烯磺酸钠1kg、羟丙甲基纤维素3.5kg、甲酸钙3.2kg、正硅酸四乙酯1.5kg、聚氧乙烯醚55.8kg、酒石酸甲钠2.5kg、聚丙烯酰胺4.2kg、三甲基氯化铵10.2kg、十二烷基苯磺酸钠2.1kg、亚磷酸钠0.9kg、水13.5kg；聚氧乙烯醚为TPEG，分子量2200；制备方法如下：

S1、称取过硫酸铵、甲基丙烯磺酸钠、水混合搅拌均匀，搅拌过程中添加羟丙甲基纤维素，在90℃条件下搅拌反应20min，制得初混液；称取甲酸钙添加到初混液中，在20kHz条件下超声震荡5mim，然后在温度60℃、转速80r/min的条件下搅拌5h，制得混合液；

S2、称取正硅酸四乙酯、聚氧乙烯醚与混合液混合搅拌均匀，制得改性液；然后称取酒石酸钾钠添加到改性液中，在温度40℃、转速80r/min的条件下搅拌16h，制得复合液；

S3、称取聚丙烯酰胺、三甲基氯化铵与复合液混合，在350r/min的转速下搅拌5min，然后添加十二烷基苯磺酸钠、亚磷酸钠，在25℃、转速80r/min的条件下搅拌3h；最后在100℃条件下干燥，制得成品外加剂。

实施例2：一种全尾砂充填用水泥外加剂：

过硫酸铵1kg、甲基丙烯磺酸钠0.5kg、羟丙甲基纤维素3kg、甲酸钙2.8kg、正硅酸四乙酯1kg、聚氧乙烯醚52kg、酒石酸甲钠2kg、聚丙烯酰胺3.5kg、三甲基氯化铵8kg、十二烷基苯磺酸钠1.5kg、亚磷酸钠0.25kg、水12kg；

制备方法如下：

S1、称取过硫酸铵、甲基丙烯磺酸钠、水混合搅拌均匀，搅拌过程中添加羟丙甲基纤维素，在85℃条件下搅拌反应20min，制得初混液；称取甲酸钙添加到初混液中，在20kHz条件下超声震荡5mim，然后在温度60℃、转速80r/min的条件下搅拌4h，制得混合液；

S2、称取正硅酸四乙酯、聚氧乙烯醚与混合液混合搅拌均匀，制得改性液；然后称取酒石酸钾钠添加到改性液中，在温度40℃、转速80r/min的条件下搅拌15h，制得复合液；

S3、称取聚丙烯酰胺、三甲基氯化铵与复合液混合，在350r/min的转速下搅拌5min，然后添加十二烷基苯磺酸钠、亚磷酸钠，在25℃、转速80r/min的条件下搅拌2h；最后在80℃条件下干燥，制得成品外加剂。

实施例3：一种全尾砂充填用水泥外加剂：

过硫酸铵2.2kg、甲基丙烯磺酸钠1.5kg、羟丙甲基纤维素4kg、甲酸钙4kg、正硅酸四乙酯2kg、聚氧乙烯醚60kg、酒石酸甲钠3kg、聚丙烯酰胺4.5kg、三甲基氯化铵12kg、十二烷基苯磺酸钠2.5kg、亚磷酸钠1.4kg、水15kg；

制备方法如下：

S1、称取过硫酸铵、甲基丙烯磺酸钠、水混合搅拌均匀，搅拌过程中添加羟丙甲基纤维素，在95℃条件下搅拌反应20min，制得初混液；称取甲酸钙添加到初混液中，在20kHz条件下超声震荡5mim，然后在温度60℃、转速80r/min的条件下搅拌6.5h，制得混合液；

S2、称取正硅酸四乙酯、聚氧乙烯醚与混合液混合搅拌均匀，制得改性液；然后称取酒石酸钾钠添加到改性液中，在温度40℃、转速80r/min的条件下搅拌17h，制得复合液；

S3、称取聚丙烯酰胺、三甲基氯化铵与复合液混合，在350r/min的转速下搅拌5min，然后添加十二烷基苯磺酸钠、亚磷酸钠，在25℃、转速80r/min的条件下搅拌3.5h；最后在90℃条件下干燥，制得成品外加剂。

对比例

对比例1：本对比例与实施例1的不同之处在于：

S1、称取过硫酸铵、甲基丙烯磺酸钠、水混合搅拌均匀，搅拌过程中添加羟丙甲基纤维素，在95℃条件下搅拌反应20min，制得初混液；称取甲酸钙添加到初混液中，在20kHz条件下超声震荡5mim，然后在温度60℃、转速80r/min的条件下搅拌6.5h，制得混合液；

S2、称取聚丙烯酰胺、三甲基氯化铵与混合液混合，在350r/min的转速下搅拌5min，然后添加十二烷基苯磺酸钠、亚磷酸钠，在25℃、转速80r/min的条件下搅拌3.5h；最后在90℃条件下干燥，制得成品外加剂。

对比例2：本对比例与实施例1的不同之处在于：

S1、称取过硫酸铵、甲基丙烯磺酸钠、水混合搅拌均匀，搅拌过程中添加羟丙甲基纤维素，在90℃条件下搅拌反应20min，制得初混液；称取甲酸钙添加到初混液中，在20kHz条件下超声震荡5mim，然后在温度60℃、转速80r/min的条件下搅拌5h，制得混合液；

S2、称取正硅酸四乙酯、聚氧乙烯醚与混合液混合搅拌均匀，制得改性液；然后称取酒石酸钾钠添加到改性液中，在温度40℃、转速80r/min的条件下搅拌16h，最后在100℃条件下干燥，制得成品外加剂。

应用例

以下原料及设备均为普通市售。

应用例1：一种充填料浆：

水泥7.2kg、尾砂64.8kg、水泥外加剂0.1kg、水28kg；尾砂为全尾砂，全尾砂中粒径小于20μm的占比15％，粒径在20-30μm的占比10％，粒径在30μm-100μm的占比75％；水泥外加剂为实施例1制备的水泥外加剂；水泥为PC42.5硅酸盐水泥；

制备方法如下：

向浓密机中注入清水，然后通过皮带输送机将尾砂添加至浓密机中，并通过水泥仓将水泥添加至浓密机中，混合搅拌40min；最后称取水泥外加剂置于浓密机中继续混合搅拌18min，制得充填料浆。

应用例2：一种充填料浆：

水泥6.55kg、尾砂65.45kg、水泥外加剂0.2kg、水27.5kg；尾砂为全尾砂，全尾砂中粒径小于20μm的占比15％，粒径在20-30μm的占比10％，粒径在30μm-100μm的占比75％，水泥外加剂为实施例2制备的水泥外加剂；水泥为PC42.5硅酸盐水泥；

制备方法如下：

向浓密机中注入清水，然后通过皮带输送机将尾砂添加至浓密机中，并通过水泥仓将水泥添加至浓密机中，混合搅拌30min；最后称取水泥外加剂置于浓密机中继续混合搅拌20min，制得充填料浆。

应用例3：一种充填料浆：

水泥8.12kg、尾砂65.78kg、水泥外加剂0.1kg、水26kg；尾砂为全尾砂，全尾砂中粒径小于20μm的占比15％，粒径在20-30μm的占比10％，粒径在30μm-100μm的占比75％，水泥外加剂为实施例3制备的水泥外加剂；水泥为PC42.5硅酸盐水泥；

制备方法如下：

向浓密机中注入清水，然后通过皮带输送机将尾砂添加至浓密机中，并通过水泥仓将水泥添加至浓密机中，混合搅拌45min；最后称取水泥外加剂置于浓密机中继续混合搅拌15min，制得充填料浆。

应用例4：本应用例与应用例1的不同之处在于：

尾砂选用制备例7制备的改性尾砂。

应用例5：本应用例与应用例1的不同之处在于：

尾砂选用制备例8制备的改性尾砂。

应用例6：本应用例与应用例1的不同之处在于：

尾砂选用制备例9制备的改性尾砂。

应用例7：本应用例与应用例4的不同之处在于：

改性尾砂制备过程中，复合纤维为聚乙烯醇纤维。

应用例8：本应用例与应用例4的不同之处在于：

改性尾砂制备过程中，复合纤维原料中以同等质量的竹纤维替换氮化铝改性竹纤维。

应用例9：本应用例与应用例4的不同之处在于：

氮化铝改性竹纤维在制备过程中，制备质量分数1％的壳聚糖溶液，将5kg壳聚糖溶液、1kg氮化铝、2kg环氧氯丙烷混合，在200r/min的转速下搅拌3min，然后静置5min，制得壳聚糖膜液；将1kg竹纤维壳聚糖膜液中，在200r/min的转速下搅拌15min，取出竹纤维，经干燥，制得氮化铝改性竹纤维。

应用例10：本应用例与应用例4的不同之处在于：

氮化铝改性竹纤维在制备过程中，称取1kg竹纤维与1kg氮化铝混合搅拌，制得氮化铝改性竹纤维。

应用例11：本应用例与应用例4的不同之处在于：

氮化铝改性竹纤维在制备过程中：

Ⅱ称取1kg氮化铝与1kg负载竹纤维混合，在200r/min的转速下搅拌3min，然后静置5min，取出负载竹纤维，干燥后制得氮化铝改性竹纤维。

应用例12：本应用例与应用例4的不同之处在于：

复合纤维在制备过程中，称取1.5kg制备例1制备的氮化铝改性竹纤维与1kg聚乙烯醇纤维混合搅拌，制得复合纤维。

应用例13：本应用例与应用例4的不同之处在于：

复合纤维在制备过程中：

制备质量分数1％的海藻酸钠水溶液，以同等质量的海藻酸钠水溶液替换羧甲基纤维素钠溶液。

应用对比例

应用对比例1：本对比例与应用例1的不同之处在于：

充填料浆原料中未添加水泥外加剂。

应用对比例2：本对比例与应用例1的不同之处在于：

充填料浆原料中水泥外加剂选用对比例1制备的水泥外加剂。

应用对比例3：本对比例与应用例1的不同之处在于：

充填料浆原料中水泥外加剂选用对比例2制备的水泥外加剂。

性能检测试验

性能检测

采用应用例1-13以及应用对比例1-3的制备方法制备成品充填料浆，参考GB/T39489-2020《全尾砂膏体充填技术规范》的检测方法，检测坍落度、泌水率、抗压强度(3d、7d、28d)。

表1性能测试表

结合应用例1和应用例2-3并结合表1可以看出，本申请制备的水泥外加剂与水泥料浆、尾砂具有较好的粘结效果，使成品充填料浆具有较高的机械强度和较好的和易输送性。

结合应用例1和应用例4-6并结合表1可以看出，应用例4-6制备的充填料浆坍落度、泌水率均小于应用例1，抗压强度大于应用例1；说明经氮化铝改性竹纤维、聚乙烯醇纤维改性处理的尾砂，能够去除尾砂中残留水分，实现尾砂细颗粒的脱水，从而便于减少充填料浆中多余游离水含量，使成品充填料浆具有较高的机械强度和较好的和易输送性。

结合应用例4和应用例7-13并结合表1可以看出，应用例7改性尾砂制备过程中，复合纤维为聚乙烯醇纤维，相比于应用例4，应用例7制备的充填料浆坍落度、泌水率均大于应用例4，抗压强度小于应用例4；说明聚乙烯醇纤维、氮化铝改性竹纤维相配合，增大了复合纤维与水泥料浆、尾砂的亲和力与结合力，从而提高充填料浆的机械强度，同时配合氮化铝与充填料浆中游离水的反应，减少游离水含量，进一步提高成品充填料浆的结构致密度，使成品充填料浆具有较高的机械强度和较好的和易输送性。

应用例8改性尾砂制备过程中，复合纤维原料中以同等质量的竹纤维替换氮化铝改性竹纤维，相比于应用例4，应用例8制备的充填料浆坍落度、泌水率均大于应用例4，抗压强度小于应用例4；说明壳聚糖溶液、竹纤维、氮化铝相配合对尾砂进行改性处理，氮化铝改性竹纤维表面负载的氮化铝便于去除尾砂中细颗粒难以脱除的水分；并且氮化铝、竹纤维、水泥外加剂相配合，使氮化铝改性竹纤维交联结构中的氮化铝逐渐与充填料浆中多余的游离水发生反应，在养护过程中，逐渐提高成品充填料浆的结构致密度，使成品充填料浆具有较高的机械强度和较好的和易输送性。

应用例9氮化铝改性竹纤维在制备过程中，竹纤维与交联后的壳聚糖膜液相接触，相比于应用例4，应用例9制备的充填料浆坍落度、泌水率均大于应用例4，抗压强度小于应用例4；说明竹纤维于交联后的壳聚糖膜液接触，容易影响成品充填料浆的机械强度和输送性。

应用例10氮化铝改性竹纤维在制备过程中，竹纤维与氮化铝直接混合，相比于应用例4，应用例10制备的充填料浆坍落度、泌水率均大于应用例4，抗压强度小于应用例4；说明直接混合，不易使氮化铝较为稳定的负载在竹纤维表面，容易使氮化铝分散在充填料浆的结构中，而竹纤维表面负载氮化铝，在竹纤维较好的吸水作用下促进氮化铝与尾砂中的水分反应，单纯的填充作用容易影响氮化铝与水分的接触效果，从而影响成品充填料浆的机械强度与和易输送性。

应用例11氮化铝改性竹纤维在制备过程中，原料中未添加环氧氯丙烷，相比于应用例4，应用例11制备的充填料浆坍落度、泌水率均大于应用例4，抗压强度小于应用例4；说明壳聚糖、环氧氯丙烷、竹纤维、氮化铝相配合，在环氧氯丙烷的交联作用下，环氧氯丙烷与羟基形成共价键，壳聚糖表面的氨基能够配合竹纤维进一步吸水，促进水分与氮化铝反应，从而提高成品充填料浆的机械强度。

应用例12复合纤维在制备过程中，未添加羧甲基纤维素钠溶液，应用例13复合纤维在制备过程中，以同等质量的海藻酸钠水溶液替换羧甲基纤维素钠溶液，相比于应用例4，应用例12.13制备的充填料浆坍落度、泌水率均大于应用例4，抗压强度小于应用例4；说明羧甲基纤维素钠中的羧基能够促进复合纤维与水泥料浆的钙离子形成络合物，从而提高成品充填料浆结构致密度，使成品充填料浆具有较高的机械强度。

结合应用例1和应用对比例1-3并结合表1可以看出，应用对比例1充填料浆原料中未添加水泥外加剂，相比于应用例1，应用对比例1制备的充填料浆坍落度、泌水率均大于应用例1，抗压强度小于应用例1；说明水泥外加剂、水泥、尾砂相配合，在水泥外加剂的絮凝、疏水作用下，使成品充填料浆具有较高的机械强度和较好的和易输送性。

应用对比例2水泥外加剂在制备过程中，原料中未添加正硅酸四乙酯、聚氧乙烯醚，应用对比例3水泥外加剂在制备过程中，原料中未添加聚丙烯酰胺、三甲基氯化铵，相比于应用例1，应用对比例2、3制备的充填料浆坍落度、泌水率均大于应用例1，抗压强度小于应用例1；说明正硅酸四乙酯、聚氧乙烯醚相配合，便于三元接枝共聚乳液表面负载酯基、醚基，提高外加剂的疏水作用，而且在聚丙烯酰胺、三甲基氯化铵的聚合作用下，利用氨基与水泥料浆、尾砂较好的粘结作用，使外加剂在疏水作用下仍与水泥料浆、尾砂具有较好的粘结效果，提高成品充填料浆的粘结强度，从而使成品充填料浆具有较好机械强度的同时具有较好的料浆和易输送性。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (4)

1.一种全尾砂充填用水泥外加剂，其特征在于，所述外加剂由以下重量份的原料制成：过硫酸铵1-2.2份、甲基丙烯磺酸钠0.5-1.5份、羟丙甲基纤维素3-4份、甲酸钙2.8-4份、正硅酸四乙酯1-2份、聚氧乙烯醚52-60份、酒石酸钾钠2-3份、聚丙烯酰胺3.5-4.5份、三甲基氯化铵8-12份、十二烷基苯磺酸钠1.5-2.5份、亚磷酸钠0.58-1.4份、水12-15份；

一种全尾砂充填用水泥外加剂的制备方法，包括以下步骤：

S1、称取过硫酸铵、甲基丙烯磺酸钠、水混合搅拌均匀，搅拌过程中添加羟丙甲基纤维素，在85-95℃条件下搅拌反应，制得初混液；称取甲酸钙添加到初混液中混合搅拌均匀，制得混合液；

S2、称取正硅酸四乙酯、聚氧乙烯醚与混合液混合搅拌均匀，制得改性液；然后称取酒石酸钾钠添加到改性液中混合搅拌均匀，制得复合液；

S3、称取聚丙烯酰胺、三甲基氯化铵与复合液混合搅拌均匀，然后添加十二烷基苯磺酸钠、亚磷酸钠混合搅拌均匀，干燥后，制得成品外加剂。

2.一种充填料浆，包括如下重量份的原料：水泥6.55-8.12份、尾砂64.8-65.78份、如权利要求1所述的全尾砂充填用水泥外加剂0.1-0.2份、水26-28份；

所述尾砂为改性尾砂；改性尾砂采用如下方法制备而成：

称取15-35份尾砂、0.5-2份复合纤维混合搅拌，静置20-45min，制得改性尾砂；

复合纤维由氮化铝改性竹纤维和聚乙烯醇纤维组成；

所述氮化铝改性竹纤维采用如下方法制备而成：

Ⅰ制备质量分数0.5-2%的壳聚糖溶液，将竹纤维置于壳聚糖溶液中浸泡搅拌10-20min，取出竹纤维，制得负载竹纤维；

Ⅱ称取氮化铝、环氧氯丙烷混合搅拌制得搅拌液，氮化铝与环氧氯丙烷重量比为1:1.2-2.5，将负载竹纤维置于搅拌液中混合搅拌，负载竹纤维与搅拌液重量比为1:2-3.5，然后取出负载竹纤维，干燥、分散，制得氮化铝改性竹纤维；

所述复合纤维采用如下方法制备而成：

①制备质量分数0.5-2%的羧甲基纤维素钠溶液；

②将羧甲基纤维素钠溶液喷涂到聚乙烯醇纤维表面，羧甲基纤维素钠溶液与聚乙烯醇纤维重量比为0.1-0.3:1，经搅拌制得混合纤维；

③将氮化铝改性竹纤维与混合纤维混合搅拌均匀，氮化铝改性竹纤维与聚乙烯醇纤维重量比为1-2:1，干燥后制得复合纤维。

3.根据权利要求2所述的一种充填料浆，其特征在于，所述步骤Ⅰ浸泡搅拌的速度为150-300r/min。

4.根据权利要求2所述的一种充填料浆，其特征在于，所述羧甲基纤维素钠溶液喷涂速度为1-5g/s，喷涂过程中聚乙烯醇纤维不断在200-400r/min的转速下搅拌。