CN114988831B - 一种利用尾矿浆制备的填充材料、制备以及使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及资源综合利用技术领域，提供了一种利用尾矿浆制备的填充材料、制备以及使用方法，填充材料包括增强材料、支撑材料和尾矿浆，按质量分数划分：所述增强材料包括改性后短切玻璃纤维1％‑5％和玻璃纤维微粉10％‑20％；所述支撑材料包括矿渣粉30％‑50％，碱激发剂5％‑10％、石膏粉15％‑30％和水泥熟料10％‑20％；所述尾矿浆中灰砂质量比小于等于1:4。本发明可以替代传统硅酸盐水泥对尾矿浆进行固化，并且可以将有色金属矿山固废尾砂固化在地下采空区，从而减少尾矿砂堆放造成的环境问题和安全隐患，并将矿山固废和玻纤废料进行了合理的利用，符合国家的环保政策要求。

Description

一种利用尾矿浆制备的填充材料、制备以及使用方法
技术领域
本发明涉及资源综合利用技术领域，特别是涉及一种利用尾矿浆制备的填充材料、制备以及使用方法。
背景技术
有色金属矿山在生产过程中会产生大量的尾矿浆，尾矿浆是一种固废，其主要成分为二氧化硅、硅酸盐和硅铝酸盐，其结构为晶体结构，活性低，强度差，没有再生利用的价值。矿山企业通常处理的办法是一般是建立尾矿库，将尾矿浆封存在尾矿库中。随着对环境保护的要求越来越严格，不再允许矿山企业设立尾矿库，因此，尾矿浆的处理成了矿山企业的一个重要难题。
目前矿山企业采用充填的方式，通过型号为425的水泥将尾矿浆充填至地下采空区并形成具有一定强度的充填体，一方面解决了尾矿浆堆放的问题，另一方面还降低了矿区坍塌的安全隐患。但采用型号为425水泥充填的成本较高，且水泥生产过程中产生大量的碳排放并对环境造成大量的污染。因此，采用新型环保型充填材料代替传统的水泥进行充填是目前研究和应用的主要方向。
鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改性需求，本发明要解决的技术问题是提供一种利用尾矿浆制备的填充材料、制备以及使用方法，目的在于代替传统水泥对尾矿进行满足强度要求的充填的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种利用尾矿浆制备的填充材料，填充材料包括增强材料、支撑材料和尾矿浆，按质量分数划分：
所述增强材料包括改性后短切玻璃纤维1％-5％和玻璃纤维微粉10％-20％；
所述支撑材料包括矿渣粉30％-50％，碱激发剂5％-10％、石膏粉15％-30％和水泥熟料10％-20％；
所述尾矿浆中灰砂质量比小于等于1:4。
优选地，所述短切玻璃纤维选用无碱玻璃纤维或中碱玻璃纤维中的一种，长度为0.5mm-5mm，单丝直径为10μm-50μm。
优选地，所述玻璃纤维微粉的比表面积为350～600m2/kg。
优选地，所述短切玻璃纤维在使用之前进行改性处理，具体包括：
将所述短切玻璃纤维浸泡在丙酮溶液中2-4h，120℃烘干后冷却至室温，再将所述短切玻璃纤维放入酸性溶液中浸泡24h，用纯净水将所述短切玻璃纤维洗净干燥后再浸泡至硅氧烷溶液中，洗净干燥后备用。
按照本发明的第二个方面，提供了一种利用尾矿浆制备的填充材料的制备方法，用于制备第一方面所述的利用尾矿浆制备的填充材料，制备方法包括：
将增强材料和支撑材料烘干；
对所述增强材料中的短切玻璃纤维进行表面改性，制得组分A；
将所述增强材料中的玻璃纤维微粉和所述支撑材料中的矿渣粉进行混合搅拌，制得组分B；
将所述支撑材料中的碱激发剂、石膏粉和水泥熟料进行混合研磨；制得组分C；
将所述组分B和所述组分C进行混合搅拌，制得组分D；
再将所述组分A和所述组分D与尾矿浆混合搅拌，其中所述尾矿浆中灰砂质量比小于等于1:4。
优选地，所述增强材料中的短切玻璃纤维进行表面改性的制备方法包括：
将所述短切玻璃纤维浸泡在丙酮溶液中2-4h，120℃烘干后冷却至室温，再将所述短切玻璃纤维放入酸性溶液中浸泡24h，用纯净水将所述短切玻璃纤维洗净干燥后再浸泡至硅氧烷溶液中，洗净干燥后备用。
优选地，所述酸性溶液选用浓度为35％的H2SO4溶液和浓度为5％的HF溶液混合制得。
优选地，所述硅氧烷溶液选用端羧基十二烷基三乙氧基硅烷和端磺酸基十二烷基三乙氧基硅烷按1：1比例配置成的混合溶液。
按照本发明的第三个方面，提供了一种利用尾矿浆制备的填充材料的使用方法，使用如第二方面所述制备方法制备得到的填充材料，具体的：
在填充矿区底层和表层使用如第二方面所述制备方法制备得到的第一填充材料填充；
在中间区域使用非改性短切玻璃纤维制备的第二填充材料填充。
优选地，所述非改性短切玻璃纤维制备的第二填充材料制备方法包括：
将增强材料和支撑材料烘干备用；
将所述支撑材料进行混合研磨，制得组分E；
将所述增强材料和所述支撑材料进行混合搅拌，制得组分F；
再将所述组分E和所述组分F与尾矿浆混合搅拌配制制得用于充填矿山的第二填充材料；
其中，所述增强材料包括短切玻璃纤维1％-5％和玻璃纤维微粉10％-20％；
所述支撑材料包括矿渣粉30％-50％，碱激发剂5％-10％、石膏粉15％-30％和水泥熟料10％-20％；
所述尾矿浆中灰砂质量比小于等于1:4。
本发明具有以下有益效果：
本发明可以替代传统硅酸盐水泥对尾矿浆进行固化，并且可以将有色金属矿山固废尾砂固化在地下采空区，从而减少尾矿浆堆放造成的环境问题和安全隐患，并将矿山固废和玻纤废料进行了合理的利用，符合国家的环保政策要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是传统尾砂充填体微观结构示意图；
图2是短切玻璃纤维尾砂充填体微观示意图；
图3是本发明表面改性后的短切玻璃纤维微观结构示意图；
图4是本发明提供的上向分层采矿填充材料设计示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
现阶段已经有关于尾矿浆的回收和利用进行报道，一般利用工业固废如粒化高炉矿渣、钢渣、赤泥、煤矸石、粉煤灰等等具有一定活性的微粉，通过碱激发反应激发其活性并参与水化反应，形成增强材料并将尾矿浆固化起来。由于采用了一定量的工业固废，虽然材料的成本降低了，但其充填体的强度低于传统水泥的强度，所需要的凝结时间也相对延长，不利于矿山连续生产作业，尤其是下向分层采选法，人工假顶的强度直接决定着采矿生产的安全，对顶板的抗压和抗折要求更高，传统的充填材料无法满足安全生产的要求。而且，随着矿山开采的难度越来越大，对开采设备的要求也越来越高，目前的充填体强度也逐渐无法适应采矿需求，亟需强度更高的充填材料解决问题。
此外，玻璃纤维企业在生产的过程中会因为设备及工艺的问题产生大量的废丝，废丝回炉重造的成本较高，并且很难完全实现回收；若堆放处理又容易造成环境的污染和管理成本的提高。考虑到玻璃纤维本身是一维线性结构，具有较高的抗拉强度和弹性模量，经过合适的配比，可明显增强充填体的抗压强度和抗折强度。若能将玻璃纤维及玻璃纤维微粉应用于矿山地下采空区充填，不仅解决了农业废料的污染问题，还解决的矿山尾矿浆堆积的问题，并降低了矿山尾矿充填的成本。
本发明提供一种利用尾矿浆制备的填充材料，填充材料包括增强材料、支撑材料和尾矿浆，按质量分数划分：
所述增强材料包括改性后短切玻璃纤维1％-5％和玻璃纤维微粉10％-20％；
所述支撑材料包括矿渣粉30％-50％，碱激发剂5％-10％、石膏粉15％-30％和水泥熟料10％-20％；
所述尾矿浆中灰砂质量比小于等于1:4。
在一些实施方式中，增强材料中的短切玻璃纤维选用1％。在一些实施方式中，增强材料中的短切玻璃纤维选用5％。短切玻璃纤维又称玻璃纤维短切原丝。石英砂经过高温熔化，采用特制的浸润剂(软化剂)拉制的原丝，经由湿法在线短切，或者产品玻璃纤维短切而成。玻璃纤维的主要成分以硼硅铝酸盐为主，其微观结构以玻璃态为主，当其被磨至一定的细度时即具有一定的水化活性，经过适当处理，并通过适当的激发剂激发其活性，参与水化反应并形成具有一定强度的材料，即可变废为宝，具有应用的价值。
在一些实施方式中，增强材料中的玻璃纤维微粉选用10％。在一些实施方式中，增强材料中的玻璃纤维微粉选用20％。
在一些实施方式中，支撑材料中的矿渣粉选用粒化高炉矿渣粉，粒化高炉矿渣粉为炼铁行业固废粒化高炉矿渣，经水淬、烘干后，再经粉磨形成，性能指标达到S95级。在一些实施方式中，矿渣粉选用30％。在一些实施方式中，矿渣粉选用50％。
在一些实施方式中，支撑材料中的碱激发剂经破碎烘干后，再经粉磨形成。在一些实施方式中，碱激发剂选用5％。在一些实施方式中，碱激发剂选用10％。
在一些实施方式中，支撑材料中的石膏粉为火力发电厂固废脱硫石膏、磷化工固废磷石膏、氟化工固废氟石膏、钛化工固废钛石膏中的一种或多种，经破碎烘干后，再经粉磨形成。在一些实施方式中，石膏粉选用15％。在一些实施方式中，石膏粉选用30％。
在一些实施方式中，支撑材料中的水泥熟料选用10％。在一些实施方式中，支撑材料中的水泥熟料选用20％。石膏粉和水泥熟料作为常用的水化建筑增强材料，促进复合材料体系中钙矾石的形成并促使充填体快速形成早期强度。
在一些实施方式中，所述尾矿浆中灰砂质量比等于1:4。在一些实施方式中，所述尾矿浆中灰砂质量比等于1:8。在一些实施方式中，所述尾矿浆中灰砂质量比等于1:12。
在一些实施方式中，所述短切玻璃纤维选用无碱玻璃纤维或中碱玻璃纤维中的一种，长度为0.5mm-5mm，单丝直径为10μm-50μm。玻璃纤维的长度过长会导致浆液太黏，影响浆料的输送；若长度过短起不到纤维增强的作用，本发明优选长度为3mm，单丝直径为30μm的玻璃纤维。
无碱玻璃纤维是一种铝硼硅酸盐成分。它的化学稳定性、电绝缘性能、强度都很好。主要用作电绝缘材料、玻璃钢的支撑材料和轮胎帘子线。用于复合电缆支架。
中碱璃纤维是一种钠钙硅酸盐成分，因其含碱量高，不能作电绝缘材料，但其化学稳定性和强度尚好。一般作乳胶布、方格布基材、酸性过滤布、窗纱基材等，也可作对电性能和强度要求不很严格的玻璃钢支撑材料。
普通的充填体内部一般为颗粒状尾砂和水泥粘接材料，其力学强度主要来源于尾砂颗粒的相互支撑及水泥粘接材料本体强度的共同作用。尾砂颗粒属于典型的零维点状结构，相互之间没有连接，因而提供的强度有限，且很容易开裂，如图1所示。短切玻璃纤维具有一维线性结构，其轴向抗拉强度和径向抗折强度很高，可在充填体中形成叠加网状结构，短切玻璃纤维可起到支撑尾砂骨料和水泥粘接料的物理作用。另外，玻璃纤维本身也属硅酸盐材料，在水化反应中其表面也会参与反应，与尾砂和粘接料均能形成稳定的Si—O化学键，从而起到连接尾砂骨料和水泥粘接料的化学作用，如图2所示。水化反应在无机化学中指物质溶解在水里时，与水发生的化学作用。一般指溶质分子(或离子)和水分子发生作用，形成水合分子(或水合离子)的过程。在其微观物理作用和化学作用的双重作用下，即可明显提高充填的抗压强度和抗折强度。
在一些实施方式中，所述玻璃纤维微粉的比表面积为350m2/kg。在一些实施方式中，玻璃纤维微粉的比表面积为600m2/kg。玻璃纤维微粉为玻璃纤维厂生产过程中筛选出不合格的废丝，废丝经破碎，再经粉磨形成微粉。若玻璃纤维微粉的比表面积太小，会导致在水化时活性不高，若玻璃纤维微粉的比表面积太大，会导致原材料的加工成本高，不利于生产和运输。本发明中，玻璃纤维微粉的比表面积优选450m2/kg。
在一些实施方式中，所述碱激发剂选用碳酸钠、氢氧化钠、硅酸钠、硫酸铝中的一种或多种。
本实施例中采用碱激发反应的原理，通过活性碱激发剂，激活玻璃纤维微粉、粒化高炉矿渣粉等硅铝酸盐并使其参与水化胶凝反应，形成具有一定强度的凝胶体系，为充填体的后期提供足够的抗压强度和抗折强度。碱激发剂经破碎烘干后，再经粉磨形成微粉。
在一些实施方式中，所述石膏粉选用固废脱硫石膏、磷化工固废磷石膏、氟化工固废氟石膏、钛化工固废钛石膏中的一种或多种。石膏粉选用的是工业固废石膏，原材料成本低，获取方便。石膏粉经破碎烘干后，再经粉磨形成微粉。
本发明还提供一种利用尾矿浆制备的填充材料的制备方法，制备方法包括：
将增强材料和支撑材料烘干；
对所述增强材料中的短切玻璃纤维进行表面改性，制得组分A；
将所述增强材料中的玻璃纤维微粉和所述支撑材料中的矿渣粉进行混合搅拌，制得组分B；
将所述支撑材料中的碱激发剂、石膏粉和水泥熟料进行混合研磨；制得组分C；
将所述组分B和所述组分C进行混合搅拌，制得组分D；
再将所述组分A和所述组分D与尾矿浆混合搅拌，其中所述尾矿浆中灰砂质量比小于等于1:4。
将增强材料和支撑材料首先进行烘干可以除去游离水分，利于后续的生产和加工，避免加工过程中例如玻璃纤维产生水化而结块。
在一些实施方式中，所述增强材料中的短切玻璃纤维进行表面改性的制备方法包括：
将所述短切玻璃纤维浸泡在丙酮溶液中2-4h，120℃烘干后冷却至室温，再将所述短切玻璃纤维放入酸性溶液中浸泡24h，用纯净水将所述短切玻璃纤维洗净干燥后再浸泡至硅氧烷溶液中，洗净干燥后备用。
丙酮溶液首先除去玻璃纤维表面附着的油性物质，为下一步表面酸化处理做准备。优选浓度为100％的丙酮溶液。
普通玻璃纤维由于表面结构比较完整，很难在充填过程的水化反应体系中完全分散在充填体内，容易造成团聚的现象，从而造成充填体的强度不均衡。发明人在利用尾矿浆制备的填充材料过程中发现可以对短切玻璃纤维表面进行预先改性处理。
在一些实施方式中，先采用无机酸破坏玻璃纤维微观的表面晶相结构，方便接枝有机化合物，改性后的玻璃纤维表面微观结构如图3所示。
酸性溶液破坏玻璃纤维微观的表面晶相结构再通过硅烷偶联剂在其表面嫁接长支链高分子化合物，并带有羟基、羧基、磺酸基等亲水基团，长链高分子化合物在物理层表面起到空间阻隔作用，羟基、羧基、磺酸基等亲水基团具有较好的水溶性，能水解形成阴离子并带有电荷，起到静电排斥作用，在物理隔绝和静电排斥作用的双重作用下，最终使玻璃纤维能够稳定分散到水化体系中。
在一些实施方式中，所述酸性溶液选用浓度为35％的H2SO4溶液和浓度为 5％的HF溶液混合制得。
在一些实施方式中，所述硅氧烷溶液选用端羧基十二烷基三乙氧基硅烷和端磺酸基十二烷基三乙氧基硅烷按1：1比例配置成的混合溶液。
羧基和磺酸基的存在还能起到螯合反应，能够与增强材料的固相产生化学键合作用，从而增强增强材料的作用力，宏观表现为机械强度的增加。对同一种原子，若形成螯合物比单基配位体形成的络合物(非螯合物)要更加稳定，这种反应称作螯合反应。螯合物一般以五元环、六元环为最稳定，且一个络合剂与中心离子所形成的螯环的数目越多就越稳定。
实施例1:
本实例提供一种有色金属矿山充填用含有玻璃纤维的高强抗折型充填增强材料及制备方法配方表。
实施例2:
本实例提供一种有色金属矿山充填用含有玻璃纤维的高强抗折型充填增强材料及制备方法配方表。
序号 名称 质量分数
1 改性后中碱短切玻璃纤维 1％
2 废弃玻璃纤维微粉 20％
3 粒化高炉矿渣粉 30％
4 碱激发剂碳酸钠 5％
5 磷石膏粉 10％
6 氟石膏粉 10％
7 水泥熟料 15％
序号1为增强材料中的改性后短切玻璃纤维，序号2为增强材料中的玻璃纤维微粉，序号3为支撑材料中的矿渣粉，序号4为支撑材料中的碱激发剂，序号5和序号6为支撑材料中的石膏粉，序号7为支撑材料中的水泥熟料。
实施例1和实施例2的制备方法如下：
将序号2-7的材料先分别在100℃下进行烘干1h去除水分，水含量低于5％即可；
将序号1材料先在丙酮溶液中浸泡2-4h后拿出，再在120℃烘干2h，冷却至室温后再在35％的H2SO4溶液和5％的HF溶液中浸泡24h，用纯净水洗净干燥后备用。将端羧基十二烷基三乙氧基硅烷和端磺酸基十二烷基三乙氧基硅烷按1：1比例配置成混合溶液，再将处理好的玻璃纤维浸泡在混合溶液中，在80℃下超声浸泡处理3h-6h后，洗净干燥后作为组分A。
3)将烘干后的序号2、3材料按质量分数比例混匀，作为组分B。
4)将烘干后的4—7按质量分数比例加入到星型球磨机或立磨机中进行混合研磨，研磨时间1h-3h，成品表面积为350～600m2/kg即可，作为组分C。
5)将组分B和组分C按质量分数比例倒入立式螺旋干粉混合机混合搅拌 30min，作为组分D。
实施例1和实施例2性能测试方法如下：
将组分A、组分D与尾矿浆充分混合和高速滚动搅拌30min后配制充填浆体，其中，尾矿浆中灰砂质量比选用1:4、1:8和1:12三种比例，混合搅拌后的浆体制成70mm×70mm×70mm的试块，在温度为20±2℃、相对湿度为95％的环境中养护条件下养护28天，并分别测定试块3天、7天、28天的抗压强度和抗折强度，并与市售425水泥进行对比。市售425水泥与灰砂质量比为1:4的尾矿浆混合搅拌制成试块，市售425水泥为南方水泥有限公司生产的425水泥。
抗压强度和抗折强度测试结果见表1和表2：
表1：实例抗压强度性能指标
表2：实例抗折强度性能指标
从表1和表2中可以看出，实施例1和实施例2的抗压强度和抗折强度较传统的水泥更好，根据矿山对充填体的要求进行配比，从而获得合适的充填体强度，适合矿山生产的连续作业要求。改性后的短切玻璃纤维的含量对充填材料的强度有明显贡献，因此可以根据调整玻璃纤维含量来得到不同强度的充填体，从而获得性价比高的充填体。且本发明充填用量(灰砂比1:4)与传统水泥和(灰砂比1:4)相比，抗压强度和抗折强度更高，充填成本更低，对于矿山充填来说具有很好的经济效益，节能减排。矿山充填过程中，充填材料占整个充填成本的70％以上，因此选择填充材料合适的用量和配比设计合理的充填体，对提供矿山生产安全性和降低成本有重要的作用。
如图4所示的填充材料为上向分层采矿充填法的充填体设计方案。上向分层采矿充填法是自下而上分层回采，下层采完后进行充填，填充材料需要作为作业平台，采矿人员和设备在其上进行作业，在充填的过程中，为同时保障生产安全和充填成本，按照表3设计不同深度下的充填体方案。
表3：不同深度下的充填体方案设计
序号 采空区深度 充填体灰砂配比
1 30米以上 实施例一1：4
2 30米—15米 实施例一1：8
3 15米以下 实施例二1：12
如图4所示，充填体设计为夹层结构，夹层结构能同时兼顾生产安全和经济性，可以看出充填体中填充材料替换掉传统水泥，具有明显的经济效益。采用这种夹层结构，能适应不同采矿的作业安全要求。底部采矿时对充填体的强度要求较高，为保证生产安全，采用高灰砂比，高玻纤含量的充填体，例如选用抗折强度和抗压强度最强的实施例一灰砂比为1:4的尾矿浆；中间层由于底层强度足够，在保证作业安全的同时，可以降低充填材料的用量，因而可降低灰砂比的用量，例如选用抗折强度和抗压强度最强的实施例一灰砂比为1:8的尾矿浆；表层作业时，表层下方的充填体强度足够，因而选择较低的灰砂比，例如选用抗折强度和抗压强度最弱的实施例二灰砂比为1:12的尾矿浆，满足基本安全生产要求即可。
实施例3：
在考虑到进一步降低成本以及复用原材料的情况，本发明还提供一种利用尾矿浆制备的填充材料的使用方法，使用上述利用尾矿浆制备的填充材料，具体的：
在填充矿区底层和表层使用上述利用尾矿浆制备而成的第一填充材料填充；
在中间区域使用非改性短切玻璃纤维制备的第二填充材料填充。
对于短切玻璃纤维的表面改性工序繁多耗时，需要经过浸泡、冷却、干燥和清洗等步骤，而且成本耗费较高，需要使用多种化学溶剂。若选用非改性短切玻璃纤维制备填充材料，将会省时和节约成本。
选用非改性短切玻璃纤维制备填充材料时，在填充过程的水化反应体系中短切玻璃纤维不能完全分散在充填体内，短切玻璃纤维容易造成团聚的现象，从而造成充填体的强度不均衡。因此选用非改性短切玻璃纤维时，充填体的强度弱于选用改性短切玻璃纤维的填充材料。在兼顾生产安全和经济性的情况下，可以在填充矿区底层和表层使用包含改性短切玻璃纤维制备得到的第一填充材料，在中间层使用包含非改性短切玻璃纤维制备得到的填充材料，以便在应力要求更高的填充区域的底层和表层使用强度更高的第一填充材料完成填充，达到作业要求。
一般以地面为基准线，底层为地面30米以下的区域，中间区域为地面下方 15-30米之间的区域，表层区域为地面至地面下方15米之间的区域。
本实施例三还提供了非改性短切玻璃纤维制备的第二填充材料制作方法，具体包括：
将增强材料和支撑材料烘干备用；
将所述支撑材料进行混合研磨，制得组分E；
将所述增强材料和所述支撑材料进行混合搅拌，制得组分F；
再将所述组分E和所述组分F与尾矿浆混合搅拌配制制得用于充填矿山的第二填充材料；
其中，所述增强材料包括短切玻璃纤维1％-5％和玻璃纤维微粉10％-20％；
所述支撑材料包括矿渣粉30％-50％，碱激发剂5％-10％、石膏粉15％-30％和水泥熟料10％-20％；
所述尾矿浆中灰砂质量比小于等于1:4。
将增强材料与支撑材料分别烘干后，对支撑材料进行混合搅拌。
在一些实施方式中，增强材料中的短切玻璃纤维选用1％。在一些实施方式中，增强材料中的短切玻璃纤维选用5％。
在一些实施方式中，增强材料中的玻璃纤维微粉选用10％。在一些实施方式中，增强材料中的玻璃纤维微粉选用20％。
在一些实施方式中，支撑材料中的矿渣粉选用粒化高炉矿渣粉，粒化高炉矿渣粉为炼铁行业固废粒化高炉矿渣，经水淬、烘干后，再经粉磨形成，性能指标达到S95级。在一些实施方式中，矿渣粉选用30％。在一些实施方式中，矿渣粉选用50％。
在一些实施方式中，支撑材料中的碱激发剂经破碎烘干后，再经粉磨形成。在一些实施方式中，碱激发剂选用5％。在一些实施方式中，碱激发剂选用10％。活性碱激发剂用于激活玻璃纤维微粉、粒化高炉矿渣粉等硅铝酸盐并使其参与水化胶凝反应，形成具有一定强度的凝胶体系，为充填体的后期提供足够的抗压强度和抗折强度。碱激发剂经破碎烘干后，再经粉磨形成微粉。
在一些实施方式中，支撑材料中的石膏粉为火力发电厂固废脱硫石膏、磷化工固废磷石膏、氟化工固废氟石膏、钛化工固废钛石膏中的一种或多种，经破碎烘干后，再经粉磨形成。在一些实施方式中，石膏粉选用15％。在一些实施方式中，石膏粉选用30％。石膏粉选用的是工业固废石膏，原材料成本低，获取方便。石膏粉经破碎烘干后，再经粉磨形成微粉。
在一些实施方式中，支撑材料中的水泥熟料选用10％。在一些实施方式中，支撑材料中的水泥熟料选用20％。石膏粉和水泥熟料作为常用的水化建筑增强材料，促进复合材料体系中钙矾石的形成并促使充填体快速形成早期强度。
在一些实施方式中，所述尾矿浆中灰砂质量比等于1:4。在一些实施方式中，所述尾矿浆中灰砂质量比等于1:8。在一些实施方式中，所述尾矿浆中灰砂质量比等于1:12。
制备填充采矿中间区域的第二填充材料时，第二填充材料的制备过程中无需对短切玻璃纤维进行改性，节约了时间，有利于复用原材料，并且降低了制备成本。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改性等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种利用尾矿浆制备的填充材料，其特征在于，填充材料包括增强材料、支撑材料和尾矿浆，按质量分数划分：
所述增强材料包括改性后短切玻璃纤维1%-5%和玻璃纤维微粉10%-20%；
所述支撑材料包括矿渣粉30%-50%，碱激发剂5%-10%、石膏粉15%-30%和水泥熟料10%-20%；其中，玻璃纤维和玻璃纤维微粉的主要成分为硼硅铝酸盐；
所述尾矿浆中灰砂质量比小于等于1:4；
所述短切玻璃纤维在使用之前进行改性处理，具体包括：
将所述短切玻璃纤维浸泡在丙酮溶液中2-4h，120℃烘干后冷却至室温，再将所述短切玻璃纤维放入酸性溶液中浸泡24h，用纯净水将所述短切玻璃纤维洗净干燥后再浸泡至硅氧烷溶液中，洗净干燥后备用。
2.根据权利要求1所述的利用尾矿浆制备的填充材料，其特征在于，所述短切玻璃纤维选用无碱玻璃纤维或中碱玻璃纤维中的一种，长度为0.5mm-5mm，单丝直径为10μm-50μm。
3.根据权利要求2所述的利用尾矿浆制备的填充材料，其特征在于，所述玻璃纤维微粉的比表面积为350~600m2/kg。
4.一种利用尾矿浆制备的填充材料的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-3任一所述的利用尾矿浆制备的填充材料，制备方法包括：
将增强材料和支撑材料烘干；
对所述增强材料中的短切玻璃纤维进行表面改性，制得组分A；
将所述增强材料中的玻璃纤维微粉和所述支撑材料中的矿渣粉进行混合搅拌，制得组分B；
将所述支撑材料中的碱激发剂、石膏粉和水泥熟料进行混合研磨；制得组分C；
将所述组分B和所述组分C进行混合搅拌，制得组分D；
再将所述组分A和所述组分D与尾矿浆混合搅拌，其中所述尾矿浆中灰砂质量比小于等于1:4。
5.根据权利要求4所述的利用尾矿浆制备的填充材料的制备方法，其特征在于，所述增强材料中的短切玻璃纤维进行表面改性的制备方法包括：
将所述短切玻璃纤维浸泡在丙酮溶液中2-4h，120℃烘干后冷却至室温，再将所述短切玻璃纤维放入酸性溶液中浸泡24h，用纯净水将所述短切玻璃纤维洗净干燥后再浸泡至硅氧烷溶液中，洗净干燥后备用。
6.根据权利要求5所述的利用尾矿浆制备的填充材料的制备方法，其特征在于，所述酸性溶液选用浓度为35%的H2SO4溶液和浓度为5%的HF溶液混合制得。
7.根据权利要求5所述的利用尾矿浆制备的填充材料的制备方法，其特征在于，所述硅氧烷溶液选用端羧基十二烷基三乙氧基硅烷和端磺酸基十二烷基三乙氧基硅烷按1：1比例配置成的混合溶液。
8.一种利用尾矿浆制备的填充材料的使用方法，其特征在于，使用如权利要求4-7任一所述制备方法制备得到的填充材料，具体的：
在填充矿区底层和表层使用如权利要求4-7任一所述制备方法制备得到的第一填充材料填充；
在中间区域使用非改性短切玻璃纤维制备的第二填充材料填充。
9.根据权利要求8所述的利用尾矿浆制备的填充材料的使用方法，其特征在于，所述非改性短切玻璃纤维制备的第二填充材料制备方法包括：
将增强材料和支撑材料烘干备用；
将所述支撑材料进行混合研磨，制得组分E；
将所述增强材料和所述支撑材料进行混合搅拌，制得组分F；
再将所述组分E和所述组分F与尾矿浆混合搅拌配制制得用于充填矿山的第二填充材料；
其中，所述增强材料包括短切玻璃纤维1%-5%和玻璃纤维微粉10%-20%；
所述支撑材料包括矿渣粉30%-50%，碱激发剂5%-10%、石膏粉15%-30%和水泥熟料10%-20%；
所述尾矿浆中灰砂质量比小于等于1:4。
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