CN116283171B - 一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料及其制备方法 - Google Patents
一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116283171B CN116283171B CN202310197468.3A CN202310197468A CN116283171B CN 116283171 B CN116283171 B CN 116283171B CN 202310197468 A CN202310197468 A CN 202310197468A CN 116283171 B CN116283171 B CN 116283171B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- slag
- parts
- preparation
- filling material
- equal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000011049 filling Methods 0.000 title claims abstract description 44
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 82
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 44
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 claims abstract description 22
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 21
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 19
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910000863 Ferronickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 13
- DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H aluminium sulfate (anhydrous) Chemical compound [Al+3].[Al+3].[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O.[O-]S([O-])(=O)=O DIZPMCHEQGEION-UHFFFAOYSA-H 0.000 claims abstract description 12
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000003245 coal Substances 0.000 claims abstract description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 30
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 26
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 16
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 7
- 238000007873 sieving Methods 0.000 claims description 7
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 claims description 6
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims description 5
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052918 calcium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 235000012241 calcium silicate Nutrition 0.000 claims description 5
- JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N calcium silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[O-][Si]([O-])([O-])[O-] JHLNERQLKQQLRZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims description 4
- BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N dicalcium;oxocalcium;silicate Chemical compound [Ca+2].[Ca+2].[Ca]=O.[O-][Si]([O-])([O-])[O-] BCAARMUWIRURQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 4
- 235000019976 tricalcium silicate Nutrition 0.000 claims description 4
- 229910021534 tricalcium silicate Inorganic materials 0.000 claims description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- JQJCSZOEVBFDKO-UHFFFAOYSA-N lead zinc Chemical compound [Zn].[Pb] JQJCSZOEVBFDKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L calcium stearate Chemical compound [Ca+2].CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O.CCCCCCCCCCCCCCCCCC([O-])=O CJZGTCYPCWQAJB-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 239000008116 calcium stearate Substances 0.000 claims description 2
- 235000013539 calcium stearate Nutrition 0.000 claims description 2
- 229920003086 cellulose ether Polymers 0.000 claims description 2
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- DGVVJWXRCWCCOD-UHFFFAOYSA-N naphthalene;hydrate Chemical compound O.C1=CC=CC2=CC=CC=C21 DGVVJWXRCWCCOD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229920005646 polycarboxylate Polymers 0.000 claims description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005065 mining Methods 0.000 abstract description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 abstract 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 abstract 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 10
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M Sodium bicarbonate Chemical compound [Na+].OC([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M Sodium bicarbonate-14C Chemical compound [Na+].O[14C]([O-])=O UIIMBOGNXHQVGW-DEQYMQKBSA-M 0.000 description 4
- 230000036571 hydration Effects 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 3
- 235000017557 sodium bicarbonate Nutrition 0.000 description 3
- 229910000030 sodium bicarbonate Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011398 Portland cement Substances 0.000 description 2
- -1 calcium-silicon-aluminum Chemical compound 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N Magnesium ion Chemical compound [Mg+2] JLVVSXFLKOJNIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000012670 alkaline solution Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 229910001424 calcium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011083 cement mortar Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 229910001653 ettringite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000005187 foaming Methods 0.000 description 1
- 238000001879 gelation Methods 0.000 description 1
- 229910052602 gypsum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010440 gypsum Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 239000002440 industrial waste Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 239000001095 magnesium carbonate Substances 0.000 description 1
- ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L magnesium carbonate Chemical compound [Mg+2].[O-]C([O-])=O ZLNQQNXFFQJAID-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910000021 magnesium carbonate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001425 magnesium ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000003334 potential effect Effects 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000003469 silicate cement Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
- C04B28/02—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing hydraulic cements other than calcium sulfates
- C04B28/08—Slag cements
- C04B28/082—Steelmaking slags; Converter slags
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
- C04B18/141—Slags
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
- C04B18/04—Waste materials; Refuse
- C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
- C04B18/141—Slags
- C04B18/142—Steelmaking slags, converter slags
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
- C04B22/0006—Waste inorganic materials
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
- C04B22/06—Oxides, Hydroxides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B22/00—Use of inorganic materials as active ingredients for mortars, concrete or artificial stone, e.g. accelerators, shrinkage compensating agents
- C04B22/08—Acids or salts thereof
- C04B22/14—Acids or salts thereof containing sulfur in the anion, e.g. sulfides
- C04B22/142—Sulfates
- C04B22/148—Aluminium-sulfate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
- C04B2201/20—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the density
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
- C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W30/00—Technologies for solid waste management
- Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
- Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete
Abstract
本发明公开了一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料及其制备方法，上述充填材料按质量份计包括：矿渣和高炉镍铁合金渣80～90份、钢渣20～30份、碱废液50～60份、硫酸铝8～10份、尾矿200～300份、稳泡剂0.5～1份、减水剂0.2～0.4份。本发明提供的回填材料应用于煤矿开采后的回填工程中后28天抗压强度达到8.0MPa，干密度600‑900kg/m3。本发明具有较高的膨胀性与安全适应性，同时具有较高的二氧化碳固化率。本发明操作简单，固废利用率高，绿色化程度高。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料及其制备方法。
背景技术
废弃矿山的后续处理与修复已经成为一个不可忽视的问题。
目前矿山企业采用充填的方式，即通过42.5型号的普通硅酸盐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42.5型号的普通硅酸盐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。
专利CN202210537554.X公开了一种利用尾矿浆制备的填充材料、制备以及使用方法。其填充材料利用改性后短切玻璃纤维1~5%、玻璃纤维微粉10~20％、矿渣粉30~50％、碱激发剂5~10％、石膏粉15~30％、水泥熟料10~20％和尾矿浆制备而成。这种材料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。但是它还具有早期强度不足、材料膨胀率较低导致所工程成本较高的问题。
专利CN201610191305.4公开了一种高泵送性磷矿山用填充材料及其制备方法。其填充材料利用水泥40~70％、亚微米级超微细活性粉末15~40％、工业废渣0~35％制备而成。该填充材料具有良好的流动性，可进行远距离泵送，该材料早期强度高、后其强度可持续增长。但是这种填充材料没有解决成本过高及生产使用过程中排放大量二氧化碳的问题。
发明内容
针对上述问题，现提供一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料及其制备方法。本发明以矿渣和高炉镍铁合金渣、尾矿和废碱液固废为主要原料，掺入钢渣和硫酸铝进行改性，有效提高填充材料的固碳率及膨胀率，同时提高填充材料的整体强度。
具体技术方案如下：
本发明的第一个方面是提供一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料的制备方法，具有这样的特征，包括如下步骤：
1）将50~60份碱废液置于湿磨机中，按照5~10份/min的速率通入二氧化碳，搅拌至溶液pH值达到9~10；
2）将80~90份矿渣和电炉镍铁合金渣、20~30份钢渣置于湿磨机中，按照3~5份/min的速率持续通入二氧化碳，以300~500r/min的转速研磨20~30min，过筛，得到浆体；
3）将浆体置于搅拌机中，依次加入8~10份硫酸铝、200~300份尾矿、0.5~1份稳泡剂、0.2~0.4份减水剂，搅拌3~6min，得到一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料。
进一步地，矿渣和高炉镍铁合金渣由矿渣、高炉镍铁合金渣混合形成，且矿渣和高炉镍铁合金渣中矿渣的含量为0~100%；其中，矿渣的比表面积为500~800 m2/kg，氧化钙的含量≥40%，氧化镁的含量≥10%；高炉镍铁渣的比表面积为300~500m2/kg，二氧化硅的含量≥30%，氧化镁的含量≥15%，重金属的含量≤2%。
进一步地，钢渣的比表面积为500~750m2/kg，且钢渣中矿物组分硅酸二钙和硅酸三钙的含量≥40%。
进一步地，碱废液的浓度为10~30%，且碱废液中氢氧化钠的浓度为8~20%。
进一步地，尾矿为铁尾矿、铜尾矿、煤矸石、铅锌尾矿中的一种或多种。
进一步地，稳泡剂由硬脂酸钙和纤维素醚按质量比1:1复合而成。
进一步地，减水剂由萘系减水剂和聚羧酸减水剂按照质量比1:2复合而成。
进一步地，减水剂的减水率≥50%，质量分数≥90%。
进一步地，步骤1）中湿磨机为行星式球磨机，转速范围为200~800r/min，功率为10~30KW。
本发明的第二个方面是提供一种根据上述制备方法制备获得的安全适应性强的低碳泡沫充填材料。
上述方案的有益效果是：
1）本发明使用二氧化碳气体来处理废碱液，一方面中和废碱液，降低废碱液的碱度来降低其危害性；另一方面，二氧化碳气体通入废碱液后与NaOH反应生成碳酸氢钠，不仅有效地固定了二氧化碳，同时还生成了碳酸氢钠，提高了体系的碱度，在碱性环境下高炉镍渣和矿渣中玻璃体解离，释放出的钙硅铝等离子促进了水化反应的进程；
2）本发明中使用更具安全性的二氧化碳作为发泡气体，以激发矿渣和高炉镍铁合金渣潜在活性、提升填充材料浆体强度，随后再加入硫酸铝，在碱性环境下使其与碳酸氢钠反应，释放二氧化碳气体，释放的二氧化碳气体在材料浆体中形成气泡，扩充了材料浆体的体积，提高膨胀率，解决了传统充填材料难以接顶充填的难题，降低填埋工程的成本；相比氧气和氢气，本发明使用的CO2为惰性气体，其稳定性和安全性较高且不会与明火发生剧烈氧化反应而导致爆炸等问题，更适用于废弃矿山填埋工程；
3）考虑到矿渣中的CaO、SiO2和Al2O3的含量占90%以上，且主要矿物中含有硅酸二钙，具有较高的胶凝活性；而高炉镍铁渣中除了含有较高的SiO2和Al2O3，还具有较多的玻璃体，玻璃体中含较多的硅铝质凝胶，因而本发明中先加入废碱液和碳酸氢钠创造出碱性浆体环境，在碱性环境中，矿渣和高炉镍铁合金渣先发生水化反应生成Ca(OH)2，随时间推移，水化产物Ca(OH)2发生“二次水化反应”，而且能进一步水化生成更多的C-S-H凝胶，改善了填充材料的微观结构，降低了浆体结构的孔隙率，提高了集料界面粘结力，使材料的物理力学性能大大提高；本发明使用矿渣和高炉镍铁合金渣来代替传统的水泥等填充材料，不仅节约了成本，而且通过固碱激发作用来提升了材料的整体性能；
4）考虑到钢渣中的CaO含量高达40~60%，矿物组成以硅酸三钙为主，其次是硅酸二钙，因而本发明中在废碱液提供的碱性环境下引入钢渣，以激发钢渣潜在的胶凝活性生成硅酸三钙和硅酸二钙水化生成钙矾石等水化产物，用以提高填充材料的早期强度；同时，在碳酸氢钠的激发作用下，钢渣进一步生成水化产物，提高力学性能；另一方面，钢渣中含有游离的氧化钙和氧化镁，通入CO2气体后，钢渣中的钙镁离子会和CO2在碱性溶液环境下生成碳酸盐类水化产物，例如CaCO3、MgCO3等，进一步填充浆体结构孔隙，提高力学性能。同时，钢渣中的游离的氧化镁会在碱性环境下生成Mg(OH)2，其具有微膨胀效应，进一步提升填充材料的膨胀率。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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的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，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
实施例1
一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料，其制备方法为：
1）将50份氢氧化钠浓度为10%的碱废液置于湿磨机中，按照5份/min的速率通入二氧化碳，搅拌至溶液pH值达到9；
2）将80份矿渣和电炉镍铁合金渣（矿渣与电炉镍渣比例为100:0的）、20份钢渣置于湿磨机中，按照3份/min的速率持续通入二氧化碳，以300r/min的转速研磨20min，过筛，得到浆体；
3）将浆体置于搅拌机中，依次加入8份硫酸铝（工业级，纯度80%以上）、200份铁尾矿、0.5份稳泡剂、0.2份减水剂，搅拌3min，得到一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料。
实施例2
一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料，其制备方法为：
1）将50份氢氧化钠浓度为15%的碱废液置于湿磨机中，按照6份/min的速率通入二氧化碳，搅拌至溶液pH值达到9；
2）将85份矿渣和电炉镍铁合金渣（矿渣与电炉镍渣比例为75:25）、20份钢渣置于湿磨机中，按照3份/min的速率持续通入二氧化碳，以300r/min的转速研磨20min，过筛，得到浆体；
3）将浆体置于搅拌机中，依次加入8份硫酸铝（工业级，纯度80%以上）、200份铜尾矿、0.6份稳泡剂、0.2份减水剂，搅拌3min，得到一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料。
实施例3
一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料，其制备方法为：
1）将55份氢氧化钠浓度为20%的碱废液置于湿磨机中，按照7份/min的速率通入二氧化碳，搅拌至溶液pH值达到9；
2）将85份矿渣和电炉镍铁合金渣（矿渣与电炉镍渣比例为50:50）、25份钢渣置于湿磨机中，按照4份/min的速率持续通入二氧化碳，以400r/min的转速研磨25min，过筛，得到浆体；
3）将浆体置于搅拌机中，依次加入9份硫酸铝（工业级，纯度80%以上）、250份煤矸石、0.8份稳泡剂、0.3份减水剂，搅拌4min，得到一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料。
实施例4
一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料，其制备方法为：
1）将60份氢氧化钠浓度为25%的碱废液置于湿磨机中，按照8份/min的速率通入二氧化碳，搅拌至溶液pH值达到10；
2）将90份矿渣和电炉镍铁合金渣（矿渣与电炉镍渣比例为25:75）、25份钢渣置于湿磨机中，按照5份/min的速率持续通入二氧化碳，以500r/min的转速研磨25min，过筛，得到浆体；
3）将浆体置于搅拌机中，依次加入10份硫酸铝（工业级，纯度80%以上）、300份铅锌尾矿、1份稳泡剂、0.4份减水剂，搅拌5min，得到一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料。
实施例5
一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料，其制备方法为：
1）将60份氢氧化钠浓度为30%的碱废液置于湿磨机中，按照10份/min的速率通入二氧化碳，搅拌至溶液pH值达到10；
2）将90份矿渣和电炉镍铁合金渣（矿渣与电炉镍渣比例为0:100）、30份钢渣置于湿磨机中，按照5份/min的速率持续通入二氧化碳，以500r/min的转速研磨30min，过筛，得到浆体；
3）将浆体置于搅拌机中，依次加入10份硫酸铝（工业级，纯度80%以上）、300份铁尾矿、1份稳泡剂、0.4份减水剂，搅拌6min，得到一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料。
对比例1
1）将50份水、50份碳酸氢钠、80份矿渣和电炉镍铁合金渣、20份钢渣，置于搅拌机中，搅拌得到浆体；
2）依次加入8份硫酸铝、200份铁尾矿、0.5份稳泡剂、0.2份减水剂，搅拌4min，得到一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料组。
对比例2
1）将60份水，60份碳酸氢钠，90份矿渣和电炉镍铁合金渣、30份钢渣，置于搅拌机中，搅拌得到浆体；
2）依次加入10份硫酸铝、300份铁尾矿、1份稳泡剂、0.4份减水剂，搅拌6min，得到一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料组。
以上实施例与对比例所制备的各胶凝材料的性能指标如下表所示：
以上性能测试所用的测试方法有：水泥净浆流动度测试，水泥抗压强度测试，压汞测试，膨胀性能测试。其中，水泥净浆流动度测试按照国家标准：《水泥净浆流动度实验方法》(GB/T8077—2000)的要求进行操作。水泥抗压强度测试根据国家标准《水泥胶砂强度试验方法》(GB/T17671-1999)的要求进行操作，加载速度设定为2.4kN/s，试块个数为3。压汞测试使用Pormemaster-60型测孔仪对试样孔结构分析。膨胀性能测试使用SPZ100型砂浆竖向膨胀率测定仪进行测试。
从上表可以看出，本发明提供的充填材料具有早期强度大、膨胀性能好的优点，解决了传统充填材料难以接顶充填的难题，保证了填充材料的工作性能。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将50~60份碱废液置于湿磨机中，按照5~10份/min的速率通入二氧化碳，搅拌至溶液pH值达到9~10；
2）将80~90份矿渣和电炉镍铁合金渣、20~30份钢渣置于湿磨机中，按照3~5份/min的速率持续通入二氧化碳，以300~500r/min的转速研磨20~30min，过筛，得到浆体；
3）将浆体置于搅拌机中，依次加入8~10份硫酸铝、200~300份尾矿、0.5~1份稳泡剂、0.2~0.4份减水剂，搅拌3~6min，得到一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料；
其中，所述碱废液的浓度为10~30%，且碱废液中氢氧化钠的浓度为8~20%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述矿渣和高炉镍铁合金渣由矿渣、高炉镍铁合金渣混合形成，所述矿渣和高炉镍铁合金渣中矿渣的含量为0~100%；且矿渣的比表面积为500~800 m2 /kg，氧化钙的含量≥40%，氧化镁的含量≥10%；高炉镍铁渣的比表面积为300~500m2 /kg，二氧化硅的含量≥30%，氧化镁的含量≥15%，重金属的含量≤2%。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钢渣的比表面积为500~750m2/kg，且钢渣中矿物组分硅酸二钙和硅酸三钙的含量≥40%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述尾矿为铁尾矿、铜尾矿、煤矸石、铅锌尾矿中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述稳泡剂由硬脂酸钙和纤维素醚按质量比1:1复合而成。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述减水剂由萘系减水剂和聚羧酸减水剂按照质量比1:2复合而成。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述减水剂的减水率≥50%，质量分数≥90%。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述湿磨机为行星式球磨机，转速范围为200~800r/min，功率为10~30KW。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述制备方法制备获得的安全适应性强的低碳泡沫充填材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310197468.3A CN116283171B (zh) | 2023-03-03 | 2023-03-03 | 一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310197468.3A CN116283171B (zh) | 2023-03-03 | 2023-03-03 | 一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116283171A CN116283171A (zh) | 2023-06-23 |
| CN116283171B true CN116283171B (zh) | 2024-04-16 |
Family
ID=86782818
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310197468.3A Active CN116283171B (zh) | 2023-03-03 | 2023-03-03 | 一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116283171B (zh) |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060102756A (ko) * | 2005-03-24 | 2006-09-28 | 지오콘머테리얼 주식회사 | 폐광미를 활용한 콘크리트 혼화재 및 그 제조 방법 |
| CA2668249A1 (en) * | 2008-06-12 | 2009-12-12 | Wisconsin Electric Power Company | Carbon dioxide sequestration in foamed controlled low strength materials |
| CN104045292A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-09-17 | 江苏固维特材料科技有限公司 | 一种铁尾矿充填用固化剂及其制备方法 |
| CN107089838A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-08-25 | 重庆大学 | 一种以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土及其制备方法 |
| KR101821647B1 (ko) * | 2017-08-30 | 2018-03-09 | 한국지질자원연구원 | 그린시멘트 조성물 및 이의 제조방법 |
| JP2018150185A (ja) * | 2017-03-10 | 2018-09-27 | デンカ株式会社 | 充填材料およびそれを用いた充填方法 |
| CN110092618A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-08-06 | 英达热再生有限公司 | 一种膨胀型地质聚合物注浆材料及其制备方法 |
| KR20200047130A (ko) * | 2018-10-26 | 2020-05-07 | 한국지질자원연구원 | 고염기성 배출수 처리 시스템 및 이를 이용한 이산화탄소 이중 고정화 방법 |
| CN111575075A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-08-25 | 中国华能集团有限公司 | 一种固体废弃物和废碱液联合进行沼气脱硫脱碳的方法 |
| KR20200113890A (ko) * | 2019-03-27 | 2020-10-07 | 주식회사 신창이엔씨 | 보일러 애시가 혼합된 유동성 조성물 |
-
2023
- 2023-03-03 CN CN202310197468.3A patent/CN116283171B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20060102756A (ko) * | 2005-03-24 | 2006-09-28 | 지오콘머테리얼 주식회사 | 폐광미를 활용한 콘크리트 혼화재 및 그 제조 방법 |
| CA2668249A1 (en) * | 2008-06-12 | 2009-12-12 | Wisconsin Electric Power Company | Carbon dioxide sequestration in foamed controlled low strength materials |
| CN104045292A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-09-17 | 江苏固维特材料科技有限公司 | 一种铁尾矿充填用固化剂及其制备方法 |
| JP2018150185A (ja) * | 2017-03-10 | 2018-09-27 | デンカ株式会社 | 充填材料およびそれを用いた充填方法 |
| CN107089838A (zh) * | 2017-06-08 | 2017-08-25 | 重庆大学 | 一种以二氧化碳为发泡气体的硫铝酸盐水泥泡沫混凝土及其制备方法 |
| KR101821647B1 (ko) * | 2017-08-30 | 2018-03-09 | 한국지질자원연구원 | 그린시멘트 조성물 및 이의 제조방법 |
| KR20200047130A (ko) * | 2018-10-26 | 2020-05-07 | 한국지질자원연구원 | 고염기성 배출수 처리 시스템 및 이를 이용한 이산화탄소 이중 고정화 방법 |
| KR20200113890A (ko) * | 2019-03-27 | 2020-10-07 | 주식회사 신창이엔씨 | 보일러 애시가 혼합된 유동성 조성물 |
| CN110092618A (zh) * | 2019-06-10 | 2019-08-06 | 英达热再生有限公司 | 一种膨胀型地质聚合物注浆材料及其制备方法 |
| CN111575075A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-08-25 | 中国华能集团有限公司 | 一种固体废弃物和废碱液联合进行沼气脱硫脱碳的方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Evaluation and characterization of geopolymer foams synthesized from blast furnace with sodium metasilicate;Ramos, FJHTV;JOURNAL OF MATERIALS RESEARCH AND TECHNOLOGY-JMR&T;20201211;12019-12029 * |
| 干湿态泡沫混凝土吸声系数研究;邓友生;混凝土;20160927;1-5 * |
| 废碱液同时吸收CO2和H2S方法与传质模型的研究;杨兰和;煤炭学报;20030225;64-68 * |
| 碱渣-粉煤灰基新型注浆材料耐久性试验研究;赵献辉;刘春原;左丽明;庞云泽;刘宇飞;;工业建筑;20180320(第03期);36-41 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116283171A (zh) | 2023-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110642585B (zh) | 加气混凝土砌块及其制备工艺 | |
| CN110734300A (zh) | 一种加气混凝土砌块及其制备工艺 | |
| CN113968701A (zh) | 一种co2驱动固结的轻质混凝土及其制备方法 | |
| CN113831036B (zh) | 一种高游离氧化钙固废基胶凝材料及其制备和应用 | |
| CN105366975A (zh) | 一种非煅烧型固体废弃物高活性矿物掺合料及其制备方法 | |
| CN109336506B (zh) | 一种具有较强固化能力的固化剂及其使用方法 | |
| CN112125547A (zh) | 一种磷石膏基复合胶凝材料的制备方法 | |
| CN111072295A (zh) | 一种高活性复合镍铁渣胶凝材料及其制备方法 | |
| CN108218269B (zh) | 一种镍铁渣胶凝材料及其制备工艺 | |
| CN115180913A (zh) | 一种矿山采空区结顶充填用膨胀型全尾砂充填材料 | |
| CN114804782A (zh) | 一种利用水泥窑尾烟气制备的碳化钢渣建材制品及其方法 | |
| CN113045228A (zh) | 一种钢渣基碱激发胶凝材料、制备方法及其应用 | |
| CN112341017A (zh) | 一种铝灰渣制备高强度地质聚合物胶凝材料的方法 | |
| CN115057641A (zh) | 一种基于工程弃土的再生功能骨料及其制备方法 | |
| CN112194419B (zh) | 碱激发自密实混凝土及其制备方法 | |
| CN116283171B (zh) | 一种安全适应性强的低碳泡沫充填材料及其制备方法 | |
| CN112851279A (zh) | 含脱硫渣及钢渣之可控性低强度混凝土 | |
| CN113929394B (zh) | 一种赤泥基碳化砖及其制备方法 | |
| Dai et al. | Carbonate-activated binder modified by supplementary materials for mine backfill and the associated heavy metal immobilization effects | |
| CN116003008A (zh) | 新型低碳环保镍铁钢渣粉胶凝材料 | |
| CN115925286A (zh) | 一种低成本多源固废充填胶凝材料及其制备方法和应用 | |
| CN113666674A (zh) | 一种利用赤泥生产装配式墙板的方法 | |
| CN112851213A (zh) | 一种含赤泥之环保高强度市政型砖材料及其制备方法 | |
| CN113087419B (zh) | 一种锰渣-磷渣-镍铁渣复合碱激发胶凝材料的制备方法 | |
| CN111777352B (zh) | 钢铁风淬固废制复合微粉超细集料及其在混凝土中的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |