CN1821547A - 磷石膏充填于井下采空区形成固化充填体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用磷石膏充填于井下采空区形成固化充填体的方法，将下述配比的材料按质量比为水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶6～8混合并按上述三种物料总量的1.3～2.5％加入添加剂硫酸钠，再用水调成质量浓度为57％～63％的充填料浆，将充填料浆输入井下采空区，经固化形成高强度的充填体。本方法可提高矿石回收率和降低采矿贫化损失率，达到减少采矿成本的目的，并能有效防止采矿地表沉降，使磷石膏变废为宝，具有较高的经济价值和社会效益。

Description

磷石膏充填于井下采空区形成固化充填体的方法
技术领域
本发明属于矿业废弃物综合利用领域，具体涉及一种磷石膏充填于井下采空区形成固化充填体的方法。
背景技术
磷石膏是化工厂用磷灰石与硫酸作用，湿法产生磷酸时产生的副产品。每生产1吨磷酸就要产生5吨磷石膏。在化学石膏中磷石膏排放量最大，我国磷石膏年产量约2000万吨，居世界第三。目前世界上每年排放量达1.1～1.3亿吨，而仅利用460～470万吨，利用率很低。磷石膏中的CaSO4·2H2O含量一般高达90％以上，但是其中通常也含有P2O5：0.3％～1.5％，F：0.1％～1.5％等危害人体健康和生物生长的有害杂质，已经构成一种污染源。另外，磷石膏的排放不仅占用大量的耕地，污染环境，而且给磷肥企业造成了很大的负担。
发明内容
本发明要解决的技术问题是使磷石膏变废为宝，提供一种可提高矿石回收率和防止地表沉降塌陷的用磷石膏充填于井下采空区形成固化充填体的方法。
本发明采取如下技术方案解决上述技术问题：将下述配比的材料按质量比为水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶(6～8)混合并按上述三种物料总量的1.3～2.5％加入添加剂硫酸钠，再用水调成质量浓度为57％～63％的充填料浆，将充填料浆输入井下采空区，经固化形成高强度的充填体。
本发明中磷石膏与粉煤灰混合再加适量的添加剂，可提高磷石膏固结强度，应用于充填采矿，可提高矿石回收率和降低采矿贫化损失率，达到减少采矿成本的目的，并能有效防止采矿地表沉降，使磷石膏变废为宝，具有较高的经济价值和社会效益。
附图说明
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
磷石膏及粉煤灰主要物理力学性质如表1，粒级组成如表2。
                                         表1磷石膏和粉灰力学性能
充填料名称   密度(t/m3) 空隙比  渗透系数(cm/s)  中值粒径d50，mm   有效粒径d10，mm   不均匀系数   曲率系数   水上休止角   水下休止角
磷石膏   2.87   1.064～3.415  2.94×10-4  0.043   0.014   3.71   1.00   47.0°   23.5°
细煤灰   2.35   1.098～2.2 19  1.90× 10-4  0.040   0.025   1.68   1.17   41.5°   25.5°
粗煤灰   2.32   1.017～1.936  6.48×10-4  0.072   0.035   2.31   1.11   41.5°   26°
                                          表2磷石膏和粉煤灰料粒级组成(％)
充填料名称 ＞0.50 0.50～030 0.30～0.15 0.15～0.106 0.106～0.075 0.075～0.045 0.045～0.030 ＜0.030
磷石膏 0.5   0.5  1.5    4.5    10.5    32.0    14.5 34.5
细煤灰    0.2    1.4    18.4    64.5 15
粗煤灰 0.5   4.0  12.0    11.0    20.5    30.5    17.5 55
磷石膏粒级较细，0.1mm以下颗粒占93％，中值粒径0.043mm，孔隙比(1.064～3.415)和渗透系数(0.00294cm/s)，不适于充填体脱水和快速硬化，必然影响胶结充填体强度，粉煤灰粒径更细(细煤灰中值粒径仅为0.040mm，粗煤灰中值粒径仅为0.072mm)，渗透系数更小(细煤灰渗透系数为0.0019cm/s，粗煤灰渗透系数为0.00648cm/s)，但其SiO2含量高达52.42％，Al2O3达21.84％，具有一定的潜在胶结性能，可作为水泥代用品替代部分水泥，提高充填体后期强度，同时由于粉煤灰密度小，当掺入一定量后，将减轻充填体比重，有利于降低水泥消耗，节约充填成本；粉煤灰中CaO含量仅为7.32％，活化性能不高，必须外加添加剂；磷石膏中的氟含量不高，充入井下对井下环境影响不大；磷石膏与粗、细煤粉灰不均匀系数分别为3.71和2.31、1.68，都属均匀的粘土类，制浆时易于混合，便于管道输送，充入采场后，将有利于减少水泥的离析；磷石膏中CaSO4·2H2O含量一般高达90％以上，而通常石膏作为缓凝剂，不利于胶结充填体的早期强度，因此CaSO4·2H2O与硅酸盐水泥等胶凝材料的水化反应及固结效果通过加入添加剂硫酸钠得以改善，大大提高了磷石膏固化强度。
经过大量的试验研究，得到磷石膏充填于井下的最佳配方是水泥∶粉煤灰∶磷石膏为1∶1∶(6～8)，所形成的充填固化体90天强度可达到1.38～2.05MPa。加入添加剂硫酸钠可提高充填体强度15％～20％，加入的最佳量为1.3％～2.5％。
磷石膏属酸性物质，而且颗粒较细，为了防止磷石膏充填采空区对井下环境的污染，通过大量试验研究，发现用粉煤灰的效果比较好，因为粉煤灰属于碱性物质，可以中和磷石膏的酸性，防止井下酸性水排放，而且粉煤灰属于一种活性介质，能吸附较小颗粒的物质，防止小颗粒磷石膏流失。此外，粉煤灰是一种多孔隙介质，比重较轻，有利于充填料浆输送中减小管道阻力，实现高倍线下自流输送充填料浆。
本发明工艺流程如图1所示。磷石膏用汽车运输至磷石膏池，用10吨电动抓斗至圆盘给料机，经1号皮带和螺旋输送机至搅拌桶，用冲量流量计计量，通过自控系统调整电机转速实现控制给量；粉煤灰用汽车运输至粉煤灰池，用10吨电动抓斗至圆盘给料机，经2号皮带和螺旋输送机至搅拌桶；添加剂硫酸钠用水泵控制加入搅拌桶；散装水泥由水泥罐车运至制备站后，经吹灰管卸入150吨散装水泥仓中，散装水泥仓的顶部设有收尘装置，底部设有螺旋闸门及压气破拱装置，充填时，启动螺旋输送机，将水泥输送至稳料仓，经弹性叶轮给料器和冲量流量计计量，水泥同磷石膏、粉煤灰、添加剂和水一道进入搅拌桶制备充填料浆。制备的充填料浆经充填钻孔自流输送至充填采场。
实施例1：某磷矿生产磷酸产生大量的磷石膏废料，用图1所示的工艺流程建成一套充填系统。用水泥10吨、粉煤灰10吨、磷石膏70吨、硫酸钠添加剂2.1吨充填于井下5号采场，充填料浆的质量浓度为60％。充填料浆充入采场后，凝固形成充填体，现场取10个样品并测试充填体强度，充填体28天平均强度为1.08MPa，该强度可满足采矿技术要求。
实施例2：某磷矿的矿床位于公路下，为了实现公路下安全开采矿石，用图1所示的工艺流程建成一套充填系统。用水泥15吨、粉煤灰15吨、磷石膏90吨、硫酸钠添加剂2.5吨充填1号采场，充填料浆质量浓度58％。现场取5个样品，测试采场磷石膏固化体28天平均强度达到1.28MPa。经研究分析，采用该强度的磷石膏固结体充填采空区不会引起地下采矿破坏公路。
实施例3：某磷矿资源品位高，原采用崩落法开采，矿石贫化率达到38％，采矿损失率达到42％。为了降低贫化损失率，用图1所示的工艺流程建成一套充填系统。用5吨水泥、5吨粉煤灰、40吨磷石膏和0.8吨硫酸钠添加剂充填试验采场，充填料浆质量浓度58％。充填采场取5个样品，测试磷石膏固化体28天平均强度达到0.81MPa。采用磷石膏固结充填工艺开采矿石，采矿贫化率降低至8％，矿石损失率降低至5％。

Claims (1)

1、一种用磷石膏充填于井下采空区形成固化充填体的方法，其特征在于将下述配比的材料按质量比为水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶6～8混合并按上述三种物料总量的1.3～2.5％加入添加剂硫酸钠，再用水调成质量浓度为57％～63％的充填料浆，将充填料浆输入井下采空区，经固化形成高强度的充填体。
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