一种矿用造纸污泥灰快速密闭材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于煤矿施工领域，特别是指一种矿用造纸污泥灰快速密闭材料及其制备方法。所述快速密闭材料包括以下重量份的原料：硫铝酸盐水泥熟料30‑40份、硅酸盐水泥熟料15‑25份、造纸污泥灰35‑45份、羟丙基甲基纤维素0.1‑0.2份、木质素磺酸钠或木质素磺酸钙1.5‑2份、生石灰3‑4份、脱硫石膏4‑5份、氯化钠0.8‑1.5份、聚丙烯纤维1‑1.5份、超细硅灰4‑8份、硼砂0.1‑0.3份以及水100‑130份。本发明专利技术实现造纸污泥无害化处理及固体废弃物资源化利用，输送性能好，成本低廉，制备、输送工艺简单，具有较强的商业应用价值。 1

A fast sealing material for paper mill sludge ash and its preparation method

The invention belongs to the field of coal mine construction, in particular to a fast closed material for mining paper sludge ash and a preparation method thereof. The rapid and closed materials include raw materials for the following weight: 30 sulphur cement clinker 40, 15 silicate cement clinker 15, 45 paper-making sludge ash 35, hydroxypropyl methyl cellulose 0.1 0.2, sodium lignosulfonate or calcium lignosulfonate 1.5 2, calcium lignosulfonate 3 4, desulfurized gypsum 4 4 5, sodium chloride 0.8, 1.5, polypropylene 1, 1.5, superfine silica fume 4, 8, borax 0.1, 0.3, and 100 100 130. The invention realizes the innocuous treatment of papermaking sludge and the utilization of solid waste resources, has good transportation performance, low cost, simple preparation and transportation technology, and has strong commercial application value. One

【技术实现步骤摘要】
一种矿用造纸污泥灰快速密闭材料及其制备方法
本专利技术属于煤矿施工领域，特别是指一种矿用造纸污泥灰快速密闭材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，我国造纸行业发展迅速，造纸污水排放量巨大，造纸污泥是造纸行业污水处理的终端固体废弃物，它含水率高，成分复杂，富含有机纤维，并且还残留有造纸污水中的污染成分，如果处理不当，将严重破坏生态环境。目前，造纸污泥的处理多采用堆放或填埋，这种处理方式占用大量土地资源，同时，污泥中的有机成分易腐烂变臭、滋生细菌，所含的重金属元素渗透到土壤及水源中，将造成二次污染。造纸污泥的无害化处理方式包括微生物热解、作农用肥料、焚烧处理等，其中焚烧处理可大大降低污泥体积，杀死病原体，使有机质碳化，而焚烧产生污泥灰极少得到有效处理，很容易造成二次污染。煤炭是我国的主要能源，煤炭的90﹪都是井下开采，煤矿采用垮落法开采之后，采空区通常会积聚瓦斯，甚至有自燃发火的危险，为防止煤层自燃、有害气体扩散或者瓦斯爆炸，需要快速隔绝采空区，将易自燃区、有害气体源或瓦斯聚集区进行隔离，从而保障煤矿工人的生命安全。煤矿采空区常规的密闭方式有矸石袋密闭墙、料石密闭墙、钢筋混凝土闭墙等，由于构成封闭墙的料石、砖石的数量与重量相对比较大，输送艰难，成本高、劳动量大、作业时间较长。此外，料石和砖石混凝土是刚性材质，在矿井顶板活动时，密闭墙体缓冲性能很差，非常容易破坏封闭的墙体。因此，常规的封闭墙要实现快速、彻底的隔离作用非常困难。更为严重的是由于井下作业人员构筑密闭墙时间过长，在高温浓烟和有毒气体超标的恶劣环境中作业，更容易造成人员伤亡，同时也给救援工作带来了困难和危险。现有的气囊密闭方式虽然能够快速地隔绝采空区，但难以填充到每个缝隙和低凹处，并且巷道壁面突出的岩石或尖锐物极易划破气囊，此外，气囊所能承载的强度有限，只能作为临时密闭。综上所述，轻质密闭材料无法承担顶板来压，难以抵抗瓦斯爆炸冲击波的作用，传统密闭材料耗费大量的人力、物力，且施工效率低，目前，还没有一种行之有效的方法和技术来实现煤矿采空区的快速密闭。
技术实现思路
本专利技术提出一种矿用造纸污泥灰快速密闭材料及其制备方法，解决了现有的密闭方式输送困难、劳动强度大、作业时间长、成本高的技术难题。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种矿用造纸污泥灰快速密闭材料，所述快速密闭材料包括以下重量份的原料：硫铝酸盐水泥熟料30-40份、硅酸盐水泥熟料15-25份、造纸污泥灰35-45份、羟丙基甲基纤维素0.1-0.2份、木质素磺酸钠或木质素磺酸钙1.5-2份、生石灰3-4份、脱硫石膏4-5份、氯化钠0.8-1.5份、聚丙烯纤维1-1.5份、超细硅灰4-8份、硼砂0.1-0.3份以及水100-130份。所述羟丙基甲基纤维素粘度为10万-20万mpa·s之间，比表面积≥200m2/kg。所述木质素磺酸钠或木质素磺酸钙中木质素含量为50%-65%，比表面积≥250m2/kg。所述生石灰、氯化钠、脱硫石膏以及硼砂中的有效成份分别在90%以上，比表面积均≥300m2/kg。所述超细硅灰比表面积为22-28m2/g，聚丙烯纤维长度为6-12mm。所述的矿用造纸污泥灰快速密闭材料的制备方法，步骤如下：（1）将机械脱水后的造纸污泥灰破碎成1cm以下的造纸污泥灰小块，在100℃-110℃温度下烘干或自然风干至恒重，将烘干后的造纸污泥灰小块放入850℃-950℃高温炉中煅烧30-60min，之后倒入水中急冷，取出后，在100-110℃温度下烘干至恒重，之后放入球磨机中粉磨至比表面积为350-500m2/kg；（2）将硫铝酸盐水泥熟料、硅酸盐水泥熟料和生石灰放入球磨机中粉磨，用200目筛筛分，取筛下粉末备用；（3）按重量份数称取步骤（1）、（2）制备的造纸污泥灰小块、硫铝酸盐水泥熟料、硅酸盐水泥熟料以及一定重量的脱硫石膏、超细硅灰和生石灰，将六种干料混合，搅拌均匀即得干料混合物；（4）按重量份数称取羟丙基甲基纤维素、木质素磺酸钠或木质素磺酸钙、氯化钠、硼砂和水，先将碳酸钠和硼砂同时加入水中，80-140r/min搅拌20-40min，使其充分溶解，然后再加入羟丙基甲基纤维素、木质素磺酸钠或木质素磺酸钙混合料，80-140r/min搅拌10-30min制得混合液；（5）将步骤（3）制备的干料混合物与步骤（4）制备的混合液再次混合，100-140r/min搅拌5-10min，之后分5次加入聚丙烯纤维，每次加入后，100-140r/min搅拌3-5min，最终制得矿用造纸污泥灰快速密闭材料。所述制备方法使用的原料的重量份数为硫铝酸盐水泥熟料30-40份、硅酸盐水泥熟料15-25份、造纸污泥灰35-45份、羟丙基甲基纤维素0.1-0.2份、木质素磺酸钠或木质素磺酸钙1.5-2份、生石灰3-4份、脱硫石膏4-5份、氯化钠0.8-1.5份、聚丙烯纤维1-1.5份、超细硅灰4-8份、硼砂0.1-0.3份以及水100-130份。本申请充填材料各组分的作用机理如下：造纸污泥通过高温煅烧、水淬之后制得的污泥灰，化学成分主要为CaO、SiO2、Al2O3，Fe2O3，其中CaO含量在60%以上，主要矿物相为羟钙石，斜硅钙石，六方硅钙石，斜硅镁石，直闪石等，其中斜硅钙石、六方硅钙石、斜硅镁石水化后，能产生凝胶增加密闭材料强度，羟钙石可以增加溶液碱性；此外，造纸污泥灰含有大量的玻璃相物质，玻璃相中活性Al2O3、SiO2在激发剂的作用下，可以生成C-S-H凝胶及钙矾石，进一步提高材料强度。造纸污泥煅烧之后，其微观孔隙数量大大增加，可吸附大量自由水，起到保水增稠作用，极大程度降低高流态充填材料的泌水率；煅烧造纸污泥灰微观形貌如图1所示。硫铝酸盐水泥熟料水化后，早期生成大量钙矾石晶体，可将浆体中多余的自由水转化为结合水，从而在保证料浆流动性的同时减小泌水量，此外，钙矾石晶体相互搭接、交错，提高了早期强度，硅酸盐水泥熟料的掺入，促进C-S-H凝胶及Ca(OH)2的生成，增加了溶液碱性，促进造纸污泥灰的水化，同时，C-S-H凝胶也是固结体后期强度及耐久性的保障。羟丙基甲基纤维素与水接触后，产生膨胀形成胶体结构，这些胶体使得混合浆体局部区域具有较高的形状恢复能力而留住了水分，使得泌水率进一步较低，木质素磺酸钙或木质素磺酸钠的掺入，具有表面活性作用，可使污泥灰及水泥颗粒表面带相同电荷，由于电性排斥作用使颗粒分开，起到分散悬浮作用，有利于提高充填料浆的流动性。生石灰的掺入，增加了料浆溶液PH值，促使污泥灰玻璃相中活性Al2O3，SiO2反应生成C-S-H凝胶，脱硫石膏的主要成分为二水石膏，可以和硫铝酸盐水泥熟料中的无水硫酸钙反应生成钙矾石，此外，二水石膏还具有调节硅酸盐水泥熟料凝结时间的作用，氯化钠在碱性环境中与污泥灰中的活性氧化铝反应生成水化氯铝酸钙，与其他水化产物搭接交错，共同提高了充填材料的强度。硼砂的掺入，早期在硫铝酸盐水泥熟料颗粒表面生成硼酸钙包裹层，抑制硫铝酸盐水泥熟料的水化，延缓密闭材料早期水化产物的生成，从而控制密闭材料的凝结时间。超细硅灰的掺入，可充填于水泥颗粒间的孔隙中，改善密闭材料的颗粒级配，水化过程中，超细硅灰可以促使生成更多的C-S-H凝胶，这些凝胶充填于钙矾石交叉结构的空隙中，提高了密实度及抗渗性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矿用造纸污泥灰快速密闭材料，其特征在于，所述快速密闭材料包括以下重量

【技术特征摘要】
1.一种矿用造纸污泥灰快速密闭材料，其特征在于，所述快速密闭材料包括以下重量份的原料：硫铝酸盐水泥熟料30-40份、硅酸盐水泥熟料15-25份、造纸污泥灰35-45份、羟丙基甲基纤维素0.1-0.2份、木质素磺酸钠或木质素磺酸钙1.5-2份、生石灰3-4份、脱硫石膏4-5份、氯化钠0.8-1.5份、聚丙烯纤维1-1.5份、超细硅灰4-8份、硼砂0.1-0.3份以及水100-130份。2.如权利要求1所述的矿用造纸污泥灰快速密闭材料，其特征在于：所述羟丙基甲基纤维素粘度为10万-20万mpa·s之间，比表面积≥200m2/kg。3.如权利要求1所述的矿用造纸污泥灰快速密闭材料，其特征在于：所述木质素磺酸钠或木质素磺酸钙中木质素含量为50%-65%，比表面积≥250m2/kg。4.如权利要求1所述的矿用造纸污泥灰快速密闭材料，其特征在于：所述生石灰、氯化钠、脱硫石膏以及硼砂中的有效成份分别在90%以上，比表面积均≥300m2/kg。5.如权利要求1所述的矿用造纸污泥灰快速密闭材料，其特征在于：所述超细硅灰比表面积为22-28m2/g，聚丙烯纤维长度为6-12mm。6.如权利要求1-5任一项所述的矿用造纸污泥灰快速密闭材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：（1）将机械脱水后的造纸污泥灰破碎成1cm以下的造纸污泥灰小块，在100-110℃温度下烘干或自然风干至恒重，将烘干后的造纸污泥灰小块放入850℃-950℃高温炉中煅烧30-60min，之后倒入水中急冷，取出后，在10...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢前明，张元馨，王公忠，韩红强，
申请(专利权)人：河南工程学院，
类型：发明
国别省市：河南,41