一种固硫灰基充填胶结材料及其料浆的制备制造技术

本发明专利技术是一种固硫灰基充填胶结材料及其料浆的制备方法，以固硫灰作为胶凝材料，磷尾矿作为细集料，使用水玻璃、生石灰及硫酸钠复合激发。胶结材料包含以下重量份原料组分：固硫灰12‑30%，磷尾矿34‑58%，水玻璃1.1‑2.6%，生石灰2.1‑5.2%，硫酸钠0.3‑0.7%，自来水26‑30%。本发明专利技术中，固硫灰的火山灰活性较低，使用水玻璃及硫酸钠，显著提高充填材料的早期抗压强度；生石灰的添加提升了充填材料的后期抗压强度。充填材料充分利用工业废渣，其泌水率低，流动性好，抗压强度高，极大降低充填成本，绿色环保。

【技术实现步骤摘要】
一种固硫灰基充填胶结材料及其料浆的制备
本专利技术涉及一种矿井充填胶结材料及其制备方法。
技术介绍
随着国家建设绿色矿山、提高资源综合利用率、节能减排、保护环境等政策的推出，尾矿充填采矿法应运而生。尾矿充填法是以尾矿为骨料制备充填体，将充填料浆输送至井下采空区，形成具有一定强度的充填体，进而可以支撑围岩或堆存尾矿废料。尾矿充填不仅可以节省尾矿存放成本、降低环境污染，还可有效的避免采空区塌方等问题。近年来，尾矿充填法作为一种高效、安全的开采方法被许多矿山应用，全尾砂充填、块石胶结充填、膏体泵送充填及无水泥胶结充填等技术均取得巨大成功并得到广泛应用。传统的水泥基充填材料消耗大量水泥，而硅酸盐水泥生产所消耗的能源仅次于钢铁冶炼产业，这意味着高污染、高成本，不利于尾矿充填技术的应用和发展。基于此，我们充分利用当地资源，寻找一种合适的工业废渣作为胶凝材料，代替传统水泥，采用新的活性激发技术，以满足充填材料所需的强度、坍落度度、泌水率等性能要求。真正达到绿色矿山的可持续发展要求。
技术实现思路
本专利技术提供一种矿井充填胶结材料及其制备方法，是以磷尾矿作为细集料，固硫灰作为胶凝材料，掺入活性激发剂，制备性能优异、成本低廉、低碳环保的充填材料。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种矿井充填胶结材料，各原料及质量百分比如下：固硫灰12-30％(胶凝材料)，磷尾矿30-60％，激发剂3.5-8.5％，自来水26-30％。所述的激发剂为水玻璃、生石灰及硫酸钠的组合，其中水玻璃1.1-2.6％，生石灰2.1-5.2％(计入胶凝材料)，硫酸钠0.3-0.7％(计入胶凝材料)；所述的百分比均为质量百分比。所述胶凝材料与所述细集料的胶砂重量比为1:1-1:4，料浆固体质量浓度70-73％；所述的百分比均为质量百分比。所述固硫灰主要化学成分SiO2、Al2O3、CaO及SO3，其中各成分质量分数为Na2O0.395％、MgO0.544％、Al2O331.546％、SiO245.805％、P2O50.263％、SO32.586％、K2O0.841％、CaO2.353％、TiO21.549％、Fe2O34.752％。比表面积不小于350㎡/kg。所述磷尾矿主要化学成分CaO、MgO及P2O5，其中各成分质量分数为Na2O0.113％、MgO15.131％、Al2O31.124％、SiO24.726％、P2O58.180％、SO31.834％、CaO33.110％、TiO20.116％、Fe2O31.104％。平均粒径23.8μm，比表面积不小于210㎡/kg。一种固硫灰基充填胶结材料其料浆的制备方法为：将所述胶凝材料与细集料按胶砂重量比1:1-1:4称量好，然后将所述磷尾矿、固硫灰、生石灰及硫酸钠依次加入搅拌桶，干搅拌1min以确保物料混合均匀，然后倒入水玻璃和3/4的水并搅拌3min，最后加入剩下的水并搅拌3min，制备出固体质量浓度在70-73％的固硫灰基充填料浆，搅拌叶转速>100r/min；所述的百分比均为质量百分比。专利技术有如下显著进步之处：第一、就地取材，固硫灰是电厂的主要固体废弃物，磷尾矿是矿山开采的主要固体废弃物，两者大量堆积于矿坑附近，将其用作充填材料，有效解决了占地问题、环境污染问题，进一步降低充填成本。第二、本专利技术所使用的固硫灰其火山灰活性较低，为充分激发其火山灰活性，使用水玻璃及硫酸钠，提供碱性环境激发固硫灰活性，反应生成钙矾石，显著提高充填材料的7d抗压强度，生石灰水化生成氢氧化钙，与固硫灰激发出的活性SiO2反应生成水化硅酸钙，提升充填材料的28d抗压强度。第三、本专利技术使用磷尾矿作为细骨料，其平均粒径23.8μm，颗粒间的滚珠效应使得料浆在高的固体质量浓度下保持良好的流动性，满足管道泵送的要求，同时具有泌水率低的特点，使充填体与地表岩层更好的结合，形成稳定的地质结构。具体实施方式实施例1一种固硫灰基充填胶结材料，各原料及质量百分比如下：固硫灰29％，磷尾矿34％，激发剂8.5％，自来水27.5％。所述的激发剂为水玻璃、生石灰及硫酸钠的组合，其中水玻璃2.8％，生石灰5％(计入胶凝材料)，硫酸钠0.7％(计入胶凝材料)；所述的百分比均为质量百分比。所述胶凝材料与所述细集料的胶砂重量比为1:1，料浆固体质量浓度70％；所述的百分比均为质量百分比。所述固硫灰主要化学成分SiO2、Al2O3、CaO及SO3，比表面积不小于350㎡/kg。所述磷尾矿主要化学成分CaO、MgO及P2O5，平均粒径23.8μm，比表面积不小于210㎡/kg。一种固硫灰基充填胶结材料其料浆的制备方法为：将所述胶凝材料与细集料按胶砂重量比1:1称量好，然后将所述磷尾矿、固硫灰、生石灰及硫酸钠依次加入搅拌桶，干搅拌1min以确保物料混合均匀，然后倒入水玻璃和3/4的水并搅拌3min，最后加入剩下的水并搅拌3min，制备出固体质量浓度在70％的固硫灰基充填料浆，搅拌叶转速>100r/min；所述的百分比均为质量百分比。实施例2一种固硫灰基充填胶结材料，各原料及质量百分比如下：固硫灰14％，磷尾矿52％，激发剂4.3％，自来水29.7％。所述的激发剂为水玻璃、生石灰及硫酸钠的组合，其中水玻璃1.3％，生石灰2.6％(计入胶凝材料)，硫酸钠0.4％(计入胶凝材料)；所述的百分比均为质量百分比。所述胶凝材料与所述细集料的胶砂重量比为1:3，料浆固体质量浓度70％；所述的百分比均为质量百分比。所述固硫灰主要化学成分SiO2、Al2O3、CaO及SO3，比表面积不小于350㎡/kg。所述磷尾矿主要化学成分CaO、MgO及P2O5，平均粒径23.8μm，比表面积不小于210㎡/kg。一种固硫灰基充填胶结材料其料浆的制备方法为：将所述胶凝材料与细集料按胶砂重量比1:3称量好，然后将所述磷尾矿、固硫灰、生石灰及硫酸钠依次加入搅拌桶，干搅拌1min以确保物料混合均匀，然后倒入水玻璃和3/4的水并搅拌3min，最后加入剩下的水并搅拌3min，制备出固体质量浓度在70％的固硫灰基充填料浆，搅拌叶转速>100r/min；所述的百分比均为质量百分比。实施例3一种固硫灰基充填胶结材料，各原料及质量百分比如下：固硫灰12％，磷尾矿58％，激发剂3.6％，自来水26.4％。所述的激发剂为水玻璃、生石灰及硫酸钠的组合，其中水玻璃1.1％，生石灰2.2％(计入胶凝材料)，硫酸钠0.3％(计入胶凝材料)；所述的百分比均为质量百分比。所述胶凝材料与所述细集料的胶砂重量比为1:4，料浆固体质量浓度73％；所述的百分比均为质量百分比。所述固硫灰主要化学成分SiO2、Al2O3、CaO及SO3，比表面积不小于350㎡/kg。所述磷尾矿主要化学成分CaO、MgO及P2O5，平均粒径23.8μm，比表面积不小于210㎡/kg。一种固硫灰基充填胶结材料其料浆的制备方法为：将所述胶凝材料与细集料按胶砂重量比1:4称量好，然后将所述磷尾矿、固硫灰、生石灰及硫酸钠依次加入搅拌桶，干搅拌1min以确保物料混合均匀，然后倒入水玻璃和3/4的水并搅拌3min，最后加入剩下的水并搅拌3min，制备出固体质量浓度在73％的固硫灰基充填料浆，搅拌叶转速>100r本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固硫灰基充填胶结材料，其特征在于按照以下配比和方法制备而成：固硫灰12‑30％，磷尾矿34‑58％，水玻璃1.1‑2.6％，生石灰2.1‑5.2％，硫酸钠0.3‑0.7％，自来水26‑30％；所述的百分比均为质量百分比；(1)、磷尾矿烘干，密封保存；(2)、固硫灰密封保存。

【技术特征摘要】
1.一种固硫灰基充填胶结材料，其特征在于按照以下配比和方法制备而成：固硫灰12-30％，磷尾矿34-58％，水玻璃1.1-2.6％，生石灰2.1-5.2％，硫酸钠0.3-0.7％，自来水26-30％；所述的百分比均为质量百分比；(1)、磷尾矿烘干，密封保存；(2)、固硫灰密封保存。2.含有权利要求1所述的固硫灰基充填胶结材料，其特征在于，所述固硫灰主要化学成分SiO2、Al2O3、CaO及SO3，比表面积不小于350㎡/kg。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘冬梅，卢希，高德军，柯帅，徐港，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42