一种膏体充填胶结材料及膏体充填料浆制造技术

本发明专利技术涉及采矿工程技术领域，具体公开一种膏体充填胶结材料及膏体充填料浆。所述膏体充填胶结材料，按质量百分比计，包括以下组分：高阿利特硅酸盐水泥熟料：55％～65％，钢渣：25％～35％，纳米SiO2：2％～5％，纳米CaCO3：2％～3％，改性石膏2％～6％和复合外加剂0.1％～0.5％。本发明专利技术以工业固废钢渣为原料，工艺简单、不仅极大程度降低了生产成本，为矿山绿色开采提供了保障，还为工业固体废弃物的综合利用提供了新的途径。将所述膏体充填胶结材料用于制备膏体充填料浆，解决膏体充填材料早期强度低、料浆流动性差以及成本能耗偏高等问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
一种膏体充填胶结材料及膏体充填料浆


[0001]本专利技术涉及采矿工程
，尤其涉及一种膏体充填胶结材料及膏体充填料浆。

技术介绍

[0002]炼钢工业废弃的固体物质称之为钢渣，截止到2020年，中国钢渣累计存量已高达近20亿吨。由于钢渣早期强度低和安定性差，导致我国钢渣的总利用率仅为22％左右，而且钢渣长期的排放，导致大量土地被占用，造成严重的环境污染，因此，如何实现钢渣可持续的高效利用已经迫在眉睫。
[0003]另一方面，国内大多数矿井采用膏体充填采矿法进行开采，能有效控制矿山地压活动，并有效解决如何开采“三下”煤炭资源的问题。膏体充填采矿法的关键在于膏体填充材料的性能，目前常用的膏体充填材料是以煤矿矸石为主，与电厂粉煤灰等固体废弃物按一定比例混合，再加入水泥、外加剂等组分加工而成的一种膏状浆体材料。但是这种膏体充填材料还存着以下的不足：(1)由于膏体充填所需料浆浓度高，导致料浆的流动性较差、易堵管，因此需要大功率充填泵输送料浆，对充填工艺、设备要求高；(2)水泥耗量高，进而提高生产成本，且水泥工业碳排放量仅次于电力行业，资源消耗与生态破坏问题突出，造成环保压力极大；(3)膏体充填体前期强度低，遏制了其使用范围。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术提供一种膏体充填胶结材料及膏体充填料浆，通过采用萘磺酸盐、碳酸钠和氢氧化钙形成的复合外加剂，促进了膏体胶结材料水化的早期结晶成核，解决膏体充填材料早期强度低、料浆流动性差以及成本能耗偏高等问题。
[0005]为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：
[0006]本申请第一方面提供了一种膏体充填胶结材料，按质量百分比计，包括以下组分：高阿利特硅酸盐水泥熟料：55％～65％，钢渣：25％～35％，纳米SiO2：2％～5％，纳米CaCO3：2％～3％，改性石膏2％～6％和复合外加剂0.1％～0.5％；所述复合外加剂为萘磺酸盐、碳酸钠和氢氧化钙的混合物。
[0007]相对于现有技术，本申请提供的膏体充填胶结材料具有以下优势：
[0008]本申请提供的膏体充填胶结材料中钢渣和高阿利特硅酸盐水泥熟料在复合外加剂的作用下，促进了膏体胶结材料水化的早期结晶成核，进而提高了早期强度；同时抑制了水泥水化产物的扩散，水化产物结构更加密实，不易出现水泥颗粒与水化产物之间的微观空隙，这对于膏体充填材料强度的提高和微观结构的改善具有很好的作用；此外，外加剂能促进钙矾石等水化物的产生，改变颗粒的絮凝结构，增加自由水量，降低凝结速度，使物料混合均匀能充分反应，保证料浆具有良好的流动性；除此之外，加入纳米二氧化硅和纳米碳酸钙，协同复合外加剂，进一步提高膏体胶结材料的早期强度和安定性。
[0009]本申请以工业固废钢渣为原料，工艺简单、不仅极大程度降低了生产成本，为矿山
绿色开采提供了保障，还为工业固体废弃物的综合利用提供了新的途径。
[0010]可选的，所述萘磺酸盐、碳酸钠和氢氧化钙的质量比为5～6:1～3:1～3。
[0011]因钢渣、纳米SiO2和纳米CaCO3的加入，使得料浆粘度增加，因此采用特定比例的萘磺酸盐、碳酸钠和氢氧化钙形成的复合外加剂，促进钙矾石等水化物的产生，改变颗粒的絮凝结构，释放粉细颗粒(如纳米二氧化硅和纳米碳酸钙)所保持的水，增加自由水量，降低凝结速度，使物料混合均匀能充分反应，保证料浆具有良好的流动性。
[0012]可选的，所述高阿利特硅酸盐水泥熟料的比表面积为300m2/Kg～400m2/Kg。
[0013]上述高阿利特硅酸盐水泥熟料的制备方法包括以下步骤：
[0014]按照如下比例称取各组分：石灰石原料78％～87％、铅锌尾矿6％～19％、页岩2％～11％和3％
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5％炉渣；
[0015]将各组分经过破碎、粉磨，混合均匀得生料；
[0016]通过悬浮预热器预热后将上述生料投送到水泥窑内煅烧至部分熔融，煅烧温度为1400℃～1550℃，煅烧时间为30min～50min，得到熟料；
[0017]将上述熟料急冷至室温，球磨机内粉磨，得上述高阿利特硅酸盐水泥熟料。
[0018]页岩碱含量较低，铝含量较高，铅锌尾矿铝含量较低，硅含量较高，两者合理搭配配制出适合回转窑生产的高阿利特含量的水泥熟料。
[0019]优选的制备方法使得高阿利特水泥熟料中硅酸三钙含量高达66％，游离氧化钙含量低于1.3％，为得到凝结时间短、早期强度高的膏体充填胶结材料提供基础。
[0020]可选的，所述钢渣的碱度为1.8＜B＜3，游离CaO含量为2wt％～3wt％，比表面积为450m2/Kg～550m2/Kg。
[0021]上述钢渣的制备方法包括以下步骤：
[0022]将高温液态钢渣在地面上经水冷或自然冷却至温度为300℃～500℃，然后装入热闷罐中，同时向热闷罐中加入水，使钢渣中的游离氧化钙和游离氧化镁分别与水进行反应，生成氢氧化钙和氢氧化镁，极大程度的减少了游离氧化钙和氧化镁的含量，进而提高了钢渣的安定性。
[0023]优选的钢渣使得胶结材料在加速期降低水化放热速率，降低水化热，进而降低膏体充填料浆内的热量释放，降低热应力，从而减少裂缝出现的概率。
[0024]可选的，所述纳米CaCO3的粒径为10nm～100nm。
[0025]优选的纳米CaCO3能够提供早期水化产物的晶核，促进了C3S的水化，使得胶结材料浆体早期强度提高；随着水化反应的进行，部分纳米CaCO3可与膏体充填料浆中的C3A发生反应生成单碳铝酸钙，以片层状且不规则的形式排列于浆体中，与未反应的纳米CaCO3颗粒填充在膏体充填料浆缝隙中，有助于料浆形成连续的、致密的固化体。
[0026]可选的，所述纳米SiO2的粒径为1nm～100nm。
[0027]进一步可选的，所述纳米SiO2的粒径为15nm。
[0028]优选的纳米SiO2能够与水化产物Ca(OH)2发生反应，生成C
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S
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H凝胶，从而起到了降低Ca(OH)2含量和细化Ca(OH)2晶体尺寸的作用，促进水泥基材料水化的进程，进而提高膏体充填材料的早期强度；且纳米SiO2表面活性键较多，可以作为水化过程中的“晶种”，使水化过程不必存在一个“形成C
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S
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H稳定晶核”的过程，而直接在纳米SiO2的表面继续生长，形成的C
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S
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H相，把松散的水化硅酸钙凝胶变成纳米颗粒为核心的网状结构，形成整体、均匀、致
密的二级界面的最佳状态，从而提高膏体充填材料的早期强度。
[0029]可选的，所述改性石膏的细度为70μm～90μm。
[0030]进一步可选的，所述改性石膏的细度为80μm，负压筛筛余＜2％。
[0031]可选的改性石膏的预处理过程为：将其加热至100℃～150℃/50min～70min驱除出包含于其化学结构中约75％的水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种膏体充填胶结材料，其特征在于：按质量百分比计，包括以下组分：高阿利特硅酸盐水泥熟料：55％～65％，钢渣：25％～35％，纳米SiO2：2％～5％，纳米CaCO3：2％～3％，改性石膏2％～6％和复合外加剂0.1％～0.5％；所述复合外加剂为萘磺酸盐、碳酸钠和氢氧化钙的混合物。2.如权利要求1所述的膏体充填胶结材料，其特征在于：所述萘磺酸盐、碳酸钠和氢氧化钙的质量比为4～6:1～3:1～3。3.如权利要求1所述的膏体充填胶结材料，其特征在于：所述高阿利特硅酸盐水泥熟料的比表面积为300m2/Kg～400m2/Kg。4.如权利要求1所述的膏体充填胶结材料，其特征在于：所述钢渣的碱度为1.8＜B＜3，游离CaO含量为2wt％～3wt％，比表面积为450m2/Kg～550m2/Kg。5.如权利要求1所述的膏体充填胶结材料，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾靖，卢志敏，王学伟，秦大健，郝永超，董小娟，
申请(专利权)人：河北煤炭科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：