一种煤矸石-垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种煤矸石

【技术实现步骤摘要】
一种煤矸石
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垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及煤矿充填开采
，尤其涉及一种煤矸石
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垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]煤矸石是在采煤和煤炭洗选过程中产生的一种固体废弃物，产量相当于煤炭产量的10％～15％。相对于巨大的煤矸石产量，煤矸石的利用效率仍然较低。大量未经处理的煤矸石堆积于地面，会对生态环境造成极大危害，如污染水土、引发地质灾害、煤矸石自燃产生有毒气体等。垃圾焚烧灰是城市生活垃圾采用焚烧法处理时产生的一种固体废弃物，垃圾焚烧灰中含有大量的二噁英、可溶性盐、碱以及有毒重金属(铅、镉、铬等)，被认为是一种危险固体废弃物，若不加处理，直接将焚烧灰进行填埋，会引起严重的环境问题。
[0003]充填开采是实现煤炭绿色开采的重要途径，符合煤炭工业的未来发展趋势。目前，国内外充填材料通常是以水泥作为胶凝组分，粉煤灰、矿渣、煤矸石和尾砂等作掺合料或骨料，另掺少量外加剂制备而成，充填材料中水泥用量巨大，不利于节能减排及降低成本，随着粉煤灰、矿渣等传统掺合料利用率的提高，其价格亦不断攀升，同样增加了充填成本。所以，寻求更加绿色、经济且能够满足充填强度的充填材料仍是当今煤矿充填开采的大势所趋。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种煤矸石
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垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料及其制备方法和应用，所制备的胶结充填材料能够满足强度需求，且绿色经济。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种煤矸石
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垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将第一煤矸石颗粒煅烧后，依次浸渍于脱硫废水和第一冲灰废水中，得到活化煤矸石颗粒；
[0008]将所述活化煤矸石颗粒和垃圾焚烧灰混合球磨，得到复合微粉；
[0009]将所述复合微粉和第二冲灰废水混合，进行水化反应，得到煤矸石
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垃圾焚烧灰胶凝材料；
[0010]将所述煤矸石
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垃圾焚烧灰胶凝材料与第二煤矸石颗粒进行拌和，将所得胶结充填骨料、缓凝剂、早强剂和矿井水混合，得到胶结充填材料；
[0011]所述垃圾焚烧灰包括高钙低硅垃圾焚烧灰，或者，所述垃圾焚烧灰包括高钙低硅垃圾焚烧灰和低钙高硅垃圾焚烧灰；
[0012]所述高钙低硅垃圾焚烧灰中CaO含量≥45wt％且SiO2含量≤20wt％；
[0013]所述低钙高硅垃圾焚烧灰中CaO含量＜45wt％且SiO2含量＞20wt％。
[0014]优选的，所述第一煤矸石颗粒中粘土矿物的含量≥13wt％；所述粘土矿物包括高岭土、伊利石和蒙脱石；所述第一煤矸石颗粒与脱硫废水的质量比为1:2；所述第一煤矸石颗粒与第一冲灰废水的质量比为1:(1.1～1.5)。
[0015]优选的，当所述垃圾焚烧灰为高钙低硅垃圾焚烧灰时，所述高钙低硅焚烧灰与活化煤矸石颗粒的质量比为5:(1～2.7)。
[0016]优选的，当所述垃圾焚烧灰为高钙低硅垃圾焚烧灰和低钙高硅垃圾焚烧灰时，所述高钙低硅焚烧灰、低钙高硅焚烧灰与活化煤矸石颗粒得质量比为4:3:3、5:4:1或6:3:1。
[0017]优选的，所述复合微粉的细度≤30μm；所述复合微粉与第二冲灰废水的质量比为1:(1.15～1.25)。
[0018]优选的，所述水化反应的温度为150～200℃，时间为1～2h。
[0019]优选的，所述煤矸石
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垃圾焚烧灰胶凝材料与第二煤矸石颗粒的质量比为(30～45):(55～70)。
[0020]优选的，所述缓凝剂为羧乙基纤维素；所述早强剂为氯化钙、石膏、水玻璃或三乙醇胺；所述缓凝剂的质量为所述胶结充填骨料总质量的0.35～0.72％；所述早强剂的质量为所述胶结充填骨料总质量的0.05～0.11％；所述矿井水的质量为所述胶结充填骨料总质量的120～150％。
[0021]本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的煤矸石
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垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料。
[0022]本专利技术提供了上述技术方案所述煤矸石
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垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料在充填开采领域中的应用。
[0023]本专利技术提供了一种煤矸石
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垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料的制备方法，包括以下步骤：将第一煤矸石颗粒煅烧后，依次浸渍于脱硫废水和冲灰废水中，得到活化煤矸石颗粒；将所述活化煤矸石颗粒和垃圾焚烧灰混合球磨，得到复合微粉；将所述复合微粉和冲灰废水混合，进行水化反应，得到煤矸石
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垃圾焚烧灰胶凝材料；将所述煤矸石
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垃圾焚烧灰胶凝材料与第二煤矸石颗粒进行拌和，将所得胶结充填骨料、缓凝剂、早强剂和矿井水混合，得到胶结充填材料；所述垃圾焚烧灰包括高钙低硅垃圾焚烧灰和/或低钙高硅垃圾焚烧灰；所述高钙低硅垃圾焚烧灰中CaO含量≥45wt％且SiO2含量≤20wt％；所述低钙高硅垃圾焚烧灰中CaO含量＜45wt％且SiO2含量＞20wt％。
[0024]本专利技术利用煤矸石、垃圾焚烧灰、冲灰废水、脱硫废水、早强剂和缓凝剂制备胶结充填材料，其28天抗压强度超过5MPa，强度高，能够有效抑制煤炭开采后上覆岩层剧烈变形，减少对含水层及地表的破坏。本专利技术提供的矿用胶结充填材料的制备方法，可实现煤矸石、垃圾焚烧灰大规模资源化利用，具有较好的经济效益、环境效益及社会效益。
[0025]煤矸石的主要矿物成分为黏土岩类、砂石岩类、碳酸盐类和铝质岩类，活性较低。本专利技术通过煅烧，使得煤矸石中的黏土岩类、铝质岩类含硅铝成分的矿物结构被破坏，转变为活性较高的无定形氧化铝和二氧化硅，更容易溶于酸和碱，更利于煤矸石参与水化反应。冲灰废水是冲洗炉渣和除尘器排灰的水，一般都含有活性氧化钙(f
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CaO)等碱性物质，因此冲灰废水碱性较强；而脱硫废水中含有大量碳酸根、亚硫酸根和硫酸根，具有较强的酸性。将经过煅烧的煤矸石颗粒分别置于脱硫废水进行酸浸及冲灰废水中进行碱溶，可以得到富含硅铝的硅铝源溶液，该硅铝源溶液在富含Ca
2+
的碱性溶液中进行水化反应，极易形成硅凝
胶以及硅铝复合凝胶，复合凝胶在碱性环境更易与垃圾焚烧灰发生水热反应，进一步合成水化硅酸钙凝胶、雪硅钙石和硅酸二钙等胶凝性产物，从而获得胶凝材料。
[0026]本专利技术将高钙低硅焚烧灰与活化后富含硅铝源的煤矸石微粉混合后，在冲灰废水的碱性环境中进行水热反应，形成CaO
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Al2O3‑
SiO2体系，合成了水钙铝榴石、水化硅酸钙凝胶、雪硅钙石和硅酸二钙等胶凝性产物。在低钙高硅焚烧灰掺入高钙低硅焚烧灰，补足了“钙”源；然后将低钙高硅焚烧灰
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高钙低硅焚烧灰
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活化后的煤矸石颗粒复合微粉置于冲灰废水碱性环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矸石
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垃圾焚烧灰基矿用胶结充填材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将第一煤矸石颗粒煅烧后，依次浸渍于脱硫废水和第一冲灰废水中，得到活化煤矸石颗粒；将所述活化煤矸石颗粒和垃圾焚烧灰混合球磨，得到复合微粉；将所述复合微粉和第二冲灰废水混合，进行水化反应，得到煤矸石
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垃圾焚烧灰胶凝材料；将所述煤矸石
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垃圾焚烧灰胶凝材料与第二煤矸石颗粒进行拌和，将所得胶结充填骨料、缓凝剂、早强剂和矿井水混合，得到胶结充填材料；所述垃圾焚烧灰包括高钙低硅垃圾焚烧灰，或者，所述垃圾焚烧灰包括高钙低硅垃圾焚烧灰和低钙高硅垃圾焚烧灰；所述高钙低硅垃圾焚烧灰中CaO含量≥45wt％且SiO2含量≤20wt％；所述低钙高硅垃圾焚烧灰中CaO含量＜45wt％且SiO2含量＞20wt％。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一煤矸石颗粒中粘土矿物的含量≥13wt％；所述粘土矿物包括高岭土、伊利石和蒙脱石；所述第一煤矸石颗粒与脱硫废水的质量比为1:2；所述第一煤矸石颗粒与第一冲灰废水的质量比为1:(1.1～1.5)。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当所述垃圾焚烧灰为高钙低硅垃圾焚烧灰时，所述高钙低硅焚烧灰与活化煤矸石颗粒的质量比为5:(1～2.7...

【专利技术属性】
技术研发人员：王震，娄芳，贾永勇，雍明超，金士魁，程圆媛，
申请(专利权)人：新疆维吾尔自治区煤炭科学研究所，
类型：发明
国别省市：