一种低碳井下充填料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低碳井下充填料及其制备方法，属于矿山井下充填技术领域。该井下充填料，按重量份计，其原料组分包括：20~100份商业化水泥或者胶固粉、20~100份金属冶炼废渣衍生材料、500~5000份选矿尾砂、适量水。本发明专利技术提供的低碳井下充填料可降低40%以上的水泥用量，碳减排贡献巨大；并能大量消耗冶炼废渣与选矿尾砂；体积收缩率降低至3%以下；充填料抗压强度提高20%以上，实现了自流平，保水性好（泌水率3%以下）。对矿山修复、尾砂全面资源化具有极高的应用价值。具有极高的应用价值。具有极高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种低碳井下充填料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及矿山井下充填
，尤其涉及一种低碳井下充填料及其制备方法。

技术介绍

[0002]矿山井下充填既可补偿采空地下空间，从而确保后续开采与地质结构安全，又能消耗部分尾砂进而减少尾砂地表堆积带来的环保与安全问题。传统的井下充填料倾向于采用直接将选矿尾砂浆料与水泥、天然砂或者机制砂（有些区域充填还需混入细石子）混合，用水调稀后充入矿山井下采空区，此类充填浆料需要消耗较多的水泥、天然或者机制砂石导致尾砂消耗量小，且依靠水作为稀释与输送介质，充填浆料浓度较低（35~45%）、凝结时间长（通常3天以上）、强度较低（0.6~1.2MPa）、40%以上的泌水严重渗透周边采矿威胁到后续开采安全。
[0003]随着浓密机特别是深锥浓密机的推广应用，选矿尾砂浆体浓度从40%提升至70%以上，这为充填料调配提供了较大的灵活性。所以近几年充填料的主流形式逐渐转化为以选矿全尾砂加水泥、水形成的充填膏体，相对于传统的井下充填料，全尾充填膏体浓度更高（通常为55~65%）、强度可调（灰砂比1:4~8之间时，强度1.5~3.5MPa）、可消耗20~30%的选矿尾砂（不依赖天然或者机制砂石）。然而，全尾膏体在实际生产时对浓度较为敏感，通常表现为：加水偏多时会离析分层，导致井下充填结构强度偏低、结构可靠性变差，凝结时间偏长（超过40小时）、泌水过多（超过20%）时需要回抽至地面；加水不够时则膏体太浓稠，泵送能耗显著升高、充填管道磨损加快，甚至造成堵管、井下膏体堆积无法流动形成设计所需的充分充填。所以，全尾充填目前面临生产过程可操作性差、膏体品质波动大的突出问题。另一方面，由于水泥用量较大，也造成充填膏体成本偏高。全尾膏体生产与充填过程的高能耗、高水泥用量也直接导致了二氧化碳排放的增加。
[0004]上述传统充填浆体与全尾充填膏体在进入井下采空部位后，凝结时因为泌水、自由水过多挥发等因素，还会导致体积收缩，严重的收缩率超过10%，这也导致充填体结构残缺，需要二次支护或者人工加塞预制件，增加了充填结构的施工复杂度与操作安全隐患。
[0005]随着尾矿库逐渐满库，全国矿山充填需求愈发巨大，创新的低碳充填新材料与技术需求亟待开发与应用。
[0006]通常，矿山自身或者周边还有冶炼废渣渣（矿山的后接环节即为冶炼），本专利技术将钢铁、铜、锑冶炼的废渣改造为具备胶结活性的衍生材料微粉，与较少水泥、更多的全尾砂或者细尾砂（分离出全尾砂中含量25~35%的150目以下粗颗粒后，剩余的尾砂细颗粒称为细尾砂），在自主研发的塑化强化剂的作用下，本专利技术提出了具有二氧化碳排放低、流动性好与匀质性优异的矿山井下充填新材料及其生产方法。

技术实现思路

[0007]针对现有技术中井下充填料能耗高、成本高、选矿尾砂运用率低下的缺陷，本专利技术
提出了一种低碳井下充填料及其制备方法。通过将选矿尾砂（特别是全尾砂与细尾砂）、改造后的具备胶结活性的金属冶炼废渣衍生材料与较少的水泥复合，得到具有降低二氧化碳排放、流动性好与匀质性优异的矿山井下充填新材料，为矿山尾砂与冶炼废渣的安全、大规模资源化提供了全新的思路与方法。
[0008]本专利技术提供的一种低碳井下充填料，按重量份计，其原料组分包括：20~100份商业化水泥或者胶固粉、20~100份金属冶炼废渣衍生材料（PSSDSM）、500~5000份选矿尾砂、5~20份水性状态调节与增强剂、适量水。
[0009]在较优的技术方案中，原料组分还包括：5~20份水性状态调节与增强剂（URR）。水性状态调节与增强剂是一种水溶性混合型（富含可电离的官能团与非离子官能团）表面活性剂，使充填料拥有优异流动性、保水性、包裹性，以及促进强度增长的酰胺基与磺酸根。
[0010]在较优的技术方案中，所述水性状态调节与增强剂由0.2~5%的油醇聚氧乙烯醚、5~30%加聚物的水溶液构成；所述加聚物为异戊烯醇聚氧乙烯醚
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丙烯酸
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叔丁基丙烯酰胺磺酸加聚物。
[0011]在较优的技术方案中，所述异戊烯醇聚氧乙烯醚
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丙烯酸
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叔丁基丙烯酰胺磺酸加聚物的制备方法如下：以50~200份丙烯酸、5~50份叔丁基丙烯酰胺磺酸与1000份异戊烯醇聚氧乙烯醚、5~15份过硫酸钾、1000份去离子水为底物，在20~50℃、60~120分钟内匀速滴加100份1~5%的乙酸亚铁或者异VC钠，获得加聚物。加聚物与水和油醇聚氧乙烯醚混合均匀即配制成为含0.2~5%的油醇聚氧乙烯醚、5~30%加聚物的水性状态调节与增强剂URR。
[0012]在较优的技术方案中，“商业化水泥”即为普通市售水泥，可以为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥等，本申请中采用P.O 42.5水泥作为举例。
[0013]在较优的技术方案中，“适量”的定义为：本领域技术人员根据本领域的常规技术，在实际应用中，采用适量的水使得上述原料组分能够凝结为低碳井下充填料即可，获得固含量50~82%、自流平、凝结时间不超过24小时的高匀质性低碳充填料，其14天强度在1.5~9MPa之间可调。
[0014]在较优的技术方案中，所述低碳井下充填料还可由上述原料组成。
[0015]在较优的技术方案中，所述选矿尾砂可来自黄金矿、钨矿、铜矿、锑矿、铅锌矿中的任意一种或几种，具体为全尾砂或者细尾砂或者二者的混合。其中，分离出全尾砂中含量25~35%的150目以上粗颗粒后，剩余的尾砂细颗粒称为细尾砂。
[0016]在较优的技术方案中，所述金属冶炼废渣衍生材料的物相组成包括：碳酸钙晶须的含量不低于0.5wt%、碳酸镁晶须含量不低于0.2wt%，所述晶须的长径比为200
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15000。
[0017]在较优的技术方案中，所述金属冶炼废渣包括钢铁冶炼废渣（闷罐渣）、铜矿冶炼废渣（闷罐渣）、锑矿冶炼废渣（水淬渣、水冷渣）、钨矿冶炼废渣或铅锌冶炼废渣中的任意一种。
[0018]优选地，所述衍生材料还包括：含络合助剂的硅酸盐晶种胶体。
[0019]优选地，所述含络合助剂的硅酸盐晶种胶体中的络合助剂为醇酸溶液，所述醇为聚合多元醇，所述酸为羧酸。聚合多元醇是多元醇及聚合多元醇、聚合醇胺等多种有机物的液体混合物。主要成分包括：二乙二醇、丙三醇、二聚丙三醇、三聚丙三醇、三乙醇胺（TEA）、脂肪酸钠和水。进一步地，所述聚合多元醇分子量10000~100000、浓度为1~10wt%。醇酸溶液
中羧酸的含量为0.5~5wt%。
[0020]优选地，所述羧酸包括甲酸、乙酸中的任意一种。优选为甲酸。羧酸（尤其是甲酸）与钙的配位能力强，胶体高度分散，有助于分散。
[0021]该衍生材料中含有长径比为200
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15000的碳酸钙与碳酸镁晶须，由于水泥水化过程会形成碳酸钙、碳酸镁，衍生材料中形成的碳酸钙与碳酸镁晶须为一维线状材料，能暴露出更多的钙元素、镁元素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低碳井下充填料，其特征在于，按重量份计，其原料组分包括：20~100份商业化水泥或者胶固粉、20~100份金属冶炼废渣衍生材料、500~5000份选矿尾砂、适量水。2.根据权利要求1所述的一种低碳井下充填料，其特征在于，所述金属冶炼废渣衍生材料的物相组成包括：碳酸钙晶须的含量不低于0.5wt%、碳酸镁晶须含量不低于0.2wt%，所述晶须的长径比为200
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15000。3.根据权利要求1
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2任一项所述的一种低碳井下充填料，其特征在于，所述金属冶炼废渣包括钢铁冶炼闷罐渣、钨矿冶炼闷罐渣、铅锌冶炼废渣、铜矿冶炼废渣或锑矿冶炼废渣中的任意一种。4.根据权利要求2所述的一种低碳井下充填料，其特征在于，还包括：含络合助剂的硅酸盐晶种胶体。5.根据权利要求1所述的一种低碳井下充填料，其特征在于，还包括5~20份水性状态调节与增强剂；所述水性状态调节与增强剂由0.2~5%的油醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴振军，解修强，瞿双林，张晓兵，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：