一种抗压、抗酸的固废基充填胶凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抗压、抗酸的固废基充填胶凝材料及其制备方法，该充填胶凝材料以冶炼渣、标准砂和水泥为原料，其中砂灰比为1～5。本发明专利技术以固体废弃物冶炼渣为原料，能够制备出具有较高抗压性能和较强抗酸性能的固废基充填胶凝材料。此外，本发明专利技术的制备过程步骤简单、绿色节能，易于工业化生产。易于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种抗压、抗酸的固废基充填胶凝材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于环境科学及胶凝材料制备
，具体涉及一种抗压、抗酸的固废基充填胶凝材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着工业化的快速发展和需求量的逐渐增多以及人们对于环境越来越重视，地下开采因其效率高、初期投资低且有利于后期进行地压管理控制等优点逐渐进入人们的视野。地下矿山开采过程中会形成大量采空区，采空区即矿山开采后遗留下来的地下空洞。采空区的大量存在会破坏矿山岩石应力平衡，顶部岩石坍塌、崩落严重影响矿山生产安全。
[0003]充填采矿技术是一种利用充填料对地下采空区进行充填的采矿技术，包括干式、水力、胶结等多种采矿方法。充填胶凝材料主要以胶结剂与骨料组成。目前，矿区充填胶凝材料主要以水泥作为胶结剂，而骨料来源较为广泛。在矿山开采过程中会产生大量的尾矿、废石、冶炼废渣和污泥等大量固体废弃物，对于此类固体废弃物，若处理不当就会对环境造成严重污染。这些固体废弃物可作为胶凝材料进行利用，部分经粉磨或激发后具有一定的胶凝活性，可起到替代部分水泥的作用，进而降低充填胶凝材料的成本。
[0004]随着我国生态保护意识和绿色发展理念共识的增强，矿区的环境治理问题日益受到重视，因此，制备抗压、抗酸的固废基充填胶凝材料及对其重金属等有害物质固定化行为的研究对矿区环境治理及未来新型充填胶凝材料的开发具有重要的理论和实践意义，但是目前对固废基充填胶凝材料的抗酸性能缺乏理论性研究是制约其发展的最大问题之一。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术研发了一种抗压、抗酸的固废基充填胶凝材料及其制备方法，采用砂灰比为1～5的冶炼渣、标准砂和水泥混合得到该充填胶凝材料，并对该充填胶凝材料进行酸浸出测试，测试结果表明该充填胶凝材料抗酸侵蚀性能较强，从而完成本专利技术。
[0006]为了实现上述目的，第一方面，本专利技术提供一种抗压、抗酸的固废基充填胶凝材料，该充填胶凝材料以冶炼渣、标准砂和水泥为原料，其中砂灰比为1～5。
[0007]第二方面，本专利技术提供一种抗压、抗酸的固废基充填胶凝材料的制备方法，优选为第一方面的充填胶凝材料，其包括：
[0008]步骤1、称取原料，将原料配制成料浆；
[0009]步骤2、将所述料浆倒入到模具中，振动成型；
[0010]步骤3、对成型后的样品进行养护，得到充填胶凝材料。
[0011]第三方面，本专利技术提供一种第一方面的或第二方面的方法制得的抗压、抗酸的固废基充填胶凝材料的应用，优选用于在道路、桥梁、建筑或采矿填充中。
[0012]本专利技术一种抗压、抗酸的固废基充填胶凝材料及其制备方法所具有的有益效果
为：
[0013](1)本专利技术以砂灰比为1～5的固体废弃物冶炼渣、标准砂和水泥为原料，能够制备出具有较高抗压性能和较强抗酸性能的固废基充填胶凝材料；
[0014](2)本专利技术的固废基充填胶凝材料制备成本低、固废利用率高；
[0015](3)本专利技术步骤简单、高效、绿色节能，易于工业化生产；
[0016](4)本专利技术能够充分准确地评价固废基充填胶凝材料的抗酸浸出能力，进而促进该固废基充填胶凝材料的发展与应用。
附图说明
[0017]图1示出本专利技术实施例1～4和对比例1的酸浸出液的ICP测试结果；
[0018]图2示出本专利技术实施例1在不同酸浸时间下，酸浸出液的ICP测试结果；
[0019]图3示出本专利技术实施例1和实施例8～11的酸浸出液的ICP测试结果；
[0020]图4示出本专利技术实施例1、实施例5和对比例2的酸浸出液的ICP测试结果。
具体实施方式
[0021]下面通过附图和优选实施方式对本专利技术进一步详细说明。通过这些说明，本专利技术的特点和优点将变得更为清楚明确。
[0022]在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0023]第一方面，本专利技术提供一种抗压、抗酸的固废基充填胶凝材料，该充填胶凝材料以冶炼渣、标准砂和水泥为原料，其中砂灰比为1～5。
[0024]在本专利技术中，水泥优选为P
·
O42.5硅酸盐水泥，其是指性能达到标准《通用硅酸盐水泥》(GB175
‑
2020)的质量要求，且强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥。本专利技术的水泥和标准砂购于中国建材研究总院。
[0025]在本专利技术中，冶炼渣优选为铜镍矿冶炼渣(购于新疆喀拉通克矿业有限责任公司)。由于该冶炼渣的粒径较大，为了使原料混合更加均匀，需要对其进行研磨，使研磨后的冶炼渣粒径小于400μm。
[0026]其中，充填胶凝材料对有害元素的固化能力即抗酸侵蚀性能可以由浸出液中有害元素的浓度来反映，浸出液中有害元素的浓度低，和/或成分形貌变化小，说明其抗酸侵蚀性能强，反之则弱。
[0027]经研究发现，水泥对充填胶凝材料的抗酸侵蚀性能起决定性作用。随着砂灰比的增大，酸浸出液中有害元素的浓度也增大，即充填胶凝材料对冶炼渣中有害元素的固化能力减小，说明其抗酸能力下降。当砂灰比为1～5，优选为1～4时，该充填胶凝材料的有害元素(Cu、Ni、Co和Cr)的浸出浓度较小。当砂灰比大于5时，该充填胶凝材料的有害元素(Cu、Ni、Co和Cr)的浸出浓度较大，尤其是Cr元素较为明显。同理，随着砂灰比的增大，该充填胶凝材料的抗压强度随之降低，当砂灰比为1～5，优选为1～4时，该充填胶凝材料的抗压强度明显高于砂灰比大于5时的抗压强度。
[0028]经研究发现，养护时间同样影响充填胶凝材料的抗酸侵蚀性能和抗压强度。Cu、Ni
和Co三种元素的浸出浓度与充填胶凝材料的养护时间关系较小，但是Cr的浸出浓度随着充填胶凝材料的养护时间的增加而减小。同理，随着养护时间的增加，该充填胶凝材料的抗压强度随之增加。因此，本专利技术充填胶凝材料的养护时间不小于3天，优选不小于15天，更优选不小于28天。
[0029]在本专利技术中，砂灰比为标准砂与(水泥和冶炼渣)的质量比。经研究发现，砂灰比对充填胶凝材料的抗酸能力有着重要影响。这可能是由于水泥在水化反应过程中生成的C
‑
S
‑
H凝胶对Cu等元素产生物理包封或部分水化产物与有害元素发生化学固定，降低其浸出浓度。同时可能会生成较多的碱性物质，这些碱性物质与酸发生中和反应，降低有害元素的溶出，且部分碱性物质溶于水可与有害元素反应生成沉淀，最终降低Cu等元素的浸出浓度。Cr在充填胶凝材料中的固化与钙矾石水合相以及C
‑
S
‑
H凝胶键合有关。同时充填胶凝材料在酸中脱钙使其具有较强的酸中和能力，因此Cr元素的溶出机理相比于其他元素较为复杂。所以，随着砂灰比的升高，充填胶凝材料对冶炼渣中有害元素的固化能力降低。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗压、抗酸的固废基充填胶凝材料，其特征在于，所述充填胶凝材料以冶炼渣、标准砂和水泥为原料，其中砂灰比为1～5。2.根据权利要求1所述的固废基充填胶凝材料，其特征在于，所述充填胶凝材料的养护时间不小于28天。3.一种抗压、抗酸的固废基充填胶凝材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、称取原料，将原料配制成料浆；步骤2、将所述料浆倒入到模具中，振动成型；步骤3、对成型后的样品进行养护，得到所述充填胶凝材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，在步骤1中，所述原料包括冶炼渣、标准砂和水泥，其中砂灰比为1～5；优选地，在步骤1之前，还进行以下步骤：将所述冶炼渣进行研磨，使研磨后的冶炼渣的粒径小于400μm。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤3包括以下分步骤：步骤3
‑
1、将成型后的样品进行预养护，得到预养护样品；步骤3
‑
2、将预养护样品进行脱模，然后进行养护。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤3
‑
1中，预养护温度为20～30℃，预养护时间为1～4天；...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭利杰，王丽娟，张丹，吕国诚，李文臣，廖立兵，那华，
申请(专利权)人：中国地质大学北京，
类型：发明
国别省市：