一种低成本多源固废充填胶凝材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及矿山充填胶凝材料领域，尤其涉及一种低成本多源固废充填胶凝材料及其制备方法和应用。胶凝材料包括以下质量含量的成分：脱硫石膏脱硫石膏8％～15％，生石灰5～10％，脱硫灰15～25％，矿渣50～65％，废玻璃0～5％，煤渣0～5％。本发明专利技术以矿渣及脱硫灰、脱硫石膏、废玻璃、煤渣等固体废弃物为主要原材料，结合起来共同进行开发，同时掺入少量的生石灰提供碱性环境和CaO，作为一种新型的充填胶结剂以取代水泥，各种材料按比例进行配比、烘干、破碎、磨细至勃氏比表面积在320～450m2/kg，得到的混合料作为胶凝材料与尾砂、煤矸石等粗骨料加水混合后的充填体具有早期、后期强度高，成型快，易脱模等多方面优良性能，是一种低成本、高性能的环保型充填胶凝材料。高性能的环保型充填胶凝材料。高性能的环保型充填胶凝材料。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本多源固废充填胶凝材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及矿山充填胶凝材料
，尤其涉及一种低成本多源固废充填胶凝材料及其制备方法和应用。
[0002]大量的井下采空区充填需要消耗数以万吨计的水泥。据统计，充填成本占采矿成本的1/3左右，昂贵的充填成本不仅给矿山造成很大的经济压力，而且严重制约了充填采矿技术的应用和发展。采用新工艺新技术，在不降低充填体强度的情况下，降低水泥单耗量或寻求水泥代用品，是充填技术的主攻方向。
[0003]矿渣是在高炉有色金属冶炼产生的一种具有潜在活性的材料的副产品。干法脱硫灰副产品的含钙量很高，常作为混凝土的掺和料。脱硫石膏化学成分与天然石膏相同，为二水硫酸钙晶体CaSO4·
2H2O。细废玻璃骨料和矿渣之间会产生火山灰反应。煤渣的形成是水煤浆气化时，原料煤在高温区中快速完成气化反应逸出气体，熔融态煤渣在激冷室中与高压激冷水迅速接触，冷却固化为蜂窝状细孔结构明显的玻璃渣固体小颗粒渣体。一直以来固废协同利用种类通常仅限于2种或3种，多源固废相互协同一直未加以利用且其效果也有待提高，目前亟待提供一种新的低成本的多源固废胶凝材料以充分利用多源固废的化学成分和火山灰特性将这些废物协同用于矿山充填。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种低成本多源固废胶凝材料及其制备方法。本专利技术提供的脱硫石膏
‑
生石灰
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脱硫灰
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高炉矿渣
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废玻璃
‑r/>煤渣结合起来共同作用的充填胶凝材料，与尾砂、煤矸石等粗骨料加水混合后的充填体能很好地满足井下充填强度需求，同时进一步降低矿山充填成本，是适用于低成本的理想型矿山充填环保型胶凝材料。
[0005]第一方面，本专利技术提供的低成本多源固废充填胶凝材料，包括如下重量百分含量的组分：脱硫石膏8％～15％，生石灰5～10％，脱硫灰15～25％，矿渣50～65％，废玻璃0～5％，煤渣0～5％。
[0006]本专利技术提供的胶凝材料，只需要球磨机粉磨，无需在高温下煅烧，环保无污染，粉磨至一定比表面积，具有高活性，尤其是，本专利技术中的脱硫石膏、生石灰、脱硫灰和高炉矿渣、废玻璃、煤渣成本低且较容易获得，且实现了各固废物料物化特性相互间的协同交互作用，降低充填采矿成本，实现工业废弃物的资源化利用，同时具有优异的力学性能、成型快，易脱模等综合性能。
[0007]本专利技术发现，在优选用量下的脱硫石膏、生石灰、脱硫灰、高炉矿渣、废玻璃及煤渣相互作用下的新型低成本多源固废的充填胶凝材料，能够完全替代水泥的情况下，还无需添加额外的激发剂，大幅降低充填成本，尤其在特定用量及比表面积的特定组分组合的共同作用下能够实现充填料在早期和后期抗压强度等综合性能的进一步提升。
[0008]作为优选，包括如下重量百分含量的组分：脱硫石膏12％～15％，生石灰7～10％，脱硫灰15～20％，矿渣53～58％，废玻璃2～5％，煤渣2～4％；
[0009]进一步优选，由以下重量百分含量的组分组成：脱硫石膏8％～10％，生石灰9～
10％，脱硫灰15～20％，矿渣55～58％，废玻璃4～5％，煤渣2～4％，各组分的比表面积优选为320～450m2/kg。
[0010]作为优选，所述矿渣选自水淬高炉炼铁矿渣、水淬锰铁、钢渣中的一种或多种，优选为水淬高炉矿渣。本专利技术的高炉矿渣优选为冶炼生铁时迅速冷却具有水硬特性的高炉矿渣。
[0011]进一步优选，所述矿渣包括以下质量分数的成分：CaO 40～50％，SiO
2 20～30％，Al2O
3 10～20％，MgO 4～10％，Fe2O
3 1～2％；优选的，所述矿渣的碱度系数Mo为1～1.4，质量系数k≥1.2，活性系数>1。本专利技术中，采用优选的矿渣与脱硫灰、脱硫石膏、生石灰、脱硫灰、废玻璃和煤渣进行复合，能更充分的激发各组分协同作用效果，脱硫灰中含有一定量的游离氧化钙和石膏相，对矿渣起碱(OH
‑
)和石膏(SO42‑
)双重激发效果。减小废玻璃的粒度会增加火山灰特性，并导致产生胶结材料，从而导致细废玻璃骨料和矿渣之间的火山灰反应，煤渣破坏矿渣玻璃体表面难水化的致密层，使内部易水化的玻璃体暴露出来，破坏解聚矿渣中Si—O—Si和Si—O—Al网络结构，激发矿渣活性。石灰中含有大量的氧化钙和石膏相，对矿粉起碱和硫激发作用。在碱性环境激发下，脱硫石膏的硫酸根粒子可以更好的激发粉煤灰的火山灰活性，产生大量的C
‑
S
‑
H、钙矾石和二水石膏等水化产物。致使充填体试样强度逐渐增加。
[0012]作为优选，所述脱硫灰包括以下质量分数的成分：SiO
2 20～30％，Al2O
3 10～20％，CaO 5～10％、SO
3 10～15％、Fe2O
3 1～5％和MgO 1～4％。
[0013]本专利技术中，采用干法脱硫的副产品脱硫灰，能很好地用来替代水泥中部分黏土和其他硅酸盐质原料。
[0014]作为优选，所述脱硫石膏为在处理燃煤或燃油烟气中的二氧化硫得到的工业副产石膏；所述脱硫石膏的主要化学成分优选为二水硫酸钙晶体CaSO4·
2H2O，SO3的含量优选为25％～46％。
[0015]进一步优选，所述脱硫石膏包括以下质量分数的成分：SiO
2 1～5％，Al2O
3 0～2％，Fe2O
3 0～1％，CaO 30～33％、SO
3 40～45％组成。
[0016]进一步优选，所述煤渣包括以下质量分数的成分：SiO
2 70～80％，Al2O
3 5～10％，CaO 1～4％，MgO 1～4％，Fe2O
3 2～10％和SO
3 0～2％组成，烧失量为1～4％。
[0017]进一步优选，所述废玻璃包括以下质量分数的成分：SiO
2 70～80％，Al2O
3 0～5％，CaO 0～4％，MgO 10～20％，Fe2O
3 0～1％组成。
[0018]进一步优选，所述生石灰的主要化学成分为CaO，优选CaO质量分数大于85％。
[0019]本专利技术中，对脱硫灰、脱硫石膏、生石灰、脱硫灰、废玻璃和煤渣各组分的参数进行的优化，在上述优化的各组分相互作用下，尤其在特定用量及优选参数下的脱硫灰、脱硫石膏、生石灰、脱硫灰、废玻璃和煤渣的共同作用下能使得多源固废胶凝材料的各期抗压强度得到预料不到的效果提升，且由其形成的充填体各项力学性能更优、施工性能更佳且成本大幅降低，综合效果显著。
[0020]第二方面，本专利技术提供的低成本多源固废胶凝材料的制备方法，包括：按比例将脱硫石膏、生石灰、脱硫灰、矿渣、废玻璃和煤渣粉磨的步骤；优选粉磨至勃氏比表面积为320～450m2/kg。
[0021]作为优选，本专利技术提供的低成本多源固废胶凝材料的制备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本多源固废充填胶凝材料，其特征在于，包括如下重量百分含量的组分：脱硫石膏8％～15％，生石灰5～10％，脱硫灰15～25％，矿渣50～65％，废玻璃0～5％，煤渣0～5％。2.根据权利要求1所述的低成本固废充填胶凝材料，其特征在于，包括如下重量百分含量的组分：脱硫石膏12％～15％，生石灰7～10％，脱硫灰15～20％，矿渣53～58％，废玻璃2～5％，煤渣2～4％；优选的，由以下重量百分含量的组分组成：脱硫石膏8％～10％，生石灰9～10％，脱硫灰15～20％，矿渣55～58％，废玻璃4～5％，煤渣2～4％；各组分的比表面积优选为320～450m2/kg。3.根据权利要求2所述的低成本多源固废充填胶凝材料，其特征在于，所述矿渣选自水淬高炉炼铁矿渣、水淬锰铁、钢渣中的一种或多种，优选为水淬高炉炼铁矿渣；所述矿渣包括以下质量分数的成分：CaO 40～50％，SiO
2 20～30％，Al2O
3 10～20％，MgO 4～10％，Fe2O31～2％；优选的，所述矿渣的碱度系数Mo为1～1.4，质量系数k≥1.2，活性系数>1。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的低成本多源固废充填胶凝材料，其特征在于，所述脱硫灰包括以下质量分数的成分：SiO
2 20～30％，Al2O
3 10～20％，CaO 5～10％、SO
3 10～15％、Fe2O
3 1～5％和MgO 1～4％。5.根据权利要求1
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4任一项所述的低成本多源固废充填胶凝材料，其特征在于，所述脱硫石膏为在处理燃煤或燃油烟气中的二氧化硫得到的工业副产石膏；所述脱硫石膏的主要化学成分优选为二水硫酸钙晶体CaSO4·
2H2O，SO3的含量优选为25％～46％；优选的，所述脱硫石膏包括以下质量分数的成分：SiO
2 1～5％，Al2O
3 0～2％，Fe2O30～1％，CaO 30～33％、SO
3 40～45％组成。6.根据权利要求1
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5任一项所述的低成本多源固废充填胶凝材料，其特征在于，所述煤渣包...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文华，姜鹏飞，陈金宇，刘畅，
申请(专利权)人：天地科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：