【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无机矿物凝胶材料，更具体的说是涉及一种凝胶材料及制备方法和应用。
技术介绍
1、在矿山开采时不仅可以得到所需要的矿产，同时还会产生大量的尾矿，甚至尾矿的量远大于所采的矿产。通常尾矿活性低，强度差，没有再生利用的价值，因此，尾矿很多时候只能作为一种固废。之前，采矿企业处理尾矿的办法是建立尾矿库，将尾矿封存在尾矿库中。随着对环境保护的要求越来越严格，大部分地区和国家不再允许矿山企业设立尾矿库，因此，尾矿的处理成了矿山企业的一个重要难题。目前矿山企业大都采用充填的方式，通过凝胶材料——硅酸盐水泥将尾矿充填至地下采空区并形成具有一定强度的充填体，一方面解决了尾矿浆堆放的问题，另一方面还降低了矿区坍塌的安全隐患。
2、其中，凝胶材料，尤其是无机矿物胶凝材料，是指在物理、化学作用下，可以从拥有流动性的浆体变成坚硬的固体的材料，其具有良好的胶结性能，通过胶结性能可以将其他散粒状或块状材料粘结成整体的材料。日常生活中常见的水泥是无机胶凝材料中最具代表物之一。常见的硅酸盐水泥即以适当成分的生料(氧化铁3％～5％，氧化铝4％～7％，氧化硅21％～23％，氧化钙64％～68％)烧至部分熔融，得到以硅酸钙为主的熟料，掺入适量石膏和一定量的混合材料，磨细所得的水硬性胶凝材料。其中的主要化学反应是氧化硅与氢氧化钙反应形成水化硅酸钙凝胶，同样，水泥中的氧化铝与氢氧化钙反应形成水化铝酸钙凝胶，然后再与硫酸钙作用形成水硬性钙矾石。然而硅酸盐水泥的生产属于高能高污染行业，其生产不仅开采了大量的石山，破坏了当地的植被和生态，而且对环境和绿化
3、因此，提供一种低成本且高强度的新型凝胶材料是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，为克服现有技术中采用硅酸盐水泥作为矿山填充材料存在的成本高，强度低，以及对环境存在污染等问题，本专利技术提供了一种低成本、高强度的凝胶材料以及制备方法，其对科学研究和应用领域具有重大意义。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种凝胶材料，按质量百分数计包括以下组分：
4、a组分：烧制白云石10-45％，硼泥15-25％，烧制高岭土10-45％；
5、b组分：固废石膏10-25％，水氯镁石10-45％，磷酸一钠2-8％；
6、c组分：增强剂5-20％，复合助剂3-10％。
7、上述技术方案达到的有益效果为：一方面，本专利技术凝胶材料中限定的原料组分中不含水泥，避免了环境污染且降低了成本。另一方面，通过将本专利技术三种组分进行复配，可以制备出低成本，高强度的矿山充填用凝胶材料。
8、优选的，一种凝胶材料，按质量百分数计包括以下组分：
9、a组分：烧制白云石15-20％，硼泥15-20％，烧制高岭土10-30％；
10、b组分：固废石膏10-13％，水氯镁石10％，磷酸一钠2-5％；
11、c组分：增强剂10-20％，复合助剂5％。
12、优选的，一种凝胶材料，按质量百分数计包括以下组分：
13、a组分：烧制白云石20％，硼泥20％，烧制高岭土10％；
14、b组分：固废石膏10％，水氯镁石10％，磷酸一钠5％；
15、c组分：增强剂20％，复合助剂5％。
16、优选的，所述固废石膏为磷石膏、脱硫石膏、盐石膏、氟石膏、柠檬酸石膏、钛石膏中的一种或多种。
17、优选的，所述固废石膏为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的一种或多种。
18、优选的，所述的增强剂为玻璃纤维、玄武岩纤维、埃洛石中的一种或多种。
19、优选的，所述复合助剂按质量百分数计包括以下组分：
20、减水剂20-50％，缓凝剂10-25％，发泡剂10-30％，激发剂5-20％，分散剂20-40％。
21、上述技术方案达到的有益效果为：本专利技术限定的复合助剂中，减水剂可以减少水的用量；发泡剂可以起到快速固定的作用；分散剂可以使各组分分散均匀；缓凝剂是减缓凝胶速度，避免填充之前就发生了凝胶；激发剂可以来激活整个凝胶反应体系。通过各原料组分之间相互作用，共同制备高强度的凝胶材料。
22、优选的，所述减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂、聚羧酸盐系减水剂中的一种或多种；
23、所述缓凝剂为柠檬酸钠、葡萄糖酸钠、木质素磺酸钠、木质磺酸钙盐、羧甲基纤维素钠中的一种或多种；
24、所述发泡剂为铝粉；
25、所述激发剂为硅酸钠、氢氧化钠、碳酸钠、工业废碱中的一种或多种；
26、所述分散剂为油酸钠、聚丙烯酸钠和纤维素中的一种或多种。
27、为实现上述目的，本专利技术提供另一技术方案：
28、一种凝胶材料的制备方法，具体包括以下步骤：
29、s1，所述烧制白云石为将白云石在1400-1800℃煅烧1-4h所得；
30、所述烧制高岭土为将高岭土在600-900℃煅烧1-6h所得；
31、s2，按照上述凝胶材料组分用量配比，将所述a组分和b组分混合均匀，置于粉碎机中粉碎成粉末，再与c组分混合均匀，即得到所述凝胶材料。
32、上述技术方案达到的有益效果为：本专利技术通过对白云石和高岭土进行煅烧，使其内部发生化学反应，煅烧后的白云石提供氧化钙，氧化镁；煅烧后的高岭土提供氧化铝和氧化硅；硼泥提供氧化镁，氧化硅；石膏含有硫酸镁；水氯镁石为氯化镁，氧化物与水易形成强碱溶液。具体涉及的反应包括，氧化钙与氧化硅可得硅酸钙，氧化镁、氧化硅和镁可得硅酸铝镁，氧化钙和氧化铝可得铝酸钙，硅酸钙与硫酸镁可得钙矾石，磷酸与镁可得磷酸镁，氧化镁与氯化镁得到氯氧镁。其中，反应过程中形成的硅酸镁铝、硅酸钙、铝酸钙、钙矾石、磷酸镁等为水硬性凝胶材料；氯氧镁为气硬性无机凝胶材料。磷酸镁为耐水性材料可以提高体系早期的强度，而氯氧镁为气硬性凝胶材料，可以提高体系后期的强度。
33、优选的，所述粉末粒径在100μm以下。
34、上述凝胶材料或上述制备方法制备出的凝胶材料在矿山填充中的应用。
35、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种凝胶材料及制备方法和应用，具有以下有益效果：
36、1.本专利技术提供的一种凝胶材料，可以替代传统硅酸盐水泥对尾矿进行固化，相对采用水泥作为凝胶材料的方式，节省了矿山充填的成本，且环境污染小。
37、2.本专利技术限定的一种凝胶材料，其中原料组分在胶结过程中发生多种化学反应，分别形成包括硅酸镁铝、硅酸钙、铝酸钙、钙矾石、磷酸镁等不同的水硬性凝胶材料和氯氧镁等气硬性无机凝胶材料，其中磷酸镁为耐水性材料可以提高体系早期的强度，而氯氧镁为气硬性凝胶材料，可以提高体系后期的强度，从而获得本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种凝胶材料，其特征在于，包括以下质量百分数的原料：
2.根据权利要求1所述的一种凝胶材料，其特征在于，包括以下质量百分数的原料：
3.根据权利要求1所述的一种凝胶材料，其特征在于，包括以下质量百分数的原料：
4.根据权利要求1所述的一种凝胶材料，其特征在于，所述固废石膏为磷石膏、脱硫石膏、盐石膏、氟石膏、柠檬酸石膏、钛石膏中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种凝胶材料，其特征在于，所述的增强剂为玻璃纤维、玄武岩纤维、埃洛石中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种凝胶材料，其特征在于，所述复合助剂包括以下质量百分数的组分：
7.根据权利要求6所述的一种凝胶材料，其特征在于，
8.一种凝胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述粉碎后粉末粒径在100μm以下。
10.根据权利要求1-7任一项所述凝胶材料或权利要求8-9任一项所述制备方法制备的凝胶材料在矿山填充中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种凝胶材料，其特征在于，包括以下质量百分数的原料：
2.根据权利要求1所述的一种凝胶材料，其特征在于，包括以下质量百分数的原料：
3.根据权利要求1所述的一种凝胶材料，其特征在于，包括以下质量百分数的原料：
4.根据权利要求1所述的一种凝胶材料，其特征在于，所述固废石膏为磷石膏、脱硫石膏、盐石膏、氟石膏、柠檬酸石膏、钛石膏中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种凝胶材料，其特征在于，所述的增强剂为玻璃纤维、玄武岩纤维、埃洛...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙卫东，危仁波，
申请(专利权)人：江苏茂畅科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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