CN107540302A - 一种矿山充填用的胶凝材料及含有该胶凝材料的充填料浆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿山充填用的胶凝材料及含有该胶凝材料的充填料浆。一种矿山充填用的胶凝材料由以下质量份的原料组成：40～65份磷石膏，18～25份黄土，10～22份矿渣，5～15份钢渣，0.1～0.8份减水剂。一种矿山充填用的料浆，包括上述的矿山充填用的胶凝材料、水泥和水。本发明针对矿山充填胶凝剂的要求，设计开发出了以磷石膏为主要原料，并辅以黄土的矿山充填用胶凝材料。由本发明的胶凝材料制备得到的充填料浆与现用水泥相比，其强度整体比现用的水泥要好，同时本发明的充填料浆完全满足矿山充填所要求的流动性。本发明的充填料浆由于使用了黄土使充填成本更低，不但完全可以替代水泥，同时也有利于消耗大量堆积的磷石膏，有利于保护环境。

Description

一种矿山充填用的胶凝材料及含有该胶凝材料的充填料浆

技术领域

本发明涉及一种矿山充填用的胶凝材料及含有该胶凝材料的充填料浆。

背景技术

磷石膏是磷化工企业湿法生产磷酸的工业副产品，每1吨磷酸将产生约5吨的磷石膏。随着我国磷化工产业的快速发展，每年的副产磷石膏已经超过4000万吨，累计堆积的磷石膏超过约2亿吨。由于各种原因，目前我国磷石膏资源化利用率不足15％，剩余的部分作为固体废弃物堆积或者填埋，这不但占用了大量的土地，还对周围环境造成了严重污染，因此加快对磷石膏的资源化利用已经刻不容缓。

另一方面，采矿工业在索取资源的同时，形成大量的采空区，采空区的失稳塌陷或崩塌，使大量的土地和植被遭受破坏，甚至造成安全事故。同时采矿产生的大量尾矿砂，颗粒极细，成分波动大，难以利用，这些得不到利用的尾矿砂堆积成尾矿山，不仅是资源的极大浪费，而且对环境造成了极大的污染。用充填法开采矿床，是保护地表不发生塌陷，实现采矿工业与环境协调发展最可靠的技术支持。而将廉价的矿山废料尾矿砂大量应用于矿山充填，不但提供了矿山充填料的原料，还解决了矿山工业废料污染环境和占用耕地的问题，具有十分重大的意义。目前大部分矿山充填采矿法使用的充填胶结剂仍然为硅酸盐水泥，适用于矿山充填特点的专用胶凝剂还不多见。

黄土高原地区是地球上黄土分布最多的地区，受其影响，黄土在我国中西部地区广泛分布，包括青海、陕西、山西、内蒙古、河南、河北等地。黄土多被认为风化沉淀形成，其形成年代较晚，性质疏松多孔，粘结力较差，颗粒较细，属于沙土中的粉沙。黄土具有廉价易得的特点，利用这种天然的资源优势，以黄土作为辅助材料，并使用磷石膏研制出符合矿山采空区充填要求的充填材料，具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矿山充填用的胶凝材料及含有该胶凝材料的充填料浆。

本发明所采取的技术方案是：

一种矿山充填用的胶凝材料，由以下质量份的原料组成：40～65份磷石膏，18～25份黄土，10～22份矿渣，5～15份钢渣，0.1～0.8份减水剂。

黄土的粒径小于85μm。

矿渣为高炉水淬矿渣。

减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。

一种矿山充填用的料浆，包括上述的矿山充填用的胶凝材料、水泥和水。

料浆中，胶凝材料与水泥的质量比为1：(3～8)。

料浆中，水泥为42.5或42.5R型水泥。

料浆的水含量为30wt％～40wt％。

本发明的有益效果是：

本发明针对矿山充填胶凝剂的要求，设计开发出了以磷石膏为主要原料，并辅以黄土的矿山充填用胶凝材料。由本发明的胶凝材料制备得到的充填料浆与现用水泥相比，其强度整体比现用的水泥要好，同时本发明的充填料浆完全满足矿山充填所要求的流动性。本发明的充填料浆由于使用了黄土使充填成本更低，不但完全可以替代水泥，同时也有利于消耗大量堆积的磷石膏，有利于保护环境。

具体实施方式

一种矿山充填用的胶凝材料，由以下质量份的原料组成：40～65份磷石膏，18～25份黄土，10～22份矿渣，5～15份钢渣，0.1～0.8份减水剂。

优选的，一种矿山充填用的胶凝材料，由以下质量份的原料组成：48～60份磷石膏，19～21份黄土，11.5～19.5份矿渣，6～12份钢渣，0.2～0.5份减水剂。

优选的，磷石膏的化学组成为：SO₃含量为35wt％～40wt％，CaO含量为28wt％～32wt％，SiO₂含量为7wt％～10wt％，P₂O₅含量为1wt％～1.5wt％，Al₂O₃含量为0.8wt％～1.3wt％，Fe₂O₃含量为0.5wt％～1.0wt％，其余为烧失量。

黄土优选自山西地区的黄土，黄土在使用前过筛处理，选取粒径小于85μm的黄土。

优选的，黄土的主要化学组成为：SiO₂含量为53wt％～58wt％，Al₂O₃含量为25wt％～30wt％，Fe₂O₃含量为2.5wt％～3.5wt％，TiO₂含量为1wt％～2wt％。

优选的，矿渣为高炉水淬矿渣。

优选的，矿渣的化学组成为：CaO含量为35wt％～39wt％，SiO₂含量28wt％～31wt％，Al₂O₃含量为13wt％～16wt％，MgO含量为8wt％～10wt％，Fe₂O₃含量为3wt％～5wt％，其余为烧失量。

优选的，钢渣的化学组成为：CaO含量为38wt％～41wt％，Fe₂O₃含量为16wt％～18wt％，SiO₂含量为13wt％～15wt％，MgO含量为7wt％～9wt％，Al₂O₃含量为6wt％～8wt％，SO₃的含量为6wt％～8wt％，余量为烧失量。

优选的，减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。

一种矿山充填用的料浆，包括上述的矿山充填用的胶凝材料、水泥和水。

优选的，料浆中，胶凝材料与水泥的质量比为1：(3～8)；进一步优选的，胶凝材料与水泥的质量比为1：4。

优选的，料浆中，水泥为42.5或42.5R型水泥；进一步优选的，水泥为42.5型水泥。

优选的，料浆的水含量为30wt％～40wt％；进一步优选的，料浆的水含量为35wt％。

磷石膏的主要成分是二水石膏，本身并不具有胶凝性。但石膏与某些具有潜在水硬性的工业废渣，在适当碱度(钢渣)条件下，可发生水化反应并生成稳定的水化产物。黄土具有疏松多孔，颗粒细，表面积大的特点，有助于各原材料的吸附以及分散，形成更稳定的水化产物。同时由于黄土来源广价格低，可以降低胶凝材料的生产成本。以未经煅烧处理的磷石膏为主要原料，并辅以黄土，通过添加钢铁工业的高炉水淬矿渣和少量碱性激发剂，混合磨细能制成一种新型低能耗的较高强度的水硬性胶凝材料。

以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。

实施例1：

一种矿山充填用的胶凝材料其原料组成如表1所示。

表1实施例1的胶凝材料

原料	质量份
		磷石膏	48
黄土	20
		矿渣	19.5
钢渣	12
		减水剂	0.5

实施例2：

一种矿山充填用的胶凝材料其原料组成如表2所示。

表2实施例2的胶凝材料

实施例3：

一种矿山充填用的胶凝材料其原料组成如表3所示。

表3实施例3的胶凝材料

原料	质量份
		磷石膏	54
黄土	20
		矿渣	17.8
钢渣	8
		减水剂	0.2

实施例4

一种矿山充填用的胶凝材料其原料组成如表4示。

表4实施例4胶凝材料

原料	质量份
		磷石膏	56
黄土	20
		矿渣	11.5
钢渣	12
		减水剂	0.5

实施例5：

一种矿山充填用的胶凝材料其原料组成如表5所示。

表5实施例5的胶凝材料

实施例1～5中，所用磷石膏的化学组成为：SO₃含量为38.9％，CaO含量为30.4％，SiO₂含量为8.7％，P₂O₅含量为1.3％，Al₂O₃含量为1.1％，Fe₂O₃含量为0.7％，其余为烧失量；黄土的粒径小于85μm，其化学组成为：SiO₂含量为55.6％，Al₂O₃含量为28.2％，Fe₂O₃含量为3.02％，TiO₂含量为1.28％，烧失量为8.7％，其余为微量元素；矿渣为高炉水淬矿渣，其化学组成为：CaO含量为38.2％，SiO₂含量30.5％，Al₂O₃含量为15.3％，MgO含量为9.7％，Fe₂O₃含量为4.3％，其余为烧失量；钢渣的化学组成为：CaO含量为40.3％，Fe₂O₃含量为17.5％，SiO₂含量为14.8％，MgO含量为8.3％，Al₂O₃含量为7.5％，SO₃的含量为7.1％，余量为烧失量；减水剂为萘系减水剂。

本发明的胶凝材料及充填料浆是按以下方法进行制备的：

1)将磷石膏、黄土、矿渣和钢渣按配比称量加入搅拌桶；

2)密闭搅拌桶，用搅拌机搅拌5分钟；

3)搅拌完成后加入比例减水剂；

4)按灰砂比(胶凝材料与42.5型普通硅酸盐水泥质量比)1：4，65％的质量浓度加入水，并继续搅拌5分钟，使混合料完全搅拌均匀；

5)取适量搅拌均匀的料浆按GB/T 8077-2012《混凝土外加剂匀质性试验方法》采用“微型坍落度仪法”进行流动度测试；

6)将充分混合均匀的浆体灌注在40mm*40mm*160mm的三联模具中，用刮刀刮平表面，放入养护箱中；

7)试验样品有一定强度后，拆模，置于温度为20±2℃、相对湿度为95％的环境中养护至规定龄期，进行3天、7天和28天强度测量。

同时做对比例：使用矿山现用胶凝剂，市场上购买的普通42.5型水泥，按灰砂比1：4，料浆浓度为65％，在与实施例同等条件下制备充填料浆。

根据实际生产经验，矿山充填所需要的技术指标为：流动度值不小于200mm，其3天强度大于0.5MPa，7天强度大于2.5MPa，28天强度不小于6MPa。

实施例1～5以及对比例的抗压性能结果如表6所示。

表6实施例和对比例的抗压性能结果

从表6可见，本发明的充填浆料其在3天、7天和28天的强度整体都比使用传统胶凝材料水泥要好。

实施例1～5以及对比例的流动度结果如表7所示。

表7实施例和对比例的流动度结果

	流动度(mm)
		实施例1	235
实施例2	238
		实施例3	242
实施例4	247
		实施例5	231
对比例	245

从表7可见，本发明的充填浆料其流动性基本与现有的水泥接近。综上，本发明的充填浆料完全可以取代现有的水泥，用于矿山的充填。

Claims (8)

1.一种矿山充填用的胶凝材料，其特征在于：由以下质量份的原料组成：40～65份磷石膏，18～25份黄土，10～22份矿渣，5～15份钢渣，0.1～0.8份减水剂。

2.根据权利要求1所述的一种矿山充填用的胶凝材料，其特征在于：黄土的粒径小于85μm。

3.根据权利要求1所述的一种矿山充填用的胶凝材料，其特征在于：矿渣为高炉水淬矿渣。

4.根据权利要求1所述的一种矿山充填用的胶凝材料，其特征在于：减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系减水剂、三聚氰胺系减水剂、氨基磺酸盐系减水剂，脂肪酸系减水剂、聚羧酸系减水剂中的至少一种。

5.一种矿山充填用的料浆，其特征在于：包括权利要求1所述的一种矿山充填用的胶凝材料、水泥和水。

6.根据权利要求5所述的一种矿山充填用的料浆，其特征在于：胶凝材料与水泥的质量比为1：(3～8)。

7.根据权利要求6所述的一种矿山充填用的料浆，其特征在于：水泥为42.5或42.5R型水泥。

8.根据权利要求5所述的一种矿山充填用的料浆，其特征在于：料浆的水含量为30wt％～40wt％。