CN110372309A - 一种用于采空区填充的钛石膏基材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于采空区填充的钛石膏基材料及其制备方法，本发明中的用于采空区填充的钛石膏基材料以经过煅烧陈化后的钛石膏为主要原料，添加少量硅酸盐水泥、脱硫石膏、粉煤灰等成分，经过混合、成型、脱模即可完成。本发明中钛石膏基材料充分利用固废材料，降低填充料的使用成本，并且该材料流动性、和易性好，便于施工，终凝时间相对于水泥基材料缩短，减少了填充时间。

Description

一种用于采空区填充的钛石膏基材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于采空区填充的钛石膏基材料及其制备方法，属于化工材料领域。
背景技术
金矿、煤矿等一些矿产开采后，在地下留下了较大的空洞区，采空区在长时间闲置之后会引发顶板岩层塌落的危险，引起地表的塌陷，严重影响到地表农田、建筑物，更甚者会影响到居民的正常生活。目前对采空区的填充主要采用水泥基材料，在填充之后能有效缓解空洞区塌落的危险，但是使用水泥为主要材料用于采空区，水泥初终凝时间相对较长，不利于整个填充工程的快速化完成；同时水泥在凝固之后具有一定的收缩性，这不利于完整的填充采空区的空隙，外加使用水泥材料填充会导致整个填充成本的升高，浪费更多的资源。因此，探索一种应用于采空区的新型填充材料十分有必要。
钛石膏是生产钛白粉时用石灰石处理酸性废水所产生的一种以二水石膏为主的废渣，钛石膏露天堆不仅会占用大量的土地资源，而且其含有的酸性成分在长期堆放中会对周围环境及地下水造成严重的污染。每生产一吨钛白粉就会附带产生5-6吨钛石膏。钛石膏是一种含水量大、粘度高、杂质成分高，大规模资源化利用率低的一种工业废物。钛石膏终凝较短及凝固之后的微膨胀性，能够有效加快填充过程及完整的填充采空区，同时又能解决钛石膏利用难的问题，降低采空区填充的成本。中国专利CN101486533A矿业充填用早强胶固粉其仅仅是提供以矿渣、石灰、脱硫石膏和钛石膏简单配方的胶固粉，并不是直接作为填充基材料，也与本发明的配方差别较大。
发明内容
本发明克服了上述现有技术的不足，提供一种用于采空区填充的钛石膏基材料及其制备方法，本发明中的用于采空区填充的钛石膏基材料以经过煅烧陈化后的钛石膏为主要原料，添加少量硅酸盐水泥、脱硫石膏、粉煤灰等成分，经过混合、成型、脱模即可完成。
一种用于采空区填充的钛石膏基材料，包括如下组分(按质量份数计)：
经过煅烧陈化的钛石膏65-85份、脱硫石膏5-10份、水泥1-12份、粉煤灰1-6份、硅灰1-6份、矿渣1-6份、柠檬酸钠0.05-0.3份、羧甲基纤维素钠0.1-0.3份、萘系减水剂0.3份、激发剂0.05-0.2份。
进一步的，上述萘系减水剂为萘磺酸盐甲醛缩合物。
进一步的，上述水泥选用425硅酸盐水泥。
进一步的，上述激发剂为K2SO4。
进一步的，上述经过煅烧陈化的钛石膏的制备方法包括如下步骤：
S1将钛石膏在40-42℃下烘干获得烘干后的钛石膏；
S2步骤S1中获得烘干后的钛石膏放入170-175℃中高温煅烧1.8-2h，获得煅烧后的钛石膏；
S3步骤S2中获得的煅烧后的钛石膏陈化7-10天获得经过煅烧陈化的钛石膏。
进一步的，上述钛石膏基材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照标准稠度90-120％的标准获取相应的用水量，将3份萘系减水剂、0.05-0.3份柠檬酸钠、0.1-0.3份羧甲基纤维素钠及0.05-0.2份激发剂加入水中搅拌，充分溶解获得材料1；
2)称取65-85份钛石膏、5-10份脱硫石膏、1-12份425硅酸盐水泥、1-6份粉煤灰、1-6份硅灰、1-6份矿渣这六种材料充分混合，获得材料2；
3)将步骤2)获得的材料2倒入步骤1)获得的材料1中，充分搅拌后倒入模具中，放置于20±1℃、湿度50-65％环境下1.5-2h，凝固后脱模获得成型的钛石膏基材料；
4)将步骤3)中获得的成型的钛石膏基材料放入适宜环境中养护7d，烘干后即可获得所需的钛石膏基材料。
进一步的，上述步骤3)中的模具指40mm*40mm*160mm三联模具。
进一步的，上述步骤4)中所述的适宜环境指温度20-22℃、湿度55-65％的环境。
有益效果：
(1)材料成本低。使用钛石膏为主要原料的基础上，加上少量水泥及其他固废材料，相比较之前采用水泥做填充材料成本低廉。
(2)钛石膏基填充材料流动性、和易性好，便于施工。
(3)钛石膏基材料终凝时间相对于水泥基材料缩短，减少了填充时间。
(4)钛石膏基材料在凝固之后具有微膨胀性，而水泥在凝固之后具有收缩性；钛石膏基材料的这种微膨胀性能够能够严实的填满采空区的角落。
具体实施方式
为了使本技术领域人员更好地理解本申请中的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步说明，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部，本发明不受下述实施例的限制。
实施例1制备钛石膏基材料
(1)一种用于采空区填充的钛石膏基材料，按钛石膏80、脱硫石膏6、425硅酸盐水泥6、粉煤灰3、硅灰3、矿渣2、柠檬酸钠1‰、羧甲基纤维素钠1‰、萘系减水剂3‰、激发剂1‰，标稠90％制备成三联模，在温度20℃、湿度55％环境下养护7d，测试相关数据如表1所示。
表1 钛石膏材料测试相关数据
(2)一种用于采空区填充的钛石膏基材料，按钛石膏75、脱硫石膏5、425硅酸盐水泥10、粉煤灰5、硅灰2、矿渣3、柠檬酸钠1‰、羧甲基纤维素钠1.5‰、萘系减水剂3‰、激发剂1.3‰，标稠95％制备成三联模，在温度20℃、湿度55％环境下养护7d，测试相关数据如表2所示。
表2 钛石膏材料测试相关数据
(3)一种用于采空区填充的钛石膏基材料，按钛石膏85、脱硫石膏8、425硅酸盐水泥2、粉煤灰1、硅灰2、矿渣2、柠檬酸钠1‰、羧甲基纤维素钠1.5‰、萘系减水剂3‰、激发剂1.5‰，标稠100％制备成三联模，在温度20℃、湿度55％环境下养护7d，测试相关数据如表3所示。
表3 钛石膏材料测试相关数据
实施例2
按照实施例1中(1)(2)(3)的比例分别称取钛石膏、脱硫石膏、425硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、矿渣，将这几种材料充分混合均匀，并将混合好的材料倒入已经搅拌好的萘系减水剂、柠檬酸钠、羧甲基纤维素钠、及激发剂与水的混合溶液中，搅拌均匀，分别制备钛石膏基材料1、钛石膏基材料2和钛石膏基材料3，将三种浆体分别倒入维卡仪中测试其初终凝时间；同时按照上述浆体制备方法制备浆体倒入40mm*40mm*160mm三联模中，待1.5-2h后脱模，放入放置于20±1℃、湿度50-65％环境下养护7d后在42℃烘干测试其7d强度
对照组设置使用普通水泥，将水泥基材料浆体分别倒入维卡仪中测试其初终凝时间；同时按照上述浆体制备方法制备浆体倒入40mm*40mm*160mm三联模中，脱模后放入放置于20±1℃、湿度95％水环境下养护，测试其7d强度
表4 本发明中钛石膏基材料和水泥的对比试验
从表4中可，以看出钛石膏基材料1、2、3组初终凝时间相对于水泥基材料大大缩短，以此就减少了整个采空区填充所用的时间，大大加快了整个采空区填充工程进度。对比分析钛石膏基材料与水泥基材料7d强度，虽三组钛石膏基材料强度都不如水泥基材料，但是填充区处于无人为活动的区域，钛石膏基材料强度能够满足填充要求；除此之外，使用水泥基材料，还会增大水泥产量的生产，而水泥生产中又会对生态环境有一定破坏，而钛石膏基材料大多是固体废弃物，相对于使用水泥基材料填充采空区其不仅不会对生态环境有害，同时还能够解决钛石膏处理难的问题。

Claims (8)

1.一种用于采空区填充的钛石膏基材料，其特征在于，包括如下组分，按照质量份数计：
经过煅烧陈化的钛石膏65-85份、脱硫石膏5-10份、水泥6-15份、粉煤灰3-6份、硅灰3-6份、矿渣2-5份、柠檬酸钠0.05-0.3份、羧甲基纤维素钠0.1-0.3份、萘系减水剂3份、激发剂0.05-0.2份。
2.如权利要求1所述的钛石膏基材料，其特征在于，所述萘系减水剂为萘磺酸盐甲醛缩合物。
3.如权利要求1所述的水泥为425硅酸盐水泥。
4.如权利要求1所述的钛石膏基材料，其特征在于，所述激发剂为K2SO4。
5.如权利要求1所述的钛石膏基材料，其特征在于，所述经过煅烧陈化的钛石膏的制备方法包括如下步骤：
S1将钛石膏在40-42℃下烘干获得烘干后的钛石膏；
S2步骤S1中获得烘干后的钛石膏放入170-175℃中高温煅烧1.8-2h，获得煅烧后的钛石膏；
S3步骤S2中获得的煅烧后的钛石膏陈化7-10天获得经过煅烧陈化的钛石膏。
6.如权利要求1所述的钛石膏基材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按照标准稠度90-120％的标准获取相应的用水量，将3份萘系减水剂、0.05-0.3份柠檬酸钠、0.1-0.3份羧甲基纤维素钠及0.05-0.2份激发剂加入水中搅拌，充分溶解获得材料1；
2)称取65-85份钛石膏、5-10份脱硫石膏、6-15份425硅酸盐水泥、3-6份粉煤灰、3-6份硅灰、2-5份矿渣这六种材料充分混合，获得材料2；
3)将步骤2)获得的材料2倒入步骤1)获得的材料1中，充分搅拌后倒入模具中，放置于20±1℃、湿度50-65％环境下1.5-2h，凝固后脱模获得成型的钛石膏基材料；
4)将步骤3)中获得的成型的钛石膏基材料放入适宜环境中养护7d，烘干后即可获得所需的钛石膏基材料。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中的所述的模具指40mm*40mm*160mm三联模具。
8.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述的适宜环境指温度20-22℃、湿度55-65％的环境。
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