CN113493336B - 一种粉煤灰-矿渣基胶结充填材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种粉煤灰‑矿渣基胶结充填材料的制备方法，属于矿山充填材料领域。一种粉煤灰‑矿渣基胶结充填材料的制备方法包括以下步骤：（1）将大块的矸石破碎成0‑1mm、1‑2mm的细颗粒，其中0‑1mm的颗粒比例为60%以上；（2）将矿渣、粉煤灰混合物放入高速粉磨机中，粉磨20~30min，得到矿渣‑粉煤灰微粉；（3）将20℃以上火电厂废热水与矿渣‑粉煤灰微粉按1：（2~2.5）掺和，搅拌1~4h，制成矿渣‑粉煤灰胶凝料浆；（4）将筛分后的矸石细颗粒与矿渣‑粉煤灰胶凝料浆按（35~40）:（60~65）掺和，搅拌均匀后制成煤矿胶结充填材料。本发明制备的胶结充填材料无须加入激发剂，成本更为低廉、环保性更好。
Description
技术领域
本发明涉及矿山充填材料领域，尤其涉及一种粉煤灰-矿渣基胶结充填材料的制备方法。
背景技术
随着煤电一体化的快速发展，为了保证火电厂煤炭供应，节约煤炭运输、储存成本，许多火电厂建立在煤矿附近。
火电厂运行过程产生大量工业废弃物，如粉煤灰、废热（包括冷却水、高温烟气、高温蒸汽等），其中火电厂的冷却水一般在20~50℃，由于热品位较低，利用率不高。
煤炭的开采形成采空区，引起上覆岩层破断垮落，导致含水层及地表遭到破坏，造成水资源流失、建筑物受损、植被破坏等恶劣后果；煤炭开采及洗选过程产生大量矸石，矸石堆积在地表不仅占用耕地，而且污染土壤及大气，严重破坏生态环境。
近些年，一些专家、学者通过将水泥，或者矿渣、粉煤灰、钢渣等具有潜在火山灰活性的废弃物作为胶凝材料，与矸石、尾砂、建筑垃圾等骨料制备成胶结充填材料进行煤矿充填开采，将工业废弃物充填到采空区，达到减少工业废弃物及煤炭开采对生态环境造成破坏的目的。但是，利用水泥作为胶凝材料，煤矿充填成本会显著增高，不利于大面积推广应用；而采用矿渣、粉煤灰、钢渣作为胶凝材料时，需要掺入一定比例的氢氧化钠、水玻璃、硫酸钙等碱性激发剂对其活性进行激发，激发剂价格昂贵，增加煤矿充填成本，并且一些碱性激发剂对矿井下环境也会造成一定的污染；因此，不断探索更廉价、更环保的煤矿胶结充填材料，对煤矿企业实现绿色可持续发展十分重要。
发明内容
基于上述分析，本发明的目的在于提供一种粉煤灰-矿渣基胶结充填材料的制备方法，用来解决现有技术中煤矿胶结充填材料成本高及环保性差的缺点。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种粉煤灰-矿渣基胶结充填材料的制备方法，包括以下步骤。
（1）首先利用破碎机将大块的矸石破碎，通过筛网将破碎后的矸石颗粒筛分成0-1mm、1-2mm的颗粒，其中0-1mm的颗粒比例为60%以上，备用。
（2）将矿渣、粉煤灰混合物放入高速粉磨机中，粉磨20~30min，粉磨方法为：粉磨5min，停1~2min，得到矿渣-粉煤灰微粉。
所述的矿渣、粉煤灰混合物中，矿渣比例为45~49%，粉煤灰比例为51~55%。
所述的矿渣主要成分为CaO、Al2O3、SiO2、MgO。
所述的粉煤灰CaO含量不小于25%，其中游离氧化钙（f-CaO）含量不小于5%。
所述的高速粉磨机转速大于5000r/min，出料细度在10um以下。
（3）取火电厂废热水放置于保温桶中，并在保温桶中加入步骤（2）中粉磨后的矿渣-粉煤灰微粉，搅拌1~4h，搅拌速度为30r/min，制成矿渣-粉煤灰胶凝料浆。
所述的矿渣-粉煤灰微粉与火电厂废热水重量比为（2~2.5）：1。
所述的火电厂废热水温度不低于20°。
（4）将步骤（1）中筛分后的0-1mm、1-2mm的矸石颗粒，加入步骤（3）制成的矿渣-粉煤灰胶凝料浆中，搅拌均匀后制成煤矿胶结充填材料。
所述的矸石颗粒与所述的矿渣-粉煤灰胶凝料浆重量比为（35~40）:（60~65）。
本发明的原理是：粉煤灰本身含有一定数量游离氧化钙（f-CaO），利用粉磨机将矿渣、粉煤灰混合研磨，研磨过程中物料和物料、物料和粉碎机之间不断摩擦升温激发出粉煤灰中游离氧化钙（f-CaO）活性，使其更容易水化生成Ca(OH)2，同时，研磨后的矿渣-粉煤灰微粉粒度更细，比表面积更大，更容易在微碱性溶液中水化；另外，对研磨后的矿渣、粉煤灰混合物水溶液进行加热，可以进一步加大游离氧化钙（f-CaO）及矿渣、粉煤灰微粉水化程度，矿渣微粉和粉煤灰微粉的水化产物可以相互促进对方水化，产生更多的水化硅酸钙凝胶，使矿渣-粉煤灰料浆具有一定的胶凝特性；将具有胶凝特性的矿渣-粉煤灰混合物料浆与矸石细颗粒按照一定比例拌和，即可生产更为廉价、更为环保的煤矿胶结充填材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下。
①本发明采用矿渣、粉煤灰、矸石、火电厂废热水为原料制备煤矿胶结充填材料，所有的材料均为工业废弃物，有效提高了工业废弃物的再利用效率，减少了工业废弃物对生态环境的污染；本发明充分利用煤电一体化的区域优势，将火电厂粉煤灰、废热水及煤矿矸石统筹利用，进一步降低了煤矿充填材料的原料储、运成本。
②本发明利用火电厂废热水提高矿渣-粉煤灰微粉的水化程度，进一步激发出矿渣-粉煤灰混合料浆的胶凝性，为火电厂低品位废热的利用开辟了新的途径。
③本发明制备的煤矿胶结充填材料无须添加激发剂，不但可以大大降低煤矿充填成本，而且减少了激发剂对矿井环境的污染，更加安全环保。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行详细描述。
实施例1。
（1）首先利用破碎机将大块的矸石破碎，通过筛网将破碎后的矸石颗粒进行筛分成0-1mm、1-2mm的颗粒，其中0-1mm的颗粒比例为62%，备用。
（2）称取45Kg矿渣、55Kg粉煤灰混合后放入高速粉磨机中，粉磨20min，粉磨方法为：粉磨5min，停1min；得到矿渣-粉煤灰微粉。
所述的矿渣主要成分为CaO、Al2O3、SiO2、MgO。
所述的粉煤灰CaO含量为28%，游离态氧化钙（f-CaO）含量为5.4%。
所述的高速粉碎机转速为5100r/min，出料细度为5~10um。
（3）取50Kg火电厂25℃的废热水放置于保温桶中，并在保温桶中加入步骤（2）中粉磨后的矿渣-粉煤灰微粉，搅拌1h，搅拌速度为30r/min，制成矿渣-粉煤灰胶凝料浆。
（4）称取步骤（1）中筛分后的0-1mm、1-2mm的矸石颗粒100Kg，加入步骤（3）制成的矿渣-粉煤灰胶凝料浆中，搅拌均匀后制成煤矿胶结充填材料。
表1为实施例1制备的胶结充填材料的性能指标。
表1
实施例2。
（1）首先利用破碎机将大块的矸石破碎，通过筛网将破碎后的矸石颗粒进行筛分成0-1mm、1-2mm的颗粒，其中0-1mm的颗粒比例为65%，备用。
（2）称取47Kg矿渣、53Kg粉煤灰混合后放入高速粉磨机中，粉磨25min，粉磨方法为：粉磨5min，停1min；得到矿渣-粉煤灰微粉。
所述的矿渣主要成分为CaO、Al2O3、SiO2、MgO。
所述的粉煤灰CaO含量为30.5%，其中游离态氧化钙（f-CaO）含量为5.8%。
所述的高速粉碎机转速为5200r/min，出料细度为2~6um。
（3）称取47.6Kg火电厂30℃废热水放置于保温桶中，并在保温桶中加入步骤（2）中粉磨后的矿渣-粉煤灰微粉，搅拌2.5h，搅拌速度为30次/min，制成矿渣-粉煤灰胶凝料浆。
（4）称取步骤（1）中筛分后的0-1mm、1-2mm的矸石颗粒90.5Kg，加入步骤（3）制成的矿渣-粉煤灰胶凝料浆中，搅拌均匀后制成煤矿胶结充填材料。
表2为实施例2制备的胶结充填材料的性能指标。
表2
实施例3。
（1）首先利用破碎机将大块的矸石破碎，通过筛网将破碎后的矸石颗粒进行筛分成0-1mm、1-5mm的颗粒，其中0-1mm的颗粒比例为67%，备用。
（2）称取49Kg矿渣、51Kg粉煤灰混合后放入高速粉磨机中，粉磨30min，粉磨方法为：粉磨5min，停2min；得到矿渣-粉煤灰微粉。
所述的矿渣主要成分为CaO、Al2O3、SiO2、MgO。
所述的粉煤灰CaO含量为35.7%，其中游离态氧化钙（f-CaO）含量为6.4%。
所述的高速粉碎机转速大于5200r/min，出料细度在2~5um。
（3）取44.4Kg火电厂40℃废热水放置于保温桶中，并在保温桶中加入步骤（2）中粉磨后的矿渣-粉煤灰微粉，搅拌3h，搅拌速度为30r/min，制成矿渣-粉煤灰胶凝料浆。
（4）称取步骤（1）中筛分后的0-1mm、1-5mm的矸石颗粒77.8Kg，加入步骤（3）制成的矿渣-粉煤灰胶凝料浆中，搅拌均匀后制成煤矿胶结充填材料。
表3为实施例3制备的胶结充填材料的性能指标。
表3
为了保证胶结充填材料浆液具有较好的管道输送性能，要求充填材料浆液的坍落度不小于180mm，泌水率不大于5%，由实施例1~实施例3胶结充填材料性能指标可以看出，本本发明胶结充填材料浆液满足管道输送要求；另外，本发明胶结充填材料28天强度均超过1Mpa,可以满足一般矿山对充填材料强度的要求。
Claims (3)
1.一种粉煤灰-矿渣基胶结充填材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:(1)首先利用破碎机将大块的矸石破碎，通过筛网将破碎后的矸石颗粒筛分成0-1mm、1-2mm的颗粒，其中0-1mm的颗粒比例为60％以上，备用；(2)将矿渣、粉煤灰混合物放入高速粉磨机中粉磨20～30min，粉磨方法为：粉磨5min，停1～2min，得到矿渣-粉煤灰微粉；(3)称取适量火电厂废热水放置于保温桶中，并在保温桶中加入步骤(2)中粉磨后的矿渣-粉煤灰微粉，搅拌1～4h，搅拌速度为30r/min，制成矿渣-粉煤灰胶凝料浆；(4)将步骤(1)中筛分后的0-1mm、1-2mm的矸石颗粒，加入步骤(3)制成的矿渣-粉煤灰胶凝料浆中，搅拌均匀后制成煤矿胶结充填材料；其中，所述的矿渣、粉煤灰混合物中，矿渣质量比例为45～49％，粉煤灰质量比例为51～55％；所述的粉煤灰CaO含量不小于25％，其中游离氧化钙(f-CaO)含量不小于5％；所述的高速粉磨机转速大于5000r/min，出料细度在10μ m 以下。
2.根据权利要求1所述的一种粉煤灰-矿渣基胶结充填材料的制备方法，其特征在于，所述的矿渣-粉煤灰微粉与火电厂废热水重量比为(2～2.5)：1，所述的火电厂废热水温度不低于20℃。
3.根据权利要求1所述的一种粉煤灰-矿渣基胶结充填材料的制备方法，其特征在于，所述的矸石颗粒与所述的矿渣-粉煤灰胶凝料浆重量比为(35～40):(60～65)。
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