專利名稱：一種煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無機材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在國內(nèi)外有色金屬以及貴金屬礦石開采過程中，充填采礦法得到了廣泛應(yīng)用，充填技術(shù)的優(yōu)越性已日益被人們所認識和接受。隨著采礦工程的發(fā)展以及開采深度的不斷增力口，地壓問題、礦石損失貧化、礦山環(huán)保和礦山經(jīng)濟效益等問題也越來越受到重視。目前，金 屬礦山的尾砂作為一種常用的井下充填材料，是充填用惰性骨料的主要來源，具有充填采空區(qū)的作用。現(xiàn)有技術(shù)對金屬礦山膠固料及其制備方法進行了廣泛的報道。煤礦充填與金屬礦充填相比具有兩個顯著的不同點，一是要求凝固時間短，同時要求早期強度高。由于煤礦大多采用長臂綜采工作面，推進速度快，通常每天推進2 3m，因此，一般要求充填體20小時以內(nèi)可拆模自立，3天即能發(fā)揮支撐頂板作用。二是充填主要是粉煤灰和破碎煤砰石。粉煤灰是一種極細的飛灰，小于45 ii的顆粒組分大于55%,甚至在90%以上，遠比金屬礦尾砂細得多。煤矸石或礦井廢石大多偏軟、易風化，破碎之后小于0. Imm的部分大于5%。因此，金屬礦山膠固料用于粉煤灰矸石充填時效果很差，很難滿足固化時間和固化強度要求。與金屬礦山的尾砂不同，粉煤灰是一種具有潛在活性的工業(yè)廢渣，其主要成分與金屬礦山膠固料的主要成分高爐礦渣類似，為二氧化硅(SiO2)、氧化鋁(Al2O3)和氧化鈣(CaO)等，顆粒直徑一般為0. 001 0. 05mm，呈玻璃態(tài)實心或空心的球狀顆粒。與高爐爐渣不同的是，粉煤灰的CaO含量較低，玻璃體中[SiO4]4-的聚合度高，所含的具有活性的硅、鋁等成分均被封閉在玻璃體內(nèi)，很難水化，因此，如何激發(fā)粉煤灰的活性，使其產(chǎn)生水化作用一直是國內(nèi)外膠凝材料研究的難題。激發(fā)粉煤灰活性的方法主要包括以下三種化學活性激發(fā)、水熱蒸壓蒸養(yǎng)激發(fā)和粉磨輪碾物理激發(fā)。但受充填成本和技術(shù)與條件所限，后兩種方法不能采用，只有化學激發(fā)可供選擇。由于多數(shù)情況下，充填礦井只能獲得價格低廉的III級以下劣質(zhì)粉煤灰渣。如何解決粉煤灰，特別是III級以下劣質(zhì)粉煤灰的活性激發(fā)技術(shù)，成為煤礦充填的技術(shù)難題。煤礦充填煤矸石，特別是前期充填煤矸石的相當一部分來自多年堆積的矸石山，這種矸石大多經(jīng)過了自燃。自燃煤矸石與粉煤灰一樣具有潛在活性，且與粉煤灰的成分基本相同。本發(fā)明人考慮，提供一種煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料及其制備方法，使得該煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料對充填粉煤灰和自燃矸石粉有激發(fā)活性的作用，適合粉煤灰與破碎煤矸石混合充填，解決粉煤灰與煤矸石混合充填的固化強度和早凝早強問題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料及其制備方法，該煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料具有提高粉煤灰與煤矸石混合充填的凝固速度與早期強度的作用。為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料，其特征在于，包括以下成分基料34 60重量 份，所述基料為水泥熟料或水泥；鈣源化合物15 45重量份，所述鈣源化合物為生石灰和/或鈣鎂粉；石骨7 21重量份； 礦渣細粉10 42重量份；激發(fā)材料I. 5 10重量份，所述激發(fā)材料為氯鹽和/或硫酸鹽。優(yōu)選的，所述水泥熟料為硅酸鹽水泥熟料。優(yōu)選的，所述石膏為生石膏、硬石膏或燒石膏。優(yōu)選的，所述燒石膏為氟石膏、磷石膏和脫硫石膏中的一種或幾種。優(yōu)選的，所述激發(fā)材料為重量比為(I 2) I的氯鹽和硫酸鹽。優(yōu)選的，所述氯鹽為氯化鎂。優(yōu)選的，所述硫酸鹽為硫酸鈉。優(yōu)選的，所述激發(fā)材料為5 10重量份。優(yōu)選的，所述鈣鎂粉為重量比為(6 8) (2 4)的CaO與MgO。優(yōu)選的，包括以下成分水泥熟料34 60重量份；生石灰15 42重量份；石骨7 21重量份；礦渣細粉15 40重量份；激發(fā)材料I. 5 5重量份，所述激發(fā)材料為氯鹽和硫酸鹽。本發(fā)明提供一種煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料，包括以下成分基料35 60重量份，所述基料為水泥熟料或水泥；鈣源化合物15 45重量份，所述鈣源化合物為生石灰和/或I丐鎂粉；石膏7 21重量份；礦洛細粉10 42重量份；激發(fā)材料2 10重量份,所述激發(fā)材料為氯鹽和/或硫酸鹽。由于Ca(OH)2是生成水化硅酸鹽和水化鋁酸鹽的關(guān)鍵材料，因此，本發(fā)明以氯鹽和/或硫酸鹽為激發(fā)材料，促進了基料、生石灰或鈣鎂粉生成的Ca (OH) 2的溶解，提高了溶液的堿度，從而很快打開粉煤灰中SiO44-的共價鍵，促使該硅氧四面體解聚，加速粉煤灰的活性激發(fā)，進而提高了粉煤灰與煤矸石混合充填的凝固速度與早期強度。因此，本發(fā)明利用工業(yè)廢渣，采用復合激發(fā)技術(shù)，使該煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料不僅自身具有膠凝性，還能激發(fā)粉煤灰和矸石粉的潛在活性，具有快速凝固和早強作用，解決了粉煤灰充填的固化難題。
具體實施例方式下面對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)明公開了一種煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料，包括以下成分基料35 60重量份，所述基料為水泥熟料或水泥；鈣源化合物15 45重量份，所述鈣源化合物為生石灰和/或I丐鎂粉；石膏7 21重量份；礦洛細粉10 42重量份；激發(fā)材料2 10重量份，所述激發(fā)材料為氯鹽和/或硫酸鹽。
本發(fā)明提供的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料主要應(yīng)用于粉煤灰與煤矸石混合充填，由于粉煤灰的CaO含量較低，且玻璃體中[Si04]4_的聚合度高，其活性呈隱性，因此，能否快速打開[SiO4]4-的共價鍵是解決問題的關(guān)鍵。一般認為，溶液的堿度越高，越容易使硅氧四面體解聚。Ca(OH)2是實現(xiàn)高堿度和生成水化硅酸鹽、水化鋁酸鹽不可缺少的材料，因此，本發(fā)明提供的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料包括生石灰和/或鈣鎂粉，該生石灰和/或鈣鎂粉水化后生成Ca(OH)2，作為優(yōu)選，所述鈣鎂粉為重量比為出 8) (2 4)的CaO與 MgO。由于以CaO為主要成分的生石灰熟化生成的Ca(OH)2溶解度遠小于水泥熟料或水泥中的CaO生成的Ca(OH)2溶解度，因此，對于粉煤灰該難激發(fā)的隱性活性材料而言，本發(fā)明配合使用水泥熟料或水泥作為激發(fā)劑，即Ca(OH)2越容易溶解，溶液的堿度越高，粉煤灰中SiO44-的共價鍵打開越容易?；鲜潜景l(fā)明提供的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料的必要成分之一，所述基料優(yōu)選為水泥熟料或水泥，其中，本發(fā)明對于所述水泥熟料或水泥的型號以及生產(chǎn)廠家并無特別限制，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的水泥熟料或水泥，其中，所述水泥熟料優(yōu)選為硅酸鹽水泥熟料，主要成分為硅酸三鈣、硅酸二鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣；所述水泥優(yōu)選為硅酸鹽水泥。由于本發(fā)明優(yōu)選采用的上述硅酸鹽水泥熟料和硅酸鹽水泥含有堿性成分，可以一定程度激發(fā)粉煤灰的活性，從而一定程度上提高煤灰與煤矸石的早期強度。石膏作為膠固材料的另一種主要原料，主要作用是通過與其他物質(zhì)的之間的反應(yīng)，促進粉煤灰的活性的激發(fā)。本發(fā)明對于所述的石膏的型號以及生產(chǎn)廠家并無特別要求，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，優(yōu)選為生石膏、硬石膏或燒石膏，具體的還可以為等工業(yè)廢渣石膏，為氟石膏、磷石膏和脫硫石膏中的一種或幾種。其中，采用脫硫石膏、氟石膏作為煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料的原料時，其重量份略大于硬石膏的重量份，優(yōu)選多I重量份。石膏是主要成分為硫酸鈣(CaSO4)等，其中，本發(fā)明采用的石膏中的硫酸鈣含量優(yōu)選> 75wt%。另外，本發(fā)明還優(yōu)選包括礦渣細粉10 42重量份。礦渣為鋼鐵廠排出的高爐礦洛，其主要的化學成分為二氧化硅(SiO2)、三氧化二鋁(Al2O3)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化錳(MnO)和氧化鐵(FeO)等，其物理化學性質(zhì)符合GB/203-94中關(guān)于用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉的相關(guān)規(guī)定。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以氯鹽和/或硫酸鹽為激發(fā)材料，所述激發(fā)材料優(yōu)選為5 10重量份，更優(yōu)選以重量比為(I 2) I的氯鹽和硫酸鹽為激發(fā)材料，促進了 Ca(OH)2的溶解，提高了溶液的堿度，從而很快打開粉煤灰中SiO44-的共價鍵，促使該硅氧四面體解聚，加速粉煤灰的活性激發(fā)，進而提高了粉煤灰與煤矸石混合充填的凝固速度與早期強度。對于本發(fā)明而言，所述硫酸鹽優(yōu)選為堿金屬的硫酸鹽，更優(yōu)選為硫酸鈉。在該煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料中，生石灰和/或鈣鎂粉水化后形成Ca(OH)2，本發(fā)明優(yōu)選采用的硫酸鹽即硫酸鈉可以快速與Ca(OH)2作用，生成新生態(tài)的石膏和氫氧化鈉。新生態(tài)的石膏具有很高的分散度，可以與活性廢渣及熟料的水化產(chǎn)物水化鋁酸鈣迅速反應(yīng)，生成具有速凝作用的單硫型水化硫鋁酸鈣。另一方面，反應(yīng)生成的氫氧化鈉又是活性廢渣及熟料的活化劑，可進一步促進其活化生成更多的水化膠體。本發(fā)明對于作為激發(fā)材料的氯鹽并無特別要求，可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的氯鹽，優(yōu)選為氯化鎂或氯化鈉等。氯鹽對熟料的水化和活性廢渣的活化具有催化作用，促使Ca(0H)2&度降低，從而加速熟料中C3A的水化，同時，氯鹽還可以在石膏的存在下與熟料及活性廢渣的水化產(chǎn)物生成水化氯鋁酸鹽，從而進一步促凝。從上述方案可以看出，本發(fā)明優(yōu)選以硫酸鈉和氯化鎂作為硫酸鹽和氯鹽，通過硫酸鈉和氯化鎂該的加入，一方面促進了 Ca(OH)2的溶解，另一方面，鈉離子、鉀離子的加入， 進一步提高了溶液的堿度，因而加速了粉煤灰的活性激發(fā)。對于本發(fā)明提供的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料而言，各個原料的重量份同樣是 影響膠固材料性能的重要因素，作為優(yōu)選，所述煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料包括以下成分水泥熟料35 60重量份，生石灰15 42重量份，石膏7 21重量份，礦渣細粉15 40重量份，激發(fā)材料2 5重量份，所述激發(fā)材料為氯鹽和硫酸鹽。另外，所述煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料還優(yōu)選包括以下成分水泥14 21重量份、水泥熟料21 25重量份，鈣鎂粉37 45重量份，石膏18 21重量份，礦渣細粉20 25重量份，氯鹽2 10重量份?；蛘?，所述煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料還優(yōu)選包括以下成分水泥熟料35 60重量份；礦禮:細粉15 42重量份；生石灰15 42重量份；石骨7 21重量份；激發(fā)材料I 3重量份。綜上所述，本發(fā)明提供的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料具有如下特點充分利用工業(yè)廢渣，采用復合激發(fā)技術(shù)，該煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料不僅自身具有膠凝性，還能激發(fā)粉煤灰的潛在活性，使其具有快速凝固和早強作用，解決了劣質(zhì)粉煤灰充填的固化難題，實現(xiàn)了對工業(yè)廢渣的進一步處理利用。另外，其它工業(yè)廢渣，如鋼渣、石渣、銅渣、赤泥、白泥、堿渣等冶金化工廢渣均可通過試驗作為充填材料或膠凝材料的組份，可以根據(jù)當?shù)厮芾玫膹U渣資源，通過試驗調(diào)整膠固材料配比達到同樣的目的。本發(fā)明提供的用于粉煤灰煤矸石充填的膠固材料與以往的膠固材料不同，其不是將被膠結(jié)料作為惰性材料，而是充分發(fā)揮材料自身的潛在活性，使其成為膠結(jié)材料的一部分，從而降低了粉煤灰矸石充填的膠固材料成本。本發(fā)明提供的膠固材料的原材料充分利用工業(yè)廢渣，通過多因素復合激發(fā)，解決了 III級以下劣質(zhì)粉煤灰的活性激發(fā)和早期強度問題，體現(xiàn)了優(yōu)良的綠色環(huán)保技術(shù)。同時，本發(fā)明提供的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料對充填的粉煤灰和矸石性質(zhì)具有較大的寬容性，可以根據(jù)不同的材料來源和性質(zhì)變化做出品種選擇或者通過簡單試驗對某些參數(shù)和用料做出調(diào)整。為了進一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合實施例對本發(fā)明優(yōu)選實施方案進行描述，但是應(yīng)當理解，這些描述只是為進一步說明本發(fā)明的特征和優(yōu)點，而不是對本發(fā)明權(quán)利要求的限制。本發(fā)明實施例采用的原料以及化學試劑均為市購。實施例I膠固料配比泗水熟料45.0%，礦渣超細粉20.0%，石灰20%，氯化鎂2.0%，硫酸納 I 5 ,硬石骨 11.5*%。制備工藝按上述原料配比將石灰、硬石膏與泗水熟料一起粉磨、然后與礦渣超細粉、粉體氯化鎂和硫酸鈉混合，攪拌均化后得到膠固材料，即FAC2-1。料漿配比按灰料比(膠固材料與充填料的比例，下同)I : 6. 14，濃度67% (濃度為物料占物料與水總和的比例，物料包括膠固料和碎石、粉煤灰等)，將粉煤灰、膠固材料在攪拌桶中加水攪拌均勻，然后注入7. 07X7. 07X7. 07cm的標準試模，放入標準混凝土養(yǎng)護箱養(yǎng)護。脫模之后繼續(xù)養(yǎng)護，按規(guī)定時間進行試壓。其中粉煤灰為石宏電廠III級粗粒級粉煤灰，平均粒徑33. 9 μ m，比表面積3186. I (cm2/cm3)，其中粒徑大于O. 106mm的粉煤灰為28%,粒徑大于45 μ m的粉煤灰為36%。對本實施例制備的試樣進行了 5個齡期的抗壓強度檢測，結(jié)果如表I所示。表1FAC2-1膠固材料試驗結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料，其特征在于，包括以下成分 基料34 60重量份，所述基料為水泥熟料或水泥； 鈣源化合物15 45重量份，所述鈣源化合物為生石灰和/或鈣鎂粉； 石骨7 21重量份； 礦渣細粉10 42重量份； 激發(fā)材料I. 5 10重量份，所述激發(fā)材料為氯鹽和/或硫酸鹽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料，其特征在于，所述水泥熟料為硅酸鹽水泥熟料。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料，其特征在于，所述石膏為生石骨、硬石骨或燒石骨。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料，其特征在于，所述燒石膏為氟石膏、磷石膏和脫硫石膏中的一種或幾種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料，其特征在于，所述激發(fā)材料為重量比為(I 2) I的氯鹽和硫酸鹽。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料，其特征在于，所述氯鹽為氯化鎂。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料，其特征在于，所述硫酸鹽為硫酸鈉。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料，其特征在于，所述激發(fā)材料為5 10重量份。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料，其特征在于，所述鈣鎂粉為重量比為(6 8) (2 4)的CaO與MgO。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料，其特征在于，包括以下成分 水泥熟料34 60重量份； 生石灰15 42重量份； 石骨7 21重量份； 礦渣細粉15 40重量份； 激發(fā)材料I. 5 5重量份，所述激發(fā)材料為氯鹽和硫酸鹽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種粉煤灰矸石充填活性激發(fā)膠固料，包括以下成分基料34～60重量份，所述基料為水泥熟料或水泥；鈣源化合物15～45重量份，所述鈣源化合物為生石灰和/或鈣鎂粉；石膏7～21重量份；礦渣細粉10～42重量份；激發(fā)材料1.5～10重量份，所述激發(fā)材料為氯鹽和/或硫酸鹽。由于Ca(OH)2是生成水化硅酸鹽和水化鋁酸鹽的關(guān)鍵材料，本發(fā)明以氯鹽和/或硫酸鹽為激發(fā)材料，促進了基料、生石灰或鈣鎂粉生成的Ca(OH)2的溶解，提高了溶液的堿度，打開粉煤灰中SiO44-的共價鍵，促使該硅氧四面體解聚，加速了粉煤灰和矸石粉的活性激發(fā)，解決了粗粉煤灰與矸石粉混合充填的早凝、早強問題，提高了后期固化強度。
文檔編號C04B22/14GK102643067SQ20121010493
公開日2012年8月22日 申請日期2012年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月11日
發(fā)明者曹秋華, 楊震, 王寧, 王謙源, 馬池艷 申請人:王謙源