脫硫灰渣替代石膏制備的充填膠凝材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用脫硫灰渣替代石膏制備的充填膠凝材料，包括4%—6%生石灰，15%—18%的脫硫灰渣，2%—3%芒硝，70%—78%礦渣微粉，0.5%—1.5%的亞硫酸鈉或氫氧化鈉。本發(fā)明同時公開了一種使用上述充填膠凝材料、棒磨砂和全尾砂混合充填料及自來水制備充填料漿，其中充填膠凝材料與混合充填料的質(zhì)量比為1:4，自來水的質(zhì)量百分比為22%。混合充填料中，棒磨砂和全尾砂的質(zhì)量比為1:0—7:3。本發(fā)明的充填膠凝材料解決了脫硫灰渣資源化利用，大大降低了礦山采空區(qū)的充填處理成本，同時由此方法制備的充填體具有較高強度。
【專利說明】脫硫灰渣替代石膏制備的充填膠凝材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種充填膠凝材料，具體涉及一種脫硫灰渣替代石膏制備的采礦用充填膠凝材料。
【背景技術(shù)】
[0002]為了減少電廠煙氣中二氧化硫的排放量，電廠的煙氣采用脫硫工藝進行二氧化硫回收。目前我國大部分煙氣脫硫采用濕法脫硫工藝，脫硫的副產(chǎn)品是二水脫硫石膏。由于干法或半干法脫硫工藝簡單、設(shè)備占用空間小、投資省，見效快，在國外發(fā)達國家得到廣泛應(yīng)用。近年來，我國煙氣脫硫也開始越來越多地采用半干法脫硫工藝。半干法脫硫產(chǎn)生大量的脫硫灰或脫硫渣?；以鼮榧毿☆w粒和含水量極小的粉狀物，其化學(xué)成分與濕法脫硫石膏存在的主要區(qū)別是含有亞硫酸鈣和飛灰，具有膨脹特性，因此限制了灰渣的水泥中摻量，在其他領(lǐng)域中的資源化利用，導(dǎo)致大量堆放污染環(huán)境。
[0003]目前在采礦生產(chǎn)中，普遍采用膠結(jié)充填法對采空區(qū)進行充填，并在形成的充填體上或在其保護下進行回采。充填材料為水泥等膠凝材料和砂石、爐渣或尾砂等配制的漿狀膠結(jié)物料，凝固后有一定強度，用管道借水力或機械輸送至采場。但由于水泥成本較高，因此，開發(fā)了多種新型膠凝材料。石膏是新型礦山充填膠凝材料中一種主要激發(fā)劑材料，利用石膏、石灰和其他外加劑開發(fā)充填膠凝材料替代水泥，已經(jīng)用于礦山膠結(jié)充填法采礦，由此獲得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。目前礦山充填膠凝材料中所用石膏多為濕法脫硫石膏或天然石膏礦。由于脫硫石膏含水量大，顆粒粗，不僅需要烘干處理，而且還要研磨，既增加材料成本，又污染環(huán)境。而天然石膏的開采、加工與運輸成本也較高，并且礦石儲量隨著逐漸開采而日趨枯竭。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，`本發(fā)明提出一種脫硫灰渣替代石膏制備的充填膠凝材料，不僅解決脫硫灰渣的資源化利用難題，而且還能夠進一步降低礦山充填膠凝材料成本，從而提高充填采礦的經(jīng)濟效益和社會效益。
[0005]上述目的是通過下述方案實現(xiàn)的:
一種充填膠凝材料，其特征在于，該充填膠凝材料的化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計包括:4% — 6%生石灰，15% —18%的脫硫灰渣，2% — 3%芒硝，70% — 78%礦渣微粉，該充填膠凝材料還包括質(zhì)量百分比為0.5%一1.5%的亞硫酸鈉或氫氧化鈉。
[0006]根據(jù)上述的充填膠凝材料，其特征在于，所述生石灰中CaO的質(zhì)量百分比含量76%~80%，所述生石灰粉磨的粉狀粒度分布為d1Q = 3.97 μ m — 5.06 μ m、d50 = 8.06 μ m—13.68 μ m、d90 = 22.19 μ m—42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面積為 5720.68cm2/cm3一8377.99cm2/cm3。
[0007]根據(jù)上述的充填膠凝材料，其特征在于，所述脫硫灰渣中SO3的質(zhì)量百分比含量為36%—42%,脫硫灰渣的粒度分布為 d1Q = 13.5 μ m—15.5 μ m、d50 = 38.3 μ m—40.01 μ m、d90 = 72.68 μ m—80.25 μ m, dav = 42.17 μ m—44.19 μ m,比表面積為 2326.5cm2/cm3—2435.96cm2/cm3。
[0008]根據(jù)上述的充填膠凝材料，其特征在于，所述礦渣微粉的堿度系數(shù)小于1，質(zhì)量系數(shù)≥1.9，活性系數(shù)≥1.1。
[0009]根據(jù)上述的充填膠凝材料，其特征在于，所述礦渣微粉的粒度分布為d1(l =4.53 μ m, d50 = 10.67 μ m, d90 = 43.81 μ m, dav = 18.13 μ m。
[0010]一種使用上述充填膠凝材料制備的充填料漿，其特征在于，所述填充料漿種還包括棒磨砂與全尾砂混合充填料和自來水，所述膠凝材料與所述棒磨砂與全尾砂混合充填料的質(zhì)量比為1:4，所述自來水水的質(zhì)量百分比為22%。
[0011]根據(jù)上述的充填料漿，其特征在于，所述棒磨砂與全尾砂混合充填料中棒磨砂與全尾砂的質(zhì)量比為1:O—7:3。
[0012]根據(jù)上述的充填料漿，其特征在于，所述棒磨砂的成分以質(zhì)量百分比計包括:64%— 80%SiO2, 5%— 8% Al2O3, 3%—6% MgO, 2%—5% Ca0，3%—6% Fe2O3,不大于 0.1%S ;所述棒磨砂充填料的密實密度為2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度為1.5t/m3—1.6t/m3，孔隙率為 40%—42%,粒度分布為 d1(l=0.13mm—0.16mm, d5(l=0.8mm—1.0mm, d6(l=l.0mm—1.5mm，d90=2.9mm一3.3mm, dav=0.8mm一 1.2mm,不均勻系數(shù)為 7—9。
[0013]根據(jù)上述的充填料漿，其特征在于，所述全尾砂的成分以質(zhì)量百分比計包括:30%—40%Si02,1%—2% Al2O3, 30%—35% MgO, 2%—3% CaO，18%—20% Fe2O3, 3%—5%S03,1% — 2%其他礦物組份；所述全尾砂充填料的密實密度為2.6t/m3—3.2t/m3，松散密度為1.1—1.3t/m3，孔隙率為 56% — 58%，粒度分布為 d10=l.5ym—1.76 μ m, d50=33 μ m—35 μ m、d90=143 μ m一 145 μ m, dav=35 μ m一37 μ m,不均勻系數(shù)為 20~24。
[0014]一種上述的填充料漿的制備方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步驟:
(1)將生石灰、脫硫灰渣、芒硝和亞硫酸鈉或氫氧化鈉按比例混合均勻，放置時間不小于24小時進行陳化處理，得到陳化材料；
(2)將所述的陳化材料與礦渣微粉按比例均勻混合，得到膠凝材料；
(3)將膠凝材料和棒磨砂與全尾砂混合充填料按1:4的質(zhì)量比混合均勻，得到混合物；
(4)向所述混合物中加入自來水，使料漿的質(zhì)量濃度為78%，用砂漿泵攪拌均勻。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明的利用脫硫灰渣代替石膏開發(fā)的礦用充填膠凝材料的原材料成本低:脫硫灰渣是近年來逐漸推廣采用的脫硫副產(chǎn)物，不僅價格低廉，而且來源廣泛；礦渣微粉通過水淬渣磨制得，水淬渣也是是煉鐵排放的副產(chǎn)品，材料成本低，且易于粉磨。因此，使用本發(fā)明提供的填充物可以降低采礦的成本。同時，加工過程中使用的脫硫灰渣解決了其地表堆放造成的環(huán)境污染。
[0016]使用本發(fā)明提供的方法制備的填充物的強度高，尤其早期強度更為明顯。與使用32.5R普通硅酸鹽早強水泥作為膠凝材料制得的填充物相比，強度提高1.3-1.8倍，而成本降低了 35% — 40%。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明的主要內(nèi)容是針對棒磨砂和全尾砂混合充填料，利用電廠干法或半干法脫硫灰渣，替代石膏用于制備礦山充填膠凝材料。首先根據(jù)充填料的物化特性和粒徑級配，合理選擇復(fù)合激發(fā)劑材料，確定其配比；然后對復(fù)合激發(fā)劑材料進行均勻混合和陳化處理；最后將陳化處理后復(fù)合激發(fā)劑材料的按照比例與礦渣微粉混合，就得到可替代水泥的礦用充填膠凝材料。
[0018]本發(fā)明首先根據(jù)脫硫灰渣與石膏在物化特性上的區(qū)別，針對充填料的物化特性與粒徑級配，通過調(diào)整脫硫灰渣的添加量和復(fù)合激發(fā)劑的選擇，來提高充填膠凝材料的水化速度和結(jié)石強度，從而提高充填膠凝材料的性能，滿足充填礦山膠結(jié)充填法開采對膠凝材料的需求。
[0019]本發(fā)明的一種充填膠凝材料，其化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計包括4% — 6%生石灰，15% —18%的脫硫灰洛，2% — 3%芒硝，70% — 78%礦渣微粉，還包括質(zhì)量百分比為0.5% — 1.5%的亞硫酸鈉或氫氧化鈉。
[0020]當(dāng)采用下向分層充填法采礦時，回采順序自上至下分層開采，采場頂板則是充填混凝土頂板。采礦作業(yè)是在充填混凝土頂板下進行。因此，不僅需要確保充填頂板混凝土質(zhì)量，從而確保采礦安全，而且還需要充填體具有較高的早期強度，縮短下分層采礦間隔時間，加快采礦作業(yè)循環(huán)，提高采場生產(chǎn)能力。選擇能夠提高充填體早期強度早強劑種類和配比至關(guān)重要。通過試驗，確定了亞硫酸鈉或氫氧化鈉以及芒硝作為本發(fā)明的早強劑。
[0021]本發(fā)明的膠凝材料的生石灰中CaO的質(zhì)量百分比含量76%~80%，粉磨的粉狀粒度分布為 d1(l = 3.97 μ m—5.06 μ m、d50 = 8.06 μ m—13.68 μ m、d90 = 22.19 μ m—42.21 μ m,dav = IL 09 μ m—24.55 μ m,比表面積為 5720.68 cm2/cm3— 8377.99cm2/cm3。脫硫灰渣中SO3的質(zhì)量百分比含量為36%~42%，脫硫灰渣的粒度分布為d1Q = 13.5μ m—15.5 μ m、d5Q=38.3 μ m—40.01 μ m、d90 = 72.68 μ m—80.25 μ m, dav = 42.17 μ m—44.19 μ m,比表面積為2326.5cm2/cm3—2435.96cm2/cm3。礦渣微粉為堿度系數(shù)小于I的酸性渣粉，質(zhì)量系數(shù)≤1.9，活性系數(shù)≤1.10本發(fā)明的礦渣微粉的粒度分布為d1(l = 4.53 μ m，d5(l= 10.67 μ m,d90 = 43.81 μ m，dav = 18.13 μ m。
[0022]礦渣微粉的堿性系數(shù)根據(jù)其氧化物的比例來計算:
【權(quán)利要求】
1.一種充填膠凝材料，其特征在于，該充填膠凝材料的化學(xué)成分以質(zhì)量百分比計包括:4% — 6%生石灰，15% —18%的脫硫灰渣，2% — 3%芒硝，70% — 78%礦渣微粉，該充填膠凝材料還包括質(zhì)量百分比為0.5%一1.5%的亞硫酸鈉或氫氧化鈉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填膠凝材料，其特征在于，所述生石灰中CaO的質(zhì)量百分比含量76% — 80%，所述生石灰粉磨的粉狀粒度分布為d1Q = 3.97 μ m—5.06 μ m、d50 =8.06 μ m—13.68 μ m、d90 = 22.19 μ m—42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面積為5720.68 cm2/cm3—8377.99cm2/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填膠凝材料，其特征在于，所述脫硫灰渣中SO3的質(zhì)量百分比含量為36% — 42%，脫硫灰渣的粒度分布為d1Q = 13.5 μ m—15.5 μ m、d50 = 38.3 μ m—40.01 μ m、d9。= 72.68 μ m—80.25 μ m, dav = 42.17 μ m—44.19 μ m,比表面積為 2326.5cm2/cm3—2435.96cm2/cm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填膠凝材料，其特征在于，所述礦渣微粉的堿度系數(shù)小于1，質(zhì)量系數(shù)≥1.9，活性系數(shù)≥1.1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填膠凝材料，其特征在于，所述礦渣微粉的粒度分布為Clui=4.53 μ m, d50 = 10.67 μ m, d90 = 43.81 μ m, dav = 18.13 μ m。
6.一種使用如權(quán)利要求1一5之一所述的充填膠凝材料制備的充填料漿，其特征在于，所述填充料漿中還包括棒磨砂與全尾砂混合充填料和自來水，所述膠凝材料與所述棒磨砂與全尾砂混合充填料的質(zhì)量比為1:4，所述自來水水的質(zhì)量百分比為22%。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的充填料漿，其特征在于，所述棒磨砂與全尾砂混合充填料中棒磨砂與全尾砂的質(zhì)量比為1:0 — 7:3。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的充填料漿，其特征在于，所述棒磨砂的成分以質(zhì)量百分比計包括:64% — 80%Si02，5% — 8% Al2O3, 3% — 6% MgO, 2%—5% CaO, 3%—6% Fe2O3,不大于 0.1%S ；所述棒磨砂充填料的密實密度為2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度為1.5t/m3—1.6t/m3，孔隙率為 40%—42%,粒度分布為 d1(l=0.13mm—0.16mm, d5(l=0.8mm—1.0mm、d6(l=l.0mm—1.5mm，d90=2.9mm一3.3mm, dav=0.8mm一 1.2mm,不均勻系數(shù)為 7—9。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的充填料漿，其特征在于，所述全尾砂的成分以質(zhì)量百分比計包括:30%—40%Si02，1%—2% Al2O3, 30%—35% MgO, 2%—3% CaO, 18%—20% Fe2O3, 3%—5%S03,1% — 2%其他礦物組份；所述全尾砂充填料的密實密度為2.6t/m3—3.2t/m3，松散密度為1.1—1.3t/m3，孔隙率為 56% — 58%，粒度分布為 d10=l.5ym—1.76 μ m, d50=33 μ m—35 μ m、d90=143 μ m一 145 μ m, dav=35 μ m一37 μ m,不均勻系數(shù)為 20—24。
10.一種如權(quán)利要求6所述的填充料漿的制備方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步驟: (1)將生石灰、脫硫灰渣、芒硝和亞硫酸鈉或氫氧化鈉按比例混合均勻，放置時間不小于24小時進行陳化處理，得到陳化材料； (2)將所述的陳化材料與礦渣微粉按比例均勻混合，得到膠凝材料； (3)將膠凝材料和棒磨砂與全尾砂混合充填料按1:4的質(zhì)量比混合均勻，得到混合物； (4)向所述混合物中加入自來水，使料漿的質(zhì)量濃度為78%，用砂漿泵攪拌均勻。
【文檔編號】C04B28/14GK103803929SQ201310732854
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2013年12月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月27日
【發(fā)明者】王永前, 楊志強, 高謙, 劉玉強, 劉世和, 李茂輝, 陳杰, 薛改利 申請人:金川集團股份有限公司, 北京科技大學(xué)