用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料及其制备方法

摘要

本发明提供一种用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料及其制备方法，该用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料使用钢渣、矿渣、粉煤灰、工业副产石膏、羟丙基甲基纤维素醚、十二烷基磺酸钠、铝粉作为主要原料，利用湿磨工艺对原料进行分组份超细化处理，所得的用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料可满足矿山充填要求，且所用主要原料全部为工业固废，固废利用率达到100％，大大降低了超细尾矿的胶结充填成本。同时，本发明的全固废发泡地下充填胶凝材料，用于200目以下的超细尾矿时，与普通硅酸盐水泥相比，胶砂比降低33％以上，体积孔隙率增加4倍以上。

权利要求

1.一种用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料，其特征在于，按重量份计，包括钢渣：40‑50份，矿渣：15‑30份，粉煤灰：15‑30份，激发剂：8‑15份，发气剂：0.05‑0.20份；

所述激发剂为磷石膏、脱硫石膏、氟石膏中的两种；

所述发气剂为羟丙基甲基纤维素醚、十二烷基磺酸钠、铝粉的混合物；

所述羟丙基甲基纤维素醚、所述十二烷基磺酸钠、所述铝粉的质量比为（5‑10）∶（2‑3）∶

1；

所述用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料通过以下方法制得：

1）将所述钢渣、所述矿渣、所述粉煤灰、所述激发剂分别于1∶1的水固比下进行湿磨超细化处理，湿磨至浆体粒子的粒径为D50=2‑3μm，过滤，得到钢渣浆料、矿渣浆料、粉煤灰浆料、激发剂浆料；

2）将所述钢渣浆料、所述矿渣浆料、所述粉煤灰浆料、所述激发剂浆料、所述发气剂混合，得到用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料。

说明书

用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及地下充填胶凝材料技术领域，特别涉及一种用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 全尾砂胶结充填是将尾矿和充填胶凝材料混合制成的充填料以泵送或者重力输送至地下采空区的充填工艺，其采用废弃尾矿完全替代传统砂石作为骨料，在很大程度上降低了充填成本，是一种极具前景的地下充填手段。然而，随着选矿技术的发展和一些新型选矿技术的应用，尾矿的细度越来越细，甚至达到10μm左右，比最常用的充填胶凝材料——普硅水泥的细度还要细，随着而来的是充填效率大幅降低，胶凝材料的用量也因此急剧增加，进而导致充填成本显著升高。在这种情况下，只有通过降低胶凝材料细度，方能与越来越细的尾矿集料相匹配，从而解决由于使用超细尾矿而带来的充填成本升高的问题。

[0003] 另外，作为最常用的充填胶凝材料，普硅水泥的成本过于高昂，一直以来相关工作者也在不断尝试使用固废取代水泥来降低材料成本，但是由于固废的种种特性，比如水化活性低、体积稳定性等问题，导致使用大掺量固废取代水泥制备而成的充填料很难满足设计的力学强度和稳定耐久性等要求。

[0004] 综上，普硅水泥作为目前使用最广泛的胶结充填材料，在使用中存在细度过大、用量过大、成本过高的问题，无法满足超细尾矿对胶结材料更低细度、更低成本的要求。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明旨在提供一种用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料，以解决现有全尾砂胶结充填成本高的问题。

[0006] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

[0007] 一种用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料，按重量份计，包括钢渣：40‑50份，矿渣：15‑30份，粉煤灰：15‑30份，激发剂：8‑15份，发气剂：0.05‑0.20份。

[0008] 可选地，所述激发剂为磷石膏、脱硫石膏、氟石膏中的两种。

[0009] 可选地，所述发气剂为羟丙基甲基纤维素醚、十二烷基磺酸钠、铝粉的混合物。

[0010] 可选地，所述羟丙基甲基纤维素醚、所述十二烷基磺酸钠、所述铝粉的质量比为(5‑10)∶(2‑3)∶1。

[0011] 本发明的第二目的在于提供一种制备上述用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料的方法，该制备方法，包括以下步骤：

[0012] 1)将所述钢渣、所述矿渣、所述粉煤灰、所述激发剂分别进行湿磨超细化处理，湿磨至浆体粒子的粒径为D50＝2‑3μm，过滤，得到钢渣浆料、矿渣浆料、粉煤灰浆料、激发剂浆料；

[0013] 2)将所述钢渣浆料、所述矿渣浆料、所述粉煤灰浆料、所述激发剂浆料、所述发气剂混合，得到用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料。

[0014] 可选地，所述步骤1)中所述钢渣、所述矿渣、所述粉煤灰、所述激发剂进行湿磨超细化处理时的水固比为均为1∶1。

[0015] 相对于现有技术，本发明所述的用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料具有以下优势：

[0016] 1、本发明用于超细尾矿地下充填的全固废胶凝材料的原料全部为工业固废，固废利用率达到100％，且当将本发明的全固废发泡地下充填胶凝材料用于200目以下的超细尾矿时，在1∶4的胶砂比、65％的料浆浓度下，胶结充填体的7d、28d抗压强度分别大于0.7MPa、1.6MPa，满足矿山充填要求，大大降低了超细尾矿的胶结充填成本。

[0017] 2、本发明的用于超细尾矿地下充填的全固废胶凝材料在满足矿山胶结充填体强度条件下，与普通硅酸盐水泥相比，胶砂比可降低33％以上，体积孔隙率增加4倍以上。

具体实施方式

[0018] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0019] 下面将结合实施例来详细说明本发明。

[0020] 本发明实施例1～实施例9的用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料中各原料的化学成分如表1所示，其中，尾砂取自某铁矿选矿工厂，全部过200目筛，属于超细尾砂。

[0021] 表1

[0022]种类 CaO SiO2 Al2O3 MgO SO3 TiO2 Na2O Fe2O3 Loss Total
矿渣 38.6 36.9 12.3 7.5 2.3 0.7 ‑ ‑ 1.5 99.8
钢渣 42.6 18.2 6.3 5.3 0.3 1.6 0.2 17.7 7.5 99.7
粉煤灰 2.1 42.5 24.9 4.2 0.8 0.5 4.1 12.4 8.4 99.9
磷石膏 29.9 6.2 0.6 ‑ 41.5 0.1 ‑ 0.2 21.4 99.9
脱硫石膏 31.3 3.1 1.5 6.2 28.9 ‑ 0.2 0.5 28.2 99.9
氟石膏 35.4 2.5 1.2 0.4 42.2 0.3 1.4 0.2 16.1 99.7

[0023] 本发明实施例1～实施例9的用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料的原料组成如表2所示。

[0024] 表2

[0025]

[0026] 本发明实施例1～实施例9的用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料具体通过以下方法制得：

[0027] 1)按照表2中的原料配方称取原材料；

[0028] 2)按照1∶1的水固比，即水与固体原料的质量比，将钢渣、矿渣、粉煤灰、激发剂分别进行湿磨超细化处理，湿磨至浆体粒子的粒径为D50＝2‑3μm，过滤，得到钢渣浆料、矿渣浆料、粉煤灰浆料、激发剂浆料；

[0029] 3)将钢渣浆料、矿渣浆料、粉煤灰浆料、激发剂浆料、发气剂混合搅拌，得到用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料。

[0030] 其中，上述钢渣浆料、矿渣浆料、粉煤灰浆料、激发剂浆料、发气剂可分开储存，在具体实施和使用时，再将五种原料混合制备成本发明的用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料。

[0031] 当将本发明的用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料用于尾矿地下充填时，可根据尾矿细度以及具体施工要求调控和选择适当的胶砂比以及料浆浓度，将本发明的用于超细尾矿地下充填的全固废胶凝材料、尾矿及其他材料混合制备成充填料，最后用于地下充填。

[0032] 对于本发明各实施例选取的尾矿细度特点，设置料浆胶砂质量比为1∶(6‑8)，质量浓度为68％，将本发明各实施例的用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料与尾矿混合制备成充填材料并用于地下充填。参照GB/T17671‑1999《水泥胶砂强度检验法》对采用本发明实施例1‑9的用于超细尾矿的全固废发泡地下充填胶凝材料制得的尾矿充填材料进行强度测试，并将本发明各实施例的性能指标与采用普通硅酸盐水泥(P·O 42.5水泥)制得的尾矿充填材料进行对比(对比例1)，测试结果如表3所示。

[0033] 表3

[0034]

[0035] 由表3可知，将本发明的全固废发泡地下充填胶凝材料应用于超细尾矿的地下充填，在胶砂比为1∶(6‑8)，料浆浓度为68％时，实施例1‑实施例9中的胶结充填体的7d、28d抗压强度分别大于0.7MPa、1.6MPa，满足矿山充填要求；与普通硅酸盐水泥(对比例1)相比，胶砂比降低33％以上，体积孔隙率增加4倍以上。

[0036] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。