一種用于空區(qū)填充處理含釩鈦礦渣的膠凝材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含釩鈦礦渣的膠凝材料，該膠凝材料的成分以質(zhì)量百分比計(jì)包括：8%—11%堿性激發(fā)劑，14%—16%脫硫石膏，71%—77%釩鈦礦渣。該膠凝材料還可包括質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1%—2%的芒硝作為早強(qiáng)劑。本發(fā)明同時(shí)公開了一種使用上述膠凝材料、全尾砂充填料及自來水制備的充填料漿，其中膠凝材料與全尾砂充填料的質(zhì)量比為1:15—1:4，自來水的質(zhì)量百分比為22%—32%。本發(fā)明的膠凝材料不僅解決了釩鈦礦渣的資源化利用，減少固體廢渣在地表的堆放，而且還大大降低了礦山采空區(qū)的充填處理成本，同時(shí)，制備的填充體具有較高的強(qiáng)度。
【專利說明】—種用于空區(qū)填充處理含釩鈦礦渣的膠凝材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種膠凝材料，具體涉及一種用于空區(qū)處理的含釩鈦礦渣的全尾砂膠凝材料。
【背景技術(shù)】
[0002]釩鈦礦渣是冶煉釩鈦磁鐵礦時(shí)產(chǎn)生的熔融礦渣在空氣中自然冷卻或水冷形成的一種由鈦輝石、鈣鈦礦等礦物為主的無機(jī)材料。由于渣中含有較高的二氧化鈦，大大降低了礦渣質(zhì)量與活性，從而給礦渣的資源化利用帶來很大困難，導(dǎo)致大量礦渣堆放，不僅占用大量土地和增加維護(hù)成本，而且還污染環(huán)境。
[0003]在采礦領(lǐng)域，由于早期資源開發(fā)的無序開采以及空場法采礦，導(dǎo)致地下存在大量采空區(qū)和殘留礦柱，不僅潛在重大安全隱患，而且還損失部分礦產(chǎn)資源。對地下采空區(qū)進(jìn)行填充處理，可以防治空區(qū)坍塌和地表沉陷所誘發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，同時(shí)還能夠回收殘留的礦柱資源，實(shí)現(xiàn)對不可再生資源的開發(fā)利用。目前，廣泛采用膠結(jié)充填法對采空區(qū)進(jìn)行填充。該種方法使用的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(qiáng)度，用管道借水力或機(jī)械輸送至采場。使用膠結(jié)充填法開采的礦山，其充填成本約占采礦總成本的50%左右，其中膠結(jié)劑——水泥的使用成本就占到了充填成本的一半左右。高昂的充填材料成本，使許多礦山對膠結(jié)充填工藝望而卻步，嚴(yán)重制約了膠結(jié)充填技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對上述問題，本發(fā)明提供了一種含釩鈦礦渣的膠凝材料，以及用該膠凝材料制備的充填料漿及其制備方法。本發(fā)明的膠凝材料成本低，充填強(qiáng)度高。
[0005]上述目的是通過下述方案實(shí)現(xiàn)的:
一種含釩鈦礦渣的膠凝材料，其特征在于，該膠凝材料的成分以質(zhì)量百分比計(jì)包括:8% — 11%堿性激發(fā)劑，14% —16%脫硫石膏，71%—77%釩鈦礦渣。
[0006]根據(jù)上述的膠凝材料，其特征在于，所述堿性激發(fā)劑為水泥熟料和/或生石灰。
[0007]根據(jù)上述的膠凝材料，其特征在于，所述堿性激發(fā)劑為水泥熟料和生石灰，所述水泥熟料的質(zhì)量百分比為4%—5%,所述生石灰的質(zhì)量百分比為4%—6%。
[0008]根據(jù)上述的膠凝材料，其特征在于，所述生石灰中CaO質(zhì)量百分比≥78%，所述生石灰的粒度分布為 d1(l = 3.97 μ m一5.06 μ m、d5。= 8.06 μ m一 13.68 μ m、d9。= 22.19 μ m一42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面積 5720cm2/cm3.—8377cm2/cm30
[0009]根據(jù)上述的膠凝材料，其特征在于，所述脫硫石膏的粒度分布為d1(l = 13.5 μ m—15.5 μ m、d50 = 38.3 μ m—40.0 μ m> d90 = 72.7 μ m—80.3 μ m, dav = 42.2 μ m—44.2 μ m,比表面積2326.5 cm2/cm3一2436.0cm2/cm3,所述脫硫石膏中SO3質(zhì)量百分比≥38%。 [0010]根據(jù)上述的膠凝材料，其特征在于，所述釩鈦礦渣為堿度系數(shù)大于1的堿性礦渣，所述釩鈦礦渣的質(zhì)量系數(shù)≥1.6，活性系數(shù)≤0.5。[0011]根據(jù)上述的膠凝材料,其特征在于,所述f凡鈦礦洛的粒度分布為d1(l = 4.5 μ m、d50=10.7 μ m、d90 = 43.8 μ m，dav = 18.2 μ m。
[0012]根據(jù)上述的膠凝材料，其特征在于，所述膠凝材料中還包括質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1% — 2%的芒硝。
[0013]一種使用上述的膠凝材料制備的充填料漿，其特征在于，所述充填料漿還包括全尾砂充填料和自來水，所述自來水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為22%—32%,所述膠凝材料與全尾砂充填料的質(zhì)量比為1:15— 1:4。
[0014]根據(jù)上述的充填漿料，其特征在于，所述全尾砂充填料的成分以質(zhì)量百分比計(jì)包括:73% — 75%Si02，5%—6%Ca0,6% — 7%Fe203，5% — 6%A1203，3%—4%MgO,小于 3% 的燒失量；所述全尾砂充填料的密度為2.52g/cm3，粒徑小于0.9mm，粒徑小于0.037mm的細(xì)尾砂含量(30%，粒徑不均勻系數(shù)14~15。
[0015]一種上述的充填料漿的制備方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步驟:
(1)將所述膠凝材料與所述全尾砂充填料按1:15—1:4的質(zhì)量比混合均勻，得到混合
物；
(2)向所述混合物中加入水，使料漿的重量濃度為68%— 78%，用砂漿泵攪拌均勻。
[0016]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明的原材料多為工業(yè)廢棄物,成本低:脫硫石膏來源廣,價(jià)格低，同時(shí)還解決了脫硫石膏的高附加值規(guī)?；Y源化利用問題，從而保護(hù)礦山環(huán)境；釩鈦礦渣是煉鐵廢棄物，在釩鈦鐵礦區(qū)利用質(zhì)量差活性低的水淬渣，制備全尾砂充填膠凝材料進(jìn)行空區(qū)的膠結(jié)充填與礦柱回收，不僅解決了釩鈦礦渣的資源化利用，減少固體廢渣在地表的堆放，而且還大大低成本采空區(qū)處理成本，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害災(zāi)害的防治和環(huán)境保護(hù)。
[0017]除了全尾砂充填料，本發(fā)明的膠凝材料也適用于由粗砂和砂土混合而成的充填料，充填料選料范圍廣，可就地取材指標(biāo)充填物料。所制備的充填體與32.5#普通硅酸鹽水泥相比，28d充填體強(qiáng)度提高1.3^1.5倍，而膠凝材料的成本只是普通硅酸鹽水泥的50%~60%。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本發(fā)明的含釩鈦礦渣的膠凝材料的成分以質(zhì)量百分比計(jì)包括:8% — 11%堿性激發(fā)劑，14% —16%脫硫石膏，71% — 77%釩鈦礦渣。堿性激發(fā)劑為水泥熟料和/或生石灰。更為優(yōu)選的，同時(shí)選用水泥熟料和生石灰作為堿性激發(fā)劑，其中水泥熟料的質(zhì)量百分比為4%—5%,生石灰的質(zhì)量百分比為4%—6%。
[0019]本發(fā)明的含釩鈦礦渣的膠凝材料中，生石灰中CaO質(zhì)量百分比> 78%，粒度分布為d10 = 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一24.55 μ m，比表面積 5720cm2/cm3—8377cm2/cm3 ;脫硫石膏的粒度分布為 d1C)=13.5 μ m—15.5 μ m、d50 = 38.3 μ m—40.0 μ m、d90 = 72.7 μ m—80.3 μ m，dav = 42.2 μ m—44.2 μ m，比表面積2326.5 cm2/cm3一2436.0cm2/cm3,所述脫硫石膏中SO3質(zhì)量百分比≥38% ;釩鈦礦渣為堿度系數(shù)大于I的堿性礦渣，所述釩鈦礦渣的質(zhì)量系數(shù)> 1.6，活性系數(shù)≤ 0.5。
[0020]本發(fā)明的釩鈦礦渣的化學(xué)成分如表1所示。[0021]表1釩鈦水淬渣的化學(xué)成分
【權(quán)利要求】
1.一種含釩鈦礦渣的膠凝材料，其特征在于，該膠凝材料的成分以質(zhì)量百分比計(jì)包括:8% — 11%堿性激發(fā)劑，14% —16%脫硫石膏，71%— 77%釩鈦礦渣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述堿性激發(fā)劑為水泥熟料和/或生石灰。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膠凝材料，其特征在于，所述堿性激發(fā)劑為水泥熟料和生石灰，所述水泥熟料在所述膠凝材料中的質(zhì)量百分比為4% — 5%，所述生石灰在所述膠凝材料中的質(zhì)量百分比為4% — 6%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的膠凝材料，其特征在于，所述生石灰中CaO質(zhì)量百分比≥ 78%,所述生石灰的粒度分布為 d1(l = 3.97 μ m一5.06 μ m、d50 = 8.06 μ m一13.68 μ m、d9。=22.19 μ m—42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面積 5720cm2/cm3—8377cm2/cm30
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述脫硫石膏的粒度分布為d1(l=13.5 μ m—15.5 μ m、d50 = 38.3 μ m—40.0 μ m> d90 = 72.7 μ m—80.3 μ m, dav = 42.2 μ m—44.2 μ m,比表面積2326.5cm2/cm3一2436.0cm2/cm3,所述脫硫石膏中SO3質(zhì)量百分比≥ 38%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述釩鈦礦渣為堿度系數(shù)大于I的堿性礦渣，所述釩鈦礦渣的質(zhì)量系數(shù)> 1.6， 活性系數(shù)< 0.5。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的膠凝材料，其特征在于，所述釩鈦礦渣的粒度分布為d1(l=4.5 μ m> d50 = 10.7 μ m、d90 = 43.8 μ m, dav = 18.2 μ m。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述膠凝材料中還包括質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為1% — 2%的芒硝。
9.一種使用如權(quán)利要求1-3之一所述的膠凝材料制備的充填料漿，其特征在于，所述充填料漿還包括全尾砂充填料和自來水，所述自來水的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為22% — 32%，所述膠凝材料與全尾砂充填料的質(zhì)量比為1:15— 1:4。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的充填漿料，其特征在于，所述全尾砂充填料的成分以質(zhì)量百分比計(jì)包括:73% — 75%Si02，5%—6%Ca0,6%—7%Fe203, 5%—6%A1203, 3%—4%MgO,小于 3% 的燒失量；所述全尾砂充填料的密度為2.52g/cm3,粒徑小于0.9mm,粒徑小于0.037mm的細(xì)尾砂含量< 30%，粒徑不均勻系數(shù)14~15。
11.一種如權(quán)利要求9所述的充填料漿的制備方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步驟: (1)將所述膠凝材料與所述全尾砂充填料按1:15—1:4的質(zhì)量比混合均勻，得到混合物； (2)向所述混合物中加入水，使料漿的重量濃度為68%— 78%，用砂漿泵攪拌均勻。
【文檔編號】C04B18/12GK103739263SQ201310731696
【公開日】2014年4月23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】姚維信, 楊志強(qiáng), 高謙, 王虎, 李茂輝, 劉世和, 陳永強(qiáng), 崔繼強(qiáng) 申請人:金川集團(tuán)股份有限公司, 北京科技大學(xué)