一種大摻量粉煤灰制備礦用早強充填膠凝材料的制作方法
【專利摘要】針對棒磨砂充填料，本發(fā)明公開了一種礦用大摻量粉煤灰充填膠凝材料。該膠凝材料以質(zhì)量百分比計包括：4%-6%高鈣石灰，17%-18%脫硫粉煤灰，19%-20%未脫硫粉煤灰，3%-5%早強劑，51%-57%礦渣微粉。本發(fā)明同時公開了一種使用上述充填膠凝材料與棒磨砂充填料以及自來水制備的充填料漿，其中膠凝材料與棒磨砂充填料的配比為1:4，自來水的質(zhì)量百分比為22%。使用本發(fā)明提供的方法制備的充填體強度高，尤其是早期強度高，充填體收縮率小，且由于充填膠凝材料中粉煤灰摻量增大，不僅降低了充填膠凝材料的成本，而且還減小充填料漿的管道輸送阻力，有利于高濃度料漿輸送。
【專利說明】一種大摻量粉煤灰制備礦用早強充填膠凝材料
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種充填膠凝材料，具體涉及一種大摻量粉煤灰制備的下向分層膠結(jié)充填法采礦用膠凝材料。
【背景技術(shù)】
[0002]粉煤灰是發(fā)電廠和熱電廠鍋爐燃燒煙煤所產(chǎn)生的粉狀廢渣，分為脫硫粉煤灰和未脫硫粉煤灰兩種。脫硫粉煤灰是脫硫產(chǎn)物和粉煤灰的混合物。與未脫硫粉煤灰相比，脫硫灰渣的化學組成中硫和鈣元素含量比粉煤灰高得多，且這兩種元素的礦物形式比較復雜。在爐內(nèi)噴鈣的干法脫硫工藝中，脫硫粉煤灰的含硫物相既有CaSO4也有CaSO3 ;另外還有一部分未完全反應(yīng)的游離CaO。而在噴霧干燥的半干法低溫脫硫工藝中，脫硫產(chǎn)物中的含硫物相則以CaSO3為主，CaSO4含量很少；未完全反應(yīng)的鈣元素一般以Ca(OH)2的形式存在；并且由于煙氣中存在大量CO2，脫硫同時產(chǎn)生CaCO3。
[0003]脫硫粉煤灰的成分特性大大限制了其在粉煤灰傳統(tǒng)領(lǐng)域的利用。首先，作水泥混合材料或混凝土摻和料原本是粉煤灰利用量最大的途徑之一，然而，過高的硫含量使脫硫粉煤灰不能再像未脫硫粉煤灰一樣直接作為水泥混合材使用，或者摻加量只能相當少。因為在普通水泥的國家標準中規(guī)定，水泥中SO3的含量不能超過3.5%。其次，固化于亞硫酸鈣中的硫如果利用得不合理，還有可能使SO2釋放出來，造成二次污染，使脫硫工藝前功盡棄。例如用脫硫粉煤灰在高溫下生產(chǎn)磚瓦材料就會造成這種現(xiàn)象。再有，脫硫粉煤灰中的游離氧化鈣含量高，則會在長期水化過程中不斷生成Ca(OH)2，體積不斷膨脹，進而在使用中造成安定性不良問題，因此這也是脫硫粉煤灰在建材領(lǐng)域利用存在的最大問題。
[0004]目前，用于下向分層膠結(jié)充填法采礦的膠凝材料時，粉煤灰摻量通常不超過10%。目前提高粉煤灰在膠凝材料中的摻量的主要途徑是將粉煤灰與水泥一起研磨，通過研磨破壞覆蓋在粉煤灰細顆粒上的一層熔融煙灰的薄膜，從而提高粉煤灰的活性。但研磨工序必然會增加膠凝材料制備成本。`

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對棒磨砂充填料，發(fā)明一種大摻量粉煤灰的充填膠凝材料，可用于下向分層膠結(jié)充填法采礦，其中粉煤灰無需研磨。使用本發(fā)明提供的充填膠凝材料與棒磨砂充填料和自來水制備的充填料漿，不僅使膠凝材料中粉煤灰的摻加量接近40%，而且棒磨砂膠結(jié)充填體早期強度高，能夠滿足下向分層膠結(jié)充填法采礦對早期強度的要求。
[0006]上述目的是通過下述方案實現(xiàn)的:
一種大摻量粉煤灰充填膠凝材料，其特征在于，該膠凝材料的成分以質(zhì)量百分比計包括:4%—6%高鈣石灰，17% —18%脫硫粉煤灰，19% — 20%未脫硫粉煤灰，3% — 5%早強劑，51%—57%礦渣微粉。
[0007]根據(jù)上述的充填膠凝材料，其特征在于，所述高鈣石灰中CaO的質(zhì)量百分比含量77%~80%，高鈣石灰研磨的粉狀粒度分布為d1(l = 4 μ m一5 μ m、d50 = 8 μ m一13 μ m、d90 =22 μ m—42 μ m, dav = 11 μ m—24 μ m,比表面積為 5720cm2/cm3—8378cm2/cm3。
[0008]根據(jù)上述的充填膠凝材料，其特征在于，所述脫硫粉煤灰的成分以質(zhì)量百分比計為:26%—30%Si02，16%—18% Al2O3, 3% — 4% Fe2O3, 28% — 30% CaO, 1%—2% MgO, 1%—2%S03,5%— 7%S02，燒失量為 7% — 20%。
[0009]根據(jù)上述的充填膠凝材料，其特征在于，所述未脫硫粉煤灰的成分以質(zhì)量百分比計為:45% — 48%Si02，25% — 28% Al2O3,0% — 1% Fe2O3,8%—10% CaO, 1%—2% MgO，燒失量為11%—21%。
[0010]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，其質(zhì)量系數(shù)≥1.9，活性系數(shù)≥1.1 ;所述礦渣微粉的粒度分布為d1Q = 4 μ m—5 μ m, d50 = 10 μ m—
11μ m, d90 = 43 μ m——45 μ m, dav = 18 μ m——20 μ m。
[0011]根據(jù)上述的充填膠凝材料，其特征在于，所述早強劑為芒硝和/或亞硫酸鈉。
[0012]根據(jù)上述的充填膠凝材料，其特征在于，所述早強劑為芒硝和亞硫酸鈉，所述芒硝在所述充填膠凝材料中的質(zhì)量百分比為3% — 4%，所述亞硫酸鈉在所述充填膠凝材料中的質(zhì)量百分比為1% — 2%。
[0013]一種使用上述充填膠凝材料制備的充填料漿，其特征在于，該充填物還包括棒磨砂充填料和自來水，所述棒磨砂充填料的成分以質(zhì)量百分比計包括:70% — 85%Si02，6%—10% Al2O3, 3%—6% MgO, 3%—6% CaO, 3%—8% 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d10=0.13mm—0.16mm, d50=0.8mm—1.0mm、d60=l.0mm—1.5mm, d90=2.9mm—3.3mm, dav=0.8mm—1.2mm，不均勻系數(shù)為7~9。
[0014]根據(jù)上述充填料漿，其特征在于所述充填膠凝材料與所述棒磨砂充填料的質(zhì)量比為1:4,所述自來水的質(zhì)量百分比為22%。
[0015]一種制備上述的充填料漿的方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步驟:
(1)將脫硫粉煤灰、未脫硫粉煤灰與礦渣微粉按比例混合成火山灰質(zhì)混合料；
(2)將生石灰、早強劑按比例與所述火山灰質(zhì)混合料均勻混合，并放置不小于24小時進行陳化處理；
(3)將步驟(2)中陳化處理的充填膠凝材料與棒磨砂充填料按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。
[0016]本發(fā)明針對下向分層膠結(jié)充填法米礦，開發(fā)出大摻量分粉煤灰充填膠凝材料。粉煤灰摻量可以達到30%~40%，膠結(jié)充填體的3d強度達到1.56~1.88MPa，平均強度達到1.78MPa，與采用32.5R水泥作為膠凝材料制得的膠結(jié)充填物的充填體強度相比，強度提高1.3~1.5倍。由于本發(fā)明使用的粉煤灰價格低，來源廣，且無需經(jīng)過研磨工序，因此使用本發(fā)明提供的充填漿料可以降低采礦成本。同時，增加粉煤灰摻量還能夠改善充填料漿的和易性，有利于提高料漿的管道輸送濃度。粉煤灰的大量應(yīng)用，還解決了在地表堆放對環(huán)境的污染問題。
【具體實施方式】
[0017]本發(fā)明的大摻量粉煤灰充填膠凝材料的成分以質(zhì)量百分比計包括:4% — 6%高鈣石灰，17% —18%脫硫粉煤灰，19%—20%未脫硫粉煤灰，3% — 5%早強劑，51% — 57%礦渣微粉。
[0018]早強劑可提高膠凝材料的早期強度。當充填料漿是用于充填下向分層膠結(jié)法采礦的礦山時，由于下向膠結(jié)充填的回采順序是由上向下逐層回采、逐層充填，并在形成的充填體的保護下進行回采，對充填體的早期強度要求較高，此時，膠凝材料中需加入適當?shù)脑鐝妱１景l(fā)明通過實驗，確定了早強劑為芒硝和/或亞硫酸鈉。更為優(yōu)選的，同時選用芒硝和亞硫酸鈉作為早強劑，其中芒硝的質(zhì)量百分比為2% — 3%，亞硫酸鈉的質(zhì)量百分比為1%—2%，此時，充填體的早期強度顯著提高。
[0019]本發(fā)明的高鈣石灰中CaO的質(zhì)量百分比含量77%~80%，高鈣石灰研磨的粉狀粒度分布為 d10 = 4 μ m——5 μ m、d50 = 8 μ m——13 μ m、d90 = 22 μ m——42 μ m, dav = 11 μ m——24 μ m,比表面積為5720cm2/cm3—8378cm2/cm3。脫硫粉煤灰的成分以質(zhì)量百分比計為:26% — 30%Si02，16%—18% Al2O3, 3%—4% Fe2O3, 28% — 30% CaO, 1%—2% MgO，1% — 2%S03，5% — 7%S02，燒失量7%—20% ;未脫硫粉煤灰的成分以質(zhì)量百分比計為:45% — 48%Si02，25% — 28% Al2O3,0% — 1%Fe2O3,8%—10% Ca0，l% — 2% MgO，燒失量 11% — 21%。脫硫粉煤灰的粒度分布為:d1(l = 3ym—
4μ m> d50 = 7 μ m——9 μ m、d90 = 20 μ m——32 μ m，dav = 8 μ m——12 μ m。d10 =7 μ m—8 μ m、d50 = 40 μ m—50 μ m、d60 = 55 μ m—60 μ m, dav = 45 μ m—48 μ m,不均勻系數(shù)5~7。礦渣微粉為堿度系數(shù)小于I的酸性礦渣，其質(zhì)量系數(shù)> 1.9，活性系數(shù)> 1.1 ;所述礦潘微粉的粒度分布為 d10 = 4 μ m一5 μ m, d50 = 10 μ m一11 μ m, d90 = 43 μ m一45 μ m, dav =18 μ m——20 μ m。
[0020]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】
1.一種大摻量粉煤灰充填膠凝材料，其特征在于，該膠凝材料的成分以質(zhì)量百分比計包括:4% — 6%高鈣石灰，17% —18%脫硫粉煤灰，19%—20%未脫硫粉煤灰，3% — 5%早強劑，51% — 57%礦渣微粉。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填膠凝材料，其特征在于，所述高鈣石灰中CaO的質(zhì)量百分比含量77%~80%，高鈣石灰研磨的粉狀粒度分布為d1(l = 4 μ m一5 μ m> d50 = 8 μ m一13 μ m、d90 = 22 μ m—42 μ m, dav = 11 μ m—24 μ m,比表面積為 5720cm2/cm3—8378cm2/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，所述脫硫粉煤灰的成分以質(zhì)量百分比計為:26%—30%Si02，16% —18% Al2O3, 3%—4% Fe2O3,28%—30% CaO, 1%—2% MgO, 1%—2%S03, 5% — 7%S02，燒失量為 7% — 20%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填膠凝材料，其特征在于，所述未脫硫粉煤灰的成分以質(zhì)量百分比計為:45% — 48%Si02，25% — 28% Al2O3,0%—1% Fe2O3,8% —10% CaO, 1%—2% MgO，燒失量為11% — 21%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填膠凝材料，其特征在于，所述礦渣微粉的堿度系數(shù)小于1，其質(zhì)量系數(shù)> 1.9，活性系數(shù)> 1.1 ;所述礦渣微粉的粒度分布為d1(l = 4ym—5ym,=10 μ m—11 μ m, d90 = 43 μ m—45 μ m, dav = 18 μ m—20 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填膠凝材料，其特征在于，所述早強劑為芒硝和/或亞硫酸鈉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6 所述的充填膠凝材料，其特征在于，所述早強劑為芒硝和亞硫酸鈉，所述芒硝在所述充填膠凝材料中的質(zhì)量百分比為2% — 3%，所述亞硫酸鈉在所述充填膠凝材料中的質(zhì)量百分比為1% — 2%。
8.一種使用如權(quán)利要求1一7之一所述的膠凝材料制備的充填料漿，其特征在于，該充填物還包括棒磨砂充填料和自來水，所述棒磨砂充填料的成分以質(zhì)量百分比計包括:70%—85%Si02,6%—10% Al2O3, 3% — 6% MgO, 3%—6% CaO, 3%—8% 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，d9(l=2.9mm—3.3mm，dav=0.8mm—1.2mm,不均勻系數(shù)為 7—9。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充填料漿，其特征在于，所述充填膠凝材料與所述棒磨砂充填料的質(zhì)量比為1:4，所述自來水的質(zhì)量百分比為22%。
10.一種制備如權(quán)利要求8所述的充填料漿的方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步驟: (1)將脫硫粉煤灰、未脫硫粉煤灰與礦渣微粉按權(quán)利要求1的配比混合成火山灰混合料； (2)將生石灰、早強劑按權(quán)利要求1的配比與所述火山灰混合料均勻混合，并放置不小于24小時進行陳化處理； (3)將步驟(2)中陳化處理的充填膠凝材料與棒磨砂混合充填料按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，使充填料漿的質(zhì)量濃度為78%，用砂漿泵攪拌均勻。
【文檔編號】C04B7/26GK103803826SQ201310731946
【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】楊志強, 高謙, 陳得信, 程少逸, 張光存, 李茂輝, 王有團, 何建元 申請人:金川集團股份有限公司, 北京科技大學