本發(fā)明涉及廢水處理，具體涉及一種地質(zhì)聚合物注漿材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、煤炭中的硫主要以有機(jī)硫和無機(jī)硫兩種形式存在，其他還有微量以游離狀態(tài)賦存的元素硫。煤中無機(jī)硫、有機(jī)硫和元素硫的總稱為全硫。其中，有機(jī)硫是指與煤的有機(jī)質(zhì)結(jié)合形成的硫，難以從煤中去除，占總硫的70％以上；而無機(jī)硫是指以礦物形式存在的硫，可通過物理、化學(xué)方法去除，占總硫的30％左右。煤炭中含硫量較高，礦層因開采暴露后，高硫煤會在煤層中發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生高硫酸鹽酸性礦井水污染地下水，深度危害生態(tài)環(huán)境及人類健康安全。

2、注漿治理作為一種原位注入修復(fù)方法，是當(dāng)前在礦井水污染修復(fù)領(lǐng)域的一項(xiàng)熱點(diǎn)技術(shù)。利用注漿材料填充礦山圍巖裂縫或充填煤田采空區(qū)，既實(shí)現(xiàn)有效支撐煤層、封堵受污染的地下涌水的目標(biāo)，又起到抑制煤層氧化反應(yīng)、阻隔污染物質(zhì)遷移并凈化地下水體的作用。

3、在當(dāng)前的煤礦地下水污染修復(fù)現(xiàn)場中，多采用水泥漿液或粉煤灰固廢漿液進(jìn)行原位注漿封堵處理，前者施工成本較高、抗蝕性較差且生產(chǎn)水泥過程中碳排量較大，后者物理強(qiáng)度過低、減污能力較差且改性工藝較復(fù)雜、改性成本過高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對以上問題，本發(fā)明提供了一種地質(zhì)聚合物注漿材料及其制備方法與應(yīng)用，本發(fā)明提供的地質(zhì)聚合物注漿材料制備簡單，抗壓強(qiáng)度高，重金屬浸出少，可以快速封堵地下水流通道，也能與受污染的礦井水反應(yīng)去除污染物。

2、本發(fā)明的第一個目的是提供一種地質(zhì)聚合物注漿材料，由漿液和堿性激發(fā)劑組成；

3、漿液由粉煤灰、水泥、防水劑和水組成，粉煤灰和水泥用于封堵酸性礦井涌水并去除污染，防水劑用于增加注漿材料表面的注水性；

4、粉煤灰和水泥的質(zhì)量比為6～9:1～4；例如，粉煤灰和水泥的質(zhì)量比為6:4、6.5:3.5、7:3、7.5:2.5、8:2、8.5:1.5、9:1等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，在此便不再一一贅述。

5、防水劑的添加量為粉煤灰和水泥總質(zhì)量的0.4％～0.7％；例如，防水劑的添加量為粉煤灰和水泥總質(zhì)量的0.4％、0.45％、0.5％、0.55％、0.6％、0.65％、0.7％等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，在此便不再一一贅述。

6、水的添加量為粉煤灰和水泥總質(zhì)量的0.8～1；例如，水的添加量為粉煤灰和水泥總質(zhì)量的0.8、0.85、0.9、0.95、1等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，在此便不再一一贅述。

7、堿性激發(fā)劑與粉煤灰的質(zhì)量比為11～20:60～90；例如，堿性激發(fā)劑與粉煤灰的質(zhì)量比為11:60、15:60、20:60、11:70、15:70、20:70、11:80、15:80、20:80、11:90、15:90、20:90等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，上述數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，在此便不再一一贅述。

8、本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，粉煤灰和水泥的質(zhì)量比為3:2。

9、本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，防水劑的添加量為粉煤灰和水泥總質(zhì)量的0.7％。

10、本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，堿性激發(fā)劑與粉煤灰的質(zhì)量比為1:4。

11、本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，堿性激發(fā)劑為水玻璃，水玻璃的模數(shù)為3.11～3.40，密度為1～5g/ml。

12、本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，防水劑為甲基硅酸鈉或異丁基三乙氧基硅烷。

13、本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，水泥的比表面積為0.1m2/g～20m2/g；

14、粉煤灰在45μm方孔篩的篩余1％～30％，燒失量為1％～10％。

15、本發(fā)明的第二個目的是提供上述地質(zhì)聚合物注漿材料的制備方法，包括以下步驟：

16、按粉煤灰和水泥的質(zhì)量比為6～9:1～4稱取粉煤灰和水泥；按防水劑的添加量為粉煤灰和水泥總質(zhì)量的0.4％～0.7％稱取防水劑；按水的添加量為粉煤灰和水泥總質(zhì)量的0.8～1稱取水；

17、按堿性激發(fā)劑與粉煤灰的質(zhì)量比為11～20:60～90稱取堿性激發(fā)劑；

18、將粉煤灰、水泥和防水劑進(jìn)行一次混合得到混合材料；

19、將混合材料與水進(jìn)行二次混合得到混合漿體；

20、將混合漿體與堿性激發(fā)劑進(jìn)行三次混合得到為地質(zhì)聚合物注漿材料。

21、本發(fā)明的一個優(yōu)選實(shí)施例中，一次混合的攪拌時間為3min～5min；二次混合的攪拌時間為5min～8min。

22、本發(fā)明的第三個目的是提供上述地質(zhì)聚合物注漿材料在礦山圍巖裂縫或煤田采空區(qū)充填中的應(yīng)用，通過雙液注漿法將地質(zhì)聚合物注漿材料中的漿液和堿性激發(fā)劑注入地層中。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

24、(1)本發(fā)明將粉煤灰和水泥結(jié)合使用，粉煤灰和水泥的質(zhì)量比為6～9:1～4,一方面，粉煤灰替代部分水泥，降低了水泥的使用量，從而減少了碳排放量，并且極大地降低了原料的使用成本，另一方面，粉煤灰主要由二氧化硅、氧化鋁和氧化鐵等化合物組成，堿性激發(fā)劑與粉煤灰的質(zhì)量比為11～20:60～90，粉煤灰可在水泥水化和堿性激發(fā)劑水解提供的堿性環(huán)境下被激發(fā)活性，發(fā)生地質(zhì)聚合反應(yīng)過程，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等凝膠產(chǎn)物，增強(qiáng)其吸附去除污染物的能力。水泥可保證漿液固化后的物理強(qiáng)度，支撐地層并提高抗水流沖擊性，且其具有固化穩(wěn)定化污染物的作用。加入堿性激發(fā)劑可以保證漿液的速凝性，以達(dá)到快速凝結(jié)封堵水流通道的目的，其水解能提供堿性環(huán)境以中和酸性地下水并促進(jìn)地質(zhì)聚合反應(yīng)和水泥水化反應(yīng)過程。加入占粉煤灰和水泥總質(zhì)量的0.4％～0.7％的防水劑可以增強(qiáng)漿液固化后的抗蝕性能，其也可以促進(jìn)水泥水化反應(yīng)過程，提高材料的物理強(qiáng)度。

25、(2)本發(fā)明制備的注漿材料在滿足地層注漿材料固化強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上，既能在原位注漿施工后快速封堵地下水流通道，減少煤礦酸性地下水涌出，也能與受污染的礦井水發(fā)生吸附、固化穩(wěn)定化等反應(yīng)過程，去除重金屬和硫酸鹽等污染物，降低煤礦酸性地下水對周圍環(huán)境及人體健康安全的危害。

26、(3)本發(fā)明制備得到的注漿材料具有更低的重金屬浸出毒性，對環(huán)境友好，有效利用了粉煤灰這一煤基大宗固廢且無二次污染。

27、(4)本發(fā)明的材料配方簡易，易于就地取材；制備方法簡便，易于實(shí)施；固廢占比高，環(huán)保且成本低廉；原料比例與用量可根據(jù)不同工程現(xiàn)場的技術(shù)要求調(diào)控，可用于在產(chǎn)或關(guān)閉煤礦礦井水污染的治理。

技術(shù)特征：

1.一種地質(zhì)聚合物注漿材料，其特征在于，由漿液和堿性激發(fā)劑組成；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地質(zhì)聚合物注漿材料，其特征在于，粉煤灰和水泥的質(zhì)量比為3:2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地質(zhì)聚合物注漿材料，其特征在于，防水劑的添加量為粉煤灰和水泥總質(zhì)量的0.7％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地質(zhì)聚合物注漿材料，其特征在于，堿性激發(fā)劑與粉煤灰的質(zhì)量比為1:4。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地質(zhì)聚合物注漿材料，其特征在于，堿性激發(fā)劑為水玻璃，水玻璃的模數(shù)為3.11～3.40，密度為1～5g/ml。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地質(zhì)聚合物注漿材料，其特征在于，防水劑為甲基硅酸鈉或異丁基三乙氧基硅烷。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種地質(zhì)聚合物注漿材料，其特征在于，水泥的比表面積為0.1m2/g～20m2/g；

8.一種權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的地質(zhì)聚合物注漿材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種地質(zhì)聚合物注漿材料的制備方法，其特征在于，一次混合的攪拌時間為3min～5min；二次混合的攪拌時間為5min～8min。

10.一種權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的地質(zhì)聚合物注漿材料在礦山圍巖裂縫或煤田采空區(qū)充填中的應(yīng)用，其特征在于，通過雙液注漿法將地質(zhì)聚合物注漿材料中的漿液和堿性激發(fā)劑注入地層中。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種地質(zhì)聚合物注漿材料及其制備方法與應(yīng)用，屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。地質(zhì)聚合物注漿材料由漿液和堿性激發(fā)劑組成；漿液由粉煤灰、水泥、防水劑和水組成；粉煤灰和水泥的質(zhì)量比為6～9:1～4；防水劑的添加量為粉煤灰和水泥總質(zhì)量的0.4％～0.7％；水的添加量為粉煤灰和水泥總質(zhì)量的0.8～1；堿性激發(fā)劑與粉煤灰的質(zhì)量比為11～20:60～90。本發(fā)明提供的地質(zhì)聚合物注漿材料制備簡單，抗壓強(qiáng)度高，可以快速封堵地下水流通道，也能與受污染的礦井水反應(yīng)去除污染物。

技術(shù)研發(fā)人員：周來,張凱凱,葉濤,劉迎澳,茅恒旗,張潔慧,孟磊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國礦業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10