本申請(qǐng)涉及固體廢棄物綜合回收利用，尤其涉及一種基于赤泥的充填膏體及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前國內(nèi)礦山因開采活動(dòng)的進(jìn)行而形成了大量的地下采空區(qū)，若對(duì)這些地下采空區(qū)不進(jìn)行充填處理，這些地下采空區(qū)將會(huì)對(duì)采空區(qū)上方的工程活動(dòng)和地表建筑的安全造成巨大的隱患?，F(xiàn)階段針對(duì)礦山的地下采空區(qū)一般以膠凝材料為基材進(jìn)行膠結(jié)充填采礦，而最具有代表性的膠凝材料為水泥，然而水泥的使用會(huì)提高地下采空區(qū)的充填成本，這無疑會(huì)制約礦山企業(yè)使用膠結(jié)充填采礦法的持續(xù)性發(fā)展。赤泥是鋁工業(yè)產(chǎn)生量最大的固廢，且其具有潛在的膠凝活性，但目前赤泥綜合利用率不足10％。若能將赤泥改性調(diào)控并制備成水泥替代品，這無疑可以降低膠結(jié)充填采礦法礦山企業(yè)的充填成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)有助于實(shí)現(xiàn)赤泥的大規(guī)模消納，助力鋁工業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。

2、由于赤泥的強(qiáng)度較低，因此目前基于赤泥制備充填材料的技術(shù)出于抗壓強(qiáng)度考慮，需要降低赤泥的摻雜量，且大部分充填材料還需要赤泥和水泥以及固堿劑等成本較高的材料配合使用才能滿足充填材料的使用需求，這無疑進(jìn)一步提高了赤泥作為充填材料的成本。

3、現(xiàn)階段基于赤泥制備充填材料的技術(shù)包括：(1)一種拜耳法赤泥基充填材料及其制備方法及其應(yīng)用，該技術(shù)使用赤泥、粉煤灰和水泥組成基本充填材料，并使用無機(jī)鹽、有機(jī)酸和中性礦物摻合料組成固堿材料，以這二者制備成充填材料。(2)一種利用赤泥制備煤礦殘采區(qū)充填膏體的方法，該技術(shù)先將煤矸石經(jīng)過破碎篩分，以分別制備得到粗骨料和細(xì)骨料，同時(shí)對(duì)細(xì)骨料配合使用減水劑、早強(qiáng)劑、膨脹劑和緩凝劑等，得到填充材料。(3)一種摻有赤泥、脫硫石膏與礦渣的充填材料及其制備方法，該技術(shù)以固定赤泥、礦渣和脫硫石膏為原料制備出膠凝材料，再以煤矸石作為骨料，混合得到填充材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于赤泥的充填膏體及其制備方法，以解決如下技術(shù)問題：如何提高基于赤泥制備出的充填材料的抗壓強(qiáng)度。

2、第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于赤泥的充填膏體的制備方法，所述赤泥包括拜耳法赤泥和/或燒結(jié)法赤泥，所述制備方法包括：

3、將工業(yè)固體廢棄物、吸附劑和所述赤泥進(jìn)行研磨混合，得到研磨粉料；

4、在預(yù)設(shè)溫度的條件下將所述研磨粉料以預(yù)設(shè)溫度進(jìn)行干法活化，以活化所述研磨粉料中赤泥的膠凝成分以及吸附劑的吸附性能，得到膠凝粉體料；

5、將拜耳法赤泥、骨料和和所述膠凝粉體料進(jìn)行混合，得到具有混合赤泥組分的預(yù)充填干料；以及

6、將酸性激發(fā)劑、減水劑、水和所述預(yù)充填干料進(jìn)行混合，以通過所述酸性激發(fā)劑激發(fā)所述預(yù)充填干料中膠凝材料的膠凝作用，得到充填膏體；

7、其中，所述預(yù)設(shè)溫度為≤350℃。

8、可選的，所述預(yù)設(shè)溫度為120℃～350℃，所述干法活化的時(shí)間為10min～60min。

9、可選的，以重量份數(shù)計(jì)，所述研磨粉料的組分滿足：

10、赤泥：10份～50份，工業(yè)固廢：40份～80份和吸附劑：1份～10份。

11、可選的，所述工業(yè)固廢包括以下至少兩種：

12、粉煤灰、礦渣粉、爐渣、電石渣和脫硫石膏；和/或

13、所述吸附劑包括以下至少一種：

14、蒙脫石、海泡石和硅藻土。

15、可選的，所述研磨粉料的粒度＜178μm。

16、可選的，以重量份數(shù)計(jì)，所述預(yù)充填干料的組分包括：

17、膠凝粉體料：10份～30份，拜耳法赤泥：20份～60份和骨料：0份～80份。

18、可選的，所述骨料包括以下至少一種：

19、碎石、尾砂和爐渣。

20、可選的，所述酸性激發(fā)劑的重量m1和所述預(yù)充填干料的重量m2滿足關(guān)系式：m1:m2＝(0.2～2.0):100，所述減水劑的重量m3和所述預(yù)充填干料的重量m2滿足關(guān)系式：m3:m2＝(0.2～1.0):100；

21、所述水的重量m4和所述預(yù)充填干料、所述酸性激發(fā)劑、所述減水劑的總重量m5滿足關(guān)系式：m4:m5＝(0.5～1.0):1。

22、可選的，所述酸性激發(fā)劑包括以下至少一種：

23、乙酸、磷酸和磷酸二氫鋁；和/或

24、所述減水劑包括以下至少一種：

25、木質(zhì)素磺酸鹽、萘系高效減水劑、聚羧酸鹽系減水劑和氨基磺酸鹽減水劑。

26、第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于赤泥的充填膏體，所述充填膏體是由第一方面所述的制備方法得到的。

27、本申請(qǐng)實(shí)施例提供的上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

28、本申請(qǐng)實(shí)施例提供的一種基于赤泥的充填膏體的制備方法，該方法在預(yù)設(shè)溫度≤350℃的條件下進(jìn)行干法活化，可以基于中低溫度的干法活化將研磨粉料中赤泥的膠凝成分活化以及吸附劑的吸附性能進(jìn)行活化，活化后的吸附劑通過吸附作用將赤泥和工業(yè)固體廢棄物吸附在一起，再通過膠凝成分活化的赤泥的膠凝作用將赤泥和工業(yè)固體廢棄物進(jìn)行膠凝結(jié)合，得到膠凝粉體料，并且活化后的吸附劑還可以抑制工業(yè)固體廢棄物和赤泥中重金屬離子的遷移，避免這些重金屬離子的遷移損害膠凝成分活化后的赤泥的膠凝作用，以得到具有良好膠凝性能的膠凝粉體料，然后將膠凝粉體料、拜耳法赤泥和骨料混合得到的預(yù)充填干料，先通過具有良好膠凝性能的膠凝粉體料初步將拜耳法赤泥和骨料兩者膠凝在一起，后續(xù)可以使用骨料的高強(qiáng)度的特性來提高充填膏體的強(qiáng)度，最后將預(yù)充填干料、酸性激發(fā)劑、減水劑和水進(jìn)行混合，通過水的分散作用將預(yù)充填干料和酸性激發(fā)劑進(jìn)行分散，方便預(yù)充填干料和酸性激發(fā)劑這兩者之間混合均勻，而酸性激發(fā)劑通過激發(fā)作用可以激活預(yù)充填干料中膠凝粉體料的膠凝作用，以將預(yù)充填干料中拜耳法赤泥和骨料這兩者之間進(jìn)一步膠凝完全，方便通過骨料的高強(qiáng)度特性提高充填膏體的抗壓強(qiáng)度；另外酸性激活劑還會(huì)與赤泥和拜耳法赤泥所組成的混合赤泥組分中的堿性成分發(fā)生酸堿中和反應(yīng)，可以在減少固堿劑使用量的情況下提高充填膏體的抗壓強(qiáng)度；此外減水劑的加入一方面降低了充填膏體的水含量，促進(jìn)充填膏體完全成型，另一方面減水劑會(huì)在水中形成膠體成分，形成膠體材料可以提高膠凝粉體料的膠凝作用強(qiáng)度，從而可以提高充填膏體的抗壓強(qiáng)度。

技術(shù)特征：

1.一種基于赤泥的充填膏體的制備方法，其特征在于，所述赤泥包括拜耳法赤泥和/或燒結(jié)法赤泥，所述制備方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述預(yù)設(shè)溫度為120℃～350℃，所述干法活化的時(shí)間為10min～60min。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，以重量份數(shù)計(jì)，所述研磨粉料的組分滿足：

4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的制備方法，其特征在于，所述工業(yè)固廢包括以下至少兩種：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述研磨粉料的粒度＜178μm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，以重量份數(shù)計(jì)，所述預(yù)充填干料的組分包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的制備方法，其特征在于，所述骨料包括以下至少一種：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述酸性激發(fā)劑的重量m1和所述預(yù)充填干料的重量m2滿足關(guān)系式：m1:m2＝(0.2～2.0):100，所述減水劑的重量m3和所述預(yù)充填干料的重量m2滿足關(guān)系式：m3:m2＝(0.2～1.0):100；

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述酸性激發(fā)劑包括以下至少一種：

10.一種基于赤泥的充填膏體，其特征在于，所述充填膏體是由權(quán)利要求1～9任一項(xiàng)所述的制備方法得到的。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)涉及固體廢棄物綜合回收利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于赤泥的充填膏體及其制備方法；所述制備方法包括：將工業(yè)固體廢棄物、吸附劑和赤泥進(jìn)行研磨混合，得到研磨粉料；在預(yù)設(shè)溫度的條件下將研磨粉料進(jìn)行干法活化，得到膠凝粉體料；將拜耳法赤泥、骨料和膠凝材料進(jìn)行混合，以得到具有混合赤泥組分的預(yù)充填干料；以及將酸性激發(fā)劑、減水劑、水和預(yù)充填干料進(jìn)行混合，得到充填膏體；其中，所述預(yù)設(shè)溫度為≤350℃。該制備方法可以提高充填膏體的抗壓強(qiáng)度，另外還可以實(shí)現(xiàn)赤泥的規(guī)模化消納。

技術(shù)研發(fā)人員：范澤坤,劉中凱,康澤雙,李花霞,田野,張延利,孫鳳娟,張騰飛,曹瑞雪,蘇歡歡
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中鋁鄭州有色金屬研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19