一種粉煤灰堿激發(fā)充填材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種充填材料及其制備方法。 技術(shù)背景：
[0002] 近年來(lái)，我國(guó)一直處于高耗能、高污染的階段，國(guó)家為了節(jié)能減排，降低污染，提出 了一系列政策方針。在電力、鋼鐵、煉侶、煤炭、有色金屬礦開(kāi)采等行業(yè)產(chǎn)生過(guò)剩的同時(shí)，產(chǎn) 生了大量的固體廢棄物，而該些固體廢棄物，如鋼渣、鋪渣、磯渣、銅渣、鉛鋒渣、赤泥、煤桿 石、電廠燃煤爐渣、娃質(zhì)尾礦砂、貴貼紙尾礦砂、侶質(zhì)尾礦砂或硫質(zhì)尾礦砂等，又亟待大宗利 用，綜合治理，降低環(huán)境污染。
[0003] 目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于該些固廢可W大宗利用的領(lǐng)域，一方面集中于水泥、混凝上等建 材行業(yè)，另一方面集中于地下的充填、開(kāi)采。充填材料在北美又稱為可控低強(qiáng)度材料，在北 美使用較為普及，其最高強(qiáng)度具有一定限制。美國(guó)混凝±協(xié)會(huì)規(guī)定該種材料28天的抗壓強(qiáng) 度應(yīng)在8. 3MPaW下。如施工后預(yù)計(jì)進(jìn)行再開(kāi)挖，為適應(yīng)使用要求，有關(guān)"流化±理±利用技 術(shù)手冊(cè)"則規(guī)定為0. 5~1.OMPa。
[0004] 近十幾年，充填材料開(kāi)始在國(guó)內(nèi)新興，出現(xiàn)了一批相關(guān)技術(shù)發(fā)明，如發(fā)明專利 200810171974.0,201110023865. 6,201110405857. 8,201210081059. 9,201210517862. 2, 201210557658.3, 201210557761. 8, 201310284360. 4, 201310306381.1，201310347147.3, 20 1310480909. 7, 201410035688. 7, 201410234488. 4等，該些專利基本都是W水泥為主要膠凝 材料，輔助滲加一些粉煤灰和其他砂類細(xì)骨料，W及一些輔助添加劑，實(shí)現(xiàn)整個(gè)體系良好的 和易性、流動(dòng)性、凝結(jié)效果和強(qiáng)度指標(biāo)。有部分專利還使用到特種水泥，使用量較大，不利于 節(jié)能減排、綜合利廢。本發(fā)明中采用粉煤灰為主體膠凝材料，磨細(xì)礦渣做輔助膠凝材料，其 他工業(yè)固體廢棄物作為細(xì)骨料，通過(guò)堿激發(fā)的方式激發(fā)膠凝材料活性，再添加部分重金屬 離子固化劑、促凝劑、早強(qiáng)劑等，實(shí)現(xiàn)低強(qiáng)度充填材料的可控制備。利廢、成本低、環(huán)保節(jié)能， 對(duì)礦井節(jié)能、環(huán)保、利廢、低成本充填具有廣泛深刻的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0005] 為了提高固體廢棄物在礦井充填材料生產(chǎn)中的滲量，本發(fā)明提供了一種制備工藝 簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定的新型粉煤灰堿激發(fā)充填材料及其制備方法。
[0006] 本發(fā)明是通過(guò)W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明的充填材料的原料，主要原料包括膠凝材料、細(xì)骨料、激發(fā)劑、重金屬離子 固化劑、促凝劑和水，所述的充填材料由W下原料制成：
[000引膠凝材料；占原材料總質(zhì)量的20~40wt. %，粉煤灰和磨細(xì)礦渣的質(zhì)量比例在 1:1~4:1之間；
[0009] 細(xì)骨料：占原材料總質(zhì)量的20~40wt. % ;
[0010] 堿性激發(fā)劑：占原材料總質(zhì)量的10~25wt. %，激發(fā)劑中包括鋼（鐘）水玻璃、 化0H/K0H、水。激發(fā)劑的模數(shù)在1. 0~2. 0,質(zhì)量濃度在15~40wt. % ;
[0011] 重金屬離子固化劑；占原材料總質(zhì)量的0. 1~5wt. % ;
[0012] 促凝劑：占原材料總質(zhì)量的0. 01~0. 5wt. % ;剩余質(zhì)量為水。
[0013] 本發(fā)明的上述充填材料的制備方法，包括步驟：
[0014] 1)將膠凝材料、細(xì)骨料、重金屬離子固化劑、促凝劑與水混合攬拌10~30min;
[0015] 2)化OH/KOH溶于鋼（鐘）水玻璃中配置成堿性激發(fā)劑，陳化24~4她；
[0016] 3)將堿性激發(fā)劑與固體粉料混合，再加入部分水，攬拌1~lOmin，使?jié){料的初始 流動(dòng)度在150~250cm之間，和易性良好，1小時(shí)流動(dòng)度保持為初始流動(dòng)度的50%W上；
[0017] 4)充填材料的初凝時(shí)間為2~化，終凝時(shí)間為4~她；28天抗壓強(qiáng)度在l-5MPa， 干密度在1000~1500kg/m3。
[001引本發(fā)明制備工藝簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良、穩(wěn)定，成本較低。
[0019] 具體實(shí)施方法：
[0020] 按本發(fā)明的充填材料的實(shí)施例配方中各物料質(zhì)量百分?jǐn)?shù)進(jìn)行配料（見(jiàn)表1)及上 述制備工藝制備充填，并將新鮮漿料注入40mmX40mmX160mm模具成型，脫模后繼續(xù)在標(biāo) 準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)至28天，（養(yǎng)護(hù)箱溫度保持在20°C左右，控制相對(duì)濕度大于90% )，制得充填 材料試塊。
[0021] 按照《混凝±外加劑均質(zhì)性實(shí)驗(yàn)方法》GB/T8077-2012、《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》 GB/T17671-1999及《輕骨料混凝±技術(shù)規(guī)范》JG/J51-2002中規(guī)定的充填材料的流動(dòng)度、28 天抗壓強(qiáng)度及干容重進(jìn)行測(cè)試，平均測(cè)試3組樣取平均值，得到表2 ;
[0022] 表1本發(fā)明泡沫膏體充填材料實(shí)施例配方組成（wt. % )
[0023]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種充填材料，由膠凝材料、細(xì)骨料、激發(fā)劑、重金屬離子固化劑、促凝劑和水組成組 成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填材料，所述的膠凝材料是粉煤灰和磨細(xì)礦渣的混合物； 所述的細(xì)骨料為鋼渣、錳渣、磷渣、銅渣、鉛鋅渣、赤泥、煤矸石、電廠燃煤爐渣、硅質(zhì)尾礦砂、 鋁質(zhì)尾礦砂或硫質(zhì)尾礦砂的一種或多種混合；所述的堿性激發(fā)劑包括鈉（鉀）水玻璃和 NaOH/KOH ;所述的重金屬離子固化劑是硫化鈉；所述的促凝劑也具有早強(qiáng)功能，是氯化鈉、 硫酸鈉、碳酸鈉、偏鋁酸鈉、氯化鈣、硬脂酸鈣的一種或多種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的充填材料，包括以下質(zhì)量配比的原料： 膠凝材料：占原材料總質(zhì)量的20~40wt. %，粉煤灰和磨細(xì)礦渣的質(zhì)量比例在1:1~ 4:1之間； 細(xì)骨料：占原材料總質(zhì)量的20~40wt. % ; 堿性激發(fā)劑：占原材料總質(zhì)量的10~25wt. %，激發(fā)劑中包括鈉（鉀）水玻璃、NaOH/ Κ0Η、水。激發(fā)劑的模數(shù)在I. 0~2. 0,質(zhì)量濃度在15~40wt. % ; 重金屬離子固化劑：占原材料總質(zhì)量的〇. 1~5wt. % ; 促凝劑：占原材料總質(zhì)量的〇. 01~〇. 5wt. % ;剩余質(zhì)量為水。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的充填材料， 粉煤灰可以是原灰或分選灰，SiO2質(zhì)量含量彡50wt. %，Al 203質(zhì)量含量彡20wt. % ; 磨細(xì)礦渣和細(xì)骨料的粒徑為Ιμπι彡D5tlS 100 μπι，顆粒細(xì)度0.080mm篩篩余彡5~ 25%，含碳量< 5%，燒失量< 10% ; ?；⒅闉榕蛎浾渲閹r或堿石灰硼硅酸鹽玻璃材料，粒徑在15~100 μ m，導(dǎo)熱系數(shù)為 0. 01-0. 05W/m · K，吸水率小于50%，熔融溫度大于800°C。 激發(fā)劑中包括鈉（鉀）水玻璃、NaOH/KOH、水。激發(fā)劑的模數(shù)在I. 0~2. 0,質(zhì)量濃度 在 15 ~40wt. % ; 重金屬離子固化劑和促凝劑都是工業(yè)級(jí)化工試劑，純度在90%以上。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種粉煤灰堿激發(fā)充填材料及其制備方法，該充填材料由膠凝材料、細(xì)骨料、堿性激發(fā)劑、重金屬離子固化劑、促凝劑和水組成。其質(zhì)量配比為：膠凝材料:細(xì)骨料:激發(fā)劑:重金屬離子固化劑:促凝劑:水＝20～40:20～40:10～25:0.1～5:0.01～0.5:10～25,其中膠凝材料是粉煤灰和磨細(xì)礦渣的混合物，細(xì)骨料為鋼渣、錳渣、磷渣、銅渣、鉛鋅渣、赤泥、煤矸石、電廠燃煤爐渣、硅質(zhì)尾礦砂、鋁質(zhì)尾礦砂或硫質(zhì)尾礦砂的一種或多種混合，激發(fā)劑中包括鈉(鉀)水玻璃和NaOH/KOH的混合物。本發(fā)明不使用水泥作為膠凝材料，充分利用粉煤灰、煤矸石、各類尾礦砂等工業(yè)固體廢棄物，變廢為寶，減少固廢污染，改善生態(tài)環(huán)境。
【IPC分類】C04B28-08
【公開(kāi)號(hào)】CN104829200
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510181543
【發(fā)明人】劉澤, 王春雪, 張媛, 邵寧寧
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【公開(kāi)日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2015年4月16日