矿井充填材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种矿井充填材料及其制备方法，矿井充填材料包括如下组分：胶凝材料、煤矸石骨料、外加剂以及水；其中，所述胶凝材料包括硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏以及水泥本发明专利技术的充填材料不仅具有良好的施工性能，能够以较低的成本完成矿井的充填，而且以废治废，能够达到绿色开采与资源高效利用的目的。

Mine filling materials and their preparation methods

The invention provides a mine filling material and preparation method thereof, the filling material comprises the following components: cementitious materials, coal gangue aggregate, admixture and water; wherein the filling material of the cementitious materials including calcium silicate slag, fly ash, gypsum and cement of the invention not only has good construction performance. Able to complete the mine filling with low cost, but also by waste, can achieve the efficient use of resources and the purpose of green mining.

【技术实现步骤摘要】
矿井充填材料及其制备方法
本专利技术涉及充填材料技术，尤其涉及一种矿井充填材料及其制备方法，属于建筑材料

技术介绍
随着世界经济与人口的快速增长，人类对矿产资源的需求量与日俱增，矿产资源大量开采产生的固体废弃物和采空区给生态环境、地质安全带来严重的威胁。为了绿色安全开采，充填采矿工艺在提高资源回采率、防止大面积地质灾害、确保安全生产等方面愈加必要。由于传统的充填材料消耗大量水泥，成本较高，且早期强度较低，严重的限制了充填采矿技术的应用和发展。另一方面，粉煤灰是燃煤冶金和电力企业生产过程中产生的一种固体废弃物，其产量约占燃煤总量的5-20％，产量十分巨大，如不及时处理将会导致产生地区严重的环境污染。通常粉煤灰中含有丰富的Al2O3，为资源化利用粉煤灰资源，可使用预脱硅-碱-石灰烧结法进行高铝粉煤灰提铝。以内蒙及其周边地区为例，每年冶金和电力企业排放出大约1200万吨Al2O3含量高达50％左右的高铝粉煤灰，且其历年的存积量已超过1亿吨。但是，在每生产1吨Al2O3的同时，伴随产生2.2～2.5吨的主要成分为β-C2S的硅钙渣，并且其含有2～4.5％的可溶性碱(Na2O)，这就致使其具有很强的污染性，特别是对土壤和地下水的污染及其严重，大量堆存时必须对堆场进行防渗处理，硅钙渣的处理与利用已成为制约煤-电-灰-铝循环产业发展的最大瓶颈问题，因而如何能有效处理掉硅钙渣成为高铝粉煤灰提铝产业亟需解决的问题。
技术实现思路
针对上述缺陷，本专利技术提供一种矿井充填材料及其制备方法，以硅钙渣等煤基固废作为制备矿井充填材料的主要成分，既能够降低矿井充填的成本，又能够极大的利用固废资源。本专利技术提供一种矿井充填材料，包括如下组分：胶凝材料、煤矸石骨料、外加剂以及水；其中，所述胶凝材料包括硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏以及水泥。本专利技术原材料中的硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏、煤矸石都是工业固废，其中，煤矸石是矿区主要的固体废弃物，脱硫石膏、粉煤灰是电厂主要固体废弃物。本专利技术对粉煤灰不作严格限制，例如可以为鄂尔多斯盆地晚古生代煤层及夹矸中所富含的一水软铝石、高岭石等矿物燃烧后所产生的粉煤灰。进一步地，所述粉煤灰的组成可以为：Al2O348-52％，SiO235-40％，Fe2O31.5-2％，CaO4.8-5％，TiO21.4-1.5％，Na2O0.1-0.2％。其中，高铝粉煤灰的铝硅比(即氧化铝Al2O3与二氧化硅SiO2的摩尔比)为1.09-1.32。硅钙渣是粉煤灰提取氧化铝的固体废弃物，硅钙渣主要矿物成分为β-硅酸二钙(β-2CaO·SiO2)，与水泥中的四种主要矿物(硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙)的一种主要矿物成分一致，除了β-硅酸二钙外，还包括方解石、钙钛矿、水化石榴石和水化铝酸钙等，其中，水化钙铝榴石(3CaO·Al2O3·SiO2·4H2O)为15-20％，方解石为10-15％和水合铝酸三钙3CaO·Al2O3·nH2O为5-10％。由于硅钙渣的主要化学成分为氧化钙和二氧化硅，因此硅钙渣能够有效改善充填材料的性能。具体地，本专利技术对所采用的原料硅钙渣的来源不作严格限定，例如可以是利用粉煤灰碱石灰烧结法提取氧化铝后得到的硅钙渣。在一实施方式中，采用公开号CN102249253A的专利技术专利中形成的硅钙渣；该硅钙渣中各成份的质量含量为：CaO50～58％，SiO222～28％，Al2O32～7％，Fe2O31.52～3％，MgO1～3％，(Na2O+0.66K2O)<2.0％；特别是，该硅钙渣中的矿物成分主要为β-硅酸二钙(β-Ca2SiO4，简称β-C2S)，其质量含量＞70％，此外还含有钙铝榴石(3CaO·Al2O3·xSiO2)、方解石(CaCO3)、铝酸三钙(3CaO·Al2O3·nH2O)等其它矿物成分。进一步地，所述煤矸石骨料与胶凝材料的质量比为(2-4)：1，所述水与胶凝材料的质量比为(6-15)：1，所述外加剂与胶凝材料的质量比为(0.01-0.15)：1。进一步地，为了增强胶凝材料的充填表现能力，所述胶凝材料按照重量份包括如下组分：硅钙渣20-50重量份、粉煤灰10-40重量份、脱硫石膏5-20重量份、水泥5-15重量份。进一步地，所述煤矸石骨料包括粒径为0-5mm的第一煤矸石、粒径为5-10mm的第二煤矸石以及粒径为10-16mm第三煤矸石的混合物；其中，所述煤矸石骨料按照如下重量分包括：第一煤矸石43-70重量份，第二煤矸石15-28重量份，第三煤矸石11-28重量份。进一步地，所述外加剂按照如下组分包括缓凝剂20-51重量份，减水剂10-35重量份，保水剂20-46重量份。进一步地，所述的矿井充填材料，按照如下方法制备：向所述水中依序加入所述煤矸石骨料、胶凝材料以及外加剂，搅拌，制得所述矿井充填材料。本专利技术通过限定各种组成之间的添加顺序，能够获得流动性良好的似膏体的矿井充填材料。本专利技术还提供上述任一所述的矿井充填材料的制备方法，向所述水中依序加入所述煤矸石骨料、胶凝材料以及外加剂，搅拌，制得所述矿井充填材料。具体地，可以先向反应容器中的加入水，然后再依次加入煤矸石骨料、胶凝材料以及外加剂，搅拌2.5-5min，即得到本专利技术的膏体矿井充填材料。进一步地，上述制备矿井充填材料的过程在常温下完成即可，一般的为20-28℃。可以想到的是，在制备本专利技术的矿井充填材料之前，需要先制备胶凝材料、煤矸石骨料以及外加剂。胶凝材料的制备可以将硅钙渣20-50重量份、粉煤灰10-40重量份、脱硫石膏5-20重量份、水泥5-15重量份混合，搅拌，最终制得胶凝材料。煤矸石骨料的制备可以先将煤矸石进行破碎筛分，得到粒径为0-5mm的第一煤矸石、粒径为5-10mm的第二煤矸石以及粒径为10-16mm第三煤矸石。然后按照第一煤矸石43-70重量份，第二煤矸石15-28重量份，第三煤矸石11-28重量份的比例，将上述第一煤矸石、第二煤矸石、第三煤矸石在常温下混合均匀即可。本专利技术的实施，至少具有如下优势：1、以废治废，就近取材。煤矸石是矿区主要固体废弃物，粉煤灰、脱硫石膏是电厂主要固体废弃物，硅钙渣是粉煤灰提取氧化铝固体废弃物，一般距离矿井位置较近。以这些煤基固废为主要原料制备矿井似膏体充填材料，就地取材，不仅解决了这些固废的利用问题，减少堆存占地，减少了生态环境的破坏，同时成本较低，利于大规模推广应用。2、本专利技术对粉煤灰、煤矸石等提取氧化铝所形成的硅钙渣进行有效利用，不仅有效解决了其存放和环境污染等问题，此外还有利于节约粘土、水泥、骨料等原料，极大地提高了经济效益。3、本专利技术矿井充填材料的制备方法所采用的原料来源广泛、成本低廉，该制备方法工艺简单、易于操作、无“三废”排放，特别是能够在常压和较低温度下进行，所需能耗低，从而大大降低了矿井充填材料生产成本，具有良好的推广应用前景。4、本专利技术的矿井充填材料，可根据运输距离、运输方式、泵送工艺调节原料配比和外加剂用量，使充填材料保持良好的流动性，达到施工要求。5、本专利技术的矿井填充材料制备方法简单，无需大型仪器协助，参数可控性高。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井充填材料，其特征在于，包括如下组分：胶凝材料、煤矸石骨料、外加剂以及水；其中，所述胶凝材料包括硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏以及水泥。

【技术特征摘要】
1.一种矿井充填材料，其特征在于，包括如下组分：胶凝材料、煤矸石骨料、外加剂以及水；其中，所述胶凝材料包括硅钙渣、粉煤灰、脱硫石膏以及水泥。2.根据权利要求1所述的矿井充填材料，其特征在于，所述煤矸石骨料与胶凝材料的质量比为(2-4)：1，所述水与胶凝材料的质量比为(6-15)：1，所述外加剂与胶凝材料的质量比为(0.01-0.15):1。3.根据权利要求2所述的矿井充填材料，其特征在于，所述胶凝材料按照重量份包括如下组分：硅钙渣20-50重量份、粉煤灰10-40重量份、脱硫石膏5-20重量份、水泥5-15重量份。4.根据权利要求3所述的矿井充填材料，其特征在于，所述煤矸石骨料为粒径为0-5mm的第一煤矸石、粒径为5-10mm的第二煤矸石以及粒径为10-16mm第三煤矸石的混合物。5.根据权利要求4所述的矿井充填材料，其特征在于，所述煤矸石...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志杰，孙俊民，陈杨，
申请(专利权)人：大唐国际发电股份有限公司高铝煤炭资源开发利用研发中心，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15