一种赤泥基胶凝材料激发剂及赤泥基采空区充填材料制造技术

本发明专利技术公开了一种赤泥基胶凝材料激发剂及赤泥基采空区充填材料。这种赤泥基胶凝材料激发剂包括以下组分：脱硫石膏、粉煤灰、纯碱、芒硝、泡花碱、磷酸二氢钠和铝矾土。这种赤泥基采空区充填材料包括赤泥基胶凝材料激发剂、赤泥、钢渣、水泥、玄武岩纤维短切纱和绢云母增强聚丙烯母粒。通过采用本发明专利技术的复合激发剂可以有效激发赤泥，形成结构和性能稳定的充填材料，该充填材料具有良好的流动性和抗压强度，能够满足矿山采空区充填的需求。与以水泥为主的传统胶凝材料相比，本发明专利技术提供的赤泥基采空区充填材料还具有膨胀性，可以抑制水泥硬化过程的体积收缩，能够解决目前充填区存在的脱空问题。

【技术实现步骤摘要】
一种赤泥基胶凝材料激发剂及赤泥基采空区充填材料
本专利技术涉及工业废弃物资源化利用
，特别涉及一种赤泥基胶凝材料激发剂及赤泥基采空区充填材料。
技术介绍
矿床开采后会留下的采空区，经过选矿后的尾矿会堆积成尾矿库。金属尾矿持续和大量堆积，不仅给土地造成了极大的压力，浪费了资源，而且尾矿中的一些重金属离子会产生严重的环境污染，存在安全隐患。可见，目前的采矿模式急切需要妥善处理。当前用于采空区充填的技术方案为两种：水砂混合充填和胶结膏体充填。总的来说，现在的充填方法存在如下问题：充填稳定性差：当前作为主要胶凝材料的水泥正越来越向低细度、高早期强度的趋势发展，虽然研究表明，低细度水泥颗粒表面积增大，水化反应活化点增多，水化反应加快，可以快速生成六面立方C-S-H凝胶晶体和Ca(OH)3等结晶产物使水泥宏观表现为硬化现象，可以有效提高7天和28天强度，因此施工方为了缩短工期、提高早期强度，水泥厂为了提高经济效益，提高水泥水化热以减少用量，将水泥越磨越细。但同时，快速的水化反应导致产生大量的水化热难以及时排出，主要集中在浇筑后7天，由于大体积混凝土内部和表面散热条件不同，内部难以散热。因此大量的水化热导致混凝土内部温度高、表面温度低，在混凝土中形成温度梯度，产生温度应力，使混凝土内部产生压应力，表明产生拉应力，当拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，混凝土开裂，充填体强度受损。充填区域易脱空：由于水泥水化反应吸收浆料中的水分，固化成型，导致水泥硬化后的充填体体积收缩，地下充填区域脱空。由于地下充填区的特殊性，充填体体积收缩将使得其与采空区地面缺乏有效接触，降低了支撑强度，带来了极大的安全隐患，易造成采空区地面塌陷。成本高：当前采空区充填以水砂混合充填和胶结膏体充填为主，其中又以水泥为胶凝材料的胶结膏体充填为主要方案。但是，水泥价格持续走高，直接导致充填成本提高，给企业带来了较大的成本。赤泥是铝土矿生产氧化铝过程中排放的废料，全世界每年排放赤泥约6000万吨，中国仅5大氧化铝厂，年排出的赤泥量就达到600万吨，累计赤泥对存量高达5000万吨，而其利用率仅为15％左右。赤泥中的许多可利用成分得不到合理的利用，从而造成资源的二次浪费，但目前一直没有合理的处理方案。目前赤泥的资源化利用研究主要集中在用作结构材料，污染物处理与催化，分解提炼有用成分等方面。由于铝土矿的生产原料和生产工艺使得赤泥具有潜在的活性，其利用的优势为胶凝作用，在矿山回填中可以发挥其潜在性能。
技术实现思路
为了解决现有技术中赤泥的资源化利用和当前充填胶凝材料存在的缺陷，本专利技术旨在资源化利用赤泥的同时，部分替代高耗能的水泥，解决当前充填方法的部分缺点问题。由于铝土矿的生产原料和生产工艺使得赤泥具有潜在的活性，其利用的优势为胶凝作用，在矿山回填中可以发挥其潜在性能。因此，本专利技术的目的之一在于提供一种赤泥基胶凝材料激发剂及其制备方法，本专利技术的目的之二在于提供一种赤泥基采空区充填材料及其制备方法，本专利技术的目的之三在于提供这种赤泥基胶凝材料激发剂或赤泥基采空区充填材料的应用。为了实现上述目的，本专利技术所采取的技术方案是：本专利技术的第一方面提供了一种赤泥基胶凝材料激发剂，包括以下组分：脱硫石膏、粉煤灰、纯碱、芒硝、泡花碱、磷酸二氢钠和铝矾土。根据本专利技术所述赤泥基胶凝材料激发剂的一些实施方式，包括以下质量份的组分：25～35份脱硫石膏，15～25份粉煤灰，3～8份纯碱，8～12份芒硝，8～12份泡花碱，8～12份磷酸二氢钠和10～20份铝矾土。在本专利技术所述的赤泥基胶凝材料激发剂中，纯碱为碳酸钠，即为弱碱，适合做碱激发胶凝材料成分，且来源广泛，成本低。芒硝为十水合硫酸钠，其性质稳定，成本低，其作为碱激发胶凝材料成分，在本专利技术体系中，芒硝的引入还提供了硫酸根离子，利于钙矾石晶体形成，提供充填体强度和体积微膨胀。泡花碱为硅酸钠，硅酸盐也作为碱性激发剂成分，且泡花碱成本低，性质稳定，对充填体性能无影响。磷酸二氢钠主要作为缓冲剂，适当控制体系pH值，维持在pH约为12的碱性环境。铝矾土为体系提供三氧化二铝作为原料，利于形成钙矾石晶体和C-A-S-H凝胶。根据本专利技术所述赤泥基胶凝材料激发剂的一些实施方式，所述粉煤灰是研磨至粒径为8μm～12μm的粉体。在机械能作用下，粉煤灰内部结构被破坏，大量如Si-O，Al-O键断裂，化学键断裂处形成许多亚稳态活性Si，Al，比起简单添加粉煤灰作为原料而无粒径要求，可以取得比之更好的后期抗压强度。本专利技术的第二方面提供了根据本专利技术第一方面所述赤泥基胶凝材料激发剂的制备方法，包括如下步骤：将各组分混合，球磨，得到所述的赤泥基胶凝材料激发剂。根据本专利技术所述赤泥基胶凝材料激发剂制备方法的一些实施方式，所述球磨是球磨至粒径为100目～200目。根据本专利技术所述赤泥基胶凝材料激发剂制备方法的一些实施方式，所述球磨是在300r/min～400r/min下进行球磨。根据本专利技术所述赤泥基胶凝材料激发剂制备方法的一些实施方式，所述球磨后还包括干燥的步骤。在本专利技术的一些实施例中，所述干燥是在50℃～70℃氮气中干燥；所述干燥的时间为5小时～7小时。通过干燥，可以避免球磨过程中由于粉体大面积与空气接触而造成的吸收空气中水分的问题。本专利技术的第三方面提供了一种赤泥基采空区充填材料，包括以下组分：本专利技术第一方面所述的赤泥基胶凝材料激发剂、赤泥、钢渣、水泥、玄武岩纤维短切纱和绢云母增强聚丙烯母粒。在本专利技术提供的赤泥基采空区充填材料中，赤泥是制铝工业从铝土矿中提炼氧化铝后，残留的一种红色粉泥状强碱性固体废料，其主要成分为SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3、Na2O、TiO2、K2O等氧化物，此外还含灼减成分和微量有色金属。同时赤泥中主要矿物成分为文石和方解石，还含有一定量菱铁矿，这三者具有一定骨架结构，又有一定的胶结作用；同时赤泥中含有的蛋白石、水玻璃起胶结和填充作用。因此利用赤泥做充填材料可部分替代水泥。钢渣是在炼钢过程中产生的废渣，主要成分为硅酸二钙、硅酸三钙、钙镁橄榄石、铁酸二钙等，其成分中含有大量的水泥熟料成分，可一定程度上使用来代替部分水泥。同时利用机械研磨，减小钢渣尺寸，提高表面积，可提高钢渣活性。钢渣作为活性矿物掺合料，在胶凝材料体系水化硬化过程中产生微膨胀，可以对混凝土起到补偿收缩的作用。钢渣中C3S含量较少，更多的是C2S，水泥中C3S含量较多。C3S水化反应快，利于提高早期强度，C2S水化反应速率较慢，但利于提高后期强度。钢渣微粉制备胶凝材料可减少胶凝体系水化放热速率和放热量，具有改善胶凝材料流动性、增加抗拉强度和韧性，补偿收缩开裂，提高充填体后期强度等优点，将钢渣粉、粉煤灰等材料进行复合，利用各种材料间的复合效应，可以改善胶凝材料的微观孔隙结构。玄武岩纤维短切纱具有优良的耐化学性，耐碱性出色，在碱性反应体系中不会被腐蚀，可直接用于胶凝材料增强。同时，玄武岩纤维强度高，耐热性好，可以有效提高充填体强度和韧性、高温稳定性、低温抗裂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种赤泥基胶凝材料激发剂，其特征在于：包括以下组分：脱硫石膏、粉煤灰、纯碱、芒硝、泡花碱、磷酸二氢钠和铝矾土。/n

【技术特征摘要】
1.一种赤泥基胶凝材料激发剂，其特征在于：包括以下组分：脱硫石膏、粉煤灰、纯碱、芒硝、泡花碱、磷酸二氢钠和铝矾土。


2.根据权利要求1所述的一种赤泥基胶凝材料激发剂，其特征在于：包括以下质量份的组分：25～35份脱硫石膏，15～25份粉煤灰，3～8份纯碱，8～12份芒硝，8～12份泡花碱，8～12份磷酸二氢钠和10～20份铝矾土。


3.根据权利要求1或2所述的一种赤泥基胶凝材料激发剂，其特征在于：所述粉煤灰是研磨至粒径为8μm～12μm的粉体。


4.权利要求1至3任一项所述赤泥基胶凝材料激发剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
将各组分混合，球磨，得到所述的赤泥基胶凝材料激发剂。


5.一种赤泥基采空区充填材料，其特征在于：包括以下组分：权利要求1至3任一项所述的赤泥基胶凝材料激发剂、赤泥、钢渣、水泥、玄武岩纤维短切纱和绢云母增强聚丙烯母粒。


6.根据权利要求5所述的一种赤泥基采空区充填材料，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，袁苾程，陈思成，龚炜庭，陈丽，刘宇晴，齐泽心，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42