一种矿山溶洞填充浆料及其制备方法与流程

1.本发明矿山填充技术领域，具体涉及一种矿山溶洞填充浆料及其制备方法。


背景技术：

2.目前全世界每年排放赤泥约近亿吨，近年来，伴随我国各地氧化铝产业急速发展，赤泥排放已超过5000万吨/年，累计赤泥堆积量已达几亿吨，为世界之最。然而，世界上赤泥利用率为15％左右，我国利用率远低于这个水平。多年来积累的大量赤泥，不仅占用了大量土地，耗费较多的堆场建设和维护管理费用，而且对周围环境也构成潜在的威胁，赤泥的处置已成为制约铝冶炼行业发展的技术瓶颈之一。
3.随着磷化工的迅速发展，生产成本相对较低的湿法磷酸工艺被大量采用，从而产生了大量磷石膏废渣。据计算，每生产1吨磷酸，将产生磷石膏5～6吨，若以贵州每年生产100万吨的产量计算，排放的磷石膏每年为500万吨左右。因此，如何有效处置磷石膏，也成为解决磷石膏环境污染问题的关键问题。
4.目前，磷石膏与赤泥处理技术还不够成熟，虽然已经对磷石膏与赤泥的综合利用采取了一些有效的措施，但仍存在一定的问题，如消耗量较低、处理成本高、能耗较大等。寻找一种能同时大量消耗磷石膏与赤泥的综合利用技术将有利于磷化工和铝冶炼行业的健康发展。
5.另一方面，采矿工业在开采相应资源后，形成的大量采空区易产生塌陷，导致土地和植被的破坏，甚至造成重大安全事故。利用各种尾矿及副产废料制备充填浆料进行回填是处理废弃矿井溶洞以及大量消耗废料的重要方法。在现有技术中，中国专利cn103130434a公开了一种使用拜耳法赤泥制作矿山充填材料的方法。采用的原料为拜耳法赤泥、粉煤灰、石灰和石膏，按一定重量百分比均匀混合后成矿山充填材料，其中拜耳法赤泥和粉煤灰的量分别达40～60％和15～25％，具有较大的应用前景，然而只能解决拜耳法赤泥的消耗问题。中国专利cn102936121a公开了一种矿山井巷充填用复合物料，以黄磷炉渣粉、激发剂与改性剂按照(19～22):(10～17):(1～4)的质量比混合后，加1～4倍体积的水搅拌均匀而制成浆料，其中作为激发剂的磷石膏的量较少，且需添加硅酸钠、氟硅酸钠、氢氧化钠、柠檬酸钠、生石灰或消石灰中的任一种或几种作为添加剂。为此，本发明提供一种矿山溶洞填充浆料及其制备方法。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种矿山溶洞填充浆料及其制备方法，大量消耗了赤泥和磷石膏，同时提供了一种原料来源广泛、价格低廉、制备方法简单、充填成本低性能好的矿山填充浆料，减少了赤泥和磷石膏对环境的潜在威胁，具有良好的经济和生态效益。
7.本发明提供了一种矿山溶洞填充浆料，其特征在于，由以下重量百分比的原料组成：赤泥30％～60％、磷石膏20％～40％、粉煤灰10％～20％、改性剂5％～10％，2～4倍体积的水。
8.优选地，所述赤泥为拜耳法、烧结法或联合法赤泥中的一种或两种或三种的混合物。
9.优选地，所述磷石膏为二水磷石膏或半水磷石膏。
10.优选地，所述改性剂为石灰、硅酸钠和水泥中的一种或两种或三种的混合物。
11.本发明还提供了一种矿山溶洞填充浆料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
12.步骤1，按照配方量称取赤泥、磷石膏和粉煤灰，并分别研磨为200目的粉料，混合均匀后，再加入配方量的改性剂得到原浆料；
13.步骤2，向步骤1制得的原浆料中加入配方量的水即得矿山溶洞填充浆料。
14.优选地，所述矿山填充浆料的粘度为0.4～0.8pa.s。
15.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
16.(1)本发明采用赤泥、磷石膏、粉煤灰和改性剂制备成矿山溶洞填充浆料，由于磷石膏含有游离硫酸而呈酸性；赤泥因含有氢氧化钠而呈现较强的碱性，磷石膏与过量的赤泥混合后，不仅中和了磷石膏的酸性，而且生成了具有胶凝作用的物质；添加具有一定活性的粉煤灰后，磷石膏和赤泥在残存氢氧化钠、改性剂、盐类和水的作用下发生水化反应，生成了钙矾石(aft)和水化硅酸钙(c
‑
s
‑
h)凝胶。随着水化反应的进行，钙矾石与水化硅酸钙凝胶不断增加，硬化体强度不断提高；改性剂的加入，不仅能促进和激发磷石膏、赤泥以及粉煤灰间或自身的胶凝作用，而且对于胶凝材料的早期强度有积极的促进作用。
17.(2)本发明制备而成的矿山溶洞填充浆料具有较强的抗压强度，7d，14d，28d养护时间下，抗压轻度可分别达到1.3mpa，2.1mpa和3.5mpa。
18.(3)本发明以赤泥、磷石膏和粉煤灰等工业废渣为主要原料，在常温常压下在改性剂作用下，使其主要原料发生活化，实现胶凝固化，制备成新型的矿山溶洞填充胶凝材料；原料来源广泛，生产成本较低，工艺过程简单，便于实施推广。
具体实施方式
19.为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但所举实施例不作为对本发明的限定。下述实验方法和检测方法，如没有特殊说明，均为常规方法，所涉及的原料和试剂，如没有特殊说明，均为市售。
20.实施例1
21.一种矿山溶洞填充浆料，由以下重量百分比的组分组成：赤泥30％、磷石膏40％、粉煤灰20％、改性剂10％，2倍体积的水。
22.上述矿山溶洞填充浆料的制备方法，包括以下步骤：
23.步骤1，按照配方量称取赤泥、磷石膏和粉煤灰，并分别研磨为200目的粉料，混合均匀后，再加入配方量的改性剂得到原浆料；
24.步骤2，向步骤1制得的原浆料中加入配方量的水即得矿山溶洞填充浆料。
25.实施例2
26.一种矿山溶洞填充浆料，由以下重量百分比的组分组成：赤泥60％、磷石膏20％、粉煤灰10％、改性剂10％，4倍体积的水。
27.上述矿山溶洞填充浆料的制备方法，包括以下步骤：
28.步骤1，按照配方量称取赤泥、磷石膏和粉煤灰，并分别研磨为200目的粉料，混合均匀后，再加入配方量的改性剂得到原浆料；
29.步骤2，向步骤1制得的原浆料中加入配方量的水即得矿山溶洞填充浆料。
30.实施例3
31.一种矿山溶洞填充浆料，由以下重量百分比的组分组成：赤泥50％、磷石膏25％、粉煤灰15％、改性剂10％，3倍体积的水。
32.上述矿山溶洞填充浆料的制备方法，包括以下步骤：
33.步骤1，按照配方量称取赤泥、磷石膏和粉煤灰，并分别研磨为200目的粉料，混合均匀后，再加入配方量的改性剂得到原浆料；
34.步骤2，向步骤1制得的原浆料中加入配方量的水即得矿山溶洞填充浆料。
35.实施例4
36.一种矿山溶洞填充浆料，由以下重量百分比的组分组成：赤泥40％、磷石膏40％、粉煤灰15％、改性剂5％，2倍体积的水。
37.上述矿山溶洞填充浆料的制备方法，包括以下步骤：
38.步骤1，按照配方量称取赤泥、磷石膏和粉煤灰，并分别研磨为200目的粉料，混合均匀后，再加入配方量的改性剂得到原浆料；
39.步骤2，向步骤1制得的原浆料中加入配方量的水即得矿山溶洞填充浆料。
40.实施例5
41.一种矿山溶洞填充浆料，由以下重量百分比的组分组成：赤泥60％、磷石膏20％、粉煤灰15％、改性剂5％，3倍体积的水。
42.上述矿山溶洞填充浆料的制备方法，包括以下步骤：
43.步骤1，按照配方量称取赤泥、磷石膏和粉煤灰，并分别研磨为200目的粉料，混合均匀后，再加入配方量的改性剂得到原浆料；
44.步骤2，向步骤1制得的原浆料中加入配方量的水即得矿山溶洞填充浆料。
45.实施例6
46.一种矿山溶洞填充浆料，由以下重量百分比的组分组成：赤泥60％、磷石膏25％、粉煤灰10％、改性剂5％，4倍体积的水。
47.上述矿山溶洞填充浆料的制备方法，包括以下步骤：
48.步骤1，按照配方量称取赤泥、磷石膏和粉煤灰，并分别研磨为200目的粉料，混合均匀后，再加入配方量的改性剂得到原浆料；
49.步骤2，向步骤1制得的原浆料中加入配方量的水即得矿山溶洞填充浆料。
50.将上述实施例1～6制备的矿山溶洞填充浆料分别充填于70.7mm
×
70.7mm
×
70.7mm标准试模中，在恒温恒湿箱内(20
±
2℃，湿度60％)养护至可脱模，脱模后立即在温度为20
±
2℃，相对湿度为95％以上的恒温恒湿箱中养护7d、14d、28d，并分别检测各自的抗压强度进行检测，其结果如下表1所示：
51.表1实施例1～5制备的矿山溶洞填充浆料的抗压强度
[0052][0053]
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。