一种大掺量粉煤灰制备矿用早强充填胶凝材料的利记博彩app
【专利摘要】针对棒磨砂充填料，本发明公开了一种矿用大掺量粉煤灰充填胶凝材料。该胶凝材料以质量百分比计包括：4%-6%高钙石灰，17%-18%脱硫粉煤灰，19%-20%未脱硫粉煤灰，3%-5%早强剂，51%-57%矿渣微粉。本发明同时公开了一种使用上述充填胶凝材料与棒磨砂充填料以及自来水制备的充填料浆，其中胶凝材料与棒磨砂充填料的配比为1:4，自来水的质量百分比为22%。使用本发明提供的方法制备的充填体强度高，尤其是早期强度高，充填体收缩率小，且由于充填胶凝材料中粉煤灰掺量增大，不仅降低了充填胶凝材料的成本，而且还减小充填料浆的管道输送阻力，有利于高浓度料浆输送。
【专利说明】一种大掺量粉煤灰制备矿用早强充填胶凝材料
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种充填胶凝材料，具体涉及一种大掺量粉煤灰制备的下向分层胶结充填法采矿用胶凝材料。
【背景技术】
[0002]粉煤灰是发电厂和热电厂锅炉燃烧烟煤所产生的粉状废渣，分为脱硫粉煤灰和未脱硫粉煤灰两种。脱硫粉煤灰是脱硫产物和粉煤灰的混合物。与未脱硫粉煤灰相比，脱硫灰渣的化学组成中硫和钙元素含量比粉煤灰高得多，且这两种元素的矿物形式比较复杂。在炉内喷钙的干法脱硫工艺中，脱硫粉煤灰的含硫物相既有CaSO4也有CaSO3 ;另外还有一部分未完全反应的游离CaO。而在喷雾干燥的半干法低温脱硫工艺中，脱硫产物中的含硫物相则以CaSO3为主，CaSO4含量很少；未完全反应的钙元素一般以Ca(OH)2的形式存在；并且由于烟气中存在大量CO2，脱硫同时产生CaCO3。
[0003]脱硫粉煤灰的成分特性大大限制了其在粉煤灰传统领域的利用。首先，作水泥混合材料或混凝土掺和料原本是粉煤灰利用量最大的途径之一，然而，过高的硫含量使脱硫粉煤灰不能再像未脱硫粉煤灰一样直接作为水泥混合材使用，或者掺加量只能相当少。因为在普通水泥的国家标准中规定，水泥中SO3的含量不能超过3.5%。其次，固化于亚硫酸钙中的硫如果利用得不合理，还有可能使SO2释放出来，造成二次污染，使脱硫工艺前功尽弃。例如用脱硫粉煤灰在高温下生产砖瓦材料就会造成这种现象。再有，脱硫粉煤灰中的游离氧化钙含量高，则会在长期水化过程中不断生成Ca(OH)2，体积不断膨胀，进而在使用中造成安定性不良问题，因此这也是脱硫粉煤灰在建材领域利用存在的最大问题。
[0004]目前，用于下向分层胶结充填法采矿的胶凝材料时，粉煤灰掺量通常不超过10%。目前提高粉煤灰在胶凝材料中的掺量的主要途径是将粉煤灰与水泥一起研磨，通过研磨破坏覆盖在粉煤灰细颗粒上的一层熔融烟灰的薄膜，从而提高粉煤灰的活性。但研磨工序必然会增加胶凝材料制备成本。`
【发明内容】
[0005]本发明针对棒磨砂充填料，发明一种大掺量粉煤灰的充填胶凝材料，可用于下向分层胶结充填法采矿，其中粉煤灰无需研磨。使用本发明提供的充填胶凝材料与棒磨砂充填料和自来水制备的充填料浆，不仅使胶凝材料中粉煤灰的掺加量接近40%，而且棒磨砂胶结充填体早期强度高，能够满足下向分层胶结充填法采矿对早期强度的要求。
[0006]上述目的是通过下述方案实现的:
一种大掺量粉煤灰充填胶凝材料，其特征在于，该胶凝材料的成分以质量百分比计包括:4%—6%高钙石灰，17% —18%脱硫粉煤灰，19% — 20%未脱硫粉煤灰，3% — 5%早强剂，51%—57%矿渣微粉。
[0007]根据上述的充填胶凝材料，其特征在于，所述高钙石灰中CaO的质量百分比含量77%~80%，高钙石灰研磨的粉状粒度分布为d1(l = 4 μ m一5 μ m、d50 = 8 μ m一13 μ m、d90 =22 μ m—42 μ m, dav = 11 μ m—24 μ m,比表面积为 5720cm2/cm3—8378cm2/cm3。
[0008]根据上述的充填胶凝材料，其特征在于，所述脱硫粉煤灰的成分以质量百分比计为:26%—30%Si02，16%—18% Al2O3, 3% — 4% Fe2O3, 28% — 30% CaO, 1%—2% MgO, 1%—2%S03,5%— 7%S02，烧失量为 7% — 20%。
[0009]根据上述的充填胶凝材料，其特征在于，所述未脱硫粉煤灰的成分以质量百分比计为:45% — 48%Si02，25% — 28% Al2O3,0% — 1% Fe2O3,8%—10% CaO, 1%—2% MgO，烧失量为11%—21%。
[0010]根据上述的充填胶凝材料，其特征在于，所述矿渣微粉的碱度系数小于1，其质量系数≥1.9，活性系数≥1.1 ;所述矿渣微粉的粒度分布为d1Q = 4 μ m—5 μ m, d50 = 10 μ m—
11μ m, d90 = 43 μ m——45 μ m, dav = 18 μ m——20 μ m。
[0011]根据上述的充填胶凝材料，其特征在于，所述早强剂为芒硝和/或亚硫酸钠。
[0012]根据上述的充填胶凝材料，其特征在于，所述早强剂为芒硝和亚硫酸钠，所述芒硝在所述充填胶凝材料中的质量百分比为3% — 4%，所述亚硫酸钠在所述充填胶凝材料中的质量百分比为1% — 2%。
[0013]一种使用上述充填胶凝材料制备的充填料浆，其特征在于，该充填物还包括棒磨砂充填料和自来水，所述棒磨砂充填料的成分以质量百分比计包括:70% — 85%Si02，6%—10% Al2O3, 3%—6% MgO, 3%—6% CaO, 3%—8% Fe2O3，不大于 0.1%S ;所述棒磨砂充填料的密实密度为2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度为1.5t/m3—1.6t/m3，孔隙率为40% — 42%，粒度分布为d10=0.13mm—0.16mm, d50=0.8mm—1.0mm、d60=l.0mm—1.5mm, d90=2.9mm—3.3mm, dav=0.8mm—1.2mm，不均匀系数为7~9。
[0014]根据上述充填料浆，其特征在于所述充填胶凝材料与所述棒磨砂充填料的质量比为1:4,所述自来水的质量百分比为22%。
[0015]一种制备上述的充填料浆的方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步骤:
(1)将脱硫粉煤灰、未脱硫粉煤灰与矿渣微粉按比例混合成火山灰质混合料；
(2)将生石灰、早强剂按比例与所述火山灰质混合料均匀混合，并放置不小于24小时进行陈化处理；
(3)将步骤(2)中陈化处理的充填胶凝材料与棒磨砂充填料按1:4的质量比混合均匀，得到混合物；
(4)向所述混合物中加入自来水，使料浆的质量浓度为78%，用砂浆泵搅拌均匀。
[0016]本发明针对下向分层胶结充填法米矿，开发出大掺量分粉煤灰充填胶凝材料。粉煤灰掺量可以达到30%~40%，胶结充填体的3d强度达到1.56~1.88MPa，平均强度达到1.78MPa，与采用32.5R水泥作为胶凝材料制得的胶结充填物的充填体强度相比，强度提高1.3~1.5倍。由于本发明使用的粉煤灰价格低，来源广，且无需经过研磨工序，因此使用本发明提供的充填浆料可以降低采矿成本。同时，增加粉煤灰掺量还能够改善充填料浆的和易性，有利于提高料浆的管道输送浓度。粉煤灰的大量应用，还解决了在地表堆放对环境的污染问题。
【具体实施方式】
[0017]本发明的大掺量粉煤灰充填胶凝材料的成分以质量百分比计包括:4% — 6%高钙石灰，17% —18%脱硫粉煤灰，19%—20%未脱硫粉煤灰，3% — 5%早强剂，51% — 57%矿渣微粉。
[0018]早强剂可提高胶凝材料的早期强度。当充填料浆是用于充填下向分层胶结法采矿的矿山时，由于下向胶结充填的回采顺序是由上向下逐层回采、逐层充填，并在形成的充填体的保护下进行回采，对充填体的早期强度要求较高，此时，胶凝材料中需加入适当的早强剂。本发明通过实验，确定了早强剂为芒硝和/或亚硫酸钠。更为优选的，同时选用芒硝和亚硫酸钠作为早强剂，其中芒硝的质量百分比为2% — 3%，亚硫酸钠的质量百分比为1%—2%，此时，充填体的早期强度显著提高。
[0019]本发明的高钙石灰中CaO的质量百分比含量77%~80%，高钙石灰研磨的粉状粒度分布为 d10 = 4 μ m——5 μ m、d50 = 8 μ m——13 μ m、d90 = 22 μ m——42 μ m, dav = 11 μ m——24 μ m,比表面积为5720cm2/cm3—8378cm2/cm3。脱硫粉煤灰的成分以质量百分比计为:26% — 30%Si02，16%—18% Al2O3, 3%—4% Fe2O3, 28% — 30% CaO, 1%—2% MgO，1% — 2%S03，5% — 7%S02，烧失量7%—20% ;未脱硫粉煤灰的成分以质量百分比计为:45% — 48%Si02，25% — 28% Al2O3,0% — 1%Fe2O3,8%—10% Ca0，l% — 2% MgO，烧失量 11% — 21%。脱硫粉煤灰的粒度分布为:d1(l = 3ym—
4μ m> d50 = 7 μ m——9 μ m、d90 = 20 μ m——32 μ m，dav = 8 μ m——12 μ m。d10 =7 μ m—8 μ m、d50 = 40 μ m—50 μ m、d60 = 55 μ m—60 μ m, dav = 45 μ m—48 μ m,不均匀系数5~7。矿渣微粉为碱度系数小于I的酸性矿渣，其质量系数> 1.9，活性系数> 1.1 ;所述矿潘微粉的粒度分布为 d10 = 4 μ m一5 μ m, d50 = 10 μ m一11 μ m, d90 = 43 μ m一45 μ m, dav =18 μ m——20 μ m。
[0020]矿渣微粉的碱性系数根据其氧化物的比例来计算:
【权利要求】
1.一种大掺量粉煤灰充填胶凝材料，其特征在于，该胶凝材料的成分以质量百分比计包括:4% — 6%高钙石灰，17% —18%脱硫粉煤灰，19%—20%未脱硫粉煤灰，3% — 5%早强剂，51% — 57%矿渣微粉。
2.根据权利要求1所述的充填胶凝材料，其特征在于，所述高钙石灰中CaO的质量百分比含量77%~80%，高钙石灰研磨的粉状粒度分布为d1(l = 4 μ m一5 μ m> d50 = 8 μ m一13 μ m、d90 = 22 μ m—42 μ m, dav = 11 μ m—24 μ m,比表面积为 5720cm2/cm3—8378cm2/cm3。
3.根据权利要求1所述的充填胶凝材料，其特征在于，所述脱硫粉煤灰的成分以质量百分比计为:26%—30%Si02，16% —18% Al2O3, 3%—4% Fe2O3,28%—30% CaO, 1%—2% MgO, 1%—2%S03, 5% — 7%S02，烧失量为 7% — 20%。
4.根据权利要求1所述的充填胶凝材料，其特征在于，所述未脱硫粉煤灰的成分以质量百分比计为:45% — 48%Si02，25% — 28% Al2O3,0%—1% Fe2O3,8% —10% CaO, 1%—2% MgO，烧失量为11% — 21%。
5.根据权利要求1所述的充填胶凝材料，其特征在于，所述矿渣微粉的碱度系数小于1，其质量系数> 1.9，活性系数> 1.1 ;所述矿渣微粉的粒度分布为d1(l = 4ym—5ym,=10 μ m—11 μ m, d90 = 43 μ m—45 μ m, dav = 18 μ m—20 μ m。
6.根据权利要求1所述的充填胶凝材料，其特征在于，所述早强剂为芒硝和/或亚硫酸钠。
7.根据权利要求6 所述的充填胶凝材料，其特征在于，所述早强剂为芒硝和亚硫酸钠，所述芒硝在所述充填胶凝材料中的质量百分比为2% — 3%，所述亚硫酸钠在所述充填胶凝材料中的质量百分比为1% — 2%。
8.一种使用如权利要求1一7之一所述的胶凝材料制备的充填料浆，其特征在于，该充填物还包括棒磨砂充填料和自来水，所述棒磨砂充填料的成分以质量百分比计包括:70%—85%Si02,6%—10% Al2O3, 3% — 6% MgO, 3%—6% CaO, 3%—8% Fe2O3,不大于 0.1%S ;所述棒磨砂充填料的密实密度为2.6t/m3—2.7t/m3，松散密度为1.5t/m3—1.6t/m3，孔隙率为40%—42%,粒度分布为 d1(l=0.13mm—0.16mm, d5(l=0.8mm—1.0mm、d6(l=l.0mm—1.5mm，d9(l=2.9mm—3.3mm，dav=0.8mm—1.2mm,不均匀系数为 7—9。
9.根据权利要求8所述的充填料浆，其特征在于，所述充填胶凝材料与所述棒磨砂充填料的质量比为1:4，所述自来水的质量百分比为22%。
10.一种制备如权利要求8所述的充填料浆的方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步骤: (1)将脱硫粉煤灰、未脱硫粉煤灰与矿渣微粉按权利要求1的配比混合成火山灰混合料； (2)将生石灰、早强剂按权利要求1的配比与所述火山灰混合料均匀混合，并放置不小于24小时进行陈化处理； (3)将步骤(2)中陈化处理的充填胶凝材料与棒磨砂混合充填料按1:4的质量比混合均匀，得到混合物； (4)向所述混合物中加入自来水，使充填料浆的质量浓度为78%，用砂浆泵搅拌均匀。
【文档编号】C04B7/26GK103803826SQ201310731946
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】杨志强, 高谦, 陈得信, 程少逸, 张光存, 李茂辉, 王有团, 何建元 申请人:金川集团股份有限公司, 北京科技大学