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CN107935537A - 一种基于矿渣的胶凝剂及矿山充填材料 - Google Patents

一种基于矿渣的胶凝剂及矿山充填材料 Download PDF

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李鹏
陈锡麟
潘敏尧
何威
冯波宇
伍航宇
黄小波
黄威龙
张善硕
赵泽民
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Solid Rock Technology Development Co Ltd
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Solid Rock Technology Development Co Ltd
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    • C04B28/32—Magnesium oxychloride cements, e.g. Sorel cement
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本发明公开了一种基于矿渣的胶凝剂及矿山充填材料。一种基于矿渣的胶凝剂由以下质量份的原料组成：50～60份矿渣，10～25份粉煤灰，10～25份氯氧镁水泥熟料，1～10份生石灰，1～10份磷石膏，1～5份芒硝，0.1～0.5份减水剂。同时也公开了一种基于矿渣的矿山充填材料，该矿山充填材料包括所述基于矿渣的胶凝剂、矿山全尾砂和水。本发明采用高炉矿渣粉及镁水泥生产出一种满足矿山全尾砂充填的材料，具有早期强度发展迅速的特点。本发明综合利用利用了堆积的矿渣及尾矿，解决了矿渣堆积对环境造成影响的问题，同时通过对矿渣进行利用，大大降低了水泥的使用量，从而降低了充填矿山的成本，具有较为明显的经济性。

Description

一种基于矿渣的胶凝剂及矿山充填材料
技术领域
本发明涉及一种基于矿渣的胶凝剂及矿山充填材料。
背景技术
高炉矿渣是冶炼生铁时从高炉中排出的一种废渣，是一种易熔混合物，可采用多种工艺加工成具有多种用途的宝贵材料。由于炼铁原料品种和成分的变化以及操作工艺因素的影响，矿渣的组成和性质也不同，从而使得回收利用难度相对较高，近年来，随着冶金工业的飞速发展，矿渣的排放不断增加，目前我国高炉炼铁水萃矿渣年排放量近亿吨，回收利用率却只有约38％，从而导致各种矿渣引起的环境问题。因此提高矿渣综合利用率迫在眉睫。
地下采矿在获得矿物资源的同时，也产生了大量的尾砂固体废弃物和地下采空区。作为胶结充填主要材料的水泥存在着凝结时间长、现场脱水难、接顶率低、矿石贫化率高、充填成本高等问题，制约着矿山企业对胶结充填的应用。如何降低充填成本，是使用胶结充填采矿法的矿山企业亟待解决的主要问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于矿渣的胶凝剂及矿山充填材料。
本发明所采取的技术方案是：
一种基于矿渣的胶凝剂，由以下质量份的原料组成：50～60份矿渣，10～25份粉煤灰，10～25份氯氧镁水泥，1～10份生石灰，1～10份磷石膏，1～5份芒硝，0.1～0.5份减水剂。
矿渣为高炉矿渣。
粉煤灰为Ⅱ级F类粉煤灰。
生石灰的CaO含量大于88wt％。
减水剂为三聚氰胺减水剂。
一种基于矿渣的矿山充填材料，包括上述的基于矿渣的胶凝剂、矿山全尾砂和水。
胶凝剂与矿山全尾砂的灰砂比为1：(4～8)。
矿山充填材料的水含量为25wt％～35wt％。
本发明的有益效果是：
本发明采用高炉矿渣粉及镁水泥生产出一种满足矿山全尾砂充填的材料，具有早期强度发展迅速的特点。本发明综合利用利用了堆积的矿渣及尾矿，解决了矿渣堆积对环境造成影响的问题，同时通过对矿渣进行利用，大大降低了水泥的使用量，从而降低了充填矿山的成本，具有较为明显的经济性。
具体实施方式
一种基于矿渣的胶凝剂，由以下质量份的原料组成：50～60份矿渣，10～25份粉煤灰，10～25份氯氧镁水泥，1～10份生石灰，1～10份磷石膏，1～5份芒硝，0.1～0.5份减水剂。
优选的，一种基于矿渣的胶凝剂，由以下质量份的原料组成：50～60份矿渣，10～18份粉煤灰，15～25份氯氧镁水泥，5～7份生石灰，2～5份磷石膏，2～5份芒硝，0.5份减水剂。
优选的，矿渣为高炉矿渣。
优选的，粉煤灰为Ⅱ级F类粉煤灰。
优选的，生石灰为高钙生石灰，其CaO含量大于88wt％。
优选的，减水剂为三聚氰胺减水剂。
一种基于矿渣的矿山充填材料，包括上述的基于矿渣的胶凝剂、矿山全尾砂和水。
优选的，胶凝剂与矿山全尾砂的灰砂比为1：(4～8)；进一步优选的，胶凝剂与矿山全尾砂的灰砂比为1:6。
优选的，矿山充填材料的水含量为25wt％～35wt％。
进一步的，本发明所述的氯氧镁水泥是用煅烧菱镁矿石所得的轻烧粉或低温煅烧白云石所得的灰粉(主要成分为MgO)为胶结剂，以六水氯化镁(MgCl2·6H2O)等水溶性镁盐为调和剂，所形成的胶凝材料，也称为镁水泥。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
下面的实施例和对比例中，所用的原料具体情况如下：
高炉矿渣的化学成份及各种成分的比例为：SiO2含量为39.25wt％，CaO含量为39.36wt％，MgO含量为7.43wt％，Al2O3含量为12.22wt％，S的氧化物含量为1.32wt％，其它氧化物占0.42wt％；高炉矿渣的粒径分布为：粒径小于2.65μm的颗粒占9wt％，粒径小于5.3μm的颗粒占35wt％，粒径小于7.55μm的颗粒占53wt％，粒径小于10.71μm的颗粒占65wt％，粒径小于26.62μm的颗粒占90wt％。
生石灰是一种高钙灰，其化学成份及比例为：CaO含量为89.6wt％，MgO含量为5.75wt％，SiO2含量为4.65wt％。
磷石膏的粒径分布为：粒径小于3.12μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.35μm的颗粒占40wt％，粒径小于6.83μm的颗粒占40wt％，粒径小于7.48μm的颗粒占60wt％，粒径小于36.38μm的颗粒占90wt％。
氯氧镁水泥的粒径分布为：粒径小于2.68μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.49μm的颗粒占30wt％，粒径小于7.48μm的颗粒占50wt％，粒径小于11.34μm的颗粒占60wt％，粒径小于32.09μm的颗粒占90wt％。
芒硝为工业芒硝，其粒径分布为：粒径小于2.75μm的颗粒占10wt％，粒径小于5.54μm的颗粒占30wt％，粒径小于8.61μm的颗粒占50wt％，粒径小于13.46μm的颗粒占60wt％，粒径小于35.94μm的颗粒占90wt％。
实施例1：
实施例1的胶凝剂组成如表1所示。
表1 实施例1的胶凝剂
原料 质量份
高炉矿渣 60
Ⅱ级F类粉煤灰 10
生石灰 7
磷石膏 5
氯氧镁水泥 15
芒硝 2.5
三聚氰胺减水剂 0.5
实施例2：
实施例2的胶凝剂组成如表2所示。
表2 实施例2的胶凝剂
原料 质量份
高炉矿渣 55
Ⅱ级F类粉煤灰 15
生石灰 5
磷石膏 2
氯氧镁水泥 20
芒硝 2.5
三聚氰胺减水剂 0.5
实施例3：
实施例3的胶凝剂组成如表3所示。
表3 实施例3的胶凝剂
原料 质量份
高炉矿渣 54.5
Ⅱ级F类粉煤灰 15
生石灰 5
磷石膏 2
氯氧镁水泥 15
芒硝 3
三聚氰胺减水剂 0.5
实施例4：
实施例4的胶凝剂组成如表4所示。
表4 实施例4的胶凝剂
原料 质量份
高炉矿渣 50
Ⅱ级F类粉煤灰 14.5
生石灰 5
磷石膏 5
氯氧镁水泥 20
芒硝 5
三聚氰胺减水剂 0.5
实施例5：
实施例5的胶凝剂组成如表5所示。
表5 实施例5的胶凝剂
实施例6：
实施例6的胶凝剂组成如表6所示。
表6 实施例6的胶凝剂
原料 质量份
高炉矿渣 50
Ⅱ级F类粉煤灰 18
生石灰 5
磷石膏 4.5
氯氧镁水泥 20
芒硝 2
三聚氰胺减水剂 0.5
对比例1：
对比例1的胶凝剂组成如表7所示。
表7 对比例1的胶凝剂
原料 质量份
高炉矿渣 50
Ⅱ级F类粉煤灰 15
生石灰 5
磷石膏 4.5
32.5R早强水泥 25
芒硝 2
三聚氰胺减水剂 0.5
对比例1与实施例5的不同之处在于：实施例5使用了25份氯氧镁水泥，对比例1对应使用的是市场上购买的32.5R早强水泥。
对比例2：
对比例2所用的胶凝剂原料全部为市场上所购买的32.5R早强水泥。
实验方案为：
1、按实施例1～6和对比例1的配方配制胶凝材料，然后用搅伴机搅拌5分钟，完全搅拌均匀，制成胶凝剂备用；
2、按灰砂比1：6，将实施例1～6和对比例1～2的胶凝剂与同一批全尾砂按量称取放入搅拌机中慢速搅拌60s；
3、掺入定量的水，将浆体配制成固含量70％的浓度，快速搅拌90s；
4、将锅壁四周浆体刮入锅内后，再搅拌30s，得到实施例1～6以及对比例1～2的充填浆体材料；
5、将充分混合均匀的浆体灌注在70.7*70.7*70.7mm标准三联试模中，每组样品浇注两组，分别用以测量3天、7天和28天的强度；
6、将试块放入温度为20℃，相对湿度为90％的标准养护箱中，养护24h后脱模将试块重新放入养护箱中养护至相应龄期，用全自动压力试验机以100N/s的速度测其3天、7天和28天强度，每龄期测试3试块，取其平均值作为该龄期充填体的单轴抗压强度。
实施例1～6、对比例1～2的强度性能如下表8所示：
表8 单轴抗压强度性能对比
3天强度(MPa) 7天强度(MPa) 28天强度(MPa)
实施例1 1.219 2.245 2.669
实施例2 1.237 2.099 2.979
实施例3 1.193 2.322 2.653
实施例4 1.332 2.532 3.246
实施例5 1.325 2.122 3.084
实施例6 1.385 2.322 3.264
对比例1 0.895 1.193 1.975
对比例2 0.793 0.872 1.756
从表8可以看出，本发明的充填材料其3天，7天，28天单轴抗压强度都比32.5R早强水泥高。通过实施例5和对比例1比较可知，使用了氯氧镁水泥替代32.5R早强水泥，充填材料的单轴抗压强度明显得到提高。由上述结果可知，本发明完全可以取代水泥进行矿山的充填。

Claims (8)

1.一种基于矿渣的胶凝剂，其特征在于：由以下质量份的原料组成：50～60份矿渣，10～25份粉煤灰，10～25份氯氧镁水泥，1～10份生石灰，1～10份磷石膏，1～5份芒硝，0.1～0.5份减水剂。
2.根据权利要求1所述的一种基于矿渣的胶凝剂，其特征在于：矿渣为高炉矿渣。
3.根据权利要求1所述的一种基于矿渣的胶凝剂，其特征在于：粉煤灰为Ⅱ级F类粉煤灰。
4.根据权利要求1所述的一种基于矿渣的胶凝剂，其特征在于：生石灰的CaO含量大于88wt％。
5.根据权利要求1所述的一种基于矿渣的胶凝剂，其特征在于：减水剂为三聚氰胺减水剂。
6.一种基于矿渣的矿山充填材料，其特征在于：包括权利要求1～5任一项所述的基于矿渣的胶凝剂、矿山全尾砂和水。
7.根据权利要求6所述的一种基于矿渣的矿山充填材料，其特征在于：胶凝剂与矿山全尾砂的灰砂比为1：(4～8)。
8.根据权利要求6所述的一种基于矿渣的矿山充填材料，其特征在于：矿山充填材料的水含量为25wt％～35wt％。
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