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CN102936121A - 一种矿山井巷充填用复合物料 - Google Patents

一种矿山井巷充填用复合物料 Download PDF

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CN102936121A
CN102936121A CN2012104098654A CN201210409865A CN102936121A CN 102936121 A CN102936121 A CN 102936121A CN 2012104098654 A CN2012104098654 A CN 2012104098654A CN 201210409865 A CN201210409865 A CN 201210409865A CN 102936121 A CN102936121 A CN 102936121A
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yellow phosphorus
slag
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compound material
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CN2012104098654A
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屈庆麟
李凯
杨永彬
李文成
杨步雷
肖天佐
李泽钢
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Guizhou Kailin Group Co Ltd
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Guizhou Kailin Group Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种矿山井巷充填用复合物料，由黄磷炉渣粉、激发剂与改性剂按照（19～22）:（10～17）:（1～4）搅拌均匀而制成；其制备方法为将黄磷炉渣、激发剂和改性剂分别经过烘干和粉碎至细度为200～300目、筛余量小于5%的粉状物，然后按质量比分别称取备用，先将黄磷炉渣粉和激发剂混合均匀，然后加入改性剂，最后加2～4倍体积的水搅拌均匀即可。本发明流动性好，凝固时间复合要求，早期强度较高，后期强度得到提高，只需在生产过程中将复合物料装入原水泥仓中即可进行生产，组织生产容易。可取代水泥和粉煤灰，不用水泥和水泥熟料作为原料，最大限度的降低生产成本，提高企业经济效益。

Description

一种矿山井巷充填用复合物料
技术领域
本发明涉及一种矿山井巷充填用复合物料，属于矿山井巷充填技术领域。
背景技术
随着化工行业的迅速发展，磷化工厂每年排放黄磷炉渣的数量不断增加，为了合理利用黄磷炉渣，目前已有大型磷化工厂开始利用黄磷炉渣取代磷石膏充填胶结用的水泥和粉煤灰，从而大大节省了水泥用量，降低生产成本，提高企业经济效益。但是采用黄磷炉渣与磷石膏进行配合脱水性较差，凝固时间长，强度低，且遇水易软化。虽添加硅酸钠等物质作为激发剂后，基本能满足充填的前期脱水、凝固时间要求，但由于硅酸钠为液体，要在充填站现在的设备条件下进行工业试验，组织生产难度大。
复合炉渣粉与磷石膏的作用机理为：
磷石膏对复合炉渣粉的水化有促进作用，复合炉渣粉溶解于水中，提供OH-，在OH-的作用下，玻璃体网状结构中的Al-O、Si-O链被打开，随着玻璃体的逐渐解体溶解，液相中发生下列反应：
SiO2+yCa(OH)2+(n-yH2O)=xCaO·SiO2·nH2O
Al2O3+xCa(OH)2+(m-xH2O)=xCaO·Al2O3·mH2O
最初生成的水化铝酸钙以C3AH6的形式存在，在复合炉渣粉提供的碱性环境中，C3AH6转换为C4AH13，再与液相中的石膏发生反应生成钙矾石(AFt)：
4CaO·Al2O3·13H2O＋3CaSO4·2H2O＋14H2O＝
3CaSO4·Al2O3·3CaSO4·31H2O(AFt)
生成的钙矾石为不溶于水的针状晶体，吸附在玻璃体表面。水化继续进行，玻璃体逐渐溶解，水化产物逐渐增多。
黄磷炉渣的水化是由表及里逐渐发生的，最初复合炉渣粉中的C3S、C2S和水迅速反应生成Ca(OH)2的饱和溶液，并从中析出Ca(OH)2晶体，同时石膏也很快进入溶液和C3A反应生成细小的钙矾石晶体，在这一阶段，由于水化产物尺寸细小，数量少，未形成网状的凝聚结构。随着水化反应的继续进行，生成较多的Ca(OH)2和钙矾石晶体，同时复合炉渣粉颗粒上长出C-S-H纤维状凝胶，由于钙矾石晶体的长大以及C-S-H的大量形成，互相接触而产生接触点，将各颗粒初步连接成网络结构，随着接触点数目的增加，网状结构不断地加强，强度相应增大。当养护结束时，绝大多数黄磷炉渣已完成水化，各水化产物如C-S-H、Ca(OH)2、C3AH6、C4（A,F）H13等数量不断增加，结构逐渐致密，形成具有强度的凝聚结构。
CN102234191A公开了一种早强型矿山井巷充填胶凝材料，由高炉矿渣、硫铝酸盐水泥（或者硫铝酸盐水泥熟料）和激发剂硅酸钠按一定重量比混匀制备而成。CN102381847A公开了一种矿山井巷充填用高炉水淬渣胶凝材料，是由普通硅酸盐水泥熟料粉末、水淬渣粉末、硬石膏粉末和生石灰粉末按一定重量百分比组成。以上方案虽然实现了高炉矿渣综合利用，但仍然使用了水泥或水泥熟料作为原料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，本发明提供了一种矿山井巷充填用复合物料，解决了矿山井巷充填胶结物料脱水性较差、凝固时间长、强度低或不易组织生产的问题，且可以不用水泥或水泥熟料为原料。
本发明的目的是通过以下技术方案予以实现的。
一种矿山井巷充填用复合物料，其特征在于：由黄磷炉渣粉、激发剂与改性剂按照（19～22）:（10～17）:（1～4）的质量比混合后，加2～4倍体积的水搅拌均匀而制成；
所述激发剂是指磷石膏、灰岩、萤石或钙质页岩中的任一种或几种组合；
所述改性剂是指硅酸钠、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组合。
所述激发剂为细度为200～300目、筛余量小于5%的粉状物质，优选磷石膏和钙质页岩；
所述改性剂为细度为200～300目、筛余量小于5%的粉状物质，优选硅酸钠、氟硅酸钠和消石灰；
所述黄磷炉渣粉为细度为200～300目、筛余量小于5%的粉状物质。
上述矿山井巷充填用复合物料的制备方法，是将黄磷炉渣、激发剂和改性剂分别经过烘干和粉碎至细度为200～300目、筛余量小于5%的粉状物，然后按质量比分别称取备用，先将黄磷炉渣粉和激发剂混合均匀，然后加入改性剂，最后加2～4倍体积的水搅拌均匀即可。
黄磷炉渣是利用磷矿石生产黄磷后的工业副产品，是电炉法制取黄磷时所产生的工业废渣，每生产1t黄磷排放约11t黄磷炉渣。在冶炼过程中，处于熔融状态下的黄磷炉渣经水淬而冷却，其主要成分是硅酸盐玻璃体，SiO2和CaO总含量近90％，具有潜在的水化活性。
本发明中的激发剂为高钙高硅物质。在激发剂的作用下，黄磷炉渣中的玻璃相加速分散和分解，使更多的炉渣粉表面与水接触，促进了炉渣参与反应的数量，生成更多的C-S-H凝胶，发生水化硬化反应，从而提高了早期强度，同时后期强度也得到较大程度的提高。此外，激发剂在早期能提高液相的碱度，促进复合炉渣粉水化过程中生成的Ca(OH)2的结晶成核和晶体的发育，加速硅酸盐矿物的早期水化速率，也对早期强度有贡献。
本发明中的改性剂可以促进激发剂发挥作用，与激发剂发生反应，产生更多的C-S-H凝胶，并增加复合物料的抗折强度和抗压强度。
本发明的有益效果：流动性好，凝固时间复合要求，早期强度较高，后期强度得到提高，只需在生产过程中将复合物料装入原水泥仓中即可进行生产，组织生产容易。可取代水泥和粉煤灰，不用水泥和水泥熟料作为原料，最大限度的降低生产成本，提高企业经济效益。
具体实施方式
以下通过实施例形式，对本发明的内容作进一步详细说明，但要求保护的范围并不局限于所述。
实施例1-8
取磷石膏为激发剂，硅酸钠的水溶液为改性剂1，氟硅酸钠为改性剂2，消石灰为改性剂3，将黄磷炉渣、激发剂和各改性剂分别经过烘干和粉碎至细度为200目、筛余量小于5%的粉状物，然后按质量比分别称取备用，按照表1所示的配比，先将黄磷炉渣粉和激发剂混合均匀，然后加入改性剂，最后按表3所示标准用水量加入水搅拌均匀；分别填充于70.7mm×70.7mm×70.7mm标准试模，试件制作后在实验室内（20±5℃，湿度60%）下养护至可脱模，然后对试件编号拆模。拆模后立即放入温度为20±2℃，相对湿度为95%以上的标准养护室中养护检测7d、14d、28d及其后期强度，胶砂强度检测结果见表2，用水量凝结时间检测结果见表3，充填混合料浆实验强度检测结果见表4。
表1复合物料的配比
Figure BDA00002300075900041
表2复合物料强度检测表
Figure BDA00002300075900042
Figure BDA00002300075900051
表3用水量凝结时间
Figure BDA00002300075900052
表4充填混合料浆实验强度检测表
由表2可知，本发明复合物料均有较强的胶砂强度。其中，实施例1、3、5、7的早期强度和后期强度最佳，即当改性剂为消石灰，或者消石灰和氢氧化钠的组合，又或者消石灰与硅酸钠的组合的时候，强度效果最好。
由表3可知，本发明复合物料的标准用水量相差不大，且均有较短的初凝时间和终凝时间。其中，实施例3、4、7、8的初凝时间较短，实施例2、3、4、8的终凝时间较短；即当改性剂为氢氧化钠和消石灰的组合，或者水玻璃与消石灰的组合时，初凝时间最短；当改性剂为消石灰，或者消石灰与氢氧化钠的组合，或者水玻璃与消石灰的组合时，终凝时间最短。
由表4可知，本发明复合物料作为充填混合料浆均有较好的强度。其中，实施例1、5、7、8的早期强度最佳，实施例1、2、6、7后期强度最佳；即当改性剂为消石灰，或者硅酸钠和消石灰的组合时，前期强度和后期强度最好。
综上所述，本发明复合物料作为胶砂和充填混合料，均有较好的强度和较短的凝固时间。其中，当改性剂为消石灰，或者消石灰和氢氧化钠的组合，又或者消石灰与硅酸钠的组合的时候，强度效果最好；当改性剂为氢氧化钠和消石灰的组合，或者水玻璃与消石灰的组合时，初凝时间最短；当改性剂为消石灰，或者消石灰与氢氧化钠的组合，或者水玻璃与消石灰的组合时，终凝时间最短。

Claims (5)

1.一种矿山井巷充填用复合物料，其特征在于：由黄磷炉渣粉、激发剂与改性剂按照（19～22）:（10～17）:（1～4）的质量比混合后，加2～4倍体积的水搅拌均匀而制成；
所述激发剂是指磷石膏、灰岩、萤石或钙质页岩中的任一种或几种组合；
所述改性剂是指硅酸钠、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组合。
2.根据权利要求1所述的一种矿山井巷充填用复合物料，其特征在于：所述激发剂为细度为200～300目、筛余量小于5%的粉状物质，优选磷石膏和钙质页岩。
3.根据权利要求1所述的一种矿山井巷充填用复合物料，其特征在于：所述改性剂为细度为200～300目、筛余量小于5%的粉状物质，优选硅酸钠、氟硅酸钠和消石灰。
4.根据权利要求1所述的一种矿山井巷充填用复合物料，其特征在于：所述黄磷炉渣粉为细度为200～300目、筛余量小于5%的粉状物质。
5.根据权利要求1所述的一种矿山井巷充填用复合物料的制备方法，其特征在于：将黄磷炉渣、激发剂和改性剂分别经过烘干和粉碎至细度为200～300目、筛余量小于5%的粉状物，然后按质量比分别称取备用，先将黄磷炉渣粉和激发剂混合均匀，然后加入改性剂，最后加2～4倍体积的水搅拌均匀即可。 
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