專利名稱：用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種膠凝材料，尤其是一種用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
充填法采礦已成為控制地質(zhì)災(zāi)害、實(shí)現(xiàn)無廢開采和高效利用礦產(chǎn)資源的主要采礦方法。充填法采礦將選廠尾砂或廢石，添加一些膠凝材料，采用管道水力輸送到采場(chǎng)，一方面充填采空區(qū)，控制采場(chǎng)地壓，限制圍巖變形，將地表沉降控制在允許的范圍內(nèi)，避免地表塌陷和不均勻沉降破壞農(nóng)田和毀壞建筑物；另一方面，大量的尾砂廢石充填于空區(qū)，減少尾礦庫(kù)占用土地，避免尾礦庫(kù)垮壩造成泥石流災(zāi)害，達(dá)到保護(hù)礦區(qū)環(huán)境，根治地質(zhì)災(zāi)害，實(shí)現(xiàn) “一廢治兩害”的資源開發(fā)目的。傳統(tǒng)上，膠結(jié)充填礦山普遍采用水泥作為膠凝材料，但基本上是以分級(jí)尾砂作為充填骨料，應(yīng)用全尾砂作為充填骨料的礦山很少。原因是由于超細(xì)全尾砂充填料顆粒粒徑很小，且含泥量多，以水泥作為膠凝材料的全尾砂漿充填體強(qiáng)度較低，很難達(dá)到礦房底部結(jié)構(gòu)和一步采礦房對(duì)充填體的強(qiáng)度要求。為了提高充填體強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，目前主要采用兩種途徑
1、采用分級(jí)尾砂作為充填材料。采用分級(jí)尾砂充填不僅增大尾砂分級(jí)成本，而且使尾砂利用率降低。更重要的是從尾砂中脫離出來的細(xì)泥仍需輸送到尾礦庫(kù)存放，一是仍需征用尾礦庫(kù)，增加企業(yè)占地；二是細(xì)泥尾砂排到尾礦庫(kù)，不容易脫水和板結(jié)，對(duì)尾礦庫(kù)的安全構(gòu)成潛在危害。2、提高灰砂比。將導(dǎo)致充填水泥用量大幅度提高，增加充填膠結(jié)材料成本，降低采礦效益。特別是冀東地區(qū)的低品位鐵礦床充填法開采問題尤其突出。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用全尾砂作為骨料且充填體強(qiáng)度高的用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料；本發(fā)明還提供了其制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明由100重量份的A組分與5 35重量份的B組分混合而成
所述的A組分由下述百分含量的原料組成80 100%的礦渣粉，0 20%的粉煤灰，和 0 10%的水泥熟料或早強(qiáng)水泥；
所述的B組分由下述重量配比組成100份的石灰和/或石膏、0 10份的增強(qiáng)劑、0 5份的減水劑，以及0 20份的硅酸鈉、碳酸鈉和十二水和硫酸鋁鉀中的任意一種或幾種。本發(fā)明優(yōu)選的增強(qiáng)劑為三乙醇胺和/或氯化鈣。本發(fā)明優(yōu)選的減水劑為木鈣和/或萘系高效減水劑。本發(fā)明A組分中優(yōu)選的礦渣粉為S95級(jí)，比表面積彡400m2/kg，7d活性指數(shù)彡75%，28d活性指數(shù)彡95%。
本發(fā)明A組分中優(yōu)選的粉煤灰為三級(jí)粉煤灰。本發(fā)明A組分中優(yōu)選的水泥熟料為硅酸鹽水泥熟料f_CaO ( 1. 5%，3d抗壓強(qiáng)度彡28. OMPa, 28d抗壓強(qiáng)度彡58. OMPa ；所述A組分中早強(qiáng)水泥為42. 5R早強(qiáng)水泥。本發(fā)明的制備方法為先將B組分混合，磨粉成粒徑30 80mm粉末；然后與A組分混合均勻即可。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于本發(fā)明解決了全尾砂作為骨料時(shí)，充填體強(qiáng)度低的問題，適用于超細(xì)全尾砂充填法采礦；本發(fā)明膠凝材料的充填體強(qiáng)度高，不僅解決了超細(xì)全尾砂充填，而且膠砂比低，膠凝材料用量少，有效提高采礦效益，尤其適應(yīng)于貧鐵礦礦床的充填法開采。本發(fā)明膠凝材料可以用于膠結(jié)充填法采礦的礦山，可以實(shí)現(xiàn)磁鐵礦及磁鐵礦和紅礦伴生的礦山進(jìn)行全尾砂充填，具有膠凝充填體強(qiáng)度高，膠砂比小，成本低，材料無毒、安全等特點(diǎn)。以全尾砂為骨料，濃度為68%的條件下，膠砂比為1:5時(shí)，以本發(fā)明膠凝材料為膠凝劑制備的膠砂體強(qiáng)度達(dá)到普通水泥的3倍。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。下述實(shí)施例中，選用的礦渣為唐山唐龍公司生產(chǎn)的礦渣粉S95級(jí)，比表面積彡400m2/kg, 7d活性指數(shù)> 75%，28d活性指數(shù)> 95% ；冀東水泥廠生產(chǎn)的硅酸鹽水泥熟料 f-CaO ^ 1. 5%，3d抗壓強(qiáng)度彡28. OMPa, 28d抗壓強(qiáng)度彡58. OMPa ；早強(qiáng)水泥為42. 5R早強(qiáng)水泥；粉煤灰為唐山豐潤(rùn)熱電廠粉煤灰，屬三級(jí)粉煤灰。選用的石灰中CaO的含量為69. 8% ；
石膏中CaSCV2H20含量為80. 2%。礦渣和水泥熟料的主要成分如表1所示。
表1 礦渣和水泥熟料的原料成分(重量)
成分CaO VvWW /%MgO W^vVv / SiO； /%Α1Λ /1Fe=O: /%Cl； /%/%不溶物/%Hn=0 /%SO； /%Na:0 /%K;0 /1Los S /%礦38.10.33.16. 20. 00.0.0.2渣0. 620. 560. 44//1610353317077熟料65. 151.7 622. 055. 033. 66////0. 550.1 S1. 100.5 2 實(shí)施例1 本用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料由100重量份的A組分與18重量份的B組分混合而成
所述的A組分由下述百分含量的原料組成95%的礦渣粉和5%的水泥熟料； 所述的B組分由下述重量配比組成55%的石灰和45%的石膏制備方法先將B組分混合，磨粉成粒徑56mm粉末；然后與A組分混合均勻即可。
4
本膠凝材料按照75wt%的濃度進(jìn)行加水拌和，產(chǎn)品的28d抗壓強(qiáng)度為52. 2MPa。實(shí)施例2 本用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料由100重量份的A組分與18重量份的B組分混合而成
所述的A組分由下述百分含量的原料組成95%的礦渣粉和5%的水泥熟料； 所述的B組分由下述重量配比組成100份的石灰和石膏(石灰55wt%、石膏45wt%)、3 份的增強(qiáng)劑；所述的增強(qiáng)劑為50wt%的三乙醇胺和50wt%的氯化鈣；
制備方法先將B組分混合，磨粉成粒徑60mm粉末；然后與A組分混合均勻即可。
本膠凝材料按照75wt%的濃度進(jìn)行加水拌和，產(chǎn)品的28d抗壓強(qiáng)度為60. 6MPa。實(shí)施例3 本用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料由100重量份的A組分與12重量份的B組分混合而成
所述的A組分為礦渣粉；
所述的B組分由下述重量配比組成100份的石灰和石膏(石灰80wt%、石膏20wt%)、10 份的硅酸鈉、1份的萘系高效減水劑。制備方法同實(shí)施例1。本膠凝材料按照78wt%的濃度進(jìn)行加水拌和，產(chǎn)品的28d抗壓強(qiáng)度為69. 5MPa。實(shí)施例4 本用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料由100重量份的A組分與30重量份的B組分混合而成
所述的A組分由下述百分含量的原料組成90%的礦渣，5%的粉煤灰和5%的早強(qiáng)水泥； 所述的B組分由下述重量配比組成100份的石灰和石膏(石灰25wt%、石膏75wt%)、6 份的三乙醇胺和2份的減水劑；所述的減水劑為10wt%的木鈣和90wt%的萘系高效減水劑。制備方法同實(shí)施例1。本膠凝材料以-200目的全尾砂為骨料，濃度為68wt%、膠砂比為1 5時(shí)，膠砂體 28d抗壓強(qiáng)度為6. 5MPa。實(shí)施例5 本用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料由100重量份的A組分與16重量份的B組分混合而成
所述的A組分由下述百分含量的原料組成90%的礦渣粉，5%的粉煤灰，5%的水泥熟
料；
所述的B組分由下述重量配比組成100份的石灰和石膏(石灰85wt%、石膏15wt%)、 5份60wt%的三乙醇胺和40wt%的氯化鈣、2份的萘系高效減水劑、8份75wt%的硅酸鈉和 25wt%的十二水和硫酸鋁鉀；
制備方法先將B組分混合，磨粉成粒徑80mm粉末；然后與A組分混合均勻即可。本膠凝材料以-200目的全尾砂為骨料，濃度為68wt%、膠砂比為1 7時(shí)，膠砂體 28d抗壓強(qiáng)度為4. IMPa0實(shí)施例6 本用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料由100重量份的A組分與5重量份的B組分混合而成
所述的A組分由下述百分含量的原料組成80%的礦渣粉，10%的粉煤灰，10%的早強(qiáng)水
泥；
所述的B組分由下述重量配比組成100份石灰、10份氯化鈣、5份的木鈣、20份30wt% 硅酸鈉、30襯％碳酸鈉和40wt%十二水和硫酸鋁鉀；制備方法先將B組分混合，磨粉成粒徑40mm粉末；然后與A組分混合均勻即可。本膠凝材料以-200目的全尾砂為骨料，濃度為68wt%、膠砂比為1:6時(shí)，膠砂體 28d抗壓強(qiáng)度為5. 4MPa。實(shí)施例7 本用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料由100重量份的A組分與35重量份的B組分混合而成
所述的A組分由下述百分含量的原料組成80%的礦渣粉，20%的粉煤灰； 所述的B組分由下述重量配比組成100份石膏、8份50wt%的三乙醇胺和50wt%的氯化鈣、4份50wt%的木鈣和50wt%的萘系高效減水劑、20份碳酸鈉；
制備方法先將B組分混合，磨粉成粒徑70mm粉末；然后與A組分混合均勻即可。本膠凝材料以-200目的全尾砂為骨料，濃度為68wt%、膠砂比為1 7時(shí)，膠砂體 28d抗壓強(qiáng)度為6. OMPa0
權(quán)利要求
1.一種用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料，其特征在于其由100重量份的A組分與 5 35重量份的B組分混合而成所述的A組分由下述百分含量的原料組成80 100%的礦渣粉，0 20%的粉煤灰，和 0 10%的水泥熟料或早強(qiáng)水泥；所述的B組分由下述重量配比組成100份的石灰和/或石膏、0 10份的增強(qiáng)劑、0 5份的減水劑，以及0 20份的硅酸鈉、碳酸鈉和十二水和硫酸鋁鉀中的任意一種或幾種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料，其特征在于所述的增強(qiáng)劑為三乙醇胺和/或氯化鈣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料，其特征在于所述的減水劑為木鈣和/或萘系高效減水劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1_3所述的任意一種用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料，其特征在于，所述A組分中的礦渣粉為S95級(jí)，比表面積彡400m2/kg，7d活性指數(shù)彡75%，28d活性指數(shù)彡95%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1_3所述的任意一種用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料，其特征在于所述A組分中的粉煤灰為三級(jí)粉煤灰。
6.根據(jù)權(quán)利要求1_3所述的任意一種用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料，其特征在于，所述A組分中的水泥熟料為硅酸鹽水泥熟料f_CaO ( 1. 5%，3d抗壓強(qiáng)度彡28. OMPa, 28d抗壓強(qiáng)度彡58. OMPa ；所述A組分中早強(qiáng)水泥為42. 5R早強(qiáng)水泥。
7.權(quán)利要求1-6所述的用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料的制備方法，其特征在于 先將B組分混合，磨粉成粒徑30 80mm粉末；然后與A組分混合均勻。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于膠結(jié)充填采礦礦山的膠凝材料及其制備方法，其由100重量份的A組分與5～35重量份的B組分混合而成所述的A組分由下述百分含量的原料組成80～100%的礦渣粉，0～20%的粉煤灰，和0～10%的水泥熟料或早強(qiáng)水泥；所述的B組分由下述重量配比組成100份的石灰和/或石膏、0～10份的增強(qiáng)劑、0～5份的減水劑，以及0～20份的硅酸鈉、碳酸鈉和十二水和硫酸鋁鉀中的任意一種或幾種。本膠凝材料可以用于膠結(jié)充填法采礦的礦山，可以實(shí)現(xiàn)磁鐵礦及磁鐵礦和紅礦伴生的礦山進(jìn)行全尾砂充填，具有膠凝充填體強(qiáng)度高，膠砂比小，成本低，材料無毒、安全等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C04B28/00GK102249611SQ20111012390
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者南世卿, 孫愛芝, 宋愛東, 楊云鵬, 武天山, 王得志, 王琎, 胡亞軍, 韓瑞亮, 高翔, 高謙 申請(qǐng)人:河北鋼鐵集團(tuán)有限公司, 河北鋼鐵集團(tuán)礦業(yè)有限公司