專利名稱：礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于充填礦山井下的水硬性膠凝材料，具體涉及一種礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料；本發(fā)明還涉及一種該水淬渣膠凝材料的制備方法。
背景技術(shù)：
國(guó)內(nèi)外充填采礦使用的膠結(jié)材料主要包括以普通硅酸鹽水泥、礦渣水泥等為代表的硅酸鹽水泥類；以爐渣、粉煤灰等活性廢料為代表的工業(yè)廢棄物制成的膠結(jié)材料和以高水基材料為主體的高水類充填膠結(jié)材料。硅酸鹽水泥是一種常用的建筑水硬性膠結(jié)材料，具有來(lái)源廣泛、質(zhì)量穩(wěn)定、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)，主要用于工業(yè)與民用建筑，其理想的膠結(jié)對(duì)象為級(jí)配合理的石子和砂子，硅酸鹽水泥配制而成的水泥砂漿對(duì)水灰比有嚴(yán)格的要求，水泥砂漿強(qiáng)度與砂漿水灰比關(guān)系密切， 而水泥對(duì)固結(jié)細(xì)顆粒骨料效果不甚理想，而井下充填最常用的骨料就是選礦廠排棄的顆粒小、含泥量高的尾砂。同時(shí)，由于充填工藝的制約(通常以重力自流輸送為主)，配制出的用于井下充填的充填尾砂漿的水灰比大，致使硅酸鹽水泥在井下充填應(yīng)用中普遍效果不佳。高水速凝復(fù)合材料也是一種固體水硬性膠凝材料，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料。該材料具有較強(qiáng)的固水能力，材料水化后形成水化產(chǎn)物的體積含水率可達(dá)85% 90%，其水化產(chǎn)物在如此高的含水率的情況下仍具有較高的抗拉及抗壓強(qiáng)度，因此高水速凝材料也被稱為 “點(diǎn)水成石”的神奇材料。高水速凝復(fù)合材料與普通硅酸鹽水泥、高鋁水泥、硫鋁酸鹽水泥、 鐵鋁酸鹽水泥一樣，也可以稱為水泥家族的一員。若根據(jù)水化產(chǎn)物來(lái)劃分，它更接近于硫鋁酸鹽水泥，兩者水化產(chǎn)物都是以高硫型水化硫鋁酸鈣(Aft)和低硫型水化硫鋁酸鈣(Afm) 為其主要水化產(chǎn)物。高硫型水化硫鋁酸鈣(Aft)和低硫型水化硫鋁酸鈣(Afm)在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化，這兩種水化產(chǎn)物所占的比例與水灰比和石膏、石灰含量有關(guān)，利用硫鋁酸鹽水泥熟料、高鋁水泥熟料或鐵鋁酸鹽水泥熟料，添加一定量的石膏、石灰和外加劑就可配制出高水速凝復(fù)合材料。高水速凝復(fù)合材料與這些品種的水泥是既有聯(lián)系又相互區(qū)別的， 首先高水速凝復(fù)合材料水化過(guò)程中的水灰比與水泥類是有明顯的區(qū)別，高水材料在水化過(guò)程中加入的水量往往是普通水泥的幾倍甚至是十幾倍。其次，高水速凝復(fù)合材料熟料所占的比例低，僅為50%左右，復(fù)合材料中添加了大量的石灰與石膏，加入的這些熟料以外的大量的摻合料在水化過(guò)程中是參與了水化反應(yīng)的，這與普通水泥有很大的不同。第三，高水材料為了保證所需的水化產(chǎn)物正常生成，材料中添加了多種激發(fā)劑與抑制劑組成的復(fù)合添加劑。高水材料可以說(shuō)是井下充填的一種較為理想的膠結(jié)材料，但高水材料也存在一些明顯缺陷1)材料成本高；2)對(duì)硫鋁酸鹽水泥熟料質(zhì)量要求嚴(yán)格，由于硫鋁酸鹽水泥熟料生產(chǎn)廠家少，一些小廠生產(chǎn)的硫鋁酸鹽水泥熟料質(zhì)量不高，導(dǎo)致高水材料性能大幅度下降，質(zhì)量不穩(wěn)定。因此，高水材料至今未能廣泛應(yīng)用。爐渣、粉煤灰等活性廢料在井下充填應(yīng)用的也較為廣泛，礦山大量用爐渣、粉煤灰作為膠結(jié)材料，用于充填強(qiáng)度要求較低的二步回采后的礦柱。爐渣、粉煤灰都可以看作為活性火山灰質(zhì)材料，其主要活性物質(zhì)為活性二氧化硅、三氧化二鋁、三氧化二鐵氧化鈣等物質(zhì)。其主要礦物組成為鋁硅玻璃體、石英和莫來(lái)石等結(jié)晶礦物，鋁硅玻璃體是其潛在活性的主要代表組成部分，一般情況下鋁硅玻璃體含量越高，其活性也越高；但鋁硅玻璃體多為球形，表面致密，不易水化，表現(xiàn)為活性較低。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料，能滿足礦山充填的要求，并可大量利用工業(yè)煉鐵水淬渣，解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題。本發(fā)明的另一目的是提供一種上述水淬渣膠凝材料的制備方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料，按重量百分比，由普通硅酸鹽水泥熟料粉末35% 40%、水淬渣粉末35% 40%、硬石膏粉末10% 15%和生石灰粉末8% 12%組成，各組分總量為100%。該膠凝材料中粒度大于0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)該膠凝材料總重量的5%。本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種上述礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料的制備方法，具體按以下步驟進(jìn)行
步驟1 烘干高爐水淬渣；
步驟2 將普通硅酸鹽水泥熟料、硬石膏、生石灰和步驟1烘干后的水淬渣分別進(jìn)行破碎，分別得到普通硅酸鹽水泥熟料粉末、硬石膏粉末、生石灰粉末和水淬渣粉末；
步驟3 按重量百分比，分別取普通硅酸鹽水泥熟料粉末35% 40%、水淬渣粉末35% 40%、硬石膏粉末10% 15%和生石灰粉末8% 12%，各組分總量100% ；將各組分混合、粉磨， 控制粉磨產(chǎn)物中粒度大于0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)粉磨產(chǎn)物總重量的5%，即得礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料。兩級(jí)破損時(shí)，控制一級(jí)破碎入料粒度小于400mm，一級(jí)破碎出口粒度小于100mm， 二級(jí)破碎出口粒度為2mm 10mm。本發(fā)明膠凝材料水化后形成的充填體強(qiáng)度比普通硅酸鹽水泥在同樣配比情況下形成的充填體的強(qiáng)度高出20%以上；當(dāng)生產(chǎn)具有一定規(guī)模時(shí)該膠凝材料的生產(chǎn)成本可能與普通325 #硅酸鹽水泥相當(dāng)，甚至可能低于普通325 #硅酸鹽水泥。與爐渣、粉煤灰等活性廢料在井下充填應(yīng)用相比，本發(fā)明材料膠結(jié)性能得到很大改善。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明高爐水淬渣膠凝材料，按重量百分比，由普通硅酸鹽水泥熟料粉末35 40%、水淬渣粉末35 40%、硬石膏粉末10 15%和生石灰粉末8 1 組成，各組分總量為100% ；該高爐水淬渣膠凝材料中粒度大于0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)該高爐水淬渣膠凝材料總重量的5%。本發(fā)明還提供了一種上述水淬渣膠凝材料的制備方法，具體按以下步驟進(jìn)行 步驟1 將高爐水淬渣烘干；
步驟2 將普通硅酸鹽水泥熟料進(jìn)行兩級(jí)破碎，得到普通硅酸鹽水泥熟料粉末； 將硬石膏進(jìn)行兩級(jí)破碎，得到硬石膏粉末；將生石灰進(jìn)行兩級(jí)破碎，得到生石灰粉末；
將步驟1烘干后的水淬渣進(jìn)行兩級(jí)破碎，得到水淬渣粉末；
各原料破碎過(guò)程中，控制一級(jí)破碎入料粒度小于40 Omm，一級(jí)破碎出口粒度小于 100mm，二級(jí)破碎出口粒度為2 10 mm ；
步驟3 按重量百分比，分別取普通硅酸鹽水泥熟料粉末35 40%、水淬渣粉末35 40%、硬石膏粉末10 15%和生石灰粉末8 12%，各組分總量100% ；將各組分混合、粉磨， 控制粉磨產(chǎn)物中粒度大于0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)粉磨產(chǎn)物總重量的5%，即得礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料。高爐水淬渣通常含水率較高，首先要在回轉(zhuǎn)式烘干機(jī)中將其烘干；然后對(duì)各原料進(jìn)行兩級(jí)破碎，粗碎采用鄂式破碎機(jī)，細(xì)碎選用圓錐破碎機(jī)或細(xì)碎鄂式破碎機(jī)；破碎好的各原料分別裝入不同的原料倉(cāng)內(nèi)；配料時(shí)按設(shè)計(jì)配比將各種原料從各原料倉(cāng)放出，原料配料計(jì)量可采用電子計(jì)算機(jī)控制斗稱進(jìn)行計(jì)量和配料，經(jīng)過(guò)計(jì)量后的各種原料經(jīng)皮帶輸送機(jī)送到粉磨系統(tǒng)。粉磨可采用開路粉磨系統(tǒng)或閉路粉磨系統(tǒng)，開路粉磨系統(tǒng)流程簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，投資較低，但粉磨效率低，電耗大。閉路粉磨系統(tǒng)是目前流行的粉磨系統(tǒng)。材料粉磨系統(tǒng)可選用高效選粉機(jī)與管磨結(jié)合的粉磨系統(tǒng)，粉磨產(chǎn)物中粒度大于0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)粉磨產(chǎn)物總重量的5%，即可制得成品。本水淬渣膠凝材料的水化過(guò)程實(shí)質(zhì)上是3Ca0 · Si02_2Ca0 · Si02_3Ca0 · 3A1203 · CaSO4-CaSO4-CaO-H2O六元系統(tǒng)中所發(fā)生的化學(xué)變化，主要水化產(chǎn)物為CaO-SiO2-H2O、 3Ca0 · 3A1203 · 3CaS04 · 32H20和Al2O3 · 3H20(gel)，由于材料的水化反應(yīng)很難達(dá)到平衡，所以在一般情況下，水化產(chǎn)物中除了上述三種水化產(chǎn)物外，還有少量3Ca0 · Al2O3 · CaSO4 · 12H20 存在，同時(shí)會(huì)有少量CaSO4 · 2H20和Ca(OH)2析晶，使得本高爐水淬渣膠凝材料易于水化，活性較高。本發(fā)明膠凝材料的使用
充填時(shí)，先用造漿泵將砂倉(cāng)內(nèi)的尾砂制成濃度為50 60%的尾砂漿，將該尾砂漿注入與井下充填專用爐渣水泥倉(cāng)相聯(lián)的攪拌桶內(nèi)，經(jīng)計(jì)量后將該井下充填專用爐渣水泥倉(cāng)內(nèi)的本水淬渣膠凝材料注入攪拌桶，攪拌桶內(nèi)的尾砂漿和水淬渣膠凝材料經(jīng)攪拌混合后，制成充填料漿，采管路將該充填料漿放入井下充填采場(chǎng)。本發(fā)明膠凝材料是以爐渣為主要基料的一種高活性的水硬性膠結(jié)材料，可以將其歸為水泥類的范疇。對(duì)高爐煉鋼排出的爐渣進(jìn)行活化和激化處理后，可大大提高其水化活性，在膠結(jié)材料中的摻入量也可以達(dá)到30 60%。而且生產(chǎn)成本低，當(dāng)生產(chǎn)具有一定規(guī)模時(shí)其生產(chǎn)成本可能與普通325 #硅酸鹽水泥相當(dāng)，甚至可能低于普通325 #硅酸鹽水泥，因此該材料具有良好的應(yīng)用前景。實(shí)施例1
烘干高爐水淬渣；將普通硅酸鹽水泥熟料、硬石膏、生石灰和烘干的高爐水淬渣分別進(jìn)行兩級(jí)破碎，得到普通硅酸鹽水泥熟料粉末、硬石膏粉末、生石灰粉末和水淬渣粉末；各原料破碎過(guò)程中，控制一級(jí)破碎入料粒度小于400mm，一級(jí)破碎出口粒度小于100mm，二級(jí)破碎出口粒度為2 IOmm ；按重量百分比，分別取普通硅酸鹽水泥熟料粉末35%、水淬渣粉末40%、硬石膏粉末15%和生石灰粉末10% ；將各組分混合、粉磨，控制粉磨產(chǎn)物中粒度大于 0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)粉磨產(chǎn)物總重量的5%，即得礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料。
5經(jīng)檢測(cè)，該高爐水淬渣膠凝材料水化后形成的充填體強(qiáng)度比普通硅酸鹽水泥在同樣配比下形成的充填體強(qiáng)度高出20%以上。實(shí)施例2
烘干高爐水淬渣；將普通硅酸鹽水泥熟料、硬石膏、生石灰和烘干的高爐水淬渣分別進(jìn)行兩級(jí)破碎，得到普通硅酸鹽水泥熟料粉末、硬石膏粉末、生石灰粉末和水淬渣粉末；各原料破碎過(guò)程中，控制一級(jí)破碎入料粒度小于400mm，一級(jí)破碎出口粒度小于100mm，二級(jí)破碎出口粒度為2 IOmm ；按重量百分比，分別取普通硅酸鹽水泥熟料粉末40%、水淬渣粉末 37. 5%、硬石膏粉末12. 5%和生石灰粉末10% ；將各組分混合、粉磨，控制粉磨產(chǎn)物中粒度大于0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)粉磨產(chǎn)物總重量的5%，即得礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料。經(jīng)檢測(cè)，該高爐水淬渣膠凝材料水化后形成的充填體強(qiáng)度比普通硅酸鹽水泥在同樣配比下形成的充填體強(qiáng)度高出20%以上。實(shí)施例3
烘干高爐水淬渣；將普通硅酸鹽水泥熟料、硬石膏、生石灰和烘干的高爐水淬渣分別進(jìn)行兩級(jí)破碎，得到普通硅酸鹽水泥熟料粉末、硬石膏粉末、生石灰粉末和水淬渣粉末；各原料破碎過(guò)程中，控制一級(jí)破碎入料粒度小于400mm，一級(jí)破碎出口粒度小于100mm，二級(jí)破碎出口粒度為2 IOmm ；按重量百分比，分別取普通硅酸鹽水泥熟料粉末38%、水淬渣粉末40%、硬石膏粉末10%和生石灰粉末12% ；將各組分混合、粉磨，控制粉磨產(chǎn)物中粒度大于 0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)粉磨產(chǎn)物總重量的5%，即得礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料。 經(jīng)檢測(cè)，該高爐水淬渣膠凝材料水化后形成的充填體強(qiáng)度比普通硅酸鹽水泥在同樣配比下形成的充填體強(qiáng)度高出20%以上。實(shí)施例4
烘干高爐水淬渣；將普通硅酸鹽水泥熟料、硬石膏、生石灰和烘干的高爐水淬渣分別進(jìn)行兩級(jí)破碎，得到普通硅酸鹽水泥熟料粉末、硬石膏粉末、生石灰粉末和水淬渣粉末；各原料破碎過(guò)程中，控制一級(jí)破碎入料粒度小于400mm，一級(jí)破碎出口粒度小于100mm，二級(jí)破碎出口粒度為2 IOmm ；按重量百分比，分別取普通硅酸鹽水泥熟料粉末37. 5%、水淬渣粉末39. 5%、硬石膏粉末15%和生石灰粉末8% ；將各組分混合、粉磨，控制粉磨產(chǎn)物中粒度大于 0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)粉磨產(chǎn)物總重量的5%，即得礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料。 經(jīng)檢測(cè)，該高爐水淬渣膠凝材料水化后形成的充填體強(qiáng)度比普通硅酸鹽水泥在同樣配比下形成的充填體強(qiáng)度高出20%以上。實(shí)施例5
烘干高爐水淬渣；將普通硅酸鹽水泥熟料、硬石膏、生石灰和烘干的高爐水淬渣分別進(jìn)行兩級(jí)破碎，得到普通硅酸鹽水泥熟料粉末、硬石膏粉末、生石灰粉末和水淬渣粉末；各原料破碎過(guò)程中，控制一級(jí)破碎入料粒度小于400mm，一級(jí)破碎出口粒度小于100mm，二級(jí)破碎出口粒度為2 IOmm ；按重量百分比，分別取普通硅酸鹽水泥熟料粉末36%、水淬渣粉末40%、硬石膏粉末13%和生石灰粉末11%;將各組分混合、粉磨，控制粉磨產(chǎn)物中粒度大于 0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)粉磨產(chǎn)物總重量的5%，即得礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料。 經(jīng)檢測(cè)，該高爐水淬渣膠凝材料水化后形成的充填體強(qiáng)度比普通硅酸鹽水泥在同樣配比下形成的充填體強(qiáng)度高出20%以上。實(shí)施例6烘干高爐水淬渣；將普通硅酸鹽水泥熟料、硬石膏、生石灰和烘干的高爐水淬渣分別進(jìn)行兩級(jí)破碎，得到普通硅酸鹽水泥熟料粉末、硬石膏粉末、生石灰粉末和水淬渣粉末；各原料破碎過(guò)程中，控制一級(jí)破碎入料粒度小于400mm，一級(jí)破碎出口粒度小于100mm，二級(jí)破碎出口粒度為2 IOmm ；按重量百分比，分別取普通硅酸鹽水泥熟料粉末40%、水淬渣粉末35%、硬石膏粉末14%和生石灰粉末11% ；將各組分混合、粉磨，控制粉磨產(chǎn)物中粒度大于 0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)粉磨產(chǎn)物總重量的5%，即得礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料。 經(jīng)檢測(cè)，該高爐水淬渣膠凝材料水化后形成的充填體強(qiáng)度比普通硅酸鹽水泥在同樣配比下形成的充填體強(qiáng)度高出20%以上。實(shí)施例7
烘干高爐水淬渣；將普通硅酸鹽水泥熟料、硬石膏、生石灰和烘干的高爐水淬渣分別進(jìn)行兩級(jí)破碎，得到普通硅酸鹽水泥熟料粉末、硬石膏粉末、生石灰粉末和水淬渣粉末；各原料破碎過(guò)程中，控制一級(jí)破碎入料粒度小于400mm，一級(jí)破碎出口粒度小于100mm，二級(jí)破碎出口粒度為2 IOmm ；按重量百分比，分別取普通硅酸鹽水泥熟料粉末40%、水淬渣粉末40%、硬石膏粉末11%和生石灰粉末9% ；將各組分混合、粉磨，控制粉磨產(chǎn)物中粒度大于 0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)粉磨產(chǎn)物總重量的5%，即得礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料。 經(jīng)檢測(cè)，該高爐水淬渣膠凝材料水化后形成的充填體強(qiáng)度比普通硅酸鹽水泥在同樣配比下形成的充填體強(qiáng)度高出20%以上。實(shí)施例8
烘干高爐水淬渣；將普通硅酸鹽水泥熟料、硬石膏、生石灰和烘干的高爐水淬渣分別進(jìn)行兩級(jí)破碎，得到普通硅酸鹽水泥熟料粉末、硬石膏粉末、生石灰粉末和水淬渣粉末；各原料破碎過(guò)程中，控制一級(jí)破碎入料粒度小于400mm，一級(jí)破碎出口粒度小于100mm，二級(jí)破碎出口粒度為2 IOmm ；按重量百分比，分別取普通硅酸鹽水泥熟料粉末39%、水淬渣粉末36%、硬石膏粉末15%和生石灰粉末10% ；將各組分混合、粉磨，控制粉磨產(chǎn)物中粒度大于 0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)粉磨產(chǎn)物總重量的5%，即得礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料。 經(jīng)檢測(cè)，該高爐水淬渣膠凝材料水化后形成的充填體強(qiáng)度比普通硅酸鹽水泥在同樣配比下形成的充填體強(qiáng)度高出20%以上。
權(quán)利要求
1.一種礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料，其特征在于，該膠凝材料按重量百分比，由普通硅酸鹽水泥熟料粉末35% 40%、水淬渣粉末35% 40%、硬石膏粉末10% 15%和生石灰粉末8% 1 組成，各組分總量為100%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高爐水淬渣膠凝材料，其特征在于，所述的膠凝材料中粒度大于0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)該膠凝材料總重量的5%。
3.—種權(quán)利要求1所述高爐水淬渣膠凝材料的制備方法，其特征在于，該方法具體按以下步驟進(jìn)行步驟1 烘干高爐水淬渣；步驟2 將普通硅酸鹽水泥熟料、硬石膏、生石灰和步驟1烘干后的水淬渣分別進(jìn)行破碎，分別得到普通硅酸鹽水泥熟料粉末、硬石膏粉末、生石灰粉末和水淬渣粉末；步驟3 按重量百分比，分別取普通硅酸鹽水泥熟料粉末35% 40%、水淬渣粉末35% 40%、硬石膏粉末10% 15%和生石灰粉末8% 12%，各組分總量100% ；將各組分混合、粉磨， 控制粉磨產(chǎn)物中粒度大于0. 08mm的粉末的重量不超過(guò)粉磨產(chǎn)物總重量的5%，即得礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟2中的各原料經(jīng)兩級(jí)破碎。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，進(jìn)行兩級(jí)破損時(shí)，控制一級(jí)破碎入料粒度小于400mm，一級(jí)破碎出口粒度小于100mm，二級(jí)破碎出口粒度為2mm 10mm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦山充填用高爐水淬渣膠凝材料及其制備方法，該膠凝材料按重量百分比，由普通硅酸鹽水泥熟料粉末35～40%、水淬渣粉末35～40%、硬石膏粉末10～15%和生石灰粉末8～12%組成，各組分總量為100%。將水淬渣烘干，然后，將各組分破碎成粉末，按重量百分比將各粉末混合并粉磨，控制粉磨產(chǎn)物中粒度大于0.08mm的粉末的重量不超過(guò)粉磨產(chǎn)物總重量的5%，即得。本膠凝材料水化后形成的充填體強(qiáng)度比普通硅酸鹽水泥在同樣配比情況下形成的充填體的強(qiáng)度高出20%以上，能滿足礦山井下充填的要求。
文檔編號(hào)C04B7/19GK102381847SQ20111021587
公開日2012年3月21日 申請(qǐng)日期2011年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者劉武團(tuán), 吉鴻安, 郭生茂, 陳小平 申請(qǐng)人:西北礦冶研究院