本申請(qǐng)涉及建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種多源固廢復(fù)合充填膠凝材料及其制備方法和含有該材料的充填料。

背景技術(shù)：

1、尾砂是礦山選廠將礦石磨細(xì)提取有價(jià)元素后排放的固體廢棄物，利用尾砂作為骨料與膠凝材料混合回填采空區(qū)，是礦山消納處置大宗固廢的重要途徑。然而，隨著選礦回收率的不斷提高，選廠產(chǎn)生的尾砂粒度越來(lái)越細(xì)。尾砂自身粒度細(xì)、滲透性差的特點(diǎn)導(dǎo)致礦山充填中長(zhǎng)期存在漿體沉降濃縮困難、采場(chǎng)脫水效率低以及充填體強(qiáng)度發(fā)展緩慢的問(wèn)題。

2、另一方面，隨著水泥價(jià)格上漲，充填膠凝材料的成本也居高不下。采用固廢代替工業(yè)原料制備充填凝膠材料是當(dāng)前技術(shù)人員重點(diǎn)關(guān)注的方向之一，該方案不僅可以實(shí)現(xiàn)廢物資源化利用，還能降低充填膠凝材料的制備和使用成本，對(duì)推動(dòng)綠色礦山建設(shè)具有重要意義。然而，如何調(diào)整充填膠凝材料的原料配比和制備方法以提升這種充填凝膠材料的充填性能還需要進(jìn)一步研究解決。

3、有鑒于此，有必要設(shè)計(jì)一種多源固廢復(fù)合充填膠凝材料及其制備方法和含有該材料的充填料，以解決上述問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)利用硫酸鈉對(duì)生物氧化液中分離提取的石膏進(jìn)行改性，合理設(shè)計(jì)原料成分及配比，將石膏、水渣、粉煤灰等多種固廢混合，提供了一種多源固廢復(fù)合充填膠凝材料及其制備方法和含有該材料的充填料，旨在解決礦山充填中漿體沉降濃縮困難、采場(chǎng)脫水效率低、充填體強(qiáng)度發(fā)展緩慢，以及充填膠凝材料的成本過(guò)高等問(wèn)題。

2、第一方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種多源固廢復(fù)合充填膠凝材料的制備方法，包括如下步驟：

3、s1，將水渣與水按質(zhì)量比(0.8-1.2)：1混合形成渣漿，倒入球磨機(jī)中進(jìn)行機(jī)械力活化，放入烘箱烘干，再粉磨，過(guò)篩，得到水渣微粉；

4、s2，配置濃度為30％-80％的硫酸鈉溶液，通過(guò)噴淋裝置將所述硫酸鈉溶液按預(yù)計(jì)重量份數(shù)無(wú)死角均勻噴灑在石膏表面，用烘箱烘干后研磨，得到細(xì)度大于200目的石膏粉；

5、s3，將質(zhì)量比為(0-3)：4的氫氧化鈉與水玻璃均勻混合，得到活性激發(fā)劑；

6、s4，將所述石膏粉、所述水渣微粉、所述活性激發(fā)劑、粉煤灰、水泥熟料以及生石灰按預(yù)計(jì)重量份數(shù)混合攪拌均勻，即得到所述多源固廢復(fù)合充填膠凝材料。

7、在一些實(shí)施例中，步驟s1中，所述機(jī)械力活化的時(shí)間為30min-50min，所述過(guò)篩為采用振動(dòng)篩分法對(duì)水渣進(jìn)行200目過(guò)篩，所述烘箱設(shè)置為100-105℃烘24-28h；所述水渣微粉的活性系數(shù)≥0.25，比表面積≥600m2/kg。

8、在一些實(shí)施例中，步驟s3中，所述水玻璃為有效含量大于95％的工業(yè)粉體硅酸鈉，模數(shù)為1.5；所述氫氧化鈉為有效含量大于90％的工業(yè)粉體氫氧化鈉。

9、在一些實(shí)施例中，步驟s2中，所述烘箱設(shè)置為100-105℃烘12-16h，所述硫酸鈉溶液采用有效含量大于90％的工業(yè)粉體硫酸鈉制備得到。

10、在一些實(shí)施例中，步驟s4中，所述水泥熟料為硅酸鹽水泥熟料，所述硅酸鹽水泥熟料中cao、sio2、al2o3以及fe2o3的總質(zhì)量占比大于95％；所述生石灰為cao質(zhì)量占比超過(guò)60％的鈣質(zhì)生石灰。

11、第二方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種多源固廢復(fù)合充填膠凝材料，該多源固廢復(fù)合充填膠凝材料根據(jù)前述方案中任意一種方案制備得到，所述多源固廢復(fù)合充填膠凝材料包括如下重量份數(shù)的原料：石膏粉15.5-20.5份、硫酸鈉10-15份、水渣微粉22.5-27.5份、粉煤灰22.5-27.5份、水泥熟料2.5-7.5份、生石灰7.5-12.5份、活性激發(fā)劑0.5-2份。其中，所述石膏粉采用從生物氧化液中分離提取的石膏制備得到。

12、在一些實(shí)施例中，所述多源固廢復(fù)合充填膠凝材料的凈漿的初凝時(shí)間為40-50min，終凝時(shí)間為380-400min。

13、第三方面，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種充填料，包括前述方案中的多源固廢復(fù)合充填膠凝材料和尾砂。

14、在一些實(shí)施例中，所述尾砂包括金礦超細(xì)尾砂或者細(xì)度為100-400目的尾砂。

15、在一些實(shí)施例中，所述充填料的擴(kuò)展度為20-50cm，后期強(qiáng)度為2.3-2.5mpa。

16、本申請(qǐng)的有益效果是：

17、(1)本申請(qǐng)采用生物氧化液中分離提取的石膏作為基料，同時(shí)還利用了水渣和粉煤灰等其他工業(yè)固廢，不僅減少了水泥等不可再生資源的消耗，還提高了廢棄資源的利用率，解決了生物氧化液處理過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品石膏的堆存和處理問(wèn)題，符合綠色無(wú)廢化生產(chǎn)理念。由于這種石膏的成本遠(yuǎn)低于同類型水泥，使得充填凝膠材料的成本進(jìn)一步降低，為企業(yè)創(chuàng)造了新的經(jīng)濟(jì)效益。

18、(2)本申請(qǐng)?zhí)峁┑亩嘣垂虖U復(fù)合充填膠凝材料的制備方法利用硫酸鈉對(duì)生物氧化液中分離提取的石膏進(jìn)行改性，合理設(shè)計(jì)原料成分及配比，有效改善了膠凝材料的保水性能，大幅度提高了膠凝材料及充填料的后期強(qiáng)度，本申請(qǐng)?zhí)峁┑闹苽浞椒ê?jiǎn)單高效，便于工業(yè)化生產(chǎn)。

19、(3)本申請(qǐng)?zhí)峁┑亩嘣垂虖U復(fù)合充填膠凝材料可用于黃金礦山超細(xì)尾砂充填，可直接替代目前礦山充填所用的主流水泥產(chǎn)品，且粒度更細(xì)、活性成分更多，水化速度更快，可有效解決超細(xì)尾砂充填體凝結(jié)時(shí)間慢、早期強(qiáng)度低等問(wèn)題。當(dāng)應(yīng)用于其它級(jí)配更粗的尾礦充填時(shí)，可適當(dāng)降低多源固廢復(fù)合充填膠凝材料中水渣的機(jī)械力活化時(shí)間。

20、(4)本申請(qǐng)制備的多源固廢復(fù)合充填膠凝材料凝結(jié)時(shí)間短于p.o42.5普通硅酸鹽水泥凈漿，且采用該膠凝材料制備的充填料的擴(kuò)展度為20-50cm，后期強(qiáng)度為2.3-2.5mpa，均優(yōu)于p.o42.5普通硅酸鹽水泥凈漿制備的充填料。

21、多源固廢復(fù)合充填膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間短，其制備的充填料強(qiáng)度高的原因是，在這種膠凝材料的凝結(jié)過(guò)程中存在兩種反應(yīng)體系。其一，石膏粉與機(jī)械力活化后的水渣微粉構(gòu)成硫酸鹽反應(yīng)體系，在該體系中，石膏為水化產(chǎn)物的生成提供一部分so42-以及合適的堿性環(huán)境，另一部分反應(yīng)需要的so42-由硫酸鈉提供，在反應(yīng)中，石膏與硫酸鈉同時(shí)對(duì)水渣進(jìn)行激發(fā)，生成硫鋁酸鈣和鈣礬石晶體，該方法有效改善了膠凝材料的保水性能，并促進(jìn)了充填料的早中期強(qiáng)度提升以及早中期水化產(chǎn)物的生成；其二，本申請(qǐng)還引進(jìn)粉煤灰、生石灰、水泥熟料和活性激發(fā)劑，構(gòu)成了一種堿性反應(yīng)體系，在加快材料水化速度的同時(shí)，提升了后期水化產(chǎn)物數(shù)量，生成水化硅鋁酸鈣凝膠、水化硅酸鈣及其它水化產(chǎn)物，前期凝結(jié)過(guò)程中生成的鈣礬石和后期生成的水化硅鋁酸鈣凝膠不斷結(jié)晶，促進(jìn)了反應(yīng)的不斷進(jìn)行，同時(shí)，通過(guò)兩者在材料中的緊密交織，大幅度提高了材料在后期的凝結(jié)強(qiáng)度。

22、上述說(shuō)明僅是本申請(qǐng)技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本申請(qǐng)的技術(shù)手段，而可依照說(shuō)明書的內(nèi)容予以實(shí)施，并且為了讓本申請(qǐng)的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更明顯易懂，以下特舉本申請(qǐng)的具體實(shí)施方式。

技術(shù)特征：

1.一種多源固廢復(fù)合充填膠凝材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多源固廢復(fù)合充填膠凝材料的制備方法，其特征在于，步驟s1中，所述機(jī)械力活化的時(shí)間為30min-50min，所述過(guò)篩為采用振動(dòng)篩分法對(duì)水渣進(jìn)行200目過(guò)篩，所述烘箱設(shè)置為100-105℃烘24-28h；所述水渣微粉的活性系數(shù)≥0.25，比表面積≥600m2/kg。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多源固廢復(fù)合充填膠凝材料的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述水玻璃為有效含量大于95％的工業(yè)粉體硅酸鈉，模數(shù)為1.5；所述氫氧化鈉為有效含量大于90％的工業(yè)粉體氫氧化鈉。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多源固廢復(fù)合充填膠凝材料，其特征在于，步驟s2中，所述烘箱設(shè)置為100-105℃烘12-16h，所述硫酸鈉溶液采用有效含量大于90％的工業(yè)粉體硫酸鈉制備得到。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多源固廢復(fù)合充填膠凝材料，其特征在于，步驟s4中，所述水泥熟料為硅酸鹽水泥熟料，所述硅酸鹽水泥熟料中cao、sio2、al2o3以及fe2o3的總質(zhì)量占比大于95％；所述生石灰為cao質(zhì)量占比超過(guò)60％的鈣質(zhì)生石灰。

6.一種多源固廢復(fù)合充填膠凝材料，其特征在于，根據(jù)權(quán)利要求1-5所述的制備方法制得，所述多源固廢復(fù)合充填膠凝材料包括如下重量份數(shù)的原料：石膏粉15.5-20.5份、硫酸鈉10-15份、水渣微粉22.5-27.5份、粉煤灰22.5-27.5份、水泥熟料2.5-7.5份、生石灰7.5-12.5份、活性激發(fā)劑0.5-2份；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多源固廢復(fù)合充填膠凝材料，其特征在于，所述多源固廢復(fù)合充填膠凝材料的凈漿的初凝時(shí)間為40-50min，終凝時(shí)間為380-400min。

8.一種充填料，其特征在于，包括權(quán)利要求6-7中任一權(quán)利要求所述的多源固廢復(fù)合充填膠凝材料和尾砂。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充填料，其特征在于，所述尾砂包括金礦超細(xì)尾砂或者細(xì)度為100-400目的尾砂。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的充填料，其特征在于，所述充填料的擴(kuò)展度為20-50cm，后期強(qiáng)度為2.3-2.5mpa。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N多源固廢復(fù)合充填膠凝材料及其制備方法和含有該材料的充填料，屬于建筑材料領(lǐng)域。本申請(qǐng)利用硫酸鈉對(duì)生物氧化液中分離提取的石膏進(jìn)行改性，合理設(shè)計(jì)原料成分及配比，將石膏、水渣、粉煤灰等多種固廢混合，有效降低了膠凝材料的使用成本。本申請(qǐng)?zhí)峁┑亩嘣垂虖U復(fù)合充填膠凝材料包括如下重量份數(shù)的原料：石膏粉15.5?20.5份、硫酸鈉10?15份、水渣微粉22.5?27.5份、粉煤灰22.5?27.5份、水泥熟料2.5?7.5份、生石灰7.5?12.5份、活性激發(fā)劑0.5?2份，該膠凝材料中含有較多活性成分，水化速度快、水化產(chǎn)物多、凝結(jié)時(shí)間短，采用其制備的充填料強(qiáng)度指標(biāo)高。

技術(shù)研發(fā)人員：周樂(lè),侯俊,趙龍,汪志國(guó),任玉東
受保護(hù)的技術(shù)使用者：長(zhǎng)春黃金研究院有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6