專利名稱：磷石膏充填于井下采空區(qū)形成固化充填體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于礦業(yè)廢棄物綜合利用領(lǐng)域，具體涉及一種磷石膏充填于井下采空區(qū)形成固化充填體的方法。
背景技術(shù)：
磷石膏是化工廠用磷灰石與硫酸作用，濕法產(chǎn)生磷酸時(shí)產(chǎn)生的副產(chǎn)品。每生產(chǎn)1噸磷酸就要產(chǎn)生5噸磷石膏。在化學(xué)石膏中磷石膏排放量最大，我國(guó)磷石膏年產(chǎn)量約2000萬(wàn)噸，居世界第三。目前世界上每年排放量達(dá)1.1～1.3億噸，而僅利用460～470萬(wàn)噸，利用率很低。磷石膏中的CaSO4·2H2O含量一般高達(dá)90％以上，但是其中通常也含有P2O50.3％～1.5％，F(xiàn)0.1％～1.5％等危害人體健康和生物生長(zhǎng)的有害雜質(zhì)，已經(jīng)構(gòu)成一種污染源。另外，磷石膏的排放不僅占用大量的耕地，污染環(huán)境，而且給磷肥企業(yè)造成了很大的負(fù)擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是使磷石膏變廢為寶，提供一種可提高礦石回收率和防止地表沉降塌陷的用磷石膏充填于井下采空區(qū)形成固化充填體的方法。
本發(fā)明采取如下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題將下述配比的材料按質(zhì)量比為水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶(6～8)混合并按上述三種物料總量的1.3～2.5％加入添加劑硫酸鈉，再用水調(diào)成質(zhì)量濃度為57％～63％的充填料漿，將充填料漿輸入井下采空區(qū)，經(jīng)固化形成高強(qiáng)度的充填體。
本發(fā)明中磷石膏與粉煤灰混合再加適量的添加劑，可提高磷石膏固結(jié)強(qiáng)度，應(yīng)用于充填采礦，可提高礦石回收率和降低采礦貧化損失率，達(dá)到減少采礦成本的目的，并能有效防止采礦地表沉降，使磷石膏變廢為寶，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。


圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
磷石膏及粉煤灰主要物理力學(xué)性質(zhì)如表1，粒級(jí)組成如表2。
表1磷石膏和粉灰力學(xué)性能

表2磷石膏和粉煤灰料粒級(jí)組成(％)

磷石膏粒級(jí)較細(xì)，0.1mm以下顆粒占93％，中值粒徑0.043mm，孔隙比(1.064～3.415)和滲透系數(shù)(0.00294cm/s)，不適于充填體脫水和快速硬化，必然影響膠結(jié)充填體強(qiáng)度，粉煤灰粒徑更細(xì)(細(xì)煤灰中值粒徑僅為0.040mm，粗煤灰中值粒徑僅為0.072mm)，滲透系數(shù)更小(細(xì)煤灰滲透系數(shù)為0.0019cm/s，粗煤灰滲透系數(shù)為0.00648cm/s)，但其SiO2含量高達(dá)52.42％，Al2O3達(dá)21.84％，具有一定的潛在膠結(jié)性能，可作為水泥代用品替代部分水泥，提高充填體后期強(qiáng)度，同時(shí)由于粉煤灰密度小，當(dāng)摻入一定量后，將減輕充填體比重，有利于降低水泥消耗，節(jié)約充填成本；粉煤灰中CaO含量?jī)H為7.32％，活化性能不高，必須外加添加劑；磷石膏中的氟含量不高，充入井下對(duì)井下環(huán)境影響不大；磷石膏與粗、細(xì)煤粉灰不均勻系數(shù)分別為3.71和2.31、1.68，都屬均勻的粘土類，制漿時(shí)易于混合，便于管道輸送，充入采場(chǎng)后，將有利于減少水泥的離析；磷石膏中CaSO4·2H2O含量一般高達(dá)90％以上，而通常石膏作為緩凝劑，不利于膠結(jié)充填體的早期強(qiáng)度，因此CaSO4·2H2O與硅酸鹽水泥等膠凝材料的水化反應(yīng)及固結(jié)效果通過(guò)加入添加劑硫酸鈉得以改善，大大提高了磷石膏固化強(qiáng)度。
經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)研究，得到磷石膏充填于井下的最佳配方是水泥∶粉煤灰∶磷石膏為1∶1∶(6～8)，所形成的充填固化體90天強(qiáng)度可達(dá)到1.38～2.05MPa。加入添加劑硫酸鈉可提高充填體強(qiáng)度15％～20％，加入的最佳量為1.3％～2.5％。
磷石膏屬酸性物質(zhì)，而且顆粒較細(xì)，為了防止磷石膏充填采空區(qū)對(duì)井下環(huán)境的污染，通過(guò)大量試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)用粉煤灰的效果比較好，因?yàn)榉勖夯覍儆趬A性物質(zhì)，可以中和磷石膏的酸性，防止井下酸性水排放，而且粉煤灰屬于一種活性介質(zhì)，能吸附較小顆粒的物質(zhì)，防止小顆粒磷石膏流失。此外，粉煤灰是一種多孔隙介質(zhì)，比重較輕，有利于充填料漿輸送中減小管道阻力，實(shí)現(xiàn)高倍線下自流輸送充填料漿。
本發(fā)明工藝流程如圖1所示。磷石膏用汽車運(yùn)輸至磷石膏池，用10噸電動(dòng)抓斗至圓盤給料機(jī)，經(jīng)1號(hào)皮帶和螺旋輸送機(jī)至攪拌桶，用沖量流量計(jì)計(jì)量，通過(guò)自控系統(tǒng)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)控制給量；粉煤灰用汽車運(yùn)輸至粉煤灰池，用10噸電動(dòng)抓斗至圓盤給料機(jī)，經(jīng)2號(hào)皮帶和螺旋輸送機(jī)至攪拌桶；添加劑硫酸鈉用水泵控制加入攪拌桶；散裝水泥由水泥罐車運(yùn)至制備站后，經(jīng)吹灰管卸入150噸散裝水泥倉(cāng)中，散裝水泥倉(cāng)的頂部設(shè)有收塵裝置，底部設(shè)有螺旋閘門及壓氣破拱裝置，充填時(shí)，啟動(dòng)螺旋輸送機(jī)，將水泥輸送至穩(wěn)料倉(cāng)，經(jīng)彈性葉輪給料器和沖量流量計(jì)計(jì)量，水泥同磷石膏、粉煤灰、添加劑和水一道進(jìn)入攪拌桶制備充填料漿。制備的充填料漿經(jīng)充填鉆孔自流輸送至充填采場(chǎng)。
實(shí)施例1某磷礦生產(chǎn)磷酸產(chǎn)生大量的磷石膏廢料，用圖1所示的工藝流程建成一套充填系統(tǒng)。用水泥10噸、粉煤灰10噸、磷石膏70噸、硫酸鈉添加劑2.1噸充填于井下5號(hào)采場(chǎng)，充填料漿的質(zhì)量濃度為60％。充填料漿充入采場(chǎng)后，凝固形成充填體，現(xiàn)場(chǎng)取10個(gè)樣品并測(cè)試充填體強(qiáng)度，充填體28天平均強(qiáng)度為1.08MPa，該強(qiáng)度可滿足采礦技術(shù)要求。
實(shí)施例2某磷礦的礦床位于公路下，為了實(shí)現(xiàn)公路下安全開(kāi)采礦石，用圖1所示的工藝流程建成一套充填系統(tǒng)。用水泥15噸、粉煤灰15噸、磷石膏90噸、硫酸鈉添加劑2.5噸充填1號(hào)采場(chǎng)，充填料漿質(zhì)量濃度58％。現(xiàn)場(chǎng)取5個(gè)樣品，測(cè)試采場(chǎng)磷石膏固化體28天平均強(qiáng)度達(dá)到1.28MPa。經(jīng)研究分析，采用該強(qiáng)度的磷石膏固結(jié)體充填采空區(qū)不會(huì)引起地下采礦破壞公路。
實(shí)施例3某磷礦資源品位高，原采用崩落法開(kāi)采，礦石貧化率達(dá)到38％，采礦損失率達(dá)到42％。為了降低貧化損失率，用圖1所示的工藝流程建成一套充填系統(tǒng)。用5噸水泥、5噸粉煤灰、40噸磷石膏和0.8噸硫酸鈉添加劑充填試驗(yàn)采場(chǎng)，充填料漿質(zhì)量濃度58％。充填采場(chǎng)取5個(gè)樣品，測(cè)試磷石膏固化體28天平均強(qiáng)度達(dá)到0.81MPa。采用磷石膏固結(jié)充填工藝開(kāi)采礦石，采礦貧化率降低至8％，礦石損失率降低至5％。
權(quán)利要求
1.一種用磷石膏充填于井下采空區(qū)形成固化充填體的方法，其特征在于將下述配比的材料按質(zhì)量比為水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶6～8混合并按上述三種物料總量的1.3～2.5％加入添加劑硫酸鈉，再用水調(diào)成質(zhì)量濃度為57％～63％的充填料漿，將充填料漿輸入井下采空區(qū)，經(jīng)固化形成高強(qiáng)度的充填體。
全文摘要
一種用磷石膏充填于井下采空區(qū)形成固化充填體的方法，將下述配比的材料按質(zhì)量比為水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶6～8混合并按上述三種物料總量的1.3～2.5％加入添加劑硫酸鈉，再用水調(diào)成質(zhì)量濃度為57％～63％的充填料漿，將充填料漿輸入井下采空區(qū)，經(jīng)固化形成高強(qiáng)度的充填體。本方法可提高礦石回收率和降低采礦貧化損失率，達(dá)到減少采礦成本的目的，并能有效防止采礦地表沉降，使磷石膏變廢為寶，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。
文檔編號(hào)E21F15/00GK1821547SQ200610031428
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月30日
發(fā)明者李夕兵, 杜紹倫, 王新民, 姚金蕊, 趙國(guó)彥, 劉志祥, 周子龍 申請(qǐng)人:中南大學(xué)