1.本发明涉及一种矿山绿色充填开采全
固废充填材料及其配比方法，属于矿山充填材料技术领域。
背景技术：
2.矿产资源在产生经济效益的同时也产生大量固体废弃物，由于固体废弃物没有得到及时处理，占用大量土地资源，并导致环境的污染甚至需要大量的人力物力进行维护。矿山膏体充填有效提高固体废弃物的利用率，缓解环境压力，并降低地下采空区安全隐患。膏体充填核心是充填材料，高效能材料的来源匮乏，且成本较高。而且膏体交接充填存在凝结时间较长，形成强度缓慢，所以对于早强型材料具有强烈的需求。针对现有的膏体回填材料，复杂的原材料本身具有污染，所以环境友好型膏体回填材料的研究也相对更为重要。这些都是影响充填
采矿技术发展的重要因素。
技术实现要素：
3.为了解决上述技术难题，能够有效的解决形成强度缓慢，流动性差，成本高，环境污染严重等问题，本发明提供一种矿山绿色充填开采全固废充填材料及其配比方法。所用材料包括页岩渣、钢渣、矿渣以及拌合水。其中水占充填材料总质量的31％～33％，余量为矿渣、钢渣、页岩渣三种固体废物的混合物。所述矿渣为s95级粒化高炉矿渣粉，其中矿渣中al2o3含量为12～15％，cao含量为40～50％，sio2含量27～35％。矿渣的掺量为固体总质量的4.5～6.5％。所述钢渣为钢铁冶炼产生废渣，其中钢渣中cao含量为40～60％，sio2含量10～25％。在混合前过16目筛子进行筛分，掺量为固体总质量的40～44％。所述页岩渣为页岩渣发电厂所生产页岩渣，其中页岩渣中al2o3含量为10～15％，cao含量为5～10％，sio2含量50～65％。在混合前过18目筛子进行筛分，页岩渣的掺量为固体总质量的50～54％。
4.为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
5.将钢渣、页岩渣进行破碎，筛分后依次倒入混合器中，加入矿渣搅拌，以确保混合器内的固体物料均匀。
6.将按计算比例的自来水倒入砂浆搅拌机中搅拌。
7.通过搅拌混合后的固废材料，即可制得矿山绿色充填开采全固废充填材料。
8.一种矿山绿色充填开采全固废充填材料的配制方法，配制步骤如下：
9.步骤一：钢渣破碎过筛后处理至粉体比表面积为500m2/kg～530m2/kg；
9.步骤一：钢渣破碎过筛后处理至粉体比表面积为500m2/kg～530m2/kg；
10.步骤二：页岩渣破碎过筛处理至粉体比表面积为540m2/kg～570m2/kg；
11.步骤三：矿渣为s95级粒化高炉矿渣粉，粉体比表面积为1550m2/kg～1560m2/kg；
12.步骤四：用于搅拌混合的水为自来水。
13.本发明的有益效果：
14.成本低廉：本发明充分利用了钢渣、矿渣和页岩渣三种固体废料与硅酸盐水泥具
有相似化学成分的特点，较大程度的采用固体废料。其中钢渣占材料总固体的40～44％，页岩渣占材料总固体的50～54％，矿渣占材料总固体的4.5～6.5％，除拌合水外，而无任何外加剂。这不仅有效降低了原材料成本，还降低了化学外加剂的加入所伴随的环境污染的影响。而且该材料的制备工艺简单，操作易行。在成本方面有着巨大优势。
15.强度可靠：充分利用三种固体废料与硅酸盐水泥具有相似化学成分的特点，其3天强度为1.07～1.20mpa，在28天强度可达2.2～2.5mpa，而在7天时可达到28天强度的82％，这表明，开发的是一种早期强度回填
新材料，用可以在短期内，形成强度支撑顶板，以确保充填采矿的顺利进行。
16.流动性良好：在满足矿山充填条件的所需压强下，该材料的坍落度在195～205mm之间，浆体均匀无沉淀，不产生泌水和离析现象。泵送条件下不会造成料浆粘堵输送管的现象。具有较好的流动性。
17.本发明公开的矿山绿色充填开采全固废充填材料，其各成分的作用及产生强度的机理为：同时由于钢渣破碎后进行筛分后粒径大小不同，在材料中不仅参与水化反应，还具有细骨料的作用。页岩渣碱性较强，页岩渣的存在不但提供了大量的sio2，而且提供了碱性环境，激发了钢渣活性，伴随矿渣的持续水化进一步促进钢渣的水化程度，同时页岩渣和矿渣中存在的al2o3和sio2，与钢渣的ca(oh)2可经水化反应与caso4生成钙矾石(aft)，是提升充填体抗压强度提供来源之一。同时这些矿物混合消耗了ca(oh)2形成水化硅酸钙凝胶(c
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s
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h)，也使该材料的抗压强度得到了提升。
18.经过sem对水化产物进行分析得，随着养护时间得增加，3天到28天的过程中，水化产物中团聚结构相互搭接，并发现针状物数量增加，根据其形貌特征及xrd分析结果，其针状物为钙矾石(aft)，团聚结构为水化硅酸钙凝胶(c
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h)。在养护过程中钙矾石(aft)得到了充分的增长，期间伴随形成的水化硅酸钙凝胶(c
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h)。并通过压汞(mip)测试出，材料伴随养护时间的增长，孔径分布出现逐渐减小的现象。微观上形成了较为致密内部结构，因此在宏观上体现出抗压能力的提升。制备材料养护时间为3天和28天的xrd分析结果如图1和图3所示，sem微观图(
×
2,000)如图3和图4所示。压汞(mip)测试粒径分布结果曲线如图5所示。
附图说明
19.图1为本发明提供的一种矿山绿色充填开采全固废充填材料制备材料养护时间为3天的xrd分析结果。图中c:c
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h凝胶，e:钙矾石，m:碳酸钙(caco3)，q:石英(sio2)。
20.图2为本发明提供的一种矿山绿色充填开采全固废充填材料制备材料养护时间为28天的xrd分析结果。图中c:c
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h凝胶，e:钙矾石，m:碳酸钙(caco3)，q:石英(sio2)。
21.图3为本发明提供的一种矿山绿色充填开采全固废充填材料制备材料养护时间为3天的sem微观形貌。
22.图4为本发明提供的一种矿山绿色充填开采全固废充填材料制备材料养护时间为28天的sem微观形貌。
23.图5为本发明提供的一种矿山绿色充填开采全固废充填材料制备材料养护时间为3天和28天的孔径分布曲线图。
具体实施方式
24.本发明一种矿山绿色充填开采全固废充填材料，包括页岩渣、钢渣、矿渣以及拌合水。其中水占充填材料总质量的31％～33％，余量为矿渣、钢渣、页岩渣三种固体废物的混合物。
25.所述矿渣为s95级粒化高炉矿渣粉，其中矿渣中al2o3含量为12～15％，cao含量为40～50％，sio2含量27～35％。矿渣的掺量为固体总质量的4.5～6.5％。
26.所述钢渣为钢铁冶炼产生废渣，其中钢渣中cao含量为40～60％，sio2含量10～25％。在混合前过16目筛子进行筛分，掺量为总固体的40～44％。
27.所述页岩渣为页岩燃烧后的页岩渣，其中页岩渣中al2o3含量为10～15％，cao含量为5～10％，sio2含量50～65％。在混合前过18目筛子进行筛分。页岩渣的掺量为固体总质量的50～54％。
28.一种矿山绿色充填开采全固废充填材料的配制方法，配制步骤如下：
29.步骤一：将钢渣、页岩渣进行破碎，筛分后依次倒入混合器中，加入矿渣搅拌，以确保混合器内的固体物料均匀。
30.步骤二：将按计算比例的自来水倒入砂浆搅拌机中搅拌。
31.步骤三：通过搅拌混合后的固废材料，即可制得矿山绿色充填开采全固废充填材料。
32.所述步骤一中，钢渣破碎过筛后处理至粉体比表面积为500m2/kg～530m2/kg；页岩渣破碎过筛处理至粉体比表面积为540m2/kg～570m2/kg；矿渣为s95级粒化高炉矿渣粉，粉体比表面积为1550m2/kg～1560m2/kg。用于搅拌混合的水为自来水。
33.下面结合实施例进一步说明本发明，但不局限于以下实施例：
34.实施例1、实施例2，钢渣均取自于鞍山钢铁有限公司，矿渣是山东康晶新材料科技有限公司生产的s95级矿渣粉，页岩渣取自北票市发电厂。主要化学成分如表1所示。表1材料主要化学成分材料al2o3caosio2fe2o3钢渣6.1540.7911.2414.17矿渣14.8444.6527.620.34页岩渣14.697.1861.328.75
35.通过加水混合搅拌后的固废材料，即可制得矿山绿色充填开采全固废充填材料。
36.实施例2：将钢渣进行破碎，筛分后过16目筛，钢渣破碎过筛后处理至粉体比表面积为525m2/kg。将页岩渣进行破碎，筛分后过18目筛，页岩渣破碎过筛后处理至粉体比表面积为560m2/kg。s95矿渣粉比表面积为1557m2/kg。将处理过后的钢渣、页岩渣和矿渣按照质量比9:10:1混合均匀，三者总质量占材料总质量的68.2％。将所需总质量31.2％的自来水倒入砂浆搅拌机中搅拌。通过加水混合搅拌后的固废材料，即可制得矿山绿色充填开采全固废充填材料。
37.按照实施例1和实施例2的步骤，配制矿山绿色充填开采全固废充填材料，其单轴抗压强度根据astm c39/c39m
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15a采用单轴压缩实验进行测试，测试设备为wdw
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300型万能试验机。坍落度测试根据iso1920
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2规范采用坍落筒进行测试。测试结果如下表2所示。表2实例1和2的测试结果
38.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。技术特征：
1.一种矿山绿色充填开采全固废充填材料，其特征在于，全固废充填材料包含如下组分及配合比：页岩渣、钢渣、矿渣以及自来水。以质量百分比计，其中矿渣为总固体质量的4.5～6.5％，钢渣为总固体质量的40～44％，页岩渣为总固体质量的50～54％。2.根据权利要求1所述的一种矿山绿色充填开采全固废充填材料，其特征在于，全固废充填材料各组分以质量百分比计为，矿渣为总固体质量的4.5～6.5％，钢渣为总固体质量的40～44％，页岩渣为总固体质量的50～54％。混合固体占总质量的67～69％。3.根据权利要求1所述的一种矿山绿色充填开采全固废充填材料，其特征在于，钢渣与页岩渣掺用的质量比为0.4～1；优选后的钢渣与页岩渣的质量比为0.75～0.8。4.根据权利要求2所述的一种矿山绿色充填开采全固废充填材料，其特征在于，钢渣处理至粉体比表面积不小于500m2/kg，页岩渣处理至粉体比表面积不小于540m2/kg，矿渣粉体比表面积不小于1550m2/kg。5.根据权利要求2所述的一种矿山绿色充填开采全固废充填材料，其特征在于，矿渣粉为s95级高炉矿渣粉，其掺量为固体总量的2.5～10％；优选后的粒化高炉矿渣掺量为固体总量的4.5～6.5％。6.根据权利要求3所述的一种矿山绿色充填开采全固废充填材料，其特征在于，全固废充填材料由固体废料和拌合水组成，其中固体废料占总质量的64～70％；优选后的固体废料占总质量的67～69％。7.根据权利要求6所述的一种矿山绿色充填开采全固废充填材料，其特征在于，所述方法包括先将三种固体废物机械混合以致均匀，加入拌合水搅匀，配置成质量浓度为67～69％，密度为1994～2012kg/m3的充填料浆。
技术总结
本发明型属于矿山充填材料技术领域，公开了一种矿山绿色充填开采全固废充填材料及其配比方法。包括固体质量浓度，页岩渣、钢渣和粒化高炉矿渣比例，所述充填材料的固体质量浓度为67～69％，用于充填的废料为页岩渣、钢渣和矿渣，所述页岩渣掺量为总固体的50～54％，所述钢渣掺量为总固体的40～44％，所述矿渣掺量为总固体的4.5～6.5％，除自来水用于拌合以外无任何添加剂。本配合比方法制作出材料具有强度满足充填要求、流动性好、成本低、并且环保节能和早强型的特点。不仅较大程度的提高了钢渣和页岩渣固体废弃物的利用率，解决了固废占地的问题，降低对堆放场地的污染，而且全固废充填材料浸出液满足地下水三类水标准，有效解决了在充填环境中存在的污染问题。了在充填环境中存在的污染问题。
技术研发人员：李克新 李喜林 杜传洋
受保护的技术使用者：辽宁工程技术大学
技术研发日：2021.09.15
技术公布日：2021/11/5
声明：
“矿山绿色充填开采全固废充填材料及其配比方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：辽宁工程技术大学
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2024年08月19日 ~ 21日 
