一种固废基凝胶、膏体及制作方法、填充方法与流程

1.本发明涉及矿山填充材料技术领域，具体涉及一种固废基凝胶、膏体及制作方法、填充方法。


背景技术：

2.矿山开采比如煤矿、金属矿、采石矿等地下资源采掘后，上面岩层大多都是自然沉降，导致了大面积的地表沉陷，破坏了自然生态，危害了地表建筑、农业、河流等，并且由于部分地区因地表有居民区、农田、建筑物、水域等保护区域限制开采，也造成了大量地下资源的浪费。
3.为此，目前的矿山开采，均采用充填开采，就是地下资源采掘后，及时使用与矿物密度近似的材料进行充填，防止地表沉陷，现在充填材料、多采用干式矿渣回填或水泥、矿渣、混凝土充填，填充成本高，作业复杂等。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种固废基凝胶、膏体及制作方法、填充方法，主要解决现有技术的矿山开采充填时采用干式矿渣回填或水泥、矿渣、混凝土充填带来的填充成本高，作业复杂的技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种固废基凝胶，以质量百分比计，包括以下组分：：
7.比表面积为450-600
㎡
/kg的钢渣，占比为：20％-40％；
8.比表面积为450-600
㎡
/kg的矿渣，占比为：35％-70％；
9.比表面积为450-600
㎡
/kg的脱硫石膏，占比为：5％-15％；
10.氢氧化钠，占比为：0.5％-2％；
11.三乙胺，占比为：0.5％-2％；
12.水玻璃，占比为：0.5％-2％；
13.碳酸钠，占比为：0.5％-2％；其余为水。
14.优选地，所述固废基凝胶比表面积为550-600
㎡
/kg。
15.进一步地，本技术给出固废基凝胶的制作方法，包括以下步骤：
16.s1：将所述钢渣、所述矿渣、所述脱硫石膏进行烘干、粉碎、研磨至比表面积450-500
㎡
/kg；
17.s2：将步骤s1的混合物加入所述氢氧化钠、所述水玻璃、所述碳酸钠、所述三乙胺及水混合在一起搅拌，制成所述固废基凝胶材料。
18.再进一步地，本技术给出一种矿山填充膏体，以质量百分比计，包括以下组分：
19.前述固废基凝胶，占比为：5％-10％；
20.煤矸石，占比为：51％-58％；
21.粉煤灰，占比为：16％-21％；其余为水。
22.优选地，所述煤矸石粒径为：5-20mm。
23.更进一步地，本技术还给出一种矿山填充膏体的制作方法，包括以下步骤：
24.s01：将所述煤矸石粉碎至5-20mm粒径；
25.s02：将所述固废基凝胶、所述粉煤灰、水及步骤s01的所述煤矸石混合在一起，而制成所述矿山填充膏体。
26.本技术还给出一种矿山膏体的填充方法，包括以下步骤：
27.s001：使用管道泵送的方式将权利要求4或5所述矿山填充膏体输送至矿山充填区进行充填；
28.s002：给填充后的膏体外表面喷洒1.5％的水玻璃稀释液，保持表面潮湿，8小时后，可自立脱模，停止喷洒。
29.本发明至少具有以下有益效果：
30.其采用工业固废钢渣、矿渣、脱硫石膏及碱性激发剂naoh、水玻璃及碳酸钠，按比例混合研磨，利用碱性激发剂naoh、水玻璃及碳酸钠激发工业固废钢渣、矿渣、脱硫石膏之间的水硬活性，及硅的四配位合成，制得与水泥相似，并可以代替水泥的低碳固废基凝胶，因使用的材料主要是工业废弃物，成本低，并且不须煅烧节约了资源、减少了碳排放，且对工业废弃物再利用，减少了工业废弃物对环境的污染；所制的固废基凝胶与经破碎的煤矸石、粉煤灰和水按照一定比例混合在一起而制成矿山膏体填充材料，凝固后达到3兆帕以上强度，完全满足矿山膏体充填技术要求，煤矸石、粉煤灰也均为工业固废，成本低，且对工业废弃物再利用，减少了工业废弃物对环境的污染；后通过管道泵送至矿山充填区进行充填作业，作业方式简单，易于使用。
31.由此可见，本发明的一种固废基凝胶、膏体及制作方法、填充方法具有成本低，不须煅烧节约了资源、减少了碳排放；使用的制备材料均为工业废弃物，减少了工业废弃物对环境的污染；作业方式简单，易于使用等优点。
附图说明
32.为了更清楚地说明现有技术以及本发明，下面将对现有技术以及本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的附图。
33.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
34.图1为本发明的固废基凝胶的制作方法的步骤示意图；
35.图2为本发明的矿山填充膏体的制作方法的步骤示意图；
36.图3为本发明的矿山膏体的填充方法的步骤示意图；
具体实施方式
37.以下结合附图，通过具体实施例对本技术作进一步详述。
38.在本技术的描述中：除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本技术中的术语“第一”、“第二”、“第三”等旨在区别指代的对象，而不具有技术内涵方面的特别意义(例如，不应理解为对重要程度或次序等的强调)。“包括”、“包含”、“具有”等表述方式，同时还意味着“不限于”(某些单元、部件、材料、步骤等)。
39.本技术中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等的用语，通常是为了便于对照附图直观理解，而并非对实际产品中位置关系的绝对限定。在未脱离本技术揭示的技术构思的情况下，这些相对位置关系的改变，当亦视为本技术表述的范畴。
40.本发明的一种固废基凝胶及制作方法，以制备1kg固废基凝胶为例，本技术给出以下实施例(以下占比均为质量百分比)：
41.实施例一：
42.先将30％的比表面积为500
㎡
/kg的钢渣，35％的比表面积为500
㎡
/kg的矿渣，15％的比表面积为500
㎡
/kg的脱硫石膏，进行烘干、粉碎、研磨至比表面积450-500
㎡
/kg；
43.再向烘干、粉碎、研磨后的钢渣、矿渣及脱硫石膏混合物中加入1.0％的氢氧化钠，1.0％的水玻璃，1.0％的碳酸钠，1.0％的三乙胺及16.0％的水，混合搅拌均匀，制成固废基凝胶。
44.实施例二：
45.先将25％的比表面积为600
㎡
/kg的钢渣，40％的比表面积为600
㎡
/kg的矿渣，10％的比表面积为600
㎡
/kg的脱硫石膏，进行烘干、粉碎、研磨至比表面积450-500
㎡
/kg；
46.再向烘干、粉碎、研磨后的钢渣、矿渣及脱硫石膏混合物中加入2.0％的氢氧化钠，2.0％的水玻璃，2.0％的碳酸钠，2.0％的三乙胺及17.0％的水，混合搅拌均匀，制成固废基凝胶。
47.实施例三：
48.先将20％的比表面积为450
㎡
/kg的钢渣，55％的比表面积为450
㎡
/kg的矿渣，5％的比表面积为450
㎡
/kg的脱硫石膏，进行烘干、粉碎、研磨至比表面积450-500
㎡
/kg；
49.再向烘干、粉碎、研磨后的钢渣、矿渣及脱硫石膏混合物中加入0.5％的氢氧化钠，0.5％的水玻璃，0.5％的碳酸钠，0.5％的三乙胺及19.0％的水，混合搅拌均匀，制成固废基凝胶。
50.将上述三种实施例制成的固废基凝胶进行测试，测试数据如下表格：
51.特性指标实施例一实施例二实施例三比表面积：550
㎡
/kg580
㎡
/kg600
㎡
/kg初凝时间：276min285min290min终凝时间：420min510min590min3d抗压强度：27mpa28mpa23mpa28d抗压强度：59mpa60.5mpa52mpa
52.上述性能指标均优于水泥国家标准(初凝时间≥270min；终凝时间≤600min；3d抗压强度≥20mpa，28d抗压强度≥50mpa)，完全可以替代水泥，且本技术固废基凝胶其采用工业固废钢渣、矿渣、脱硫石膏及碱性激发剂naoh、水玻璃及碳酸钠按比例混合后研磨所得，利用碱性激发剂naoh、水玻璃及碳酸钠激发工业固废钢渣、矿渣、脱硫石膏之间的水硬活性，及硅的四配位合成，制得与水泥相似，并可以代替水泥的低碳固废基凝胶，因使用的材
料主要是工业废弃物，成本低，并且不须煅烧节约了资源、减少了碳排放，且对工业废弃物再利用，减少了工业废弃物对环境的污染
53.基于上述固废基凝胶，本技术还提出一种矿山填充膏体及制作方法，以制备1kg固废基凝胶为例，有以下实施例(以下占比均为质量百分比)：
54.实施例一：
55.先将51％的煤矸石粉碎至5-20mm粒径；
56.再加入19％的粉煤灰、10％的前述实施例二的固废基凝胶及20％的水混合搅拌，而造成矿山填充膏体。
57.该矿山填充膏体8小时内不会发生凝固现象，24小时后，可自立脱模，72小时后可以初凝，28天后达到3mpa以上强度，完全满足矿山填充开采技术需求。
58.实施例二：
59.先将53％的煤矸石粉碎至5-20mm粒径；
60.再加入21％的粉煤灰、5％的前述实施例二的固废基凝胶及21％的水混合搅拌，而造成矿山填充膏体。
61.该矿山填充膏体8小时内不会发生凝固现象，24小时后，可自立脱模，72小时后可以初凝，28天后达到3mpa以上强度，完全满足矿山填充开采技术需求。
62.本技术的矿山填充膏体使用的煤矸石、粉煤灰也均为工业固废，成本低，也是对工业废弃物再利用，减少了工业废弃物对环境的污染。
63.发明人还提出一种矿山膏体的填充方法，包括以下步骤：
64.s001：使用管道泵送的方式将本技术的矿山膏体输送至矿山充填区进行充填；
65.s002：给填充后的膏体外表面喷洒1.5％的水玻璃稀释液，保持表面潮湿，8小时后，可自立脱模，停止喷洒。
66.本技术的矿山膏体的填充方法采用管道泵的方式，作业方式简单，易于推广使用。
67.上文中通过一般性说明及具体实施例对本技术作了较为具体和详细的描述。应当理解，基于本技术的技术构思，还可以对这些具体实施例作出若干常规的调整或进一步的创新；但只要未脱离本技术的技术构思，这些常规的调整或进一步的创新得到的技术方案也同样落入本技术的权利要求保护范围。

技术特征：
1.一种固废基凝胶，其特征在于，以质量百分比计，包括以下组分：比表面积为450-600
㎡
/kg的钢渣，占比为：20％-40％；比表面积为450-600
㎡
/kg的矿渣，占比为：35％-70％；比表面积为450-600
㎡
/kg的脱硫石膏，占比为：5％-15％；氢氧化钠，占比为：0.5％-2％；三乙胺，占比为：0.5％-2％；水玻璃，占比为：0.5％-2％；碳酸钠，占比为：0.5％-2％；其余为水。2.根据权利要求1所述的一种固废基凝胶，其特征在于，所述固废基凝胶比表面积为550-600
㎡
/kg。3.根据权利要求1或2所述的固废基凝胶的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：将所述钢渣、所述矿渣、所述脱硫石膏进行烘干、粉碎、研磨至比表面积450-500
㎡
/kg；s2：将步骤s1的混合物加入所述氢氧化钠、所述水玻璃、所述碳酸钠、所述三乙胺及水混合在一起搅拌，制成所述固废基凝胶材料。4.一种矿山填充膏体，其特征在于，以质量百分比计，包括以下组分：权利要求1或2所述固废基凝胶，占比为：5％-10％；煤矸石，占比为：51％-58％；粉煤灰，占比为：16％-21％；其余为水。5.根据权利要求4所述的一种矿山填充膏体，其特征在于，所述煤矸石粒径为：5-20mm。6.根据权利要求5所述的一种矿山填充膏体的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：s01：将所述煤矸石粉碎至5-20mm粒径；s02：将所述固废基凝胶、所述粉煤灰、水及步骤s01的所述煤矸石混合在一起，而制成所述矿山填充膏体材料。7.一种矿山膏体的填充方法，其特征在于，包括以下步骤：s001：使用管道泵送的方式将权利要求4或5所述矿山填充膏体输送至矿山充填区进行充填；s002：给填充后的膏体外表面喷洒1.5％的水玻璃稀释液，保持表面潮湿，8小时后，可自立脱模，停止喷洒。

技术总结
本发明涉及一种固废基凝胶、膏体及制作方法、填充方法，采用工业固废钢渣、矿渣、脱硫石膏及碱性激发剂氢氧化钠、水玻璃及碳酸钠，按比例混合研磨、利用碱性激发剂氢氧化钠、水玻璃及碳酸钠激发工业固废钢渣、矿渣、脱硫石膏之间的水硬活性，及硅的四配位合成，制得与水泥相似，可以代替水泥的固废基凝胶，原料主要使用工业废弃物，成本低，不须煅烧节约能源，可对工业废弃物再利用，减少环境污染；所制固基废凝胶与经破碎的煤矸石、粉煤灰和水按照一定比例混合制成矿山膏体，煤矸石、粉煤灰也均为工业固废，成本低，对工业废弃物再利用，减少了工业废弃物对环境的污染；后通过管道泵送至矿山充填区进行充填作业，作业方式简单，易于使用。用。用。


技术研发人员：张朝选
受保护的技术使用者：河南废利美环境科技有限公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/9/5