一種用于空區填充處理含釩鈦礦渣的膠凝材料的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種含釩鈦礦渣的膠凝材料，該膠凝材料的成分以質量百分比計包括：8%—11%堿性激發劑，14%—16%脫硫石膏，71%—77%釩鈦礦渣。該膠凝材料還可包括質量百分數為1%—2%的芒硝作為早強劑。本發明同時公開了一種使用上述膠凝材料、全尾砂充填料及自來水制備的充填料漿，其中膠凝材料與全尾砂充填料的質量比為1:15—1:4，自來水的質量百分比為22%—32%。本發明的膠凝材料不僅解決了釩鈦礦渣的資源化利用，減少固體廢渣在地表的堆放，而且還大大降低了礦山采空區的充填處理成本，同時，制備的填充體具有較高的強度。
【專利說明】—種用于空區填充處理含釩鈦礦渣的膠凝材料
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種膠凝材料，具體涉及一種用于空區處理的含釩鈦礦渣的全尾砂膠凝材料。
【背景技術】
[0002]釩鈦礦渣是冶煉釩鈦磁鐵礦時產生的熔融礦渣在空氣中自然冷卻或水冷形成的一種由鈦輝石、鈣鈦礦等礦物為主的無機材料。由于渣中含有較高的二氧化鈦，大大降低了礦渣質量與活性，從而給礦渣的資源化利用帶來很大困難，導致大量礦渣堆放，不僅占用大量土地和增加維護成本，而且還污染環境。
[0003]在采礦領域，由于早期資源開發的無序開采以及空場法采礦，導致地下存在大量采空區和殘留礦柱，不僅潛在重大安全隱患，而且還損失部分礦產資源。對地下采空區進行填充處理，可以防治空區坍塌和地表沉陷所誘發的地質災害，同時還能夠回收殘留的礦柱資源，實現對不可再生資源的開發利用。目前，廣泛采用膠結充填法對采空區進行填充。該種方法使用的充填材料為水泥等膠凝材料和砂石、爐渣或尾砂等配制的漿狀膠結物料，凝固后有一定強度，用管道借水力或機械輸送至采場。使用膠結充填法開采的礦山，其充填成本約占采礦總成本的50%左右，其中膠結劑——水泥的使用成本就占到了充填成本的一半左右。高昂的充填材料成本，使許多礦山對膠結充填工藝望而卻步，嚴重制約了膠結充填技術的應用和發展。

【發明內容】

[0004]針對上述問題，本發明提供了一種含釩鈦礦渣的膠凝材料，以及用該膠凝材料制備的充填料漿及其制備方法。本發明的膠凝材料成本低，充填強度高。
[0005]上述目的是通過下述方案實現的:
一種含釩鈦礦渣的膠凝材料，其特征在于，該膠凝材料的成分以質量百分比計包括:8% — 11%堿性激發劑，14% —16%脫硫石膏，71%—77%釩鈦礦渣。
[0006]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述堿性激發劑為水泥熟料和/或生石灰。
[0007]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述堿性激發劑為水泥熟料和生石灰，所述水泥熟料的質量百分比為4%—5%,所述生石灰的質量百分比為4%—6%。
[0008]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述生石灰中CaO質量百分比≥78%，所述生石灰的粒度分布為 d1(l = 3.97 μ m一5.06 μ m、d5。= 8.06 μ m一 13.68 μ m、d9。= 22.19 μ m一42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面積 5720cm2/cm3.—8377cm2/cm30
[0009]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述脫硫石膏的粒度分布為d1(l = 13.5 μ m—15.5 μ m、d50 = 38.3 μ m—40.0 μ m> d90 = 72.7 μ m—80.3 μ m, dav = 42.2 μ m—44.2 μ m,比表面積2326.5 cm2/cm3一2436.0cm2/cm3,所述脫硫石膏中SO3質量百分比≥38%。 [0010]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述釩鈦礦渣為堿度系數大于1的堿性礦渣，所述釩鈦礦渣的質量系數≥1.6，活性系數≤0.5。[0011]根據上述的膠凝材料,其特征在于,所述f凡鈦礦洛的粒度分布為d1(l = 4.5 μ m、d50=10.7 μ m、d90 = 43.8 μ m，dav = 18.2 μ m。
[0012]根據上述的膠凝材料，其特征在于，所述膠凝材料中還包括質量百分數為1% — 2%的芒硝。
[0013]一種使用上述的膠凝材料制備的充填料漿，其特征在于，所述充填料漿還包括全尾砂充填料和自來水，所述自來水的質量百分數為22%—32%,所述膠凝材料與全尾砂充填料的質量比為1:15— 1:4。
[0014]根據上述的充填漿料，其特征在于，所述全尾砂充填料的成分以質量百分比計包括:73% — 75%Si02，5%—6%Ca0,6% — 7%Fe203，5% — 6%A1203，3%—4%MgO,小于 3% 的燒失量；所述全尾砂充填料的密度為2.52g/cm3，粒徑小于0.9mm，粒徑小于0.037mm的細尾砂含量(30%，粒徑不均勻系數14~15。
[0015]一種上述的充填料漿的制備方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步驟:
(1)將所述膠凝材料與所述全尾砂充填料按1:15—1:4的質量比混合均勻，得到混合
物；
(2)向所述混合物中加入水，使料漿的重量濃度為68%— 78%，用砂漿泵攪拌均勻。
[0016]本發明的有益效果:
本發明的原材料多為工業廢棄物,成本低:脫硫石膏來源廣,價格低，同時還解決了脫硫石膏的高附加值規模化資源化利用問題，從而保護礦山環境；釩鈦礦渣是煉鐵廢棄物，在釩鈦鐵礦區利用質量差活性低的水淬渣，制備全尾砂充填膠凝材料進行空區的膠結充填與礦柱回收，不僅解決了釩鈦礦渣的資源化利用，減少固體廢渣在地表的堆放，而且還大大低成本采空區處理成本，實現地質災害災害的防治和環境保護。
[0017]除了全尾砂充填料，本發明的膠凝材料也適用于由粗砂和砂土混合而成的充填料，充填料選料范圍廣，可就地取材指標充填物料。所制備的充填體與32.5#普通硅酸鹽水泥相比，28d充填體強度提高1.3^1.5倍，而膠凝材料的成本只是普通硅酸鹽水泥的50%~60%。
【具體實施方式】
[0018]本發明的含釩鈦礦渣的膠凝材料的成分以質量百分比計包括:8% — 11%堿性激發劑，14% —16%脫硫石膏，71% — 77%釩鈦礦渣。堿性激發劑為水泥熟料和/或生石灰。更為優選的，同時選用水泥熟料和生石灰作為堿性激發劑，其中水泥熟料的質量百分比為4%—5%,生石灰的質量百分比為4%—6%。
[0019]本發明的含釩鈦礦渣的膠凝材料中，生石灰中CaO質量百分比> 78%，粒度分布為d10 = 3.97 μ m—5.06 μ m、d50 = 8.06 μ m—13.68 μ m、d90 = 22.19 μ m—42.21 μ m，dav =11.09 μ m一24.55 μ m，比表面積 5720cm2/cm3—8377cm2/cm3 ;脫硫石膏的粒度分布為 d1C)=13.5 μ m—15.5 μ m、d50 = 38.3 μ m—40.0 μ m、d90 = 72.7 μ m—80.3 μ m，dav = 42.2 μ m—44.2 μ m，比表面積2326.5 cm2/cm3一2436.0cm2/cm3,所述脫硫石膏中SO3質量百分比≥38% ;釩鈦礦渣為堿度系數大于I的堿性礦渣，所述釩鈦礦渣的質量系數> 1.6，活性系數≤ 0.5。
[0020]本發明的釩鈦礦渣的化學成分如表1所示。[0021]表1釩鈦水淬渣的化學成分
【權利要求】
1.一種含釩鈦礦渣的膠凝材料，其特征在于，該膠凝材料的成分以質量百分比計包括:8% — 11%堿性激發劑，14% —16%脫硫石膏，71%— 77%釩鈦礦渣。
2.根據權利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述堿性激發劑為水泥熟料和/或生石灰。
3.根據權利要求2所述的膠凝材料，其特征在于，所述堿性激發劑為水泥熟料和生石灰，所述水泥熟料在所述膠凝材料中的質量百分比為4% — 5%，所述生石灰在所述膠凝材料中的質量百分比為4% — 6%。
4.根據權利要求2或3所述的膠凝材料，其特征在于，所述生石灰中CaO質量百分比≥ 78%,所述生石灰的粒度分布為 d1(l = 3.97 μ m一5.06 μ m、d50 = 8.06 μ m一13.68 μ m、d9。=22.19 μ m—42.21 μ m, dav = 11.09 μ m—24.55 μ m,比表面積 5720cm2/cm3—8377cm2/cm30
5.根據權利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述脫硫石膏的粒度分布為d1(l=13.5 μ m—15.5 μ m、d50 = 38.3 μ m—40.0 μ m> d90 = 72.7 μ m—80.3 μ m, dav = 42.2 μ m—44.2 μ m,比表面積2326.5cm2/cm3一2436.0cm2/cm3,所述脫硫石膏中SO3質量百分比≥ 38%。
6.根據權利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述釩鈦礦渣為堿度系數大于I的堿性礦渣，所述釩鈦礦渣的質量系數> 1.6， 活性系數< 0.5。
7.根據權利要求6所述的膠凝材料，其特征在于，所述釩鈦礦渣的粒度分布為d1(l=4.5 μ m> d50 = 10.7 μ m、d90 = 43.8 μ m, dav = 18.2 μ m。
8.根據權利要求1所述的膠凝材料，其特征在于，所述膠凝材料中還包括質量百分數為1% — 2%的芒硝。
9.一種使用如權利要求1-3之一所述的膠凝材料制備的充填料漿，其特征在于，所述充填料漿還包括全尾砂充填料和自來水，所述自來水的質量百分數為22% — 32%，所述膠凝材料與全尾砂充填料的質量比為1:15— 1:4。
10.根據權利要求9所述的充填漿料，其特征在于，所述全尾砂充填料的成分以質量百分比計包括:73% — 75%Si02，5%—6%Ca0,6%—7%Fe203, 5%—6%A1203, 3%—4%MgO,小于 3% 的燒失量；所述全尾砂充填料的密度為2.52g/cm3,粒徑小于0.9mm,粒徑小于0.037mm的細尾砂含量< 30%，粒徑不均勻系數14~15。
11.一種如權利要求9所述的充填料漿的制備方法，其特征在于，所述方法依次包括以下步驟: (1)將所述膠凝材料與所述全尾砂充填料按1:15—1:4的質量比混合均勻，得到混合物； (2)向所述混合物中加入水，使料漿的重量濃度為68%— 78%，用砂漿泵攪拌均勻。
【文檔編號】C04B18/12GK103739263SQ201310731696
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年12月27日 優先權日:2013年12月27日
【發明者】姚維信, 楊志強, 高謙, 王虎, 李茂輝, 劉世和, 陳永強, 崔繼強 申請人:金川集團股份有限公司, 北京科技大學