[发明专利]矿山充填用高炉水淬渣胶凝材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于充填矿山井下的水硬性胶凝材料，具体涉及一种矿山充填用高炉水淬渣胶凝材料；本发明还涉及一种该水淬渣胶凝材料的制备方法。

背景技术

国内外充填采矿使用的胶结材料主要包括以普通硅酸盐水泥、矿渣水泥等为代表的硅酸盐水泥类；以炉渣、粉煤灰等活性废料为代表的工业废弃物制成的胶结材料和以高水基材料为主体的高水类充填胶结材料。

硅酸盐水泥是一种常用的建筑水硬性胶结材料，具有来源广泛、质量稳定、价格适中等优点，主要用于工业与民用建筑，其理想的胶结对象为级配合理的石子和砂子，硅酸盐水泥配制而成的水泥砂浆对水灰比有严格的要求，水泥砂浆强度与砂浆水灰比关系密切，而水泥对固结细颗粒骨料效果不甚理想，而井下充填最常用的骨料就是选矿厂排弃的颗粒小、含泥量高的尾砂。同时，由于充填工艺的制约（通常以重力自流输送为主），配制出的用于井下充填的充填尾砂浆的水灰比大，致使硅酸盐水泥在井下充填应用中普遍效果不佳。

高水速凝复合材料也是一种固体水硬性胶凝材料，属于无机非金属材料。该材料具有较强的固水能力，材料水化后形成水化产物的体积含水率可达85%～90%，其水化产物在如此高的含水率的情况下仍具有较高的抗拉及抗压强度，因此高水速凝材料也被称为“点水成石”的神奇材料。高水速凝复合材料与普通硅酸盐水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥一样，也可以称为水泥家族的一员。若根据水化产物来划分，它更接近于硫铝酸盐水泥，两者水化产物都是以高硫型水化硫铝酸钙（Aft）和低硫型水化硫铝酸钙（Afm）为其主要水化产物。高硫型水化硫铝酸钙（Aft）和低硫型水化硫铝酸钙（Afm）在一定条件下可以相互转化，这两种水化产物所占的比例与水灰比和石膏、石灰含量有关，利用硫铝酸盐水泥熟料、高铝水泥熟料或铁铝酸盐水泥熟料，添加一定量的石膏、石灰和外加剂就可配制出高水速凝复合材料。高水速凝复合材料与这些品种的水泥是既有联系又相互区别的，首先高水速凝复合材料水化过程中的水灰比与水泥类是有明显的区别，高水材料在水化过程中加入的水量往往是普通水泥的几倍甚至是十几倍。其次，高水速凝复合材料熟料所占的比例低，仅为50%左右，复合材料中添加了大量的石灰与石膏，加入的这些熟料以外的大量的掺合料在水化过程中是参与了水化反应的，这与普通水泥有很大的不同。第三，高水材料为了保证所需的水化产物正常生成，材料中添加了多种激发剂与抑制剂组成的复合添加剂。高水材料可以说是井下充填的一种较为理想的胶结材料，但高水材料也存在一些明显缺陷：1）材料成本高；2）对硫铝酸盐水泥熟料质量要求严格，由于硫铝酸盐水泥熟料生产厂家少，一些小厂生产的硫铝酸盐水泥熟料质量不高，导致高水材料性能大幅度下降，质量不稳定。因此，高水材料至今未能广泛应用。

炉渣、粉煤灰等活性废料在井下充填应用的也较为广泛，矿山大量用炉渣、粉煤灰作为胶结材料，用于充填强度要求较低的二步回采后的矿柱。炉渣、粉煤灰都可以看作为活性火山灰质材料，其主要活性物质为活性二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁氧化钙等物质。其主要矿物组成为铝硅玻璃体、石英和莫来石等结晶矿物，铝硅玻璃体是其潜在活性的主要代表组成部分，一般情况下铝硅玻璃体含量越高，其活性也越高；但铝硅玻璃体多为球形，表面致密，不易水化，表现为活性较低。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种矿山充填用高炉水淬渣胶凝材料，能满足矿山充填的要求，并可大量利用工业炼铁水淬渣，解决了现有技术中存在的问题。

本发明的另一目的是提供一种上述水淬渣胶凝材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种矿山充填用高炉水淬渣胶凝材料，按重量百分比，由普通硅酸盐水泥熟料粉末35%～40%、水淬渣粉末35%～40%、硬石膏粉末10%～15%和生石灰粉末8%～12%组成，各组分总量为100%。

该胶凝材料中粒度大于0.08mm的粉末的重量不超过该胶凝材料总重量的5%。

本发明所采用的另一技术方案是，一种上述矿山充填用高炉水淬渣胶凝材料的制备方法，具体按以下步骤进行：

步骤1：烘干高炉水淬渣；

步骤2：将普通硅酸盐水泥熟料、硬石膏、生石灰和步骤1烘干后的水淬渣分别进行破碎，分别得到普通硅酸盐水泥熟料粉末、硬石膏粉末、生石灰粉末和水淬渣粉末；