[发明专利]一种低泌水率可泵送磷石膏与黄磷渣充填膏体及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于采矿工程领域，涉及一种利用工业双废磷石膏和黄磷渣制备膏体充填材料的方法。

技术背景

利用工业废渣磷石膏进行胶结充填采矿是近年来我国磷矿资源开采的一大重要创举，取得了显著的经济效益，并减少了采空区的地压危害，控制了矿区地表变形等环境破坏。如贵州开磷(集团)有限责任公司通过和中南大学联合攻关，进行磷石膏胶结充填采矿的研究，采用充填材料质量比为水泥：粉煤灰：磷石膏＝1：1：6～8进行混合，并加入上述三种物料总质量的1.3～2.5％的添加剂硫酸钠，再用水调成质量浓度57％～63％的充填料浆进行胶结充填，申请有国家发明专利：磷石膏充填于井下采空区形成固化充填体的方法(专利号：200610031428.8)。贵州开磷(集团)有限责任公司在实际生产中采用水泥：粉煤灰：磷石膏＝1：1：4～1：1：10制备质量浓度为57％～63％的磷石膏胶结充填料浆，有国家发明专利：磷石膏胶结嗣后充填采矿法及其制浆工艺(专利号：200710077624.3)。铜陵化学工业集团有限公司采用重量比为水泥：水淬铁(钢)渣：磷石膏：石灰＝0.8～1.2：1.2～0.8：10～14：0.4～0.8，再配入水混合搅拌成重量浓度为55％～65％的充填料浆，将充填料浆输送至矿山采空区，经固化形成高强度的充填体，有国家发明专利磷石膏用于矿山采空区胶结充填的方法(专利号：200710193247.X)。

上述磷石膏胶结充填采矿法由于质量输送浓度较低(57％～63％)，充填料浆进入采场或采空区后，多余的水分必须及时排出，从而增加了井下排水负担，而且充填体固结时间延长，充填体早期强度较低，影响充填效果和回采速度。而且，由于磷石膏废料在堆积过程中会自然吸水，其含水率一般在10％～20％之间，而现有的磷石膏胶结充填所添加的磷石膏骨料并没有考虑磷石膏自然含水率，从而导致其实际输送质量浓度一般均小于60％，进一步增大了井下排水量及排水费用。另外，上述磷石膏胶结充填法都使用了水泥作为胶凝剂，增加了充填成本，而磷资源矿山在工业生产黄磷时产生的另一种工业废渣黄磷渣没有得到充分利用，已有试验研究表明，黄磷渣具有一定的胶凝活性，通过加入碱性激发剂可有效替代水泥作为磷石膏充填的胶凝材料。

发明内容

本发明的目的是提供一种低泌水率可泵送磷石膏与黄磷渣充填膏体及制备方法，有效解决磷石膏胶结充填井下排水困难甚至可能污染矿山水环境的难题，充分有效利用磷石膏和黄磷渣，制备的充填膏体满足磷资源开采矿山的磷石膏充填作业管道输送和采场充填体的强度要求。

本发明一种低泌水率可泵送磷石膏与黄磷渣充填膏体，所述充填膏体由磷石膏、黄磷渣、水组成，黄磷渣与磷石膏干料的质量比为1:n，n的取值范围为2-8，充填膏体的质量百分浓度为63％～68％，所述磷石膏为化工厂用磷矿石(Ca(PO₄)₃F)与硫酸作用湿法生产磷酸时的副产品，其主要化学成分是CaSO₄·2H₂O，通常附着水；所述黄磷渣是工业生产黄磷的主要废渣，每生产1t黄磷约排放8～10t废渣，其主要组成为CaSiO₃。

本发明一种低泌水率可泵送磷石膏与黄磷渣充填膏体的制备方法，包括下述步骤：

第一步：测量工业废渣磷石膏的自然含水率w

取单位质量A的磷石膏于55～60℃烘干箱烘烤至少36h后，精确称量烘烤后磷石膏干料的质量B，按式w＝(A-B)/A计算得到磷石膏的自然含水率w；所述磷石膏通常含有自由水；由于磷石膏的主要成分是CaSO4·2H₂O，烘干温度过高会导致其失去结晶水，从而导致其测得的磷石膏含水率失真，因此烘干箱温度要严格的控制在55～60℃之间，烘烤时间在36h以上；

第二步：精确称量各组分

按设计的黄磷渣与磷石膏干料的质量比，分别称量黄磷渣与磷石膏，其中，设黄磷渣质量为m₁，则所需磷石膏的质量

按设计的充填膏体的质量百分浓度c，按下式确定水的添加量m₃：