[发明专利]一种半水磷石膏基充填材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及矿山充填材料技术领域，具体的，涉及一种半水磷石膏基充填材料及其制备方法和应用。以重量份数计，所述充填材料包括以下组分：半水磷石膏50‑150份，辅助凝胶材料10‑20份，促凝剂2‑5份，吸附分散剂2‑5份，保水剂2‑5份，减水剂0.5‑1.5份；其中，所述辅助凝胶材料由下述重量份数的组分组成：高钙粉煤灰60‑80份，湿排粉煤灰15‑30份，水泥5‑10份。本发明以半水磷石膏为主要凝胶材料，结合高钙粉煤灰作为辅助凝胶材料，采用复合促凝剂激发凝胶材料的活性，掺合其他一种或多种外加剂，制备出了结石体强度高、流动性好、保水性好、悬浮分散性好、易输送、成本低、环保节能的矿山充填材料。

技术领域

本发明涉及矿山充填材料技术领域，具体的，涉及一种半水磷石膏基充填材料及其制备方法和应用。

背景技术

本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

磷石膏是湿法制取磷酸时产生的固体废渣，利用率极低，大多采用堆存的方式处理，长期堆存不仅占用大量土地资源，而且对环境产生极大危害，磷石膏的综合开发利用已成为当前急需解决的安全和环保问题。

目前，很多研究将磷石膏用于矿井充填中，如专利文献CN 103964804B公开了一种低泌水率可泵送磷石膏与黄磷渣充填膏体基制备方法，其主要配料是磷石膏、黄磷渣和水，但其早期强度较低，7d抗压强度仅为0.3MPa。专利文献CN 100476162C公开了一种磷石膏充填于井下采空区形成固化充填体的方法，其主要配料是水泥、粉煤灰、磷石膏、硫酸钠等，但其强度较低，28d强度仅为1MPa。然而，本发明人认为：上述专利所用的磷石膏都为二水磷石膏，二水磷石膏本身凝胶性很差，而且其他具有凝胶性的黄磷渣、粉煤灰等的活性并没有被有效激发，因此导致浆体凝结速度慢、强度较低，不能满足矿山充填要求。

半水法磷酸工艺具有能耗低、产出磷酸浓度高的优势，从二水法转向半水法是未来磷化工的发展趋势。半水磷石膏是半水法磷酸工艺副产的磷石膏，主要成份为CaSO₄·1/2H₂O，具有潜在的胶凝活性。然而，本发明人认为：半水磷石膏作为凝胶材料使用主要存在以下缺点：

首先，半水磷石膏呈酸性且含有少量水溶性磷、氟等杂质，其凝胶活性被这些酸性物质所禁锢。现有技术多数采用生石灰对半水磷石膏进行预处理解除其酸性；例如，专利文献CN 107555927A公开了一种半水磷石膏充填材料及其制备方法，其主要配料是半水磷石膏、二水磷石膏、生石灰、促凝剂等；专利文献CN 105503116A公开了一种胶结充填料，其主要配料是半水磷石膏、全尾砂和石灰，但生石灰会对充填体强度产生负面影响，生石灰溶于水后会放热且发生膨胀，将影响充填材料的安定性。专利文献CN 106915941A公开了一种半水磷石膏矿井充填材料及其制备方法，其主要配料是磷石膏、磷尾矿和水泥，该技术利用水泥调节充填材料的pH，但仅依靠水泥提供的碱性环境不足以激发半水石膏的活性，且无法消除半水石膏中的磷、氟等杂质的影响，大量使用水泥也增加了充填材料成本。

其次，半水磷石膏在水中溶解度较低，磷石膏本身颗粒较细，但在长时间堆放过程中易发生二次结晶导致颗粒粗、粒径分布不均匀，在输送过程中易发生析水、沉降分层的现象，加上半水磷石膏内部颗粒之间的粘度较大，导致浆液流动性较差，难以满足长距离输送的要求。