[发明专利]一种以大宗固废为原料的复合凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明公布了一种以大宗固废为原料的复合凝胶材料，包括以下重量份的原料：铁尾矿40‑50份、高炉渣5‑10份、粉煤灰10‑20份、脱硫灰20‑30份、电石渣20‑30份、活化剂0.05‑0.14份。本发明能够大量消耗工业大宗固废，不仅可以减少环境污染，节约大片良田粘土，变废为宝，实现高效率利用工业大宗固废；而且复合凝胶材料生产工艺简单、成本低、品质高。

技术领域

本发明属于固废资源化技术领域，特别是涉及一种以大宗固废为原料的复合凝胶材料及其制备方法。

背景技术

近年来，针对充填胶凝材料单一、充填成本高的现状，诸多学者展开了一系列研究。卢前明等以造纸污泥灰、硫铝酸盐水泥熟料配制煤矿充填胶凝材料，研究悬浮增稠剂、激发剂、料浆水固比对胶凝材料强度、保水性、流动性的影响，并利用X射线衍射、扫描电镜和能谱分析表征手段对水化产物进行微观分析，所制备充填胶凝材料可同时满足泵送及强度要求；李高鲁等将粉煤灰和电石渣作为主要原料制成矿用充填胶凝材料，并开展了对胶凝材料凝结时间和强度的研究，研究发现凝结时间随着粉煤灰和电石渣掺量的增加而降低；王贻明等对不同磷石膏、碱性激发剂添加量及料浆浓度进行配比，确定半水磷石膏基充填材料最优配比，并利用SEM和石膏水化理论对半水磷石膏基充填体进行分析。研究结果表明：在磷石膏添加量为50%，碱性激发剂添加量为1.5%，充填料浆浓度为69%时，半水磷石膏基充填料的3、7、28d强度分别为3.0、3.8、3.8MPa，满足当地矿山充填采矿的要求；FerdiCihangir等采用高炉矿渣，利用激发剂激发其胶凝活性应用于井下充填，360天抗压强度可达到4MPa，满足充填体的强度要求；YuanYao等采用煤燃烧的副产物制备充填胶凝材料，研究结果发现所制备的胶凝材料具有较好的流动性以及较低的泌水率，360天抗压强度可达到7MPa，各项性能满足充填要求。虽然近年来在新型胶凝材料的研究方面取得了一定的进展，然后在采用超细铁尾砂制备充填胶凝材料方面鲜有报道。

通过一些学者对铁尾矿的理化性能检测与长期的研究，发现铁尾矿的成分与炉渣成分有相似之处，主要是以SiO2-CaO-Al2O3成分为主的硅酸盐矿物，作为原料成功制备了辅助胶凝材料或地质聚合物，理论上具备将超细铁尾矿制备成胶凝材料的基础，但铁尾矿的活性相对于炉渣要低，因此研究如何高效提高铁尾矿的活性，是项目研究的关键和重点。因此，若能利用超细铁尾矿通过激发活性制备成一种胶凝材料，实现矿山胶凝材料的自给自足，不仅可以解决矿山尾矿大量堆存，处置难的问题，可以大幅度降低充填采矿的成本，真正实现绿色矿山建设，矿业可持续发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种以大宗固废为原料的复合凝胶材料，采用工业大宗固废为原料，生产工艺简单，实现了高效率利用工业大宗固废，有效降低成本并提高材料品质。

为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案如下：一种以大宗固废为原料的复合凝胶材料，包括以下重量份的原料：铁尾矿40-50份、高炉渣5-10份、粉煤灰10-20份、脱硫灰20-30份、电石渣20-30份、活化剂0.05-0.14份。

活化剂包括以下重量份的原料：碱渣15-20份、钡渣20-30份、硫磺渣10-15份、有机化合物10-15份。

有机化合物是二乙醇胺、三乙醇胺、环烷酸的一种或多种。

一种以大宗固废为原料的复合凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：

①将铁尾矿、高炉渣、粉煤灰、脱硫灰、电石渣分别进行粗磨，经过粗磨后物料的最大粒径小于10mm；

②将步骤①粗磨后的物料分别进行超细磨，经超细粉磨后物料达到颗粒级配1-30μm＞98%以上，然后加入活化剂，③将步骤②的物料进行混合均匀，配成胶凝材料成品。

本发明所具有的优点及有益效果是：

本发明以大宗固废为原料，能够大量消耗工业大宗固废，不仅可以减少环境污染，节约大片良田粘土，变废为宝，实现高效率利用工业大宗固废；而且生产工艺简单、成本低、品质高。