[发明专利]一种矿井充填水泥及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种矿井充填水泥及其制备方法。所述矿井充填水泥包括胶凝材料和活化剂，所述胶凝材料包括水泥、粉煤灰、炉底渣、脱硫石膏和煤气化渣。本发明的矿井充填水泥用于矿井充填材料，具有较高的抗压强度。

技术领域

本发明涉及煤基固废利用技术领域，具体涉及一种矿井充填水泥及其制备方法和应用。

背景技术

煤基固废是煤炭开采、燃煤发电和煤化工产业长期快速发展过程中在产煤地区留下的固体废弃物，包括煤矸石、粉煤灰、炉底渣、脱硫石膏和煤气化渣等。这些固废产生量巨大、综合利用率低、大量占用土地、严重污染环境，成为制约大量重工业发展地区经济社会发展的不利因素。

矿井充填材料制备是消纳煤基固废的一个重要应用方向，也是实现固废规模化建材利用的一个重要研究领域，如何提高不同类型的煤基固废在矿井充填材料中的利用率成为关键。矿井充填材料包含矿井充填水泥和集料两个组分，集料的选择较为单一，普通的砂石或是碳含量较低、强度较高的机制砂或煤矸石均可替代。矿井充填水泥是属于具有胶结性的材料，其固废利用种类范畴更广，且技术难度更大。因此以煤基固废为主要原料制备具有胶凝活性的矿井充填水泥是解决煤基固废深层次利用的技术攻关方向。

目前，现有技术中利用煤基固废制备胶凝材料时，水泥熟料使用量较高，可达80％，导致固废利用率较低，不能有效降低水泥熟料的用量，降低成本，也不能很好的解决煤基固废大规模建材利用的难题。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题之一，本发明提供一种矿井充填水泥及其制备方法，将多种煤基固废材料进行协同活化后，掺入一定比例的水泥熟料，得到矿井充填水泥，提高煤基固废资源化利用率，大幅降低硅酸盐水泥熟料的使用量，同时可保证充填材料整体的工作性和力学性能指标，降低建材行业“碳排放”。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一方面提供一种矿井充填水泥，包括胶凝材料和活化剂，所述胶凝材料包括水泥熟料、粉煤灰、炉底渣、脱硫石膏和煤气化渣。

本发明的胶凝材料以粉煤灰、脱硫石膏、炉底渣、气化粗渣等煤基固废材料作为主要活性原料，与水泥熟料混合，在活化剂的作用下协同激发活化，即可得到具有优异的力学性能的充填水泥，同时使用四种煤基固废材料，固废材料的利用率高，且水泥熟料用量少，缓解环境压力的同时，节约能源和成本。

本发明的矿井充填水泥所用的胶凝材料中，可将煤基固废的用量提高至75％-85％，水泥熟料的用量降低至15％-25％，而不降低矿井充填水泥的力学性能。

在一些实施方式中，所述粉煤灰、炉底渣、脱硫石膏和煤气化渣的总重量占所述胶凝材料总重量的75％～85％，例如75％、78％、80％、82％、85％或它们之间的任意值。

在一些实施方式中，所述水泥熟料的重量占所述胶凝材料总重量的15％～25％，例如15％、18％、20％、22％、25％或它们之间的任意值。

在一些实施方案中，所述胶凝材料中，粉煤灰、炉底渣、脱硫石膏、煤气化渣的总重量与水泥熟料的重量比为(75～85)：(15～25)。

在一些实施方案中，以所述胶凝材料的总重量为100％计，所述粉煤灰的含量为50wt％～65wt％，例如可以是50wt％、52wt％、55wt％、58wt％、60wt％、62wt％、65wt％以及它们之间的任意值。

在一些实施方案中，以所述胶凝材料的总重量为100％计，所述炉底渣的含量为10wt％～25wt％，例如可以是10wt％、12wt％、15wt％、18wt％、20wt％、22wt％、25wt％以及它们之间的任意值。