[发明专利]一种磷石膏矿物胶凝剂

说明书

技术领域

本发明涉及一种磷石膏矿物胶凝剂。

背景技术

绿色开采已成为采矿技术发展的必然趋势。近年来，随着磷矿资源开发强度的加大，作为磷矿石加工利用后的固体废弃物—磷石膏的排放量也迅猛增加，除去约10%综合利用外，绝大部分被建库堆放，此举不仅投资大、维护费用高，而且还占用大量宝贵的土地资源。

据不完统计，2010年底，我国磷矿采空区体量多达4.32亿m³，磷石膏年排放量多达7.0×10⁶t，居世界第三，两者同时每年以15%的速度递增。巨大采空区的存在，已成为重大危险源，严重威胁着矿山的安全生产。

磷石膏是一种超细酸性废料，其主要成分为CaSO₄·2H₂O、P₂O₅、MgO、Fe₂O₃、Al₂O₃和CaO等，具有流动性好、不易离析、泌水率低、充填强度较高、自立性好、接顶充分的优点，但不宜单独充填矿山采空区。寻求合适的矿物胶凝剂来提高磷石膏充填体强度是进行磷石膏固结充填的关键技术之一。现有的矿物胶凝材料主要有磨细或风选筛分粉煤灰、磷渣、高炉渣、水淬渣、HAS固化剂、水泥、工业石灰石粉、氢氧化钠、碳酸钠、纯石灰粉、硅粉、偏高岭土、煤矸石等。

近年来，国内已进行了较多工业废渣再利用的研究，CN1037324公开了“作水泥缓凝剂的磷石膏改性方法”，该发明专利申请通过在磷石膏加入一种天然矿物或工业废渣，经加热，保温，冷却后即可用作水泥生产的缓凝剂。该缓凝剂可以提高水泥的缓凝效果及抗压强度等物理性质，但是还未用于矿山井下充填中用作混凝土外加剂。CN200710066231.2公开了“磷石膏缓凝高效减水剂的制备方法”，它以磷石膏等工业废渣为原料，加入改性剂改性处理，低温干燥，粉细，加入表面活性剂复配，得到磷石膏缓凝高效减水剂。用于水泥混凝土拌合过程，可以使减水率提高，高于国标要求（12%），终凝时间达24h以上，仍保持28d抗压强度比（120%），可以取代节约水泥5%。

发明内容

本发明的目的是提供一种磷石膏矿物胶凝剂，该矿物胶凝剂可与磷石膏通过合理配比并用于矿山井下充填。

本发明所提供的一种磷石膏矿物胶凝剂，其由磷石膏、粉煤灰、水泥和生石灰组成。

上述的磷石膏矿物胶凝剂中，所述磷石膏、所述粉煤灰、所述水泥与所述生石灰的质量比可为800～1200：334～200：200～140：110～50。

上述的磷石膏矿物胶凝剂中，所述水泥可为325矿渣水泥。

上述的磷石膏矿物胶凝剂中，所述磷石膏、所述粉煤灰、所述325矿渣水泥与所述生石灰的质量比可为1100：200：150：50。

本发明具有如下优点：

（1）本发明磷石膏矿物胶凝剂的早期强度高，后期强度稳定发展；

（2）本发明磷石膏矿物胶凝剂的固化土体耐水性和耐久性好；其软化系数大于0.85；抗硫酸盐介质化学侵蚀系数大于1.0；抗冻融循环能力可提高1倍；渗透系数达到10-6～10-8cm/s；

（3）本发明磷石膏矿物胶凝剂的凝结时间可调；

（4）本发明磷石膏矿物胶凝剂本身有微膨胀性，克服了传统水泥土干缩大、易开裂等问题；

（5）本发明充分利用矿山废弃物，施工简便易行。

（6）本发明磷石膏矿物胶凝剂的价格是普通胶凝剂价格的75%左右，大大降低了工业利用的成本。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下述实施例所用的磷石膏为湖北大峪口化工有限责任公司低品位大峪口磷矿生产磷酸所排放的磷石膏，基本物理参数如表1中所示；

表1磷石膏基本物理参数测定结果

下述实施例所用的磷石膏、粉煤灰和高炉渣的化学成分，结果见表2。

表2磷石膏、粉煤灰和高炉渣化学成分测定结果