一种利用脱硫石膏激发煤气化渣制备胶结充填材料的方法

技术领域

本发明涉及矿业工程领域，尤其涉及一种利用脱硫石膏激发煤气化渣制备胶结充填材料的方法。

背景技术

煤炭是世界三大主要传统能源之一，在世界的能源结构中有着重要地位。同时，煤炭的直接燃烧会引起环境污染，全球气候变暖等问题。煤气化技术作为重要的煤炭清洁利用技术迅速发展，具有效率高，二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物排放量低，灵活性高等特点，但是煤气化过程中会产生大量固体废弃物，即煤气化渣。在我国每年煤气化渣的排放量超过3300万吨，大量煤气化渣的堆积不仅重用了大量土地资源，消耗了过多堆放场地建设和管理费用，而且容易对周围土壤和环境造成污染。煤气化渣主要成分包括氧化硅、氧化钙和氧化铝，具有潜在的火山灰活性。然而，煤气化渣中大量硅铝氧化物呈玻璃体结构不能直接参与水化反应，所以合理、经济的激发煤气化渣活性并大规模再利用成为一个亟需解决的问题。

随着国家对生态环境的高度重视，传统开采方式已经不适合国家的发展战略，充填开采得到了高度重视，充填开采是一种利用水泥、煤矸石、粉煤灰等堆积物制备成的胶结物，输送到采空区进行充填的开采技术。随着国家对这些材料的重新开发利用和材料的来源范围有限，其数量上难以满足充填开采的需求。因此，亟需一种成本较低，来源范围广泛且满足强度需求来解决上述问题，保证充填材料的稳定性。

综上所述，充填开采从面临原材料成本高、来源窄等问题，而煤气化渣具有回收利用率低、占用空间、污染环境，将煤气化渣进行简单处理后，可以替代水泥充当胶凝材料用于充填开采，将两者结合，既解决了充填材料短缺，而且充分利用了煤气化渣，使其变废为宝。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于，提供一种利用脱硫石膏激发煤气化渣制备胶结充填材料的方法，以解决煤气化渣火山灰活性较低的问题，有效控制胶结充填开采过程中胶结充填材料短缺，充填成本高的问题，保障可持续发展，并且有效的利用了广泛堆积的煤气化渣，减轻了对周围环境的污染危害和大规模土地的占用。

为了达到上述发明目的，进而采取的技术方案如下：

一种利用脱硫石膏激发煤气化渣制备胶结充填材料的方法，包括以下步骤：

步骤一：收集煤气化后的煤气化渣，分拣清理去除煤气化渣的尘土与杂质，然后进行晾晒，晒干后利用球磨机进行研磨，得到充填材料的煤气化渣超细粉；

步骤二：收集煤矸石，并用鄂式破碎机对其进行破碎使其颗粒粒径小于15mm，随后分别用5mm和10mm的振动筛将破碎后的煤矸石进行筛分，得到制备充填材料的细骨料、中骨料和粗骨料，其中，细骨料粒径为0-5mm，中骨料粒径为5-10mm，粗骨料粒径为10-15mm；

步骤三：向步骤一中制得的煤气化渣超细粉中加入激发剂并搅拌均匀，所述激发剂的掺量为1wt％-4wt％，且激发剂采用脱硫石膏；

步骤四：将水泥与步骤二中制得的细骨料、中骨料、粗骨料以及步骤三中的含有激发剂的煤气化渣超细粉混合后搅拌均匀，其中，各组分的重量配比为：水泥：10％，细骨料：12％，中骨料：4％，粗骨料：4％，含有激发剂的煤气化渣超细粉：70％，随后加入水形成质量浓度为80％的胶结充填材料；

步骤五：将胶结充填材料装入50mm*100mm的圆柱形摸具中，并置于震动台震动30s后，在养护室养护24h，然后取出样品在养护条件下养护3d、7d和28d。

作为本发明的进一步改进，在步骤一中，所述球磨机采用行星式球磨机。

作为本发明的进一步改进，在步骤一中，所述球磨机的球磨转速为500r/min，球磨时间为100分钟，所得煤气化渣超细粉的比表面积

≧400m

作为本发明的进一步改进，在步骤四中，所述水泥为P.O 42.5硅酸盐水泥。

作为本发明的进一步改进，在步骤五中，所述养护室的温度为20±3℃，湿度为90±5％。

本发明的有益效果是：本发明在分拣清理煤气化渣去除杂质并晾晒的基础上，通过球磨得到了制备充填材料的煤气化渣超细粉，然后用破碎机对煤矸石进行破碎和筛分，得到了制备充填材料的粗骨料、中骨料和细骨料，最后将水泥、煤气化渣超细粉体、煤矸石骨料、激发剂和水，混合均匀，制备得到胶结充填材料。本发明通过脱硫石膏将煤气化渣火山灰活性激发出来，部分取代水泥充当胶凝材料，然后与煤矸石混合制备成胶结充填材料。本发明不仅可以解决煤气化渣火山灰活性较低的问题，并且有效解决了胶结充填开采过程中胶结充填材料短缺，充填成本高的问题，保障可持续发展，并且有效的利用了广泛堆积的煤气化渣，减轻了对周围环境的污染危害和大规模土地的占用。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是脱硫石膏激发煤气化渣制备胶结充填材料的流程图；

图2是煤气化渣超细粉的粒径分析图；

图3是煤气化渣超细粉的扫描电镜图；

图4是实施例1胶结充填材料3d的微观结构图；

图5是实施例1胶结充填材料28d的微观结构图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例1

一种利用脱硫石膏激发煤气化渣制备胶结充填材料的方法，包括以下步骤：

步骤一：收集陕西省某化工厂的废弃煤气化渣，分拣清理去除灰尘、石块等杂质并晾晒，晒干后进行球磨，得到充填材料的煤气化渣超细粉，其比表面积为440m

步骤二：收集煤矸石，并用鄂式破碎机对煤矸石进行破碎，并将粒径大于15mm的煤矸石进行再次破碎，使其粒径均小于15mm；随后分别用5mm、10mm和15mm的振动筛筛分破碎后的煤矸石，得到制备充填材料的细骨料、中骨料和粗骨料，其中，细骨料粒径为0-5mm，中骨料粒径为5-10mm，粗骨料粒径为10-15mm；

步骤三：向上述制得的煤气化渣超细粉中加入1wt％的脱硫石膏并搅拌均匀；

步骤四：将水泥与上述制得的细骨料、中骨料、粗骨料及含有脱硫石膏的煤气化渣超细粉混合后搅拌均匀，随后加入水形成质量浓度为80％的胶结充填材料，其中，各组分的重量配比为：水泥：10％，细骨料：12％，中骨料：4％，粗骨料：4％，含有脱硫石膏的煤气化渣超细粉：70％；

步骤五：将充填材料装入50mm*100mm的圆柱形摸具中，并置于震动台震动30s后，在养护室养护24h，然后取出样品在养护条件下养护3d、7d和28d。

实施例2

一种利用脱硫石膏激发煤气化渣制备胶结充填材料的方法，按照实施例1中所述步骤制备胶结充填材料，仅将步骤三中脱硫石膏加入量改为2wt％。

实施例3

一种利用脱硫石膏激发煤气化渣制备胶结充填材料的方法，按照实施例1中所述步骤制备胶结充填材料，仅将步骤五中脱硫石膏加入量改为3wt％。

实施例4

一种利用脱硫石膏激发煤气化渣制备胶结充填材料的方法，按照实施例1中所述步骤制备胶结充填材料，仅将步骤五中脱硫石膏加入量改为4wt％。

将实例1-4制备得到的煤气化渣胶结充填材料浇筑成50mm×100mm的圆柱体时间，以空白样为对照例，24h后脱模，放入温度(20±2℃)，相对湿度95％的养护室养护28d，分别测定养护3d、7d、14d、28d试件的单轴抗压强度，按照《GB/T 51003-2014》中矿物掺合料活性指数进行计算，所得结果如表1、表2所示。

表1煤气化渣胶结充填材料力学强度(MPa)

表2煤气化渣活性影响结果(％)

从表1可以看出，本发明利用脱硫石膏激发煤气化渣活性后制备的胶结充填材料，可以明显提升力学强度，3d、7d和28d最高分别提升0.25MPa、0.61MPa和0.71Mpa。从表2可以看出3d、7d和28d煤气化渣活性最高提升15.4％、14.8％和8.4％。

从图4和图5中可以看出实施例1的胶结充填材料3d和28d的微观结构图，在3d时CCCBM内开始少量出现AFt，SO

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进、部件拆分或组合等，均应包含在本发明的保护范围之内。