一种利用氯石灰激发煤气化渣制备胶结充填材料的方法

技术领域

本发明属于建筑建材技术领域，尤其涉及一种利用氯石灰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——煤气化渣。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。

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。随着对这些材料的重新开发利用以及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。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于，提供一种利用氯石灰激发煤气化渣制备胶结充填材料的方法，以解决上述问题。

为了达到上述目的，进而采取的技术方案如下：

一种利用氯石灰激发煤气化渣制备胶结充填材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：收集煤气化后的固体残渣，分拣清理去除煤气化渣的尘土与杂质，然后进行晾晒，晒干后利用行星式球磨机研磨形成超细粉体；

步骤二：收集煤矸石，进一步利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的振动筛将破碎煤矸石进行筛分，得到0-5mm的细骨料、5-10mm的中骨料和10-15mm的粗骨料；

步骤三：将上述制得的煤气化渣超细粉体中分别加入不同掺量氯石灰并搅拌均匀；

步骤四：将水泥与上述制得的细骨料、中骨料、粗骨料及含有激发剂的煤气化渣超细粉体均匀搅拌，其中各固体组分的重量配比为：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体：70％，随后加入水形成质量浓度为80％的胶结充填材料；

步骤五：将充填材料料浆装入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。

优选地，步骤一中超细粉体的行星式球磨机转速为500r/min，球磨时间为100分钟，所得超细粉体的比表面积大于等于400m

优选地，步骤三中氯石灰掺量重量配比为1％—4％。

优选地，步骤四中水泥为P.O 42.5硅酸盐水泥。

优选地，步骤五中养护室温度为20±3℃，湿度保持在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体体，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、煤气化化渣超细粉体体、煤矸石骨料、激发剂和水，混合均匀，制备得到胶结充填材料。本发明不仅可以解决煤气化渣火山灰活性较低的问题，并且有效控制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为本发明的制作流程图；

图2为本发明中煤气化渣超细粉体的粒径分析图；

图3为本发明中煤气化渣超细粉体的扫描电镜图；

图4为本发明中胶结充填材料3d的微观结构图；

图5为本发明中胶结充填材料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：

一种利用氯石灰激发煤气化渣制备胶结充填材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：收集煤气化后的固体残渣，分拣清理去除煤气化渣的尘土与杂质，然后进行晾晒，晒干后利用行星式球磨机研磨形成超细粉体，其比表面积为440m

步骤二：收集煤矸石，利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的振动筛将破碎煤矸石进行筛分，得到0-5mm的细骨料、5-10mm的中骨料和10-15mm的粗骨料；

步骤三：将上述制得的煤气化渣超细粉体中分别加入1％氯石灰并搅拌均匀；

步骤四：将水泥与上述制得的细骨料、中骨料、粗骨料及含有激发剂的煤气化渣超细粉体均匀搅拌，其中各固体组分的重量配比为：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体：70％，随后加入水形成质量浓度为80％的胶结充填材料；

步骤五：将充填材料料浆装入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：

基于实施例1中实施步骤制备胶结充填材料，仅将步骤三中氯石灰加入量改为2％。

实施例3：

基于实施例1中实施步骤制备胶结充填材料，仅将步骤三中氯石灰加入量改为3％。

实施例4：

基于实施例1中实施步骤制备胶结充填材料，仅将步骤三中氯石灰加入量改为4％。

将实施例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，本发明利用氯石灰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0.06MPa、0.36MPa和0.32Mpa，从表2可以看出3d、7d和28d煤气化渣活性最高提升3.7％、8.7％和3.8％。

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。充填材料中出现方片状水化氯铝酸钙(C-A-C-H)，C-S-H和C-A-C-H之间相互交错连接填充在孔隙中，提高CCCBM的致密性。在3d时CCCBM中出现少量方片状C-A-C-H稀疏零星分布在C-S-H之中，在28d时CCCBM中出现大量聚集C-A-C-H，并且之间相互紧密交错连接填充在孔隙中。本充填材料应用了氯石灰激发后高活性煤气化渣来替代大部分水泥等工业化学物质，节约资源与成本的同时，利于煤矿安全生产和控制地表沉降。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。