1.本發(fā)明涉及一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料及其配比方法，屬于礦山充填材料技術領域。

背景技術：

2.礦產資源在產生經濟效益的同時也產生大量固體廢棄物，由于固體廢棄物沒有得到及時處理，占用大量土地資源，并導致環(huán)境的污染甚至需要大量的人力物力進行維護。礦山膏體充填有效提高固體廢棄物的利用率，緩解環(huán)境壓力，并降低地下采空區(qū)安全隱患。膏體充填核心是充填材料，高效能材料的來源匱乏，且成本較高。而且膏體交接充填存在凝結時間較長，形成強度緩慢，所以對于早強型材料具有強烈的需求。針對現有的膏體回填材料，復雜的原材料本身具有污染，所以環(huán)境友好型膏體回填材料的研究也相對更為重要。這些都是影響充填采礦技術發(fā)展的重要因素。

技術實現要素：

3.為了解決上述技術難題，能夠有效的解決形成強度緩慢，流動性差，成本高，環(huán)境污染嚴重等問題，本發(fā)明提供一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料及其配比方法。所用材料包括頁巖渣、鋼渣、礦渣以及拌合水。其中水占充填材料總質量的31％～33％，余量為礦渣、鋼渣、頁巖渣三種固體廢物的混合物。所述礦渣為s95級?；郀t礦渣粉，其中礦渣中al2o3含量為12～15％，cao含量為40～50％，sio2含量27～35％。礦渣的摻量為固體總質量的4.5～6.5％。所述鋼渣為鋼鐵冶煉產生廢渣，其中鋼渣中cao含量為40～60％，sio2含量10～25％。在混合前過16目篩子進行篩分，摻量為固體總質量的40～44％。所述頁巖渣為頁巖渣發(fā)電廠所生產頁巖渣，其中頁巖渣中al2o3含量為10～15％，cao含量為5～10％，sio2含量50～65％。在混合前過18目篩子進行篩分，頁巖渣的摻量為固體總質量的50～54％。

4.為了實現上述目的，本發(fā)明的技術方案是：

5.將鋼渣、頁巖渣進行破碎，篩分后依次倒入混合器中，加入礦渣攪拌，以確?；旌掀鲀鹊墓腆w物料均勻。

6.將按計算比例的自來水倒入砂漿攪拌機中攪拌。

7.通過攪拌混合后的固廢材料，即可制得礦山綠色充填開采全固廢充填材料。

8.一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料的配制方法，配制步驟如下：

9.步驟一：鋼渣破碎過篩后處理至粉體比表面積為500m2/kg～530m2/kg；

9.步驟一：鋼渣破碎過篩后處理至粉體比表面積為500m2/kg～530m2/kg；

10.步驟二：頁巖渣破碎過篩處理至粉體比表面積為540m2/kg～570m2/kg；

11.步驟三：礦渣為s95級?；郀t礦渣粉，粉體比表面積為1550m2/kg～1560m2/kg；

12.步驟四：用于攪拌混合的水為自來水。

13.本發(fā)明的有益效果：

14.成本低廉：本發(fā)明充分利用了鋼渣、礦渣和頁巖渣三種固體廢料與硅酸鹽水泥具

有相似化學成分的特點，較大程度的采用固體廢料。其中鋼渣占材料總固體的40～44％，頁巖渣占材料總固體的50～54％，礦渣占材料總固體的4.5～6.5％，除拌合水外，而無任何外加劑。這不僅有效降低了原材料成本，還降低了化學外加劑的加入所伴隨的環(huán)境污染的影響。而且該材料的制備工藝簡單，操作易行。在成本方面有著巨大優(yōu)勢。

15.強度可靠：充分利用三種固體廢料與硅酸鹽水泥具有相似化學成分的特點，其3天強度為1.07～1.20mpa，在28天強度可達2.2～2.5mpa，而在7天時可達到28天強度的82％，這表明，開發(fā)的是一種早期強度回填新材料，用可以在短期內，形成強度支撐頂板，以確保充填采礦的順利進行。

16.流動性良好：在滿足礦山充填條件的所需壓強下，該材料的坍落度在195～205mm之間，漿體均勻無沉淀，不產生泌水和離析現象。泵送條件下不會造成料漿粘堵輸送管的現象。具有較好的流動性。

17.本發(fā)明公開的礦山綠色充填開采全固廢充填材料，其各成分的作用及產生強度的機理為：同時由于鋼渣破碎后進行篩分后粒徑大小不同，在材料中不僅參與水化反應，還具有細骨料的作用。頁巖渣堿性較強，頁巖渣的存在不但提供了大量的sio2，而且提供了堿性環(huán)境，激發(fā)了鋼渣活性，伴隨礦渣的持續(xù)水化進一步促進鋼渣的水化程度，同時頁巖渣和礦渣中存在的al2o3和sio2，與鋼渣的ca(oh)2可經水化反應與caso4生成鈣礬石(aft)，是提升充填體抗壓強度提供來源之一。同時這些礦物混合消耗了ca(oh)2形成水化硅酸鈣凝膠(c

?

s

?

h)，也使該材料的抗壓強度得到了提升。

18.經過sem對水化產物進行分析得，隨著養(yǎng)護時間得增加，3天到28天的過程中，水化產物中團聚結構相互搭接，并發(fā)現針狀物數量增加，根據其形貌特征及xrd分析結果，其針狀物為鈣礬石(aft)，團聚結構為水化硅酸鈣凝膠(c

?

s

?

h)。在養(yǎng)護過程中鈣礬石(aft)得到了充分的增長，期間伴隨形成的水化硅酸鈣凝膠(c

?

s

?

h)。并通過壓汞(mip)測試出，材料伴隨養(yǎng)護時間的增長，孔徑分布出現逐漸減小的現象。微觀上形成了較為致密內部結構，因此在宏觀上體現出抗壓能力的提升。制備材料養(yǎng)護時間為3天和28天的xrd分析結果如圖1和圖3所示，sem微觀圖(

×

2,000)如圖3和圖4所示。壓汞(mip)測試粒徑分布結果曲線如圖5所示。

附圖說明

19.圖1為本發(fā)明提供的一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料制備材料養(yǎng)護時間為3天的xrd分析結果。圖中c:c

?

s

?

h凝膠，e:鈣礬石，m:碳酸鈣(caco3)，q:石英(sio2)。

20.圖2為本發(fā)明提供的一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料制備材料養(yǎng)護時間為28天的xrd分析結果。圖中c:c

?

s

?

h凝膠，e:鈣礬石，m:碳酸鈣(caco3)，q:石英(sio2)。

21.圖3為本發(fā)明提供的一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料制備材料養(yǎng)護時間為3天的sem微觀形貌。

22.圖4為本發(fā)明提供的一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料制備材料養(yǎng)護時間為28天的sem微觀形貌。

23.圖5為本發(fā)明提供的一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料制備材料養(yǎng)護時間為3天和28天的孔徑分布曲線圖。

具體實施方式

24.本發(fā)明一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料，包括頁巖渣、鋼渣、礦渣以及拌合水。其中水占充填材料總質量的31％～33％，余量為礦渣、鋼渣、頁巖渣三種固體廢物的混合物。

25.所述礦渣為s95級?；郀t礦渣粉，其中礦渣中al2o3含量為12～15％，cao含量為40～50％，sio2含量27～35％。礦渣的摻量為固體總質量的4.5～6.5％。

26.所述鋼渣為鋼鐵冶煉產生廢渣，其中鋼渣中cao含量為40～60％，sio2含量10～25％。在混合前過16目篩子進行篩分，摻量為總固體的40～44％。

27.所述頁巖渣為頁巖燃燒后的頁巖渣，其中頁巖渣中al2o3含量為10～15％，cao含量為5～10％，sio2含量50～65％。在混合前過18目篩子進行篩分。頁巖渣的摻量為固體總質量的50～54％。

28.一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料的配制方法，配制步驟如下：

29.步驟一：將鋼渣、頁巖渣進行破碎，篩分后依次倒入混合器中，加入礦渣攪拌，以確?；旌掀鲀鹊墓腆w物料均勻。

30.步驟二：將按計算比例的自來水倒入砂漿攪拌機中攪拌。

31.步驟三：通過攪拌混合后的固廢材料，即可制得礦山綠色充填開采全固廢充填材料。

32.所述步驟一中，鋼渣破碎過篩后處理至粉體比表面積為500m2/kg～530m2/kg；頁巖渣破碎過篩處理至粉體比表面積為540m2/kg～570m2/kg；礦渣為s95級?；郀t礦渣粉，粉體比表面積為1550m2/kg～1560m2/kg。用于攪拌混合的水為自來水。

33.下面結合實施例進一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實施例：

34.實施例1、實施例2，鋼渣均取自于鞍山鋼鐵有限公司，礦渣是山東康晶新材料科技有限公司生產的s95級礦渣粉，頁巖渣取自北票市發(fā)電廠。主要化學成分如表1所示。表1材料主要化學成分材料al2o3caosio2fe2o3鋼渣6.1540.7911.2414.17礦渣14.8444.6527.620.34頁巖渣14.697.1861.328.75

35.通過加水混合攪拌后的固廢材料，即可制得礦山綠色充填開采全固廢充填材料。

36.實施例2：將鋼渣進行破碎，篩分后過16目篩，鋼渣破碎過篩后處理至粉體比表面積為525m2/kg。將頁巖渣進行破碎，篩分后過18目篩，頁巖渣破碎過篩后處理至粉體比表面積為560m2/kg。s95礦渣粉比表面積為1557m2/kg。將處理過后的鋼渣、頁巖渣和礦渣按照質量比9:10:1混合均勻，三者總質量占材料總質量的68.2％。將所需總質量31.2％的自來水倒入砂漿攪拌機中攪拌。通過加水混合攪拌后的固廢材料，即可制得礦山綠色充填開采全固廢充填材料。

37.按照實施例1和實施例2的步驟，配制礦山綠色充填開采全固廢充填材料，其單軸抗壓強度根據astm c39/c39m

?

15a采用單軸壓縮實驗進行測試，測試設備為wdw

?

300型萬能試驗機。坍落度測試根據iso1920

?

2規(guī)范采用坍落筒進行測試。測試結果如下表2所示。表2實例1和2的測試結果

38.以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。技術特征：

1.一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料，其特征在于，全固廢充填材料包含如下組分及配合比：頁巖渣、鋼渣、礦渣以及自來水。以質量百分比計，其中礦渣為總固體質量的4.5～6.5％，鋼渣為總固體質量的40～44％，頁巖渣為總固體質量的50～54％。2.根據權利要求1所述的一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料，其特征在于，全固廢充填材料各組分以質量百分比計為，礦渣為總固體質量的4.5～6.5％，鋼渣為總固體質量的40～44％，頁巖渣為總固體質量的50～54％。混合固體占總質量的67～69％。3.根據權利要求1所述的一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料，其特征在于，鋼渣與頁巖渣摻用的質量比為0.4～1；優(yōu)選后的鋼渣與頁巖渣的質量比為0.75～0.8。4.根據權利要求2所述的一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料，其特征在于，鋼渣處理至粉體比表面積不小于500m2/kg，頁巖渣處理至粉體比表面積不小于540m2/kg，礦渣粉體比表面積不小于1550m2/kg。5.根據權利要求2所述的一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料，其特征在于，礦渣粉為s95級高爐礦渣粉，其摻量為固體總量的2.5～10％；優(yōu)選后的?；郀t礦渣摻量為固體總量的4.5～6.5％。6.根據權利要求3所述的一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料，其特征在于，全固廢充填材料由固體廢料和拌合水組成，其中固體廢料占總質量的64～70％；優(yōu)選后的固體廢料占總質量的67～69％。7.根據權利要求6所述的一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料，其特征在于，所述方法包括先將三種固體廢物機械混合以致均勻，加入拌合水攪勻，配置成質量濃度為67～69％，密度為1994～2012kg/m3的充填料漿。

技術總結

本發(fā)明型屬于礦山充填材料技術領域，公開了一種礦山綠色充填開采全固廢充填材料及其配比方法。包括固體質量濃度，頁巖渣、鋼渣和粒化高爐礦渣比例，所述充填材料的固體質量濃度為67～69％，用于充填的廢料為頁巖渣、鋼渣和礦渣，所述頁巖渣摻量為總固體的50～54％，所述鋼渣摻量為總固體的40～44％，所述礦渣摻量為總固體的4.5～6.5％，除自來水用于拌合以外無任何添加劑。本配合比方法制作出材料具有強度滿足充填要求、流動性好、成本低、并且環(huán)保節(jié)能和早強型的特點。不僅較大程度的提高了鋼渣和頁巖渣固體廢棄物的利用率，解決了固廢占地的問題，降低對堆放場地的污染，而且全固廢充填材料浸出液滿足地下水三類水標準，有效解決了在充填環(huán)境中存在的污染問題。了在充填環(huán)境中存在的污染問題。

技術研發(fā)人員：李克新 李喜林 杜傳洋

受保護的技術使用者：遼寧工程技術大學

技術研發(fā)日：2021.09.15

技術公布日：2021/11/5