本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种以盐石膏为原料制备的膨胀回填料及其制备方法。
背景技术：
随着采矿业的发展，尤其是以燃煤为动力的能源开采发展迅猛，煤矿遍及各地。但煤矿开采造成的危害也与日剧增，主要包括煤矿采空区导致的地面塌陷、煤钎石的堆积及生态的破坏。若煤矿采空区没有经过合理的后续治理，其造成地面塌陷对环境的影响尤为严重。
国内外矿山采空区治理，最早的充填方式是干式充填。干式充填是将采集的块石、砂石、土壤、工业废渣等干式充填料用人力、重力机械设备运送到待充填区域，形成可压缩的松散充填体。该填充方式具有密封性较差，回填采空区后容易出现地表下沉、移动、变形等现象；若采用块石、砂石、土壤填埋，因需求量大，取土毁地的技术对生态环境破坏大；若采用工业废渣填埋采空区，则存在工业废渣污染矿山土壤、水源等环境问题。
随着技术的发展，各国的矿山开始采用胶结充填技术，该技术在一定程度上满足了矿山开采填充的需求。现有技术中，部分企业采用煤矸石作为主要原料，通过加入水泥、粉煤灰作为凝胶材料，制备胶结充填材料。该填充技术同样存在抗压强度低等问题。
鉴于此，有必要提供一种新的采空区回填技术解决上述技术问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，具有抗压强度高、粘结强度高、体积稳定等特点，回填后采空区不会出现沉陷、变形等现象；同时以盐石膏作为基材，实现了盐石膏的高附加值综合利用，解决了取土毁地的问题，保护了生态环境。
为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：
一种以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，包括如下成分：盐石膏、激发剂、发泡剂和水；
其中所述激发剂将盐石膏转型为二水石膏，其加量为盐石膏重量的2％-12％；
发泡剂的加量为盐石膏重量的0.1％-0.8％；
水的加量为盐石膏重量的30％-60％。
进一步地，所述激发剂为硫酸钠、硫酸钾、硫酸铝钾、粉煤灰中的至少一种。
进一步地，所述发泡剂为ɑ-烯基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种。
进一步地，所述盐石膏的含水量为18％-30％。
进一步地，所述盐石膏颗粒的细度为200目标准筛筛余量＜1.7％。
进一步地，所述盐石膏是制取井盐时的副产物，经洗涤处理获得。
本发明还提供一种以盐石膏为原料制备膨胀回填料的制备方法。该制备方法包括如下步骤：
步骤s1：以盐石膏为原料，加入激发剂使无水石膏转型为二水石膏，其中激发剂加量为盐石膏重量的2％-12％；
步骤s2：加入发泡剂和水，并将物料混合均匀制备得到膨胀回填料；
其中发泡剂的加量为盐石膏重量的0.1％-0.8％；水的加量为盐石膏重量的30％-60％。
进一步地，所述盐石膏是制取井盐时的副产物，经洗涤除氯制备得到，其含水量为18％-30％；所述盐石膏颗粒的细度为200目标准筛筛余量＜1.7％。
进一步地，所述激发剂为硫酸钠、硫酸钾、硫酸铝钾、粉煤灰中的至少一种。
进一步地，所述发泡剂为ɑ-烯基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种。
与现有技术相比，本发明提供的以盐石膏为原料制备的膨胀回填料及其制备方法，有益效果在于：
一、本发明提供的以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，以制取井盐时的副产物盐石膏为原料，加入激发剂使无水石膏转型为二水石膏，以增强回填料的抗折抗压强度；在激发剂激发的基础上加入发泡剂发泡，使回填料体积增加，以满足膨胀回填料对填充密实度及强度的要求。本发明提供的以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，具有抗压强度高、抗折强度高、粘结强度高、体积稳定等优点，用于采空区回填，可对矿井起到防火、灭火的作用，同时能起到减少地表下沉、移动和变形的现象，使废弃盐石膏得到有效的利用。
二、本发明提供的以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，以盐石膏为原料，其颗粒粒径小，加入激发剂、发泡剂和水制成浆料后，流动性好，在回填工艺中，可密集填充地下空隙，回填采空区密封性好，解决了回填料沉陷的问题。
三、本发明提供的以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，盐石膏经洗涤处理后，其杂质含量不会对土壤造成污染，实现了盐石膏的高附加值综合利用，同时解决了取土毁地的问题，保护了生态环境。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明中，盐石膏是制盐工业或盐场海水浓缩时产生的副产品，其中井盐排出的盐石膏颗粒细小，大部分呈白色或灰白色大小不等的粒状菱形晶体，有少量矩形及粒状不均匀的颗粒混杂在其中，属于无水石膏。
由于盐石膏排放量较大，且由于其固有的性质，如粒径细小，杂质较多，特别是氯离子含量高，导致开发利用难度大，多以废弃物形式填埋堆放。此种处理方式不仅占用土地污染环境，还给盐场扩建带来困难。
本发明的目的在于将盐石膏应用于矿山采空区回填料，一方面使盐石膏获得了高附加值的综合利用，另一面改善现有采空区填埋技术导致的地面容易出现沉陷、移动、变形等问题。
盐石膏应用于采空区回填料，首先需要满足杂质不污染土壤的条件。因此，将本发明中盐石膏成分进行检测分析，检测结果如下：
表1：盐石膏杂质含量检测结果
其中，xrf表示x射线荧光光谱分析方法。
表2：盐石膏成分含量检测结果
由表1、表2的检测结果可以看出，盐石膏中除氯离子含量高出标准值之外，其他杂质的含量均较低，符合土壤环境质量标准。
就我国耕地大多数土壤而言，含氯量较低，一般为37-370mg/kg，平均为100mg/kg。由于盐石膏中氯离子含量超高，本发明中，应用于采矿区回填料的盐石膏需要进行洗涤除氯处理。经两次洗涤后，氯离子含量低于79mg/kg，符合我国土壤含氯量的要求。
综上，本发明中，用于制备膨胀回填料的盐石膏原料是经过除氯处理的，且盐石膏的杂质含量不会污染土壤环境。
以下通过具体的实施例对本发明提供的膨胀回填料进行详细阐述。
实施例1
一种以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，包括按重量份数计的如下成分：
盐石膏100份，激发剂6份，发泡剂0.1份，水40份；
其中盐石膏的含水量为21％，其细度为200目标准筛筛余量＜1.7％；
激发剂为硫酸铝钾；
发泡剂为ɑ-烯基磺酸钠。
本实施例中，以盐石膏为原料制备膨胀回填料的制备方法，包括如下步骤：
步骤s1：将盐石膏与激发剂按比例混合，使盐石膏由无水石膏转型为二水石膏；
步骤s2：按比例加入发泡剂和水，并将物料混合均匀制备得到膨胀回填料。
实施例2
一种以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，包括按重量份数计的如下成分：
盐石膏100份，激发剂2份，发泡剂0.3份，水30份；
其中盐石膏的含水量为30％，其细度为200目标准筛筛余量＜1.7％；
激发剂为硫酸铝钾和硫酸钠的混合物，两者按照1:1混合；
发泡剂为十二烷基硫酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的混合物。
本实施例中，膨胀回填料的制备方法与实施例1相同，在此不做赘述。
实施例3
一种以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，包括按重量份数计的如下成分：
盐石膏100份，激发剂4份，发泡剂0.2份，水50份；
其中盐石膏的含水量为20％，其细度为200目标准筛筛余量＜1.7％；
激发剂为硫酸钠和硫酸钾的混合物，两者按照2:1混合；
发泡剂为十二烷基硫酸钠。
本实施例中，膨胀回填料的制备方法与实施例1相同，在此不做赘述。
实施例4
一种以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，包括按重量份数计的如下成分：
盐石膏100份，激发剂8份，发泡剂0.5份，水35份；
其中盐石膏的含水量为28％，其细度为200目标准筛筛余量＜1.7％；
激发剂为硫酸钠、硫酸钾和硫酸铝钾、粉煤灰的混合物，三者按照1:1:1：1混合；
发泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。
本实施例中，膨胀回填料的制备方法与实施例1相同，在此不做赘述。
实施例5
一种以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，包括按重量份数计的如下成分：
盐石膏100份，激发剂5份，发泡剂0.4份，水45份；
其中盐石膏的含水量为25％，其细度为200目标准筛筛余量＜1.7％；
激发剂为硫酸钠；
发泡剂为ɑ-烯基磺酸钠、十二烷基硫酸钠和脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠的混合物，三者按照1:1:1混合。
本实施例中，膨胀回填料的制备方法与实施例1相同，在此不做赘述。
实施例6
一种以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，包括按重量份数计的如下成分：
盐石膏100份，激发剂3份，发泡剂0.4份，水60份；
其中盐石膏的含水量为18％，其细度为200目标准筛筛余量＜1.7％；
激发剂为硫酸钾和硫酸铝钾的混合物；
发泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。
本实施例中，膨胀回填料的制备方法与实施例1相同，在此不做赘述。
为了进一步说明本发明中，各成分含量对回填料性能的影响，以下通过改变激发剂和发泡剂的含量进行说明。
实施例7
一种以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，包括按重量份数计的如下成分：
盐石膏100份，激发剂12份，发泡剂0.5份，水35份；
其中盐石膏的含水量为28％，其细度为200目标准筛筛余量＜1.7％；
激发剂为硫酸钾和硫酸铝钾的混合物；
发泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。
本实施例中，膨胀回填料的制备方法与实施例1相同，在此不做赘述。
实施例8
一种以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，包括按重量份数计的如下成分：
盐石膏100份，激发剂8份，发泡剂0.8份，水35份；
其中盐石膏的含水量为28％，其细度为200目标准筛筛余量＜1.7％；
激发剂为硫酸钠、硫酸钾和硫酸铝钾、粉煤灰的混合物，三者按照1:1:1：1混合；
发泡剂为脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。
本实施例中，膨胀回填料的制备方法与实施例1相同，在此不做赘述。
实施例1-8的以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，性能检测如下：
表3：以盐石膏为原料制备的膨胀回填料性能检测结果
说明：由于现有标准中并没有关于盐石膏回填料的国家标准，故在对本发明实施例中的盐石膏回填料进行技术性能测试时以某煤矿采空区填料标准进行衡量。
由表3的检测结果可以看出：
1、实施例1-8的检测结果，抗压强度(9d)大于13.8mpa，抗折强度(9d)大于2.52mpa，抗伸粘接强度(9d)大于0.50mpa,说明本发明提供的以盐石膏为原料制备的膨胀回填料抗压强度、抗折强度、抗伸粘结强度性能优；
2、实施例1-8的膨胀回填料，线膨胀率在0.53-0.62之间，说明回填料的体积较为稳定；
3、激发剂的增加可缩减凝结时间，并提高回填料的抗压强度、抗折强度、抗伸粘结强度性能，但提高程度不大；
结合实施例4和实施例7可以看出，当激发剂含量增加到盐石膏重量的12％时，凝结时间、抗折强度、抗压强度、抗伸粘结强度变化不大，各项性能指标略增大。
4、结合实施例4和实施例8可以看出，当发泡剂含量增加时，线膨胀率增加；然而对应的抗折强度、抗伸粘结强度等性能降低。
与现有技术相比，本发明提供的以盐石膏为原料制备的膨胀回填料及其制备方法，有益效果在于：
一、本发明提供的以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，以制取井盐时的副产物盐石膏为原料，加入激发剂使无水石膏转型为二水石膏，以增强回填料的抗折抗压强度；在激发剂激发的基础上加入发泡剂发泡，使回填料体积增加，以满足膨胀回填料对填充密实度及强度的要求。本发明提供的以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，具有抗压强度高、抗折强度高、粘结强度高、体积稳定等优点，用于采空区回填，可对矿井起到防火、灭火的作用，同时能起到减少地表下沉、移动和变形的作用，使废弃盐石膏得到有效的利用。
二、本发明提供的以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，以盐石膏为原料，其颗粒粒径小，加入激发剂、发泡剂和水制成浆料后，流动性好，在回填工艺中，可密集充填地下空隙，回填采空区密封性好，解决了地表沉陷的问题。
三、本发明提供的以盐石膏为原料制备的膨胀回填料，盐石膏经洗涤处理后，其杂质含量不会对土壤造成污染，实现了盐石膏的高附加值综合利用，同时解决了取土毁地的问题，保护了生态环境。
以上对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。