一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法

本发明涉及固体废弃物利用，具体涉及一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法。

背景技术：

1、近年来煤矸石用作充填材料，主要应用为骨料，目前充填胶凝材料大都使用水泥，成本较高环境污染大。由于煤矸石中含有大量的粘土类矿物，煅烧后可产生一定的活性煤矸石活性激发后可用作胶凝材料，因此，可作为活性火山灰材质加入水泥中，这样不仅可以解决煤矸石的环境污染问题而且还能替代部分水泥熟料，降低水泥成本。

2、已有的煤研石活化理论都以常规锻烧活化为基础，常规锻烧是一个高能耗、高污染的过程，且耗时很长。这也是煤研石到目前为止还没有大规模使用的原因。微波辐照活化是一种新型的低能耗、低污染的活化方式，且过程耗时很短。通过用微波辐照的方法来活化煤研石使其达到与常规锻烧同样甚至更好的活性，以达到用更环保、更高效的方法来活化煤研石的目标。

3、煤研石的复合活化是几种活化方法的组合，已有研究结果表明不论是两种活化方式的复合还是三种活化方式的复合，其活化效果一般都优于单独活化的方式，复合能进一步提高煤矸石活化效率，微波-机械-化学复合活化后制成的胶凝材料结合筛分出的煤矸石骨料共同构成了复合活化全煤矸石充填材料。

4、公开号为cn114560651a的中国专利申请公开了一种煤矸石基矿山胶结充填材料及制备方法，其中公开了一种掺有煤矸石与矿渣的充填体，并且公开了将煤矸石粉磨后与矿渣混合，然后将粗、细粒径煤矸石的胶凝材料混合并搅拌，最后用化学激发剂氢氧化钠溶液液混合搅拌均匀制成矿山胶结充填材料。此专利中虽然公开了利用煤矸石制备矿山胶结充填材料的方法，但是其胶凝材料未选用全煤矸石，一方面未经热活化或微波活化的煤矸石活化不充分，未充分激发煤矸石活性，另一方面增加了生产成本及矿渣运输成本，其成分复杂、成本较高。

技术实现思路

1、针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法，其能够在不添加任何水泥的情况下生产全煤矸石充填材料。

2、为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

3、本发明提供一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法，包括以下方法：

4、步骤s1、原料选择：煤矸石骨料及煤矸石胶凝材料是同批煤矸石；

5、步骤s2、破碎：将步骤s1中煤矸石进行破碎后得到煤矸石碎料；

6、步骤s3、筛分：将步骤s2中煤矸石碎料进行筛分，选取一部分煤矸石骨料进行干燥形成煤矸石充填骨料，其余部分投入搅拌设备，向其中加入焦炭并搅拌均匀；

7、步骤s4、微波活化：将步骤s3中煤矸石与焦炭混合物投入工业微波设备进行活化；

8、步骤s5、冷却：将步骤s4得到的微波活化煤矸石炽热的煤矸石烧结料进行竖式冷却，最终冷却后的烧结料温度低于50℃；

9、步骤s6、粉磨：将步骤s5冷却后的煤矸石和化学激发剂投入粉磨机粉磨，得到微波-机械-化学复合活化煤矸石粉；

10、步骤s7、干燥：步骤s3中得到的煤矸石碎料进行干燥，得到干煤矸石骨料；

11、步骤s8、筛分煤矸石骨料：将步骤s7得到的干燥煤矸石进行筛分，选取骨料分别用作细骨料和粗骨料；

12、步骤s9、控制骨料出料量：控制步骤s8获得的粗细骨料出料量，通过不同粗细骨料配比制备满足不同充填要求的全煤矸石充填材料；

13、步骤s10、混合搅拌：将步骤s6得到的煤矸石胶凝材料与步骤s9得到的煤矸石粗细骨料混合搅拌；

14、步骤s11、加入拌合水混合搅拌：向步骤s10的混合物中加入拌合水混合搅拌会进一步激发煤矸石粉的活性，化学活化过程在搅拌中发生，制得复合活化全煤矸石充填材料。

15、优选地，步骤s3中，取粒径大于等于0.15mm的为煤矸石骨料进行干燥形成煤矸石充填骨料，其余粒径小于0.15mm的投入搅拌设备。

16、优选地，步骤s4中，工业微波设备的温度调至600-700摄氏度，微波活化时间为5min-10min，活化前无需干燥，选用吸波物质进行活化，吸波物质为焦炭和水，微波活化过程也起到干燥作用，焦炭添加量为煤矸石投加量的5％。

17、优选地，步骤s5中，采用两段式竖式冷却的方式，第一段冷却采用干冷鼓风机，风量3100m3/t；第二段冷却采用常温鼓风机，风量为1800m3/t。

18、优选地，步骤s6中，化学激发剂为含量为98％的固体硅酸钠粉末，目数为325目，固体硅酸钠粉末添加量为煤矸石粉质量的4％，最终要求混合物过325目筛筛余量小于8％。

19、优选地，步骤s6中，煤矸石颗粒粉磨时间为8min-15min。

20、优选地，步骤s7中，得到的干煤矸石骨料的水分含量＜0.5％。

21、优选地，步骤s8中，将粒径为0.15mm-4.75mm的骨料用作细骨料，将粒径大于4.75mm的骨料用作粗骨料。

22、优选地，步骤s10中，将步骤s6得到的煤矸石胶凝材料与步骤s9得到的煤矸石粗细骨料混合搅拌5-10min。

23、优选地，步骤s10中，搅拌胶凝材料水灰比为0.3-0.45。

24、本发明的有益效果在于：

25、1、本发明工艺简单，实现了固废的利用，并且降低了煤矿企业充填开采的成本，获得了具有良好力学性能的充填材料，有利于充填开采技术的发展。

26、2、本发明解决了煤矸石的堆存所带来的环境污染等问题，实现了煤矸石的规模化利用，为煤矸石资源化利用提供了新的途径，符合可持续发展的理念。

27、3、本发明通过调节复合活化后的煤矸石粉、粗骨料与细骨料的比例，可以获得符合不同工况下的充填材料，无水泥掺入，有效提高了固体废弃物的资源利用率，起到了绿色环保的作用。

28、4、本发明解决了煤矸石热活化效率低且耗能大的问题，微波活化大大缩短了活化时间，与热活化相比耗能更小，更高效环保。

29、5、本发明的吸波物质为焦炭及少量水，研究表明焦炭在微波中的升温速度较快，且价格也比较适中，水也是极易吸波物质，水的存在可提高微波活化效率，降低焦炭的掺入量，减少一次微波活化所需时间。

30、6、本发明克服了现有技术中煤矸石利用率低、处理难度大的技术问题，通过本发明的技术方案最终制得了质量达标的全煤矸石充填材料，实现了变废为宝，从而解决了煤矸石处理中的难点问题。

31、7、本发明利用高钙煤矸石，在不加入水泥的前提下制备充填，生产工艺和材料更为简单，生产加工成本更加低廉。

技术特征：

1.一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法，其特征在于，包括以下方法：

2.如权利要求1所述的一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法，其特征在于：步骤s3中，取粒径大于等于0.15mm的为煤矸石骨料进行干燥形成煤矸石充填骨料，其余粒径小于0.15mm的投入搅拌设备。

3.如权利要求1所述的一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法，其特征在于：步骤s4中，工业微波设备的温度调至600-700摄氏度，微波活化时间为5min-10min，活化前无需干燥，选用吸波物质进行活化，吸波物质为焦炭和水，微波活化过程也起到干燥作用，焦炭添加量为煤矸石投加量的5％。

4.如权利要求1所述的一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法，其特征在于：步骤s5中，采用两段式竖式冷却的方式，第一段冷却采用干冷鼓风机，风量3100m3/t；第二段冷却采用常温鼓风机，风量为1800m3/t。

5.如权利要求1所述的一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法，其特征在于：步骤s6中，化学激发剂为含量为98％的固体硅酸钠粉末，目数为325目，固体硅酸钠粉末添加量为煤矸石粉质量的4％，最终要求混合物过325目筛筛余量小于8％。

6.如权利要求1所述的一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法，其特征在于：步骤s6中，煤矸石颗粒粉磨时间为8min-15min。

7.如权利要求1所述的一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法，其特征在于：步骤s7中，得到的干煤矸石骨料的水分含量＜0.5％。

8.如权利要求1所述的一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法，其特征在于：步骤s8中，将粒径为0.15mm-4.75mm的骨料用作细骨料，将粒径大于4.75mm的骨料用作粗骨料。

9.如权利要求1所述的一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法，其特征在于：步骤s10中，将步骤s6得到的煤矸石胶凝材料与步骤s9得到的煤矸石粗细骨料混合搅拌5-10min。

10.如权利要求1所述的一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法，其特征在于：步骤s10中，搅拌胶凝材料水灰比为0.3-0.45。

技术总结
本发明公开了一种复合活化全煤矸石充填材料制备方法，原料为煤矸石及煤矸石化学激发剂固体硅酸钠粉末。将原状煤矸石破碎、筛分，取粒径大于0.15mm煤矸石为煤矸石骨料进行干燥形成煤矸石充填骨料，其余的煤矸石进行微波活化、冷却、粉磨等流程，其中在粉磨时加入固体硅酸钠粉末作为化学活化激发剂，与干燥后的煤矸石骨料混合搅拌。最终，向加入拌合水制得复合活化全煤矸石充填材料。

技术研发人员：王玉婧,夏军武,杨晗,毕晓茜,吕慧慧
受保护的技术使用者：中国矿业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15