一种用于矿山充填材料的早强剂及其制备方法

本发明涉及早强剂，具体涉及一种用于矿山充填材料的早强剂及其制备方法。

背景技术：

1、陕北是我国金属镁和煤炭的主要产区之一，在金属镁冶炼过程中产生了大量的镁渣，镁渣目前主要采用堆放、掩埋等办法进行处理，不仅占用了土地，还造成了环境污染。而煤炭在加工和使用中，会产生大量的粉煤灰。镁渣经处理后可制作镁渣胶凝材料，其中的硅酸二钙含量达80％以上，可制作镁渣水泥作为非结构性工程的基建和充填材料加以利用，粉煤灰可用作混凝土的掺合料得以利用。

2、矿山充填对充填材料的强度要求低于结构性工程对充填材料的要求，镁渣水泥、粉煤灰水泥及矿渣水泥可作为煤矿矿山采后的充填材料，其成本大幅低于水泥或复合水泥充填材料，实现了变废为宝。

3、然而，镁渣水泥、粉煤灰水泥及矿渣水泥作为矿山填充材料，早期强度很低，凝结时间慢，影响施工进度，限制了其在矿山充填中的应用，进而影响了镁渣及粉煤灰、矿渣的处理与再利用。而现有的用于水泥的早强剂成分大多数是各种无机盐、有机醇胺类或高分子聚合物盐类，使用成本高。亟需开发一种适用于矿山充填材料的低成本早强剂，来提高矿山充填材料的早期强度，使其更适合于矿山充填。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于矿山充填材料的早强剂及其制备方法，能提高镁渣水泥、粉煤灰水泥或矿渣水泥作为矿山充填材料使用时的早期强度，提高镁渣水泥、粉煤灰水泥或矿渣水泥的性能和利用率，大幅降低了矿山充填成本。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

3、一种用于矿山充填材料的早强剂，包括以下组分：

4、铝酸钠10-20wt％、铝盐12.4-57wt％、碱度调节剂0-5wt％、稳定剂0.1-0.5wt％，余量为水；所述铝酸钠的钠铝比为1.01-1.5。

5、优选的，所述铝盐为18水合硫酸铝或6水合氯化铝。

6、优选的，所述碱度调节剂为硫酸、盐酸、磷酸或甲酸的一种或多种。

7、优选的，所述稳定剂为聚丙烯酰胺或水合硅酸镁。

8、优选的，用于矿山充填材料的早强剂包括以下组分：

9、铝酸钠10-20wt％、18水合硫酸铝20-50wt％、甲酸2-5wt％、聚丙烯酰胺0.1-0.5wt％，余量为水。

10、优选的，所述铝酸钠为粉末状，纯度≥56％。

11、一种用于矿山充填材料的早强剂的制备方法，包括以下步骤：

12、s1，在反应釜中加水并加热至30-35℃，加入一半重量的铝盐搅拌溶解；先加入三分之一的铝酸钠，搅拌至铝盐溶解后再加入剩余的铝盐和剩余的铝酸钠，在60-80℃下反应2-3h，得到第一溶液；

13、本发明采用分批加入铝盐和铝酸钠，能使得铝盐和铝酸钠溶解速度更快，有利于混合分散。反应后溶液为半透明或乳白色状态。

14、s2，将碱度调节剂缓慢加入第一溶液，调节碱化度至16.4-30％，得到第二溶液；

15、缓慢加入碱度调节剂，可防止第一溶液中的活性铝被破坏，提高早强剂的效果。保持溶液的碱化度在16.4-30％，有利于提高早强剂的性能。

16、s3，将稳定剂加入第二溶液中，搅拌均匀，即得。

17、稳定剂用于早强剂保水，防止游离水破坏活离子态活性氢氧化铝。

18、优选的，所述碱度调节剂的添加速率为0.22-0.7kg/min。

19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

20、本发明的早强剂适用于含有镁渣胶凝材料、粉煤灰或矿渣的矿山充填材料，能提高矿山充填材料的早期强度，使矿山充填材料在24h内终凝而不影响施工，在28d强度达到6mpa，满足矿井充填的要求。且早强剂的成本低、制备工艺简单。

21、本发明的早强剂使得含有镁渣胶凝材料、粉煤灰或矿渣的矿山充填材料可满足矿井的充填要求，既提高了镁渣的利用率，减少了环境污染，又大幅降低了矿山充填成本，具有很好的环境和经济效益。

技术特征：

1.一种用于矿山充填材料的早强剂，其特征在于，包括以下组分：

2.根据权利要求1所述的用于矿山充填材料的早强剂，其特征在于，所述铝盐为18水合硫酸铝或6水合氯化铝。

3.根据权利要求1所述的用于矿山充填材料的早强剂，其特征在于，所述碱度调节剂为硫酸、盐酸、磷酸或甲酸的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的用于矿山充填材料的早强剂，其特征在于，所述稳定剂为聚丙烯酰胺或水合硅酸镁。

5.根据权利要求1所述的用于矿山充填材料的早强剂，其特征在于，包括以下组分：

6.根据权利要求1所述的用于矿山充填材料的早强剂，其特征在于，所述铝酸钠为粉末状，纯度≥56％。

7.一种用于矿山充填材料的早强剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的用于矿山充填材料的早强剂的制备方法，其特征在于，所述碱度调节剂的添加速率为0.22-0.7kg/min。

技术总结
本发明涉及早强剂技术领域，公开了一种用于矿山充填材料的早强剂及其制备方法。早强剂包括以下组分：铝酸钠10‑20wt％、铝盐12.4‑57wt％、碱度调节剂0‑5wt％、稳定剂0.1‑0.5wt％，余量为水；制备方法包括：S1，在反应釜中加水并加热至30‑35℃，加入一半重量的铝盐搅拌溶解；先加入三分之一的铝酸钠，搅拌至铝盐溶解后再加入剩余的铝盐和剩余的铝酸钠，在60‑80℃下反应2‑3h，得到第一溶液；S2，将碱度调节剂缓慢加入第一溶液，调节碱化度至16.4‑30％，得到第二溶液；S3，将稳定剂加入第二溶液中，搅拌均匀，即得。本发明的早强剂能提高矿山充填材料的早期强度，使矿山充填材料在24h内终凝而不影响施工，在28d强度达到6MPa，满足矿井充填的要求，大幅降低了充填材料的成本。

技术研发人员：刘浪,朱梦博,王宏军,王德祥,孙伟吉,王若帆,方治余,侯东壮,阮仕山,周静,解耿,邵成成,杨潘,曲慧升,何伟
受保护的技术使用者：西安科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15