基本信息
- 项目名称：
- 环保型充填胶凝材料的制备及应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 利用高炉矿渣、氟石膏等工业固体废物制备出充填胶凝材料，通过抗压强度、标准稠度需水量、凝结时间、析水量、坍落度等指标测定，系统分析了新型胶凝材料的胶凝性能特点，并与普硅水泥相比较，结果表明可以取代水泥作为充填胶结材料。新型充填胶凝材料的研究与应用解决了矿渣堆放问题，降低了充填成本，具有明显的经济效益与环境效益，为高炉矿渣基新型胶凝材料的制备和应用提供理论依据。
- 详细介绍：
- 传统的“粗放型”矿山开采模式所造成的资源开发与环境保护的矛盾日益尖锐，由于大量矿山废弃物排放和地下矿山开采而引发的环境污染、地表塌陷、生态破坏和安全问题已成为不可忽视的重大社会问题。采空区胶结充填既可以避免地下采矿造成的地表塌陷、生态破坏和安全隐患，又能够提高资源利用率、大量消耗固体废弃物，胶结充填采矿法已得到了矿山企业的普遍重视，具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。 胶凝材料在采空区胶结充填中具有至关重要的作用，胶凝材料的组成和性能直接影响着胶结充填的效果和成本。本试验在介绍矿山充填胶结材料的研究应用现状基础上，利用高炉矿渣、氟石膏等工业固体废物制备出充填胶凝材料，从单轴抗压强度、标准稠度需水量、凝结时间、析水量、坍落度等指标测定，系统分析了新型胶凝材料的胶凝性能特点，并与普硅水泥相比较，结果表明可以取代水泥作为充填胶结材料。新型充填胶凝材料的研究与应用解决了矿渣堆放问题，降低了充填成本，具有明显的经济效益与环境效益，为高炉矿渣基新型胶凝材料的制备和应用提供理论依据
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本试验利用高炉矿渣、氟石膏等工业固体废物制备出充填胶凝材料，从单轴抗压强度、标准稠度需水量、凝结时间、析水量、坍落度等指标测定，与普硅水泥相比较，系统分析了新型胶凝材料的胶凝性能特点。
科学性、先进性及独特之处
- 胶凝材料在采空区胶结充填中具有至关重要的作用，胶凝材料的组成和性能直接影响着胶结充填的效果和成本。本试验利用高炉矿渣、氟石膏等工业固体废物制备出可以替代传统水泥的免煅烧新型充填胶凝材料，既利用工业固体废物，又节约生产成本，对于矿山企业具有显著的经济效益和环境效益。
应用价值和现实意义
- 采空区胶结充填既可以避免地下采矿造成的地表塌陷、生态破坏和安全隐患，又能够提高资源利用率、大量消耗固体废弃物，胶结充填充采矿法已得到了矿山企业的普遍重视，具有。新型充填胶凝材料的研究与应用解决了矿渣堆放问题，降低了充填成本，具有明显的经济效益与环境效益，为高炉矿渣基新型胶凝材料的制备和应用提供理论依据。
学术论文摘要
- 传统的“粗放型”矿山开采模式所造成的资源开发与环境保护的矛盾日益尖锐，由于大量矿山废弃物排放和地下矿山开采而引发的环境污染、地表塌陷、生态破坏和安全问题已成为不可忽视的重大社会问题。采空区胶结充填既可以避免地下采矿造成的地表塌陷、生态破坏和安全隐患，又能够提高资源利用率、大量消耗固体废弃物，胶结充填充采矿法已得到了矿山企业的普遍重视，具有显著的环境效益、社会效益和经济效益。 胶凝材料在采空区胶结充填中具有至关重要的作用，胶凝材料的组成和性能直接影响着胶结充填的效果和成本。本试验在介绍矿山充填胶结材料的研究应用现状基础上，利用高炉矿渣、氟石膏等工业固体废物制备出充填胶凝材料，从单轴抗压强度、标准稠度需水量、凝结时间、析水量、坍落度等指标测定，系统分析了新型胶凝材料的胶凝性能特点，并与普硅水泥相比较，结果表明可以取代水泥作为充填胶结材料。新型充填胶凝材料的研究与应用解决了矿渣堆放问题，降低了充填成本，具有明显的经济效益与环境效益，为高炉矿渣基新型胶凝材料的制备和应用提供理论依据。
获奖情况
- 以本实验结果为主要内容的论文“环保型充填胶凝材料的制备与应用试验研究”已投稿“中国资源综合利用”杂志，稿件在审理中; 以本实验结果为主要内容的科研项目“环保型充填胶凝材料的制备与应用试验研究”获得“挑战杯”山东科技大学第六届学生课外学术科技作品竞赛一等奖； 以本实验结果为主要内容的论文“环保型充填胶凝材料的制备与应用试验研究”已入选“青岛市大学生科技节论文”，稿件在审理中。
鉴定结果
- 作品成果已在淄博、潍坊等地金属矿山应用，达到生产实际需要，满足安全生产要求。
参考文献
- [1]吕宪俊，崔学奇，全尾矿胶结充填技术的研究与应用[J].有色矿冶，2006（08） [2]赵传卿，胡乃联，充填胶凝材料的发展与应用[J].黄金，2008（01） [3]崔学奇，葛会超，吕宪俊. HP复合型尾矿胶结剂的研究[J].金属矿山，2007，(11): [4]韩克峰.高炉水渣细磨产品在全尾砂胶结充填中的应用[J].金属矿山,2001,(7) : [5]程金桥.90年代末我国胶结充填技术展望[J].新疆有色金属，1996(2) [6]谢长江.高炉水渣在张马屯铁矿充填中的应用[J].中国矿业，1998，7(2) [7]刘同有.闪速炉高炉矿渣胶结充填配合比优化选择与分析[J].中国矿业,2000,9(6) [8]袁宏进，曹维勒 尾砂高水基固化剂充填新技术的应用[J].江苏地质,1997，21（3） [9]周爱民，廖全佳.碎石水泥浆充填采矿方法的研究与应用[J].金属矿山,1997,(9) [10]胡华,孙恒虎,矿山充填工艺技术的发展及似膏体充填新技术[J],中国矿业,2001（6）
同类课题研究水平概述
- 矿渣的化学活化，是指采用一些能够激发矿渣水化活性的化学物质，使矿渣玻璃体结构破坏，促进矿渣在常温下进行水化反应。这些活化剂也可称为激发剂、激活剂。粒化高炉矿渣的活化剂很多，不同的活化剂有不同的反应过程和水化产物。常用的矿渣活化剂主要为碱性活化剂和硫酸盐活化剂两大类。碱性活化剂主要包括碱金属的硅酸盐、碳酸盐和氢氧化物，氧化钙、氢氧化钙等；硫酸盐活化剂主要为硫酸钠、石膏等。 徐彬等人认为从矿渣的溶出性试验来看，当矿渣处于PH>12或PH<3的水溶液中时，从矿渣中溶出的硅的量均明显增加，说明矿渣在这两种情况下均可以溶解，并有可能生成新的物质或形成新的结构。但从胶凝材料学的观点来看，激发剂的作用不仅仅是要能使矿渣的潜在活性激发出来，而且还要有利于稳定的水化产物的形成和水化产物网络结构的形成。因此矿渣在碱性溶液中时，会明显地呈现出水硬性能，而在酸性溶液中矿渣的水化产物是不稳定的不能显示出水硬性能。碱激发剂的选择必须具备以下几个条件：1.具有足够的碱性，以保证能够形成激发矿渣潜在活性并生成稳定水化产物的碱性条件。2.常温下在水中有较大的溶解度，且溶解速度较快。3.在空气中具有较好的稳定性，不易吸潮或潮解。4.材料易得，有足够的资源，以保证研究出的产品有较好的适用性。 Tatiana Bakharev等人采用硅酸钠、氢氧化钠、碳酸钠等不同的活化剂来活化高炉矿渣，结果表明，以硅酸钠做活化剂，高炉矿渣胶结体的抗压强度最高，并且硅酸钠的模数越高，凝结时间越短，而抗压强度会下降。A.R.Brough等人通过硅酸钠来激活粒化高炉矿渣，然后再加入NaCl来调整凝结时间，发现在NaCl加入量<4%时，有速凝作用，NaCl加入量>4%却具有缓凝作用。 Taylor等人通过不同类型的碱激发实验得出，在采用Na类碱效果明显高于采用K类碱作为激发剂；在胶结体中，C-S-H凝胶中Ca与Si的比例对凝胶的形成有重要影响，通常这一比例和所用的碱类激发剂的种类和用量有密切的关系。
