專利名稱：磷石膏充填于井下采空區形成固化充填體的方法
技術領域：
本發明屬于礦業廢棄物綜合利用領域，具體涉及一種磷石膏充填于井下采空區形成固化充填體的方法。
背景技術：
磷石膏是化工廠用磷灰石與硫酸作用，濕法產生磷酸時產生的副產品。每生產1噸磷酸就要產生5噸磷石膏。在化學石膏中磷石膏排放量最大，我國磷石膏年產量約2000萬噸，居世界第三。目前世界上每年排放量達1.1～1.3億噸，而僅利用460～470萬噸，利用率很低。磷石膏中的CaSO4·2H2O含量一般高達90％以上，但是其中通常也含有P2O50.3％～1.5％，F0.1％～1.5％等危害人體健康和生物生長的有害雜質，已經構成一種污染源。另外，磷石膏的排放不僅占用大量的耕地，污染環境，而且給磷肥企業造成了很大的負擔。
發明內容
本發明要解決的技術問題是使磷石膏變廢為寶，提供一種可提高礦石回收率和防止地表沉降塌陷的用磷石膏充填于井下采空區形成固化充填體的方法。
本發明采取如下技術方案解決上述技術問題將下述配比的材料按質量比為水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶(6～8)混合并按上述三種物料總量的1.3～2.5％加入添加劑硫酸鈉，再用水調成質量濃度為57％～63％的充填料漿，將充填料漿輸入井下采空區，經固化形成高強度的充填體。
本發明中磷石膏與粉煤灰混合再加適量的添加劑，可提高磷石膏固結強度，應用于充填采礦，可提高礦石回收率和降低采礦貧化損失率，達到減少采礦成本的目的，并能有效防止采礦地表沉降，使磷石膏變廢為寶，具有較高的經濟價值和社會效益。
圖1為本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式
磷石膏及粉煤灰主要物理力學性質如表1，粒級組成如表2。
表1磷石膏和粉灰力學性能
表2磷石膏和粉煤灰料粒級組成(％)
磷石膏粒級較細，0.1mm以下顆粒占93％，中值粒徑0.043mm，孔隙比(1.064～3.415)和滲透系數(0.00294cm/s)，不適于充填體脫水和快速硬化，必然影響膠結充填體強度，粉煤灰粒徑更細(細煤灰中值粒徑僅為0.040mm，粗煤灰中值粒徑僅為0.072mm)，滲透系數更小(細煤灰滲透系數為0.0019cm/s，粗煤灰滲透系數為0.00648cm/s)，但其SiO2含量高達52.42％，Al2O3達21.84％，具有一定的潛在膠結性能，可作為水泥代用品替代部分水泥，提高充填體后期強度，同時由于粉煤灰密度小，當摻入一定量后，將減輕充填體比重，有利于降低水泥消耗，節約充填成本；粉煤灰中CaO含量僅為7.32％，活化性能不高，必須外加添加劑；磷石膏中的氟含量不高，充入井下對井下環境影響不大；磷石膏與粗、細煤粉灰不均勻系數分別為3.71和2.31、1.68，都屬均勻的粘土類，制漿時易于混合，便于管道輸送，充入采場后，將有利于減少水泥的離析；磷石膏中CaSO4·2H2O含量一般高達90％以上，而通常石膏作為緩凝劑，不利于膠結充填體的早期強度，因此CaSO4·2H2O與硅酸鹽水泥等膠凝材料的水化反應及固結效果通過加入添加劑硫酸鈉得以改善，大大提高了磷石膏固化強度。
經過大量的試驗研究，得到磷石膏充填于井下的最佳配方是水泥∶粉煤灰∶磷石膏為1∶1∶(6～8)，所形成的充填固化體90天強度可達到1.38～2.05MPa。加入添加劑硫酸鈉可提高充填體強度15％～20％，加入的最佳量為1.3％～2.5％。
磷石膏屬酸性物質，而且顆粒較細，為了防止磷石膏充填采空區對井下環境的污染，通過大量試驗研究，發現用粉煤灰的效果比較好，因為粉煤灰屬于堿性物質，可以中和磷石膏的酸性，防止井下酸性水排放，而且粉煤灰屬于一種活性介質，能吸附較小顆粒的物質，防止小顆粒磷石膏流失。此外，粉煤灰是一種多孔隙介質，比重較輕，有利于充填料漿輸送中減小管道阻力，實現高倍線下自流輸送充填料漿。
本發明工藝流程如圖1所示。磷石膏用汽車運輸至磷石膏池，用10噸電動抓斗至圓盤給料機，經1號皮帶和螺旋輸送機至攪拌桶，用沖量流量計計量，通過自控系統調整電機轉速實現控制給量；粉煤灰用汽車運輸至粉煤灰池，用10噸電動抓斗至圓盤給料機，經2號皮帶和螺旋輸送機至攪拌桶；添加劑硫酸鈉用水泵控制加入攪拌桶；散裝水泥由水泥罐車運至制備站后，經吹灰管卸入150噸散裝水泥倉中，散裝水泥倉的頂部設有收塵裝置，底部設有螺旋閘門及壓氣破拱裝置，充填時，啟動螺旋輸送機，將水泥輸送至穩料倉，經彈性葉輪給料器和沖量流量計計量，水泥同磷石膏、粉煤灰、添加劑和水一道進入攪拌桶制備充填料漿。制備的充填料漿經充填鉆孔自流輸送至充填采場。
實施例1某磷礦生產磷酸產生大量的磷石膏廢料，用圖1所示的工藝流程建成一套充填系統。用水泥10噸、粉煤灰10噸、磷石膏70噸、硫酸鈉添加劑2.1噸充填于井下5號采場，充填料漿的質量濃度為60％。充填料漿充入采場后，凝固形成充填體，現場取10個樣品并測試充填體強度，充填體28天平均強度為1.08MPa，該強度可滿足采礦技術要求。
實施例2某磷礦的礦床位于公路下，為了實現公路下安全開采礦石，用圖1所示的工藝流程建成一套充填系統。用水泥15噸、粉煤灰15噸、磷石膏90噸、硫酸鈉添加劑2.5噸充填1號采場，充填料漿質量濃度58％。現場取5個樣品，測試采場磷石膏固化體28天平均強度達到1.28MPa。經研究分析，采用該強度的磷石膏固結體充填采空區不會引起地下采礦破壞公路。
實施例3某磷礦資源品位高，原采用崩落法開采，礦石貧化率達到38％，采礦損失率達到42％。為了降低貧化損失率，用圖1所示的工藝流程建成一套充填系統。用5噸水泥、5噸粉煤灰、40噸磷石膏和0.8噸硫酸鈉添加劑充填試驗采場，充填料漿質量濃度58％。充填采場取5個樣品，測試磷石膏固化體28天平均強度達到0.81MPa。采用磷石膏固結充填工藝開采礦石，采礦貧化率降低至8％，礦石損失率降低至5％。
權利要求
1.一種用磷石膏充填于井下采空區形成固化充填體的方法，其特征在于將下述配比的材料按質量比為水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶6～8混合并按上述三種物料總量的1.3～2.5％加入添加劑硫酸鈉，再用水調成質量濃度為57％～63％的充填料漿，將充填料漿輸入井下采空區，經固化形成高強度的充填體。
全文摘要
一種用磷石膏充填于井下采空區形成固化充填體的方法，將下述配比的材料按質量比為水泥∶粉煤灰∶磷石膏＝1∶1∶6～8混合并按上述三種物料總量的1.3～2.5％加入添加劑硫酸鈉，再用水調成質量濃度為57％～63％的充填料漿，將充填料漿輸入井下采空區，經固化形成高強度的充填體。本方法可提高礦石回收率和降低采礦貧化損失率，達到減少采礦成本的目的，并能有效防止采礦地表沉降，使磷石膏變廢為寶，具有較高的經濟價值和社會效益。
文檔編號E21F15/00GK1821547SQ200610031428
公開日2006年8月23日 申請日期2006年3月30日 優先權日2006年3月30日
發明者李夕兵, 杜紹倫, 王新民, 姚金蕊, 趙國彥, 劉志祥, 周子龍 申請人:中南大學