一種煤礦膏體充填用無腐蝕液體速凝劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種液體速凝劑，特別涉及一種煤礦膏體充填用無腐蝕液體速凝劑及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 膏體充填開采是把煤礦附近的煤矸石、粉煤灰、劣質(zhì)土、城市垃圾等固體廢棄物在 地面加工成無臨界流速、不需脫水的膏狀漿體，利用泵壓和自重通過管道輸送到井下，適時(shí) 充填采空區(qū)的開采方法。目前膏體充填開采普遍存在膏體凝固時(shí)間長的問題，導(dǎo)致膏體充 填開采長期處于低效狀態(tài)。
[0003] 對此，為了實(shí)現(xiàn)高效膏體充填開采模式，其中在充填管路出口通過添加液體速凝 劑的辦法可極大的縮短了膏體凝結(jié)時(shí)間，從而提高了煤礦膏體充填開采效率。但是同噴 射混凝土相似，在管路出口加入了速凝劑的膏體材料因快速凝結(jié)而失去流動性，導(dǎo)致膏 體無法自流充滿采空區(qū)。其次目前市面上的液體速凝劑多為高腐蝕型，即PHS 2.0或 PH多12. 5,易在運(yùn)輸和使用過程中對人體造成傷害。再者速凝劑的儲存穩(wěn)定性不好，易出 現(xiàn)沉淀分層現(xiàn)象，給速凝劑的添加工作帶來很多不便。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于膏體充填開采的無腐蝕 性、可調(diào)節(jié)膏體凝結(jié)時(shí)間且有長期儲存穩(wěn)定性的煤礦膏體充填用無腐蝕液體速凝劑及其制 備方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：該膏體充填用無腐蝕液體速凝劑：PH值為3~5、密度 為I. 4g/cm3、呈弱酸性的無腐蝕性液體速凝劑；添加速凝劑的膏體充填材料能夠保持15~ 45min時(shí)間的可流動性，2h強(qiáng)度達(dá)到0.1 MPa以上，速凝劑儲存時(shí)間為6個(gè)月。
[0006] 所述的膏體速凝劑的成分：鋁酸鈉、碳酸鈉、硫酸鋁、醇胺及塑化劑。
[0007] 所述鋁酸鈉優(yōu)選含量75~85%，可選擇普通工業(yè)級鋁酸鈉。
[0008] 所述碳酸鈉優(yōu)選含量99%以上，可選擇普通工業(yè)級碳酸鈉。
[0009] 所述硫酸鋁優(yōu)選含量50~60%，可選擇普通工業(yè)級硫酸鋁、低鐵硫酸鋁。
[0010] 所述的醇胺為三乙醇胺，優(yōu)級品，含量98%以上，可選擇工業(yè)級三乙醇胺。
[0011] 所述的塑化劑為萘磺酸鹽、脂肪酸系減水劑的一種或多種。
[0012] 膏體速凝劑制備方法包括以下步驟： 1)液體鋁酸鈉的改性：將碳酸鈉5~15%加入水中配制成改性劑，將氧化鋁含量為 20~30wt%的鋁酸鈉加入到改性劑中，鋁酸鈉與改性劑的質(zhì)量比為12:1~5:1。
[0013] 2)改性鋁酸鈉與硫酸鋁的反應(yīng)：將步驟1)制得的改性液體鋁酸鈉滴加到氧化鋁 含量為12~16%的硫酸鋁溶液中，制得穩(wěn)定溶液；改性液體鋁酸鈉與硫酸鋁溶液質(zhì)量比為 1:2-1:4 ； 3)加入0. 5~2%醇胺，攪拌均勻； 4)加入5~10%塑化劑，攪拌均勻即得到成品。
[0014] 所述的步驟1)中，鋁酸鈉改性整個(gè)過程需要在不小于1000 S^1高剪切攪拌調(diào)價(jià)下 進(jìn)行，以加快凝膠分散，反應(yīng)時(shí)間為l~2h。
[0015] 所述的步驟2)中，滴加過程在不小于3000S<高剪切條件下進(jìn)行，為避免氫氧化鋁 膠凝團(tuán)聚結(jié)塊；滴加時(shí)間控制在30~60min，溫度控制在20~40°C的范圍內(nèi)，滴加完成后，將 溶液溫度緩慢升至60~80°C，保溫2h，得到黃色澄清液。
[0016] 所述的步驟3)中，加入醇胺類物質(zhì)與塑化劑，醇胺類對速凝效果影響不大，但對 Id強(qiáng)度提高效果較明顯。
[0017] 所述的步驟4)中，塑化劑加入過程在1000P高剪切條件下進(jìn)行。
[0018] 有益效果，由于采用了上述方案， 1、按照J(rèn)C477-2005的實(shí)驗(yàn)條件，本發(fā)明在較低的摻量3~6%范圍內(nèi)，能夠使水泥凈漿在 3分鐘內(nèi)初凝，在8分鐘內(nèi)終凝。
[0019] 2、按照J(rèn)C477-2005的實(shí)驗(yàn)條件，本發(fā)明在能夠使砂漿1天強(qiáng)度在8MPa以上，28d 強(qiáng)度保存率大于90%。
[0020] 3、液體速凝劑的PH值為3~5，在15~45min時(shí)間內(nèi)可自由調(diào)節(jié)流動性，-20~40 °C 條件下儲存6個(gè)月不出現(xiàn)沉淀分層等現(xiàn)象。
[0021] 優(yōu)點(diǎn)：所述的無腐蝕液體速凝劑生產(chǎn)原料來源廣，制備工藝相對簡單?？朔似胀?速凝劑在煤礦膏體充填開采使用中出現(xiàn)的凝結(jié)時(shí)間超短、流動時(shí)間不可控、腐蝕性大及儲 存穩(wěn)定性差的問題，使得膏體充填效率極大提高，充填技術(shù)更加成熟，在一定程度上促進(jìn)了 煤礦膏體充填技術(shù)的發(fā)展。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 以下實(shí)例描述了本發(fā)明方法制備無腐蝕性液體速凝劑的過程，并且這些實(shí)例以說 明的方式給出，但這些實(shí)例并不限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023] 該膏體充填用無腐蝕液體速凝劑：pH值為3~5、密度為I. 4g/cm3、呈弱酸性的無腐 蝕性液體速凝劑；添加速凝劑的膏體充填材料能夠保持15~45min時(shí)間的可流動性，2h強(qiáng) 度達(dá)到0.1 MPa以上，速凝劑儲存時(shí)間為6個(gè)月。
[0024] 所述的膏體速凝劑的成分：鋁酸鈉、碳酸鈉、硫酸鋁、醇胺及塑化劑。
[0025] 所述鋁酸鈉優(yōu)選含量75~85%，可選擇普通工業(yè)級鋁酸鈉。
[0026] 所述碳酸鈉優(yōu)選含量99%以上，可選擇普通工業(yè)級碳酸鈉。
[0027] 所述硫酸鋁優(yōu)選含量50~60%，可選擇普通工業(yè)級硫酸鋁、低鐵硫酸鋁。
[0028] 所述的醇胺為三乙醇胺，優(yōu)級品，含量98%以上，可選擇工業(yè)級三乙醇胺。
[0029] 所述的塑化劑為萘磺酸鹽、脂肪酸系減水劑的一種或多種。
[0030] 膏體速凝劑制備方法包括以下步驟： 1)液體鋁酸鈉的改性：將碳酸鈉5~15%加入水中配制成改性劑，將氧化鋁含量為 20~30wt%的鋁酸鈉加入到改性劑中，鋁酸鈉與改性劑的質(zhì)量比為12:1~5:1。
[0031] 2)改性鋁酸鈉與硫酸鋁的反應(yīng)：將步驟1)制得的改性液體鋁酸鈉滴加到氧化鋁 含量為12~16%的硫酸鋁溶液中，制得穩(wěn)定溶液；改性液體鋁酸鈉與硫酸鋁溶液質(zhì)量比為 1:2-1:4 ； 3) 加入0. 5~2%醇胺，攪拌均勻； 4) 加入5~10%塑化劑，攪拌均勻即得到成品。
[0032] 所述的步驟1)中，鋁酸鈉改性整個(gè)過程需要在不小于1000 S4高剪切攪拌調(diào)價(jià)下 進(jìn)行，以加快凝膠分散，反應(yīng)時(shí)間為l~2h。
[0033] 所述的步驟2)中，滴加過程在不小于3000S4高剪切條件下進(jìn)行，為避免氫氧化鋁 膠凝團(tuán)聚結(jié)塊；滴加時(shí)間控制在30~60min，溫度控制在20~40°C的范圍內(nèi)，滴加完成后，將 溶液溫度緩慢升至60~80°C，保溫2h，得到黃色澄清液。
[0034] 所述的步驟3)中，加入醇胺類物質(zhì)與塑化劑，醇胺類對速凝效果影響不大，但對所 述鋁酸鈉優(yōu)選含量75~85%，可選擇普通工業(yè)級鋁酸鈉。
[0035] 所述碳酸鈉優(yōu)選含量99%以上，可選擇普通工業(yè)級碳酸鈉。
[0036] 所述硫酸鋁優(yōu)選含量50~60%，可選擇普通工業(yè)級硫酸鋁、低鐵硫酸鋁。
[0037] 所述的醇胺為三乙醇胺，優(yōu)級品，含量98%以上，可選擇工業(yè)級三乙醇胺。
[0038] 所述的塑化劑為萘磺酸鹽、脂肪酸系減水劑的一種或多種。
[0039] 提高效果較明顯。
[0040] 所述的步驟4)中，塑化劑加入過程在1000P高剪切條件下進(jìn)行。
[0041] 實(shí)施例1 : 一、 液體鋁酸鈉改性：在高剪切攪拌（1000 S4)的狀態(tài)將50份液體鋁酸鈉緩慢加入到10 份5%的碳