СОСТАВ ЗАКЛАДОЧНОЙ СМЕСИ Российский патент 2011 года по МПК E21F15/00 C04B28/08 C04B111/20 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства.

Известна закладочная смесь, включающая цемент, молотый гранулированный доменный шлак, заполнитель и воду в следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент - 2; молотый гранулированный доменный шлак - 18,4; заполнитель - 61,38; вода - остальное [1].

Недостатками данной смеси являются низкая пластичность за счет недостаточного содержания мелкой фракции, а также низкая прочность 3,0 МПа в 90 суток возводимого массива за счет использования заполнителя с пределом прочности ниже нормативной прочности закладки.

Наиболее близким предлагаемому изобретению является состав закладочной смеси, включающий цемент, молотый доменный гранулированный шлак, инертный заполнитель и воду. В качестве инертного заполнителя данный состав содержит аморфные осадки нейтрализации серной кислоты известняком, предварительно обработанные водным раствором сульфата железа (III) Fe(OH)SO₄, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 4,0-6,8; молотый доменный гранулированный шлак 9,7-16,5; аморфные осадки нейтрализации серной кислоты известняком 31,7-40,8; гидроксосульфат железа (III) 1,2-2,0; вода остальное [2].

Недостатками данного состава являются использование в качестве вяжущего дефицитного материала - цемента и шлака с более высоким коэффициентом качества 1,51, табл.1, невысокая прочность для большого расхода вяжущих (до 23%) и ограничение утилизации отходов ванадиевого производства.

Задачей предлагаемого изобретения является исключение дорогостоящего цемента и применение шлака более низкого сорта, повышение прочности, расширение и увеличение объемов утилизируемых техногенных отходов для существенного улучшения экологической среды региона.

Для решения поставленной задачи предложен состав закладочной смеси, включающий молотый гранулированный доменный шлак, инертный заполнитель и воду. Причем в качестве вяжущего используют указанный кислый шлак, содержащий частицы: менее 1 мкм - 4,3%; менее 3 мкм - 12,6%; менее 5 мкм - 17,2%, а в качестве инертного заполнителя - отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, содержащие частицы: менее 1 мкм - 3,4%; менее 3 мкм - 12,6%; менее 5 мкм - 17,2%. Дополнительно состав содержит композицию известково-гипсовую - побочный продукт ванадиевого производства, и суперпластификатор СП-1, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Указанный шлак 16,1 Указанная композиция 4,8 Указанные отходы 57,7 Суперпластификатор СП-1 0,0805 Вода Остальное

Технический результат - повышение прочности закладочной смеси, утилизация отходов горнометаллургического производства, ванадиевого производства и отходов обогащения железистых кварцитов, снижение расхода воды, снижение загрязнения окружающей среды.

Известково-гипсовая композиция - это побочный продукт ванадиевого производства, ТУ 5744-002-1246473-2004, содержащий V₂O₅ - 3%, MnO - 22,5% (химический состав приведен в таблице 1).

Согласно официальным сайтам: http://www.ktprom.ru/plast.htm, www.yarhim.ru/news/2006/10/news15/?print=page, http://www.polyplast-un.ru/rus/sp-1/, суперпластификатор СП-1 представляет собой органическое синтетическое вещество на основе продукта конденсации нафталинсульфокислоты и формальдегида со специфическим соотношением фракций с различной средней молекулярной массой - полинафталинметиленсульфонат или метиленбис (нафталинсульфонат) натрия. По классификации ГОСТ 24211 относится к пластифицирующе-водоредуцирующему виду - суперпластификаторам. Химический состав: метиленбис (нафталинсульфонат) натрия или полинафталинметиленсульфонат. Суперпластификатор СП-1 выпускается по ТУ 5870-005-58042865-05 и предназначен (используется):

- для резкого повышения удобоукладываемости и формуемости бетонных смесей без снижения прочности и показателей долговечности бетона (при неизменном водоцементном отношении);

- для существенного повышения физико-механических показателей и строительно-технических свойств бетона (при сокращении расхода воды и неизменной удобоукладываемости);

- для повышения удобоукладываемости бетонных смесей и повышения физико-механических показателей и строительно-технических свойств бетонов (при одновременном снижении водоцементного отношения и повышении удобоукладываемости);

- для сокращения расхода цемента без снижения удобоукладываемости бетонной смеси, физико-механических показателей и строительно-технических свойств бетона (при снижении водосодержания бетонной смеси).

Пример

Гранулированный доменный кислый шлак (шлак), измельченный до содержания частиц: менее 1 мкм - 4,3%; менее 3 мкм - 12,6%; менее 5 мкм - 17,2% (гранулометрический состав приведен в таблице 2), смешали с отходами обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, содержащими частицы: менее 1 мкм - 3,4%; менее 3 мкм - 12,6%; менее 5 мкм - 17,2% (гранулометрический состав приведен в таблице 2), и известково-гипсовой композицией, содержащей 100% фракции менее 43 мкм, и затворили водой, в которую предварительно добавили суперпластификатор СП-1, окончательную смесь перемешали до однородной консистенции. Из полученной смеси приготовили образцы размером 70×70×70 мм. Образцы выдержали в климатической камере в течение 2-3 суток до достижения распалубочной прочности образцов. В камере поддерживалась температура 20±20°С и относительная влажность 90-95%, т.е. условия, близкие к условиям твердения массива в шахте. После расформовки образцы вновь помещались в климатическую камеру для дальнейшего твердения в течение 90 суток, после чего определили механическую прочность с использованием гидравлического пресса. Получены следующие результаты: механическая прочность - 7,15 МПа в возрасте 90 суток при содержании вяжущего 16,1% (шлака).

По прототипу, при содержании вяжущего 23,12% (цемента 6,73% и шлака 16,39%), механическая прочность - 4,35 МПа в возрасте 90 суток.

Гидравлические свойства доменного шлака оценивают по ГОСТ 3476-74 коэффициента качества K, который определяют по формулам:

при содержании окиси магния до 10%

при содержании окиси магния более 10%:

Для 1 сорта K=1,65; 2 сорта K=1,45; 3 сорта - 1,2.

В табл.3 приведен химический состав доменного гранулированного шлака, а в табл.4 - исходный валовой состав смесей и результаты испытаний механической прочности образцов, приготовленных из этих смесей.

Таблица 1 Химический состав известково-гипсовой композиции в пересчете на безводное состояние, мас.% CaO MnO CaSO₄ MgO V₂O₅ Al₂O₃ Fe TiO₂ SiO₂ 23,5 22,5 42,9 2,5 3,0 0,3 1,5 0,8 3,0

Таблица 2 Гранулометрический состав компонентов компоненты Распределение частиц по фракциям, мас.% 0-1 мкм 1-3 мкм 3-5 мкм 5-10 мкм 10-43 мкм 43-71 71-100 Σ молотый                 доменный шлак 4,30 8,30 4,60 12,25 40,89 22,71 6,95 100 Отходы обогащения мокрой магнитной                 сепарации железистых кварцитов 3,40 9,20 4,60 12,42 45,90 21,99 2,49 100

Таблица 3 Химический состав доменного шлака   Коэффициент качества K CaO, % SiO₂, % Al₂O₃, % MgO, % MnO, % Прочие, % Прототип 1,51 28,9 36,5 17,6 10,9 0,7 5,40 Заявляемый 1,23 40,4 42,7 5,4 6,7 0,026 4,78

Из табл.2 следует, что поставленная задача увеличения механической прочности закладочных смесей, сокращение вяжущих достигается при добавлении пластификатора СП-1 и композиции известково-гипсовой (побочный продукт ванадиевого производства).

Использование предложенного технического решения полностью исключает потребление для закладочных работ дорогостоящего цемента, а также позволяет обеспечить высокую прочность при замене шлака на более низкосортный и расширить и увеличить объемы утилизируемых техногенных отходов для существенного улучшения экологической среды региона.

Источники информации

1. Л.К.Вахрушев, Е.М.Денисов, К.Ю.Репп. Применение отвальных доменных шлаков для приготовления вяжущей закладочной смеси. Горный журнал, 1979, №1, с.39.

2. Патент РФ №2186989, опубликован 10.08.2002 г.

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства. Технический результат - исключение дорогостоящего цемента и применение шлака более низкого сорта, повышение прочности, расширение и увеличение объемов утилизируемых техногенных отходов для существенного улучшения экологической среды региона. Состав закладочной смеси включает молотый кислый гранулированный доменный шлак, содержащий частицы, %: менее 1 мкм - 4,3; менее 3 мкм - 12,6; менее 5 мкм - 17,2, в качестве инертного заполнителя - отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, содержащие частицы, %: менее 1 мкм - 3,4; менее 3 мкм - 12,6; менее 5 мкм - 17,2, воду и дополнительно - композицию известково-гипсовую - побочный продукт ванадиевого производства, и суперпластификатор СП-1, при следующем соотношении компонентов, мас.%: указанный шлак 16,1, указанная композиция 4,8, указанные отходы 57,7, суперпластификатор СП-1 0,0805, вода остальное. 4 табл.

Состав закладочной смеси, включающий молотый гранулированный доменный шлак, инертный заполнитель и воду, отличающийся тем, что содержит указанный кислый шлак, содержащий частицы, %: менее 1 мкм - 4,3; менее 3 мкм - 12,6; менее 5 мкм - 17,2, в качестве инертного заполнителя - отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, содержащие частицы, %: менее 1 мкм - 3,4; менее 3 мкм - 12,6; менее 5 мкм - 17,2, и дополнительно - композицию известково-гипсовую - побочный продукт ванадиевого производства и суперпластификатор СП-1, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Указанный шлак 16,1 Указанная композиция 4,8 Указанные отходы 57,7 Суперпластификатор СП-1 0,0805 Вода Остальное