【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及磷石膏充填，尤其涉及氧化鈣預處理磷石膏與礦渣利用的膠結充填方法及設備。
技術介紹
1、磷石膏是磷酸生產過程中產生的大量工業副產品，每生產1噸磷酸就會產生約4至6噸的磷石膏。由于磷石膏中含有一定量的可溶性氟(f)、磷(p)及其他雜質，直接堆存不僅占用大量土地，還可能對環境造成污染，如地下水的氟污染。因此，如何有效處理和利用磷石膏是一個亟待解決的問題。
2、目前，磷石膏的處理和利用方法主要包括以下幾種：
3、建筑材料：將磷石膏用于生產建筑石膏、石膏板和石膏磚等建材。然而，這些產品的市場需求有限，難以大規模消耗磷石膏。
4、農業肥料：經過適當處理后，磷石膏可用作土壤改良劑和肥料添加劑。但其使用受到季節和地理條件的限制。
5、礦井充填：利用磷石膏制備膠結充填體，用于礦井采空區的充填處理。這種方法不僅能有效消耗磷石膏，還能解決礦井地表沉降問題。不過，目前主要使用的是普通硅酸鹽水泥，與磷石膏的結合性能較差，導致充填體的強度和穩定性不理想。
6、現有技術中，在制備高性能的膠結充填體過程中仍存在以下不足之處：
7、磷石膏中殘留的可溶性氟和磷元素可能在使用過程中浸出，導致二次污染；同時，現有的處理工藝較為復雜且成本高，難以大規模推廣。因此，亟須一種新的處理方法，該方法既能有效去除磷石膏中的有害成分，又能經濟、高效地制備高性能的膠結充填體。
8、針對上述問題，本專利技術文件提出了氧化鈣預處理磷石膏與礦渣利用的膠結充填方法及設備。
1、本專利技術的目的是為了解決現有的容易出現二次污染，需要使用額外的設備對膠結充填體進行抗壓強度測試的缺點，而提出的氧化鈣預處理磷石膏與礦渣利用的膠結充填方法及設備。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用了如下技術方案：
3、氧化鈣預處理磷石膏與礦渣利用的膠結充填方法，包括以下步驟：
4、s1、選取充分壓濾后的磷石膏，測試其含水率、ph值和質量；
5、s2、將apam絮凝劑制備成0.5‰的溶液；
6、s3、將磷石膏與氧化鈣按質量比1:1在濃密設備中攪拌均勻，去除磷石膏中的有害成分；
7、s4、在制備設備中加入apam溶液加快絮凝沉降以及步驟s3中去除有害成分的磷石膏，分離上清液與高濃度磷石膏；
8、s5、在制備設備中將高濃度磷石膏混合去離子水、礦渣，攪拌均勻制備均質膠結充填料漿；
9、s6、在制備設備中對成模后的膠結充填體進行抗壓強度測試。
10、在一種可能的設計中，所述磷石膏的ph值為2～4，氧化鈣與磷石膏的質量比為1:1～2。
11、在一種可能的設計中，所述氧化鈣堿洗預處理時間至少10分鐘，轉速至少200r/min；
12、所述礦渣與磷石膏的質量比為1:6～1:8；
13、均質充填料漿的質量濃度為64％～68％，密度為2.2～2.5g/cm3。
14、具體來說，本專利技術通過以下步驟實現：
15、氧化鈣預處理：將磷石膏與氧化鈣按一定比例混合，進行堿洗預處理。氧化鈣能夠與磷石膏中的可溶性氟、磷元素發生反應，形成難溶的氟化鈣和磷酸鈣，從而有效去除磷石膏中的有害成分。
16、絮凝沉降：在預處理后的磷石膏漿液中加入apam絮凝劑，加速絮凝沉降過程，使磷石膏顆粒迅速沉降分離，提高處理效率。
17、礦渣摻和：將經過預處理和絮凝沉降的磷石膏與礦渣按一定比例混合，制備均質的膠結充填料漿。礦渣作為一種低成本、高性能的替代材料，不僅降低了生產成本，還提高了充填體的強度和耐久性。
18、充填體制備：將制備好的膠結充填料漿成型、固化，形成高強度、低污染的膠結充填體，用于礦井采空區的充填處理。
19、通過上述方法，本專利技術不僅有效去除了磷石膏中的可溶性氟、磷元素，避免了二次污染，還利用了工業廢料礦渣，降低了生產成本，顯著提高了充填體的力學性能和耐久性。實驗結果表明，采用本專利技術方法制備的膠結充填體具有優良的抗壓強度和長期穩定性，是一種具有廣泛應用前景的環保材料。
20、具體專利技術步驟為：
21、(1)選取磷酸生產過程中充分壓濾后具有一定含水率的磷石膏，利用快速水分檢測儀測試磷石膏含水率，同時測量其ph及質量；
22、(2)取若干顆粒狀apam絮凝劑，加入去離子水后利用磁力攪拌器制備成質量分數為0.5‰的apam溶液；
23、(3)將磷石膏與若干片狀氧化鈣在小型濃密設備中以一定比例進行均勻攪拌；
24、(4)向小型濃密設備中加入一定量的apam溶液加快磷石膏的絮凝沉降濃縮，靜置5～10min后，利用溢流閥與底流放料口實現上清液與高濃度磷石膏分離；
25、(5)對高濃度磷石膏測試含水率后，加入一定量去離子水、礦渣，攪拌均勻后即為所需均質膠結充填料漿。
26、(6)分別在均質膠結充填料漿成模后的3天、7天及28天時，對試塊進行單軸抗壓強度測試，每個齡期取3塊，取其平均值作為該齡期試塊抗壓強度。
27、一種制備設備，用于在上述氧化鈣預處理磷石膏與礦渣利用的膠結充填方法中進行膠結充填體的制備和抗壓強度測試，包括攪拌箱，所述攪拌箱的下方固定設有回收箱，用于收集沉淀后的上清，所述攪拌箱的一側設有底座，所述底座的頂部固定有固定柱，所述固定柱的外壁轉動套設有轉動盤，所述固定柱的頂端固定有制備箱，用于將高濃度磷石膏混合去離子水、礦渣混合形成均質膠結充填料漿；
28、還包括放置在制備箱內的制備筒，所述制備筒的底部固定有壓力傳感器，且壓力傳感器固定嵌裝在制備箱的底部內壁，壓力傳感器與制備筒的配合用于稱量高濃度磷石膏的質量；
29、還包括設置在轉動盤頂部的多個成型槽，用于使均質膠結充填料漿在成型槽內成型、固化，形成高強度、低污染的膠結充填體，所述制備箱的下方設有撞擊塊，用于測試膠結充填體的抗壓強度；
30、還包括轉動貫穿制備箱的第二攪拌軸，所述第二攪拌軸的底端轉動延伸至制備箱內，用于攪拌高濃度磷石膏混合去離子水、礦渣，所述第二攪拌軸的外壁固定套設有位于制備箱上方的第一凸輪；
31、分離結構，設置在攪拌箱和回收箱之間，用于將攪拌箱內的上清與高濃度磷石膏分離；
32、填充結構，設置在制備箱內，用于將膠結充填料漿均勻填充在成型槽內；
33、測試結構，設置在制備箱的一側，用于對成型槽內的膠結充填體進行抗壓強度測試。
34、在一種可能的設計中，所述分離結構包括固定在回收箱頂部的固定管，且固定管的底端延伸至回收箱內，所述固定管內滑動連接有排液管，所述排液管的頂端密封滑動延伸至攪拌箱內，所述固定管的外壁設有螺紋，所述固定管的外壁螺紋套設有螺紋套筒，且螺紋套筒轉動設置在排液管的外壁，螺紋套筒與固定管的配合用于控制排液管升降，所述回收箱的頂部固定有第一排料管，且第一排料管的底端延伸至回收箱內，所本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.氧化鈣預處理磷石膏與礦渣利用的膠結充填方法，其特征在于，包含以下步驟：
2.根據權利要求1所述的氧化鈣預處理磷石膏與礦渣利用的膠結充填方法，其特征在于，所述磷石膏的pH值為2-4，氧化鈣與磷石膏的質量比為1:1-2。
3.根據權利要求1所述的氧化鈣預處理磷石膏與礦渣利用的膠結充填方法，其特征在于，所述氧化鈣堿洗預處理時間至少10分鐘，轉速至少200r/min；
4.一種制備設備，用于在權利要求1中所述氧化鈣預處理磷石膏與礦渣利用的膠結充填方法中進行膠結充填體的制備，其特征在于，包括攪拌箱(1)，所述攪拌箱(1)的下方固定設有回收箱(2)，用于收集沉淀后的上清，所述攪拌箱(1)的一側設有底座(4)，所述底座(4)的頂部固定有固定柱(5)，所述固定柱(5)的外壁轉動套設有轉動盤(6)，所述固定柱(5)的頂端固定有制備箱(3)，用于將高濃度磷石膏混合去離子水、礦渣混合形成均質膠結充填料漿；
5.根據權利要求4所述的一種制備設備，其特征在于，所述分離結構包括固定在回收箱(2)頂部的固定管(13)，且固定管(13)的底端延伸至回收箱(2)
6.根據權利要求5所述的一種制備設備，其特征在于，所述填充結構包括滑動貫穿制備箱(3)底部內壁的第二排料管(22)，所述第二排料管(22)的頂端固定延伸至制備筒(19)內并與制備筒(19)相連通，且第二排料管(22)用于向成型槽(7)內注入膠結充填料漿，所述轉動盤(6)的頂部固定有齒環(25)，所述固定柱(5)的一側固定有驅動電機(23)，所述驅動電機(23)的輸出軸固定有與齒環(25)相嚙合的直齒輪(24)，用于驅動多個成型槽(7)依次移動至第二排料管(22)的下方，所述底座(4)的頂部兩側均固定有支撐柱(32)，且支撐柱(32)的頂端與轉動盤(6)的底部碰觸，用于對轉動盤(6)支撐，兩個所述支撐柱(32)內均滑動連接有用于敲擊轉動盤(6)的敲擊筒(33)，所述底座(4)的頂部滑動連接有移動板(31)，所述移動板(31)的一端依次貫穿支撐柱(32)和固定柱(5)，所述移動板(31)的頂部固定有多個弧形板(34)，所述敲擊筒(33)的底部呈錐臺狀，弧形板(34)用于驅動敲擊筒(33)上移，所述制備箱(3)的頂部固定有固定座(27)，所述固定座(27)內滑動貫穿有L型桿(29)，所述L型桿(29)的底端與移動板(31)的一側頂部固定連接，用于驅動移動板(31)移動，所述L型桿(29)的側端固定有推板(28)，且推板(28)滑動設置在制備箱(3)的頂部，所述推板(28)與固定座(27)之間固定有彈簧(30)，且彈簧(30)套設在L型桿(29)的外壁，用于使推板(28)復位，第一凸輪(26)、彈簧(30)與推板(28)配合用于驅動推板(28)往復移動，所述制備箱(3)的頂部固定有多個對推板(28)限位的第二擋塊(44)。
7.根據權利要求6所述的一種制備設備，其特征在于，還包括測試結構，設置在制備箱(3)的一側，用于對成型槽(7)內的膠結充填體進行抗壓強度測試所述測試結構包括滑動設置在制備箱(3)一側的升降板(37)，所述升降板(37)的底端與撞擊塊(39)的頂部固定連接，升降板(37)與撞擊塊(39)的下墜用于對成型槽(7)內的膠結充填體進行敲擊，所述制備箱(3)的頂部滑動連接有弧形塊(35)，且弧形塊(35)與第一凸輪(26)相配合，所述弧形塊(35)的頂部與升降板(37)的一側通過鉸軸轉動連接有同一個連桿(36)，所述弧形塊(35)與連桿(36)的配合用于驅動升降板(37)上移，所述升降板(37)的...
【技術特征摘要】
1.氧化鈣預處理磷石膏與礦渣利用的膠結充填方法，其特征在于，包含以下步驟：
2.根據權利要求1所述的氧化鈣預處理磷石膏與礦渣利用的膠結充填方法，其特征在于，所述磷石膏的ph值為2-4，氧化鈣與磷石膏的質量比為1:1-2。
3.根據權利要求1所述的氧化鈣預處理磷石膏與礦渣利用的膠結充填方法，其特征在于，所述氧化鈣堿洗預處理時間至少10分鐘，轉速至少200r/min；
4.一種制備設備，用于在權利要求1中所述氧化鈣預處理磷石膏與礦渣利用的膠結充填方法中進行膠結充填體的制備，其特征在于，包括攪拌箱(1)，所述攪拌箱(1)的下方固定設有回收箱(2)，用于收集沉淀后的上清，所述攪拌箱(1)的一側設有底座(4)，所述底座(4)的頂部固定有固定柱(5)，所述固定柱(5)的外壁轉動套設有轉動盤(6)，所述固定柱(5)的頂端固定有制備箱(3)，用于將高濃度磷石膏混合去離子水、礦渣混合形成均質膠結充填料漿；
5.根據權利要求4所述的一種制備設備，其特征在于，所述分離結構包括固定在回收箱(2)頂部的固定管(13)，且固定管(13)的底端延伸至回收箱(2)內，所述固定管(13)內滑動連接有排液管(12)，所述排液管(12)的頂端密封滑動延伸至攪拌箱(1)內，所述固定管(13)的外壁設有螺紋，所述固定管(13)的外壁螺紋套設有螺紋套筒(14)，且螺紋套筒(14)轉動設置在排液管(12)的外壁，螺紋套筒(14)與固定管(13)的配合用于控制排液管(12)升降，所述回收箱(2)的頂部固定有第一排料管(16)，且第一排料管(16)的底端延伸至回收箱(2)內，所述第一排料管(16)的頂部有排料筒(15)，且排料筒(15)的頂端固定延伸至攪拌箱(1)內，所述第一排料管(16)內滑動設有斜面篩板(18)，用于對高濃度磷石膏進行過濾，所述第一排料管(16)的一側固定貫穿有導料管(8)，且導料管(8)的一端位于斜面篩板(18)的上方，所述導料管(8)的另一端固定延伸至制備箱(3)內并與制備筒(19)配合，所述第一排料管(16)的一側固定有斜面擋板(17)，且斜面擋板(17)位于導料管(8)的上方，用于避免液體通過導料管(8)進入制備箱(3)內，所述攪拌箱(1)內呈縱向轉動連接有第一攪拌軸(9)。
6.根據權利要求5所述的一種制備設備，其特征在于，所述填充結構包括滑動貫穿制備箱(3)底部內壁的第二排料管(22)，所述第二排料管(22)的頂端固定延伸至制備筒(19)內并與制備筒(19)相連通，且第二排料管(22)用于向成型槽(7)內注入膠結充填料漿，所述轉動盤(6)的頂部固定有齒環(25)，所述固定柱(5)的一側固定有驅動電機(23)，所述驅動電機(23)的輸出軸固定有與齒環(25)相嚙合的直齒輪(24)，用于驅動多個成型槽(7)依次移動至第二排料管(22)的下方，所述底座(4)的頂部兩側均固定有支撐柱(32)，且支撐柱(32)的頂端與轉動盤(6)的底部碰觸，用于對轉動盤(6)支撐，兩個所述支撐柱(32)內均滑動連接有用于敲擊轉動盤(6)的敲擊筒(33)，所述底座(4)的頂部滑動連接有移動板(31)，所述移動板(31)的一端依次貫穿支撐柱(32)和固...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳秋松，王道林，朱德彬，劉賓，喻曉峰，李水云，周密，袁昕懿，
申請(專利權)人：中南大學，
類型：發明
國別省市：
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