[发明专利]一种用于煤矿减灾与二氧化碳封存的钙基固废物轻质复合浆材及其制备和使用方法

说明书

本发明公开了一种用于煤矿减灾与二氧化碳封存的钙基固废物轻质复合浆材及其制备和使用方法，该复合浆材由高保水泡沫与复合浆液按照体积比1.8‑2.2：1混合制备得到，其中复合浆液由固废物干粉原料、添加剂、水混合得到，固废物干粉原料由钢渣、矿渣、电石渣、脱硫石膏组成；高保水泡沫由阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、有机聚合物与水混合，再通入压缩气体发泡制得。将配制好的钙基固废物轻质复合浆材通过输送管道运输至采空区进行灌注充填。本发明的复合浆材泌水率低，凝结时间可控，渗流扩散性能优异，不仅能高效利用固体废弃物材料，合理处置电厂废弃物，而且能有效矿化封存COsubgt;2/subgt;，封堵充填漏风区域，防治煤矿自燃灾害的发生。

技术领域

本发明涉及矿井防火材料和减污降碳技术领域，具体涉及一种用于煤矿减灾与二氧化碳封存的钙基固废物轻质复合浆材及其制备和使用方法。

背景技术

近些年来，人们对碳减排技术进行了深入研究，了解到仅仅依靠简单捕获或封存CO₂的方法难以从根本解决碳减排问题，关键的减排技术在于寻找价廉易得、且能够大量消耗CO₂的原材料进行资源化利用。当前，很多研究表明，含有钙镁等金属离子的固体废弃物可以通过碳酸化反应以稳定的碳酸盐矿物将CO₂进行长期封存，而在煤矿火灾防治领域，利用如水泥浆、水泥-黏土浆、超细水泥等材料对采空区进行灌浆的应用十分广泛，但是这些材料对水泥的消耗量大、材料价格高、非绿色环保材料，且对于高效利用固废物协同矿化封存CO₂的研究仍旧缺乏。

因此，基于对固废物的资源化利用研制矿井火灾防治材料，协同探索和开发减少碳排放的高效技术非常重要，推行固废基复合材料的研制，有利于防控矿井采空区自燃灾害，有利于提高矿井安全生产环境，有利于大量利用固废资源、改善生态环境，也有利于对CO₂进行矿化封存，达到减污降碳的效果。然而，用于煤矿减灾和CO₂矿化封存的这类材料目前研究十分缺乏，导致这类材料的推广和应用还需作进一步研究。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种用于煤矿减灾与二氧化碳封存的钙基固废物轻质复合浆材。产品具有不燃、轻质、导热系数低、凝结固化时间短，原材料价格低廉、来源广泛等特点

本发明的目的之二是提供上述用于煤矿减灾与二氧化碳封存的钙基固废物轻质复合浆材的制备方法，操作简单，方便快捷。

本发明的目的之二是提供上述用于煤矿减灾与二氧化碳封存的钙基固废物轻质复合浆材的使用方法，在实现矿井采空区自燃灾害防治的同时，利用全固废作为胶凝材料的组成部分，实现对CO₂气体的矿化封存。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

第一方面，本发明提供一种用于煤矿减灾与二氧化碳封存的钙基固废物轻质复合浆材，由高保水泡沫与复合浆液按照体积比1.8-2.2：1混合制备得到，其中所述复合浆液由固废物干粉原料、添加剂、水混合得到，所述固废物干粉原料由如下组分按重量百分比组成：28％-35％钢渣、38％-47％矿渣、16％-24％电石渣、 9％-17％脱硫石膏，所述添加剂用量为固废物干粉原料重量的4％-6％，所述复合浆液的水胶比为0.5-0.55；所述高保水泡沫由阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、有机聚合物与水混合，再通入压缩气体物理发泡制得，所述阴离子表面活性剂与两性离子表面活性剂的质量比为3:2，所述有机聚合物的添加量为高保水泡沫重量的3.8-4‰。

优选的，所述钢渣为中碱度钢渣，中位径为3-5μm，碱度系数为1.91-1.95，表观密度为2.62-2.65g/cm³。

优选的，所述矿渣选用S95型，中位径为18-20μm，表观密度为2.55-2.59 g/cm³。