本發(fā)明屬于礦山尾砂充填領域，涉及一種超細全尾砂充填膏體減水劑及其制備方法與應用。

背景技術：

1、地下采礦廣泛應用于有價礦產(chǎn)資源的挖掘和提取，但這不可避免地產(chǎn)生大量的廢尾礦，同時這些廢礦物通常以低成本的方法堆放在地表筑壩攔截谷口，不僅容易帶來巨大的安全隱患(尾礦壩滑坡、地震等)，同時也會對環(huán)境造成不利影響(重金屬浸出和地下水污染等)。對此，采用全尾砂充填采空區(qū)技術能夠有效解決上述問題，在緩解了尾礦的排放堆存問題的同時也能充分實現(xiàn)廢礦資源的綜合利用，是綠色礦山建設的重要支撐技術之一。

2、根據(jù)《金屬礦山膠結充填理論與工程》中對充填尾砂的分類，通常認為-74μm粒級含量大于80％、-19μm粒級含量大于50％且平均粒徑小于19μm的尾砂即屬于超細尾砂。然而，在利用全尾砂充填采空區(qū)技術處理超細尾砂時，充填效果通常較差，這不僅是因為超細尾砂漿的濃密脫水難度大，同時由于比表面積較大，使用超細尾砂制成的充填材料往往黏性較高、保水性較差且硬化后的充填體強度低，這嚴重制約了該技術的推廣及應用。為此，國內外學者常對超細尾砂預先分級或脫泥處理，將所得粗粒級尾砂充填至井下采空區(qū)，而細粒級尾砂則通過管道返至尾礦庫堆存，這不僅造成尾砂利用率顯著降低，同時嚴重阻礙綠色無尾化礦山的建設。特別是，近年來隨著優(yōu)質礦產(chǎn)資源的減少，為了確保足夠的金屬回收率，超細粉磨技術被廣泛應用于處理低品位復雜礦石，從而導致大量超細尾砂的產(chǎn)生。因此，如何有效處理超細尾砂是現(xiàn)階段急需克服的問題。

3、減水劑是建筑業(yè)混凝土中必不可少的外加劑，可顯著提高混凝土流動性、控制凝結或者硬化時間、提高混凝土強度和改善和易性等，也被認為是一種提高超細尾砂充填料漿濃度、和易性及充填體強度的有效方法。目前常見的減水劑有萘系減水劑、三聚氰胺減水劑、木質素磺酸鹽減水劑以及聚羧酸減水劑等，其中，聚羧酸減水劑具有摻量低，減水率高，塌落度損失小和水泥適用性好等優(yōu)點，是目前應用最廣泛的減水劑。然而，市場上常見的聚羧酸減水劑通常由甲基稀丙基聚乙二醇醚(hpeg)大單體和異戊烯基聚乙二醇醚(tpeg)大單體合成，而這些原料合成效率低，反應溫度高，從而導致合成成本較高，這不僅增加了尾礦充填成本，同時不利于礦山的綠色可持續(xù)性經(jīng)濟性發(fā)展。然而，現(xiàn)有針對尾礦填充的減水劑中，并未涉及適用于多類型超細全尾砂的應用研究以及低成本減水劑合成方法。根據(jù)本技術發(fā)明人的前期研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有由hpeg大單體和tpeg大單體合成的聚羧酸減水劑的使用往往伴隨著摻量高、充填體早期強度折損等問題。特別是，由于超細尾砂中超細粒級含量較高，導致現(xiàn)有聚羧酸減水劑難以有效減少全尾砂充填膏體中水泥用量，嚴重影響尾砂的處理效率，不利于降低材料成本和尾砂處理成本，上述缺陷的存在表明現(xiàn)有的聚羧酸減水劑可能并不適用于處理超細全尾砂。因此，研發(fā)出一種合成時間短、反應溫度低、經(jīng)濟效益好、粒級適用性好、可操作性好、能夠顯著提高填充體抗壓強度和穩(wěn)定性的新型減水劑，對于有效提高超細尾砂的充填效果，以及實現(xiàn)降本增效并提高對礦山尾砂、膠凝材料以及配比的適用性具有重要意義。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種合成時間短、反應溫度低、經(jīng)濟效益好、適用性好、可操作性好、能夠顯著提高填充體抗壓強度和穩(wěn)定性的超細全尾砂充填膏體減水劑及其制備方法與應用。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明采用以下技術方案：

3、一種超細全尾砂充填膏體減水劑，按照重量份計包括以下原料組分：

4、母液????????????????????????????60份～120份，

5、羥丙基甲基纖維素????????????????0.08份～0.12份；

6、所述母液是以乙二醇單乙烯基聚乙二醇醚為大單體制備得到；所述羥丙基甲基纖維素的黏度為60000mpa·s～80000mpa·s。

7、上述的超細全尾砂充填膏體減水劑，進一步改進的，超細全尾砂充填膏體減水劑的原料組分由母液和羥丙基甲基纖維素組成。

8、上述的超細全尾砂充填膏體減水劑，進一步改進的，所述母液是以乙二醇單乙烯基聚乙二醇醚、丙烯酸、鏈轉移劑、氧化劑和還原劑為原料制備得到。

9、上述的超細全尾砂充填膏體減水劑，進一步改進的，所述丙烯酸與乙二醇單乙烯基聚乙二醇醚的酸醚比為5.5～8.5∶0.8～1.2。

10、上述的超細全尾砂充填膏體減水劑，進一步改進的，所述鏈轉移劑的用量為所述乙二醇單乙烯基聚乙二醇醚質量的0.6％～1％。

11、上述的超細全尾砂充填膏體減水劑，進一步改進的，所述氧化劑的用量為所述乙二醇單乙烯基聚乙二醇醚質量的1.2％～1.8％。

12、上述的超細全尾砂充填膏體減水劑，進一步改進的，所述還原劑的用量為所述乙二醇單乙烯基聚乙二醇醚質量的0.12％～0.28％。

13、上述的超細全尾砂充填膏體減水劑，進一步改進的，所述鏈轉移劑為巰基乙酸、異丙醇、巰基乙醇中的至少一種。

14、上述的超細全尾砂充填膏體減水劑，進一步改進的，所述氧化劑為過硫酸銨、過氧化氫、過氧化鉀中的至少一種。

15、上述的超細全尾砂充填膏體減水劑，進一步改進的，所述還原劑為l-抗壞血酸、亞硫酸鈉、硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉中的至少一種。

16、上述的超細全尾砂充填膏體減水劑，進一步改進的，所述母液的制備方法包括以下步驟：

17、(1)將丙烯酸制成a液；將鏈轉移劑與還原劑制成b液；

18、(2)將乙二醇單乙烯基聚乙二醇醚和氧化劑混合進行攪拌，同時滴加a液、b液，得到母液。

19、上述的超細全尾砂充填膏體減水劑，進一步改進的，步驟(1)中，所述a液由丙烯酸與水混合后制備得到；所述b液由以下方法制備得到：將鏈轉移劑與還原劑與水混合，超聲5min～10min，得到b液。

20、上述的超細全尾砂充填膏體減水劑，進一步改進的，步驟(2)中，所述攪拌在溫度為20℃～40℃的條件下進行；所述攪拌的時間為1min～3min；所述a液和b液的滴加時間控制在0.5h～3h。

21、作為一個總的技術構思，本發(fā)明還提供了一種上述的超細全尾砂充填膏體減水劑的制備方法，包括以下步驟：將母液與羥丙基甲基纖維素混合，得到超細全尾砂充填膏體減水劑。

22、作為一個總的技術構思，本發(fā)明還提供了一種上述的超細全尾砂充填膏體減水劑或上述制備方法制得的超細全尾砂充填膏體減水劑在處理超細全尾砂充填膏體中的應用。

23、上述的應用，進一步改進的，所述應用包括以下步驟：將超細全尾砂充填膏體減水劑與超細全尾砂充填膏體混合，完成對超細全尾砂充填膏體的處理；所述超細全尾砂充填膏體減水劑的用量為所述超細全尾砂充填膏體總質量的0.06％～0.08％。

24、上述的應用，進一步改進的，所述超細全尾砂充填膏體由超細全尾砂、水泥和水組成；所述超細全尾砂中-19μm粒級的含量>50％、-74μm粒級的含量>80％、d50<19μm。

25、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

26、(1)針對現(xiàn)有聚羧酸減水劑存在的合成時間長、反應溫度高、經(jīng)濟效益差、適用性差、可操作性差、難以有效提高填充體抗壓強度和穩(wěn)定性等缺陷，本發(fā)明提供了一種超細全尾砂充填膏體減水劑，以乙二醇單乙烯基聚乙二醇醚為大單體，具有不飽和c＝c鍵且與o原子形成p-π共軛鍵，使得雙鍵電子云發(fā)生較大的偏移，從而導致其具有較高的聚合活性，因而以乙二醇單乙烯基聚乙二醇醚(epeg)為原料，使得本發(fā)明減水劑具有合成時間短、反應溫度低、經(jīng)濟效益好等優(yōu)勢，與此同時，以乙二醇單乙烯基聚乙二醇醚(epeg)為大單體制備得到的母液，通過提高充填膏體流動性，降低用水量，減少水泥用量，從而降低成本；在此基礎上，通過添加羥丙基甲基纖維素以及優(yōu)化羥丙基甲基纖維素的用量，可以利用羥丙基甲基纖維素與基體間的橋連作用，阻止充填體內部空隙和裂縫的形成，或改變其延伸方向，同時羥丙基甲基纖維素也會促進膠凝材料的水化作用，增加粘接強度，一方面，可以有效提高充填膏體的單軸抗壓強度和穩(wěn)定性，有利于提高充填膏體的抗壓強度，另一方面，針對超細全尾砂的粒級分布特征，通過優(yōu)化羥丙基甲基纖維素的黏度為60000mpa·s～80000mpa·s，可以有效改善減水劑的膠結性能，使得減水劑能夠將不同粒徑的超細全尾砂有效粘結在一起，特別是，當超細尾砂中超細粒級含量較高時，也能夠確保充填膏體具有足夠的膠結性能，同時也能有效避免因羥丙基甲基纖維素黏度過高而對硬化后膏體強度帶來不利影響。此外，羥丙基甲基纖維素用量過高時，會顯著增加膏體黏度，降低其流動性，使得施工難度增加；而羥丙基甲基纖維素用量過低時，較少的羥丙基甲基纖維素不足以阻止充填體內部空隙形成，從而影響充填體單軸抗壓強度。與常規(guī)聚羧酸減水劑相比，本發(fā)明超細全尾砂充填膏體減水劑具有以下優(yōu)勢：(a)所需合成時間短、反應溫度低、具有較好的經(jīng)濟效益。(b)合成步驟簡單，易溶于水、無毒無害，對環(huán)境和施工人員友好。(c)可適應不同類型的超細全尾砂類型，具有較強的通用性。(d)能夠顯著增加超細全尾砂充填膏體濃度，降低灰砂比，在大幅減少用水量情況下，提高流動性及強度，改善可操作性。(e)能夠減少超細全尾砂充填膏體中水泥用量，增加尾砂消耗量，同時保持或提高料漿性能，有助于節(jié)約材料成本和尾砂處理成本。本發(fā)明超細全尾砂充填膏體減水劑，具有合成時間短、反應溫度低、經(jīng)濟效益好、適用性好、可操作性好、能夠顯著提高填充體抗壓強度和穩(wěn)定性等優(yōu)點，是一種性能優(yōu)異的新型減水劑，可廣泛用于超細尾砂充填中，能夠實現(xiàn)對超細尾砂的有效充填，使用價值高，應用前景好，對于實現(xiàn)降本增效，以及對綠色的可持續(xù)性經(jīng)濟性發(fā)展具有重要意義。

27、(2)本發(fā)明中還提供了一種超細全尾砂充填膏體減水劑在處理超細全尾砂充填膏體中的應用，具體是：將超細全尾砂充填膏體減水劑與超細全尾砂充填膏體混合，在減水劑的作用下，可以在固體濃度高、灰砂比低的條件下有效提高充填體的擴展度、抗壓強度，對于實現(xiàn)對超細全尾砂的有效處理具有重要意義。

28、(3)本發(fā)明中，通過優(yōu)化超細全尾砂充填膏體減水劑的用量為超細全尾砂充填膏體總質量的0.06％～0.08％，有利于提高充填膏體流動性，能夠避免因過高用量而引發(fā)的氣泡增多、黏度增加、強度下降及凝結時間延長等問題，以及能夠避免因用量過低而導致的流動性不足、施工困難及強度不佳等問題，并且能夠降低材料成本，實現(xiàn)性能與經(jīng)濟效益的雙重優(yōu)化。