一种利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料及其制备方法

1.本发明涉及一种利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料及其制备方法，属于填料材料领域。


背景技术：

2.采场充填后，充填体的围岩支护和控制地压作用，对充填材料的研究和创新提出更高的要求。普通充填材料是将尾砂、水泥、水按一定比例混合后得到的，以料浆状态经管道输送到地下，待固化后成为充填体起工作平台或支护作用。随着矿床开发走向深部，上覆岩层压力的增大和无轨工作设备的增加对充填体的强度也提出了更高的要求。矿山企业为满足无轨设备使用条件，不得不以增加水泥用量、胶凝剂用量来提高充填体的抗压、抗拉和抗剪强度，但是不可避免的增加了充填成本，而且对充填体的抗断裂能力提高效果一般。
3.作为一个交通运输业大国，我国废旧轮胎产生量巨大，废旧轮胎回收利用的主要途径是制成橡胶粉，过程中回收的聚酯纤维密度小，易燃，通常得不到有效利用，被焚烧或掩埋。在造成资源浪费的同时，还不可避免的造成了环境的污染。


技术实现要素：

4.针对现有技术中，“处理废旧轮胎回收聚酯纤维这类废旧轮胎衍生固废的方法成本高、途径少、污染大”，以及“普通充填材料由尾砂、水泥与水混合而成，固化后强度低，若要提升强度，需要增加胶凝剂用量，增加大量成本”的问题，本发明提供一种利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料及废水吸附处理方法，将废旧轮胎回收聚酯纤维加入充填材料中充填进矿山进行封存，避免了火灾，占用耕地，等问题，并且增加充填材料强度，进而增加其安全性，并拓展废旧轮胎衍生固废的利用方式。
5.为解决上述技术问题，本发明采取的技术方案是，一种利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料，为由尾砂、水泥、废旧轮胎回收聚酯纤维和水混合而成的水泥基材料，水泥基材料的固体含量为75％；水泥基材料中的固体原料按照重量份数包括50重量份的水泥、6重量份的废旧轮胎回收聚酯纤维、1000重量份的尾砂。
6.优化的，上述利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料，尾砂为铁矿全尾砂，所述尾砂比重为2.76，粒度分布为d10＝20.41、d50＝79.62、d90＝208.89，均匀系数为3.88；所述水泥为标号42.5的硅酸盐水泥。
7.优化的，上述利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料，所述废旧轮胎回收聚酯纤维，其是废旧轮胎破碎生产橡胶粉过程中通过空气分离机收集的聚酯纤维，废旧轮胎回收聚酯纤维中包含橡胶粉杂质；废旧轮胎回收聚酯纤维比重为0.96，纤维平均长度10.0mm，纤维平均直径0.03mm；废旧轮胎回收聚酯纤维中的纤维的抗拉强度620mpa。
8.一种利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料的制备方法，通过以下步骤制备：
9.1)对废旧轮胎回收聚酯纤维和尾砂进行烘干处理；
10.2)将废旧轮胎回收聚酯纤维分散，并在分散过程中筛除废旧轮胎回收聚酯纤维中的部分橡胶粉杂质；
11.3)将6重量份的废旧轮胎回收聚酯纤维和50重量份的水泥均匀混合，在废旧轮胎回收聚酯纤维表面裹上一层水泥；
12.4)向步骤3)完成的混合物中加入1000重量份的尾砂后，再加入352重量份的水，充分搅拌，获得料浆。
13.优化的，上述利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料的制备方法，在步骤2)中，将废旧轮胎回收聚酯纤维使用两只钩爪背向相离拉扯并使其分散，并在分散的同时上下振动抖落废旧轮胎回收聚酯纤维中的部分橡胶粉杂质。
14.优化的，上述利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料的制备方法，在步骤2)中，将分散后的废旧轮胎回收聚酯纤维置于振动筛网之上，在筛网振动时敲击筛网，筛除废旧轮胎回收聚酯纤维中的部分橡胶粉杂质。
15.优化的，上述利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料的制备方法，步骤4)中，搅拌时间为10分钟。
16.优化的，上述利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料的制备方法，所述尾砂为铁矿全尾砂，所述尾砂比重为2.76，粒度分布为d10＝20.41、d50＝79.62、d90＝208.89，均匀系数为3.88；所述水泥为标号42.5的硅酸盐水泥。
17.优化的，上述利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料的制备方法，所述废旧轮胎回收聚酯纤维，其是废旧轮胎破碎生产橡胶粉过程中通过空气分离机收集的聚酯纤维，废旧轮胎回收聚酯纤维中包含橡胶粉杂质；废旧轮胎回收聚酯纤维比重为0.96，纤维平均长度10.0mm，纤维平均直径0.03mm；废旧轮胎回收聚酯纤维中的纤维的抗拉强度620mpa。
18.本技术的有益效果为：将废旧轮胎回收聚酯纤维加入充填材料中充填进矿山进行封存，避免了火灾和占用地表空间等问题。并且本发明使用废旧轮胎回收聚酯纤维替代原生纤维，利用了废旧轮胎回收聚酯纤维表面原有的经间苯二酚-甲醛-胶乳(rfl)浸渍法处理的特点，通过纤维亲水表面特性与充填材料基体形成较强的结合力，以更低的成本和环境代价取得了相似的强度增强效果。
附图说明
19.图1为本技术中聚合物细纤维改性胶结充填体在7天养护龄期和28天养护龄期下的单轴抗压强度值。
具体实施方式
20.下面结合具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。
21.本发明提供一种利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料，其为由尾砂、水泥、废旧轮胎回收聚酯纤维和水混合而成的水泥基材料，此种水泥基材料的固体含量为75％。
22.此种水泥基材料中的固体原料按照重量份数包括50重量份的水泥、6重量份的废旧轮胎回收聚酯纤维、1000重量份的尾砂，其余为水。
23.本技术的技术方案中，创造性地在矿山充填材料中添加废旧轮胎回收聚酯纤维，
获得了适用于充填采矿法支护作业的充填材料；研究结果显示，在所述充填材料中掺入废旧轮胎回收聚酯纤维除可以增强充填材料固化后的抗压强度外，还可降低水泥单耗，节约充填用水泥成本。
24.尾砂为铁矿全尾砂，所述尾砂比重为2.76，粒度分布为d10＝20.41、d50＝79.62、d90＝208.89，均匀系数为3.88；所述水泥为标号42.5的硅酸盐水泥。该粒径分布的尾砂成型质量好，适合作为矿山充填材料的骨料。
25.废旧轮胎回收聚酯纤维，其是废旧轮胎破碎生产橡胶粉过程中通过空气分离机收集的聚酯纤维，废旧轮胎回收聚酯纤维中包含橡胶粉杂质；废旧轮胎回收聚酯纤维比重为0.96，纤维平均长度10.0mm，纤维平均直径0.03mm；废旧轮胎回收聚酯纤维中的纤维的抗拉强度620mpa。
26.一种利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料的制备方法，通过以下步骤制备：
27.1)对废旧轮胎回收聚酯纤维和尾砂进行烘干处理；
28.2)将废旧轮胎回收聚酯纤维分散，并在分散过程中筛除废旧轮胎回收聚酯纤维中的部分橡胶粉杂质；
29.3)将6重量份的废旧轮胎回收聚酯纤维和50重量份的水泥均匀混合，在废旧轮胎回收聚酯纤维表面裹上一层水泥；
30.4)向步骤3)完成的混合物中加入1000重量份的尾砂后，再加入352重量份的水，充分搅拌10分钟，获得料浆。
31.本发明以全尾砂作为骨料，水泥作为胶结剂，废旧轮胎回收聚酯纤维作为增强材料，加水均匀搅拌制备成应用于矿山充填的充填材料。先将废旧轮胎回收聚酯纤维与水泥搅拌，使得废旧轮胎回收聚酯纤维表面裹有一层水泥，这有利于废旧轮胎回收聚酯纤维和尾砂基体之间的结合。由于所述废旧轮胎回收聚酯纤维的外形，可以桥接所述充填材料在受压过程中新产生的裂缝并在裂缝之间提供拉力，防止裂缝进一步扩大，从而增强所述充填材料的强度。充填材料中对于尾砂和废旧轮胎回收聚酯纤维的使用拓展了废旧轮胎衍生固废的利用方式，有利于缓解固废处置压力。
32.在步骤2)中，将废旧轮胎回收聚酯纤维使用两只钩爪背向相离拉扯并使其分散，并在分散的同时上下振动抖落废旧轮胎回收聚酯纤维中的部分橡胶粉杂质。
33.在步骤2)中，将分散后的废旧轮胎回收聚酯纤维置于振动筛网之上，在筛网振动时敲击筛网，筛除废旧轮胎回收聚酯纤维中的部分橡胶粉杂质。
34.下面，结合试验，进一步对本技术的技术方案进行说明。
35.本发明是将废旧轮胎回收聚酯纤维、尾砂、水泥和水按照特定的重量配比均匀搅拌混合而成，并输送至矿洞待固化后形成具有强度的充填体。其制备方法是称取特定重量的废旧轮胎回收聚酯纤维和水泥加入搅拌机器中均匀混合，然后依次加入特定重量的尾砂和水充分搅拌10分钟，制备成本发明的充填材料料浆。将制备的充填材料料浆浇筑进上口直径100mm、下口直径200mm、高度为300mm的标准坍落度筒内进行坍落度测试，记录坍落度值。另一方面，将制备的充填材料料浆浇筑进直径50mm、高度100mm的圆柱形塑料模具中等待12小时形成充填材料试件，将填充试件放入标准养护箱在20摄氏度和95％相对湿度下养护28天，养护结束后立即对试件进行单轴压缩试验，记录单轴抗压强度。
36.以下试验在料浆制备、试件制备、试验分析方法等均按照上述方法执行。实施例1和对比例1、对比例2中所用材料均可通过常规商业途径获得。对比例1中不添加任何纤维，对比例2中添加原生聚丙烯纤维作为本发明的对照组。
37.对比例1
38.将尾砂进行烘干处理，称取50重量份的水泥、1000重量份的尾砂和350重量份的水，进行料浆制备、试件制备、试验分析。试验分析结果如表1所示。
39.表1
[0040][0041]
对比例2
[0042]
将尾砂和原生聚丙烯纤维进行烘干处理，称取6重量份的原生聚丙烯纤维、50重量份的水泥、1000重量份的尾砂和352重量份的水，进行料浆制备、试件制备、试验分析。试验分析结果如表2所示。
[0043]
表2
[0044][0045]
实施例1
[0046]
将尾砂和废旧轮胎回收聚酯纤维进行烘干处理，称取6重量份的废旧轮胎回收聚酯纤维(保留橡胶粉杂质)、50重量份的水泥、1000重量份的尾砂和352重量份的水，进行料浆制备、试件制备、试验分析。试验分析结果如表3所示。
[0047]
实施例2
[0048]
将尾砂和废旧轮胎回收聚酯纤维进行烘干处理，称取6重量份的废旧轮胎回收聚酯纤维(筛去橡胶粉杂质)、50重量份的水泥、1000重量份的尾砂和352重量份的水，进行料浆制备、试件制备、试验分析。试验分析结果如表4所示。
[0049]
表3
[0050][0051]
表4
[0052][0053]
通过对比表1、2、3、4的实验结果可知，本发明坍落度良好，可以使用管道输送；添加了废旧轮胎回收聚酯纤维和原生聚丙烯纤维的充填材料7天、28天抗压强度相比无纤维普通充填体均有提高，其中掺0.6％原生聚丙烯纤维的充填材料7天抗压强度和28天抗压强度分别提高了22.8％和6.1％；掺0.6％保留橡胶粉杂质的回收聚酯纤维的充填材料7天抗压强度和28天抗压强度分别提高了25.7％和7.1％；掺0.6％，筛去橡胶粉杂质的回收聚酯纤维的充填材料7天抗压强度和28天抗压强度分别提高了28％和12.8％。在充填材料中添加废旧轮胎回收聚酯纤维与添加原生聚丙烯纤维，获得的强度提升效果类似。
[0054]
如下表表5所示。掺入0.3％的回收聚酯纤维后，由于纤维数量少，桥接裂缝的机会少，因此对矿山充填材料强度的增加作用效果有限，与无纤维普通充填材料相比，7天抗压强度仅提高了0.2％，28天抗压强度提高了4.7％。掺0.3％原生聚丙烯纤维的矿山充填材料提升效果同样有限。印证了纤维数量不足限制了回收纤维对矿山充填材料强度的提升效果。
[0055]
掺入0.9％的回收聚酯纤维后，由于纤维分散效果差，缠绕成团严重，合并橡胶粉杂质的增多，导致对矿山充填材料强度的增加效果较差，因此不宜采用该掺量。
[0056]
表5
[0057][0058]
充填体压缩失效应变是指充填体在压缩试验时达到峰值应力时对应的轴向应变，是反映充填体延性的一个重要力学参数。无纤维的普通充填材料7天和28天失效应变分别为1.8％和0.9％，而掺0.6％保留橡胶粉杂质的回收聚酯纤维的充填材料7天和28天失效应变分别为3.2％和2.4％，掺0.6％筛去橡胶粉杂质的回收聚酯纤维的充填材料7天和28天失效应变分别为3.0％和2.1％。因此掺0.6％回收聚酯纤维的充填材料相比无纤维的普通充填材料延性均出现了明显提高。
[0059]
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料，其特征在于：为由尾砂、水泥、废旧轮胎回收聚酯纤维和水混合而成的水泥基材料，水泥基材料的固体含量为75％；水泥基材料中的固体原料按照重量份数包括50重量份的水泥、6重量份的废旧轮胎回收聚酯纤维、1000重量份的尾砂。2.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料，其特征在于：所述尾砂为铁矿全尾砂，所述尾砂比重为2.76，粒度分布为d10＝20.41、d50＝79.62、d90＝208.89，均匀系数为3.88；所述水泥为标号42.5的硅酸盐水泥。3.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料，其特征在于：所述废旧轮胎回收聚酯纤维，其是废旧轮胎破碎生产橡胶粉过程中通过空气分离机收集的聚酯纤维，废旧轮胎回收聚酯纤维中包含橡胶粉杂质；废旧轮胎回收聚酯纤维比重为0.96，纤维平均长度10.0mm，纤维平均直径0.03mm；废旧轮胎回收聚酯纤维中的纤维的抗拉强度620mpa。4.一种利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料的制备方法，其特征在于：通过以下步骤制备：1)对废旧轮胎回收聚酯纤维和尾砂进行烘干处理；2)将废旧轮胎回收聚酯纤维分散，并在分散过程中筛除废旧轮胎回收聚酯纤维中的部分橡胶粉杂质；3)将6重量份的废旧轮胎回收聚酯纤维和50重量份的水泥均匀混合，在废旧轮胎回收聚酯纤维表面裹上一层水泥；4)向步骤3)完成的混合物中加入1000重量份的尾砂后，再加入352重量份的水，充分搅拌，获得料浆。5.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料的制备方法，其特征在于：在步骤2)中，将废旧轮胎回收聚酯纤维使用两只钩爪背向相离拉扯并使其分散，并在分散的同时上下振动抖落废旧轮胎回收聚酯纤维中的部分橡胶粉杂质。6.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料的制备方法，其特征在于：在步骤2)中，将分散后的废旧轮胎回收聚酯纤维置于振动筛网之上，在筛网振动时敲击筛网，筛除废旧轮胎回收聚酯纤维中的部分橡胶粉杂质。7.根据权利要求1所述的利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料的制备方法，其特征在于：步骤4)中，搅拌时间为10分钟。8.根据权利要求4所述的利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料的制备方法，其特征在于：所述尾砂为铁矿全尾砂，所述尾砂比重为2.76，粒度分布为d10＝20.41、d50＝79.62、d90＝208.89，均匀系数为3.88；所述水泥为标号42.5的硅酸盐水泥。9.根据权利要求4所述的利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料的制备方法，其特征在于：所述废旧轮胎回收聚酯纤维，其是废旧轮胎破碎生产橡胶粉过程中通过空气分离机收集的聚酯纤维，废旧轮胎回收聚酯纤维中包含橡胶粉杂质；废旧轮胎回收聚酯纤维比重为0.96，纤维平均长度10.0mm，纤维平均直径0.03mm；废旧轮胎回收聚酯纤维中的纤维的抗拉强度620mpa。

技术总结
本申请公开了一种利用废旧轮胎回收聚酯纤维的矿山充填材料及其制备方法，属于矿山填充领域。本申请的技术方案中，将废旧轮胎回收聚酯纤维、尾砂、水泥和水按照特定的重量配比均匀搅拌混合而成，并输送至矿洞待固化后形成具有强度的充填体作为人工矿柱等结构。其制备方法是称取特定重量的废旧轮胎回收聚酯纤维和水泥加入搅拌机器中均匀混合，然后依次加入特定重量的尾砂和水充分搅拌10分钟，制备成本发明的充填材料料浆。本发明的优点在于它能克服现有技术的弊端，将废旧轮胎回收聚酯纤维加入充填材料中充填进矿山进行封存，避免了火灾，占用耕地，等问题，并且增加充填材料强度，进而增加其安全性，拓展废旧轮胎衍生固废的利用方式。用方式。用方式。


技术研发人员：于卓群 谈然 刘作为
受保护的技术使用者：烟台大学
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/20