孙伟吉, 刘 浪, 2*, 侯东壮, 邱华富, 2, 屠冰冰, 辛 杰

1. 西安科技大学能源学院, 陕西 西安 710054 2. 教育部西部矿井开采及灾害防治重点实验室, 陕西 西安 710054 3. 西安科技大学地质与环境学院, 陕西 西安 710054 4. 西安科技大学理学院, 陕西 西安 710054

引 言

随着矿产资源开采强度的增加, 所产生的固废、 地表沉陷等一系列环境问题, 已成为制约我国“资源开采利用与环境协调发展”的重要因素[1]。 矿山充填技术作为“固废利用与采空区治理”协同发展的一部分, 能有效抑制地表沉降, 维护采场安全。 充填材料是由固体废弃物、 胶结剂和水按一定比例搅拌而成。 固体质量约占料浆总量的70%～85%, 胶结剂通常为硅酸盐水泥, 质量约占料浆总量的2%～7%, 但其成本却占据了充填成本的75%以上, 已成为充填矿山发展的瓶颈[2]。 因此, 寻求制备新型矿用复合胶凝材料将成为充填矿山发展的新动力。

镁渣(unmodified magnesium slag, UMS)是皮匠法炼镁工艺过程中产生的工业固废。 每冶炼1吨金属镁, 约产生5～10 t的镁渣。 就2019年陕西地区而言, 镁渣固废的年排放量达到350多万吨。 目前, 镁渣主要应用于耐火材料、 烟囱脱硫剂、 沥青改性等领域, 但消耗量仅占镁渣堆存总量的极少部分[3]。 经炼镁企业高温还原产出的镁渣, 因其矿物相β-C2S能自发地向γ-C2S转化, 伴随着体积膨胀、 粉化等问题, 最终形成小于100 μm的微粉。 由于缺乏成熟有效的利用途径, 大多数镁厂将其运送至野外空地掩埋或堆存于填埋场, 在风力或雨水的冲刷作用下, 溶出有害物质、 形成扬尘等, 极易造成严重的环境污染[4]。……