一種金礦尾礦選鐵后廢渣充填用的復(fù)合水泥固化劑的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于尾礦資源綜合利用及廢物無害化處理領(lǐng)域，提供一種利用水泥復(fù)合固化劑用于快速固化金礦尾礦選鐵后廢渣(簡稱金渣)。按照一定配比，將85wt%黃金尾礦金渣、15wt%復(fù)合水泥固化劑（堿性激發(fā)劑、硫酸鹽激發(fā)劑等），用混料機(jī)混合至均勻，然后加入固定質(zhì)量的水?dāng)嚢杈鶆?，再將攪拌過的混合料倒入模具中成型，最后將成型的試樣先放入空氣中養(yǎng)護(hù)1d，制得該固化金渣制品。本專固化劑所制得的固化金渣固化齡期1d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)1.0MPa以上，3d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)2.0MPa以上，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)2.5MPa以上。本發(fā)明方法使用的固化劑配方簡單、用量少，催化效果好，固化快速、固化產(chǎn)品早期強(qiáng)度高，實(shí)現(xiàn)了尾礦處置與綜合利用的統(tǒng)一。
【專利說明】
一種金礦尾礦選鐵后廢渣充填用的復(fù)合水泥固化劑
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于尾礦資源綜合利用及廢物無害化處理領(lǐng)域，具體涉及一種利用水泥復(fù)合固化劑快速固化金礦尾礦選鐵后廢渣。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，由于黃金工業(yè)的迅猛發(fā)展，礦山選礦廠的處理能力加大，相應(yīng)的排放尾礦也日益增加，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，黃金礦山現(xiàn)有的尾礦庫(壩)已達(dá)到368座。2005年，我國尾礦產(chǎn)生量為7.33億t，其利用率只有7%左右；而2010年，達(dá)到了 12.3億t，利用率只有14%;我國工業(yè)廢物的綜合利用率為60%左右，相比之下，尾礦的綜合利用率大大滯后于其他大宗固體廢棄物的綜合利用。由于礦山排放的尾礦量不斷增加，隨之而來的安全和環(huán)保問題日益突出。資料顯示，尾礦庫存在的隱患較多，不少的尾礦庫帶病運(yùn)行。近年來，我國尾礦庫垮塌事故接連不斷發(fā)生，造成了重大人員傷亡和環(huán)境污染，凸顯出我國尾礦庫已經(jīng)處于事故頻發(fā)期。因此，尾礦庫安全是制約企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重大安全問題。此外，尾礦庫是一個(gè)具有高勢能的人造泥石流危險(xiǎn)源，極其容易產(chǎn)生潰壩危險(xiǎn)，一旦失事，將給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及下游人民生命財(cái)產(chǎn)造成巨大的災(zāi)害和損失。資源開發(fā)和保護(hù)環(huán)境的矛盾尤為突出，是當(dāng)前政府急于破解的難題。采用固化劑處理尾礦廢渣，替代實(shí)心粘土磚和筑路用的沙石料項(xiàng)目，能夠破解這一難題。
[0003]黃金尾礦的綜合利用主要包括以下方面。一是尾礦再選。大部分黃金礦床礦石中都伴有銀、銅、鉛、鋅、硫等多種金屬。由于過去采金及選冶技術(shù)落后，致使相當(dāng)一部分金、銀等有價(jià)元素丟失在尾礦中。通過利用尾礦再選技術(shù)不僅提高資源回收率，也給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。二是作生產(chǎn)建筑材料。尾礦可作為重要的非金屬原料或建筑材料直接利用，比如制磚、制備微晶玻璃、制備微晶玻璃、生產(chǎn)硅酸鹽水泥等。三是用作井下充填料。開采礦產(chǎn)資源時(shí)地下形成大量采空區(qū)。礦山采空區(qū)回填是直接利用尾礦最行之有效的途徑之一，尤其對于無處設(shè)置尾礦庫的礦山企業(yè)，利用尾礦回填采空區(qū)就具有更大的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)意義。四是復(fù)墾造田。在一些鄰近城市或土地相對緊張的礦山，對礦山復(fù)墾造田尤為有利。尾礦庫復(fù)墾不僅防止揚(yáng)沙，而且美化環(huán)境，減少污染，兼具經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。其中將尾礦用作井下填充料用于礦山回填也是其中一個(gè)重要的利用途徑。在礦山的開采過程中，每開采It的礦石，大約需要回填0.25-0.4m3或者更多的填充料。而對于尾礦來說，則是一種較好的填充料，可以廢物利用、就地取材，免除采集、破碎、運(yùn)輸?shù)壬a(chǎn)填充料廢石的費(fèi)用。一般情況下，用尾礦作充填料，其充填費(fèi)用較低，僅為碎石充填費(fèi)用四分之一到十分之一。目前，尾礦漿在濃密池中加入混凝劑，使礦漿濃度提高到50%以上，再加水泥、石灰、石膏、粉煤灰等材料混合攪拌成為膏體，待其固化后再入庫壓實(shí)堆存。該法的優(yōu)點(diǎn)是對尾礦庫要求不高，無需排水設(shè)施，存在的問題是尾礦在高濃度條件下輸送難度很大，同時(shí)固化體需要二次壓實(shí)，工程量大，需要分區(qū)作業(yè)，實(shí)際上對場地的要求也很嚴(yán)格。
[0004]現(xiàn)有的尾礦堆存方式難以滿足在極端自然和氣象條件下的安全需要，而且固化時(shí)間長，早期強(qiáng)度低。要從根本上消除尾礦庫存在的潛在垮塌風(fēng)險(xiǎn)和降低運(yùn)行成本，就有必要研究開發(fā)新型的尾礦堆存技術(shù)和固化劑材料。中國專CN102527690A提出了鐵尾礦固化干堆的方法，以解決鐵尾礦的安全堆存問題。但是該方法采用的固化劑中使用大量的磨細(xì)工業(yè)廢渣后，固化體的強(qiáng)度偏低，7天的抗壓強(qiáng)度不足0.2MPa，固化劑使用量大，仍存在干堆難度較大的問題，尤其是在南方的雨季，未固化尾礦會(huì)再次泥化成為尾礦漿。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種復(fù)合型水泥固化劑，該材料的充填料漿凝固快，早期強(qiáng)度高，且初凝時(shí)間可以通過添加劑控制，大幅度地縮短采場回采周期，提高了采場生產(chǎn)率。技術(shù)的關(guān)鍵是如何選用合適的固化劑，并通過一定的施工工藝形成板結(jié)體。如用作回填，滿足無側(cè)限抗壓強(qiáng)度、長期穩(wěn)定性等一系列性能要求，本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的。
[0006]一種充填用固化劑處理金礦尾礦選鐵后廢渣(以下簡稱“金渣”)的方法，將固化劑與金渣均勻攪拌摻合，并摻加適量的膠結(jié)材料如熟石灰、水泥等。
[0007]本發(fā)明所提供一種金渣充填用固化劑按照下列原料百分比配比而成:其中所述金渣微粉的質(zhì)量百分比為80%_95%，所述堿性激發(fā)劑的質(zhì)量百分比為0%_10%，所述硫酸鹽激發(fā)劑的質(zhì)量百分比I%_10%，水灰比0.5-0.6。
[0008]所述礦渣微粉為黃金尾礦除鐵廢渣，所述金渣微粉粒度<23.55μπι的含量大于90%，平均粒徑為9.73μπι。金渣微粉的化學(xué)成分分析如下:SO3質(zhì)量百分比為33.95%; S12質(zhì)量百分比為30.96%;Fe203質(zhì)量百分比為16.79%;Α1203質(zhì)量百分比為33.95%;Ca0質(zhì)量百分比為2.85%; Na2O質(zhì)量百分比為2.39%。
[0009]所述的固化劑是42.5標(biāo)號(hào)以上的普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、鋁酸鈣、氫氧化鈉、氫氧化鉀、熟石灰、生石灰、氧化鎂、氫氧化鎂中任一種或二種以上的混合，所述堿性激發(fā)劑過200目標(biāo)準(zhǔn)篩后的篩余質(zhì)量<10%，優(yōu)選普通娃酸鹽水泥(P.0 52.5)和高招水泥(CA600)和熟石灰。
[0010]所述硫酸鹽激發(fā)劑為半水石膏、二水石膏、無水石膏、硫酸鈉中任一種或二種的混合，所述硫酸鹽激發(fā)劑過200目標(biāo)準(zhǔn)篩余質(zhì)量<10%，優(yōu)選的半水石膏和二水石膏。
[0011]普通硅酸鹽水泥組份的作用是經(jīng)水化、水解反應(yīng)生成水化膠凝物質(zhì)，產(chǎn)生土顆粒的膠結(jié)作用，為金渣提供后期強(qiáng)度。
[0012]鋁酸鹽水泥組分的作用是經(jīng)過快速水化，能夠起到快硬早強(qiáng)作用，且可以吸收金渣中的硫酸鹽。
[0013]激發(fā)劑的作用是能夠促進(jìn)礦粉中玻璃體結(jié)構(gòu)解體，加速礦粉的分散及活性組分的溶出，形成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，同時(shí)還能有效激發(fā)土顆粒中的礦物組分活性，促進(jìn)鋁酸鹽水泥產(chǎn)生鈣礬石，能夠補(bǔ)償水泥水化帶來的收縮，加快水化進(jìn)程。
[0014]本發(fā)明黃金尾礦除鐵廢渣充填用固化劑的制備方法具體步驟如下:
將黃金尾礦金渣、堿性激發(fā)劑、硫酸鹽激發(fā)劑用混料機(jī)混合至均勻，加入比例為金渣尾礦干基占85wt%，復(fù)合水泥固化劑占15wt%，然后將固定質(zhì)量的水加到混合料中，攪拌機(jī)攪拌1-5分鐘，將其用管道輸入礦井需要填充處，在該處填充的尾礦漿開始膨脹，將需要填充空間填滿，并開始固化，Id后填充體的抗壓強(qiáng)度能達(dá)到IMPa以上，3天后的抗壓強(qiáng)度能達(dá)到2MPa以上，7天后的抗壓強(qiáng)度能達(dá)到2.5MPa以上，28天后的抗壓強(qiáng)度能超過2.5MPa以上，符合中等填充體標(biāo)號(hào)。
[0015]本發(fā)明具有以下技術(shù)優(yōu)勢:
1、本發(fā)明生產(chǎn)成本低，實(shí)現(xiàn)尾礦砂的高附加值大宗利用，使其變廢為寶，實(shí)現(xiàn)尾礦砂廢棄物的資源化利用，降低了環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)了尾礦固化土的Id強(qiáng)度達(dá)到IMPa，可以滿足尾礦回填的應(yīng)用；
2、此固化劑成分簡單，固化工藝簡單，不用昂貴材料，容易工程實(shí)施，只需直接將金渣尾礦、固化劑、添加劑以及水直接混合即可進(jìn)行回填和堆存施工。在堆存過程中，混合料各組分將發(fā)生水化反應(yīng)，最終形成以水化鋁硅酸鹽為主的凝膠礦物。通過這種方式進(jìn)行的鐵尾礦固化與傳統(tǒng)技術(shù)相比，既節(jié)約了筑壩需要的粘土和砂石等天然資源，又利用了金渣尾礦，是一種尾礦安全堆存的技術(shù)方法；
3、本發(fā)明的金渣尾礦充填固化劑的固化能力強(qiáng)，加入少量就可以使尾礦漿在24-72小時(shí)內(nèi)將坑道充填加固，固化后的體積收縮率小。而目前的充填固化劑將尾礦漿固化到坑道被加固水平需要7天以上，使用單純的水泥作為固化材料需要使用水泥量占絕干尾礦質(zhì)量20 %以上才具有固化填充的效果。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明所述的一種黃金尾礦除鐵廢渣固化方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]本發(fā)明中所述水泥為42.5標(biāo)號(hào)以上的普通硅酸鹽水泥，例如普通硅酸鹽水泥(P.052.5)，出自山東水泥廠。
[0018]本發(fā)明中所述水泥為42.5標(biāo)號(hào)以上的鋁酸鹽水泥，本實(shí)驗(yàn)選用高鋁水泥(CA600)，出自鄭州登峰熔料有限公司。
[0019]本發(fā)明的固化劑還可以含有其他的輔料成分，例如二水石膏、熟石灰，其重量不超過固化劑重量的10%。
[0020]在更加優(yōu)選的實(shí)施例中，在金渣固化后，齡期Id無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)1.0MPa以上，3d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)2.0MPa以上，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)2.5MPa以上。
[0021]下面對本發(fā)明的實(shí)施例做詳細(xì)說明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0022]實(shí)施例1
1、三種復(fù)合固化劑的內(nèi)摻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，其復(fù)合固化劑配比如下:普通硅酸鹽水泥(P.0 52.5):70%;熟石灰:20%;高鋁水泥(CA600): 10%。金渣干基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%，本實(shí)驗(yàn)水灰比為0.535;
2、按照上述配比將黃金尾礦金渣85g、復(fù)合固化劑15g用混料機(jī)先共同混合均勻，然后將固定質(zhì)量的水加到混合料中，用水泥凈漿攪拌機(jī)攪拌4min，再將攪拌過的混合料倒入模具中成型，最后將成型的試樣先放入空氣中養(yǎng)護(hù)ld，制得該固化金渣制品；
3、金渣固化后，在齡期Id無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)1.0IMPa，3d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)3.24MPa，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為4.63MPa，28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為4.87MPa，同時(shí)固化產(chǎn)品的力學(xué)性能基本趨向穩(wěn)定。
[0023]實(shí)施例2
1、三種復(fù)合固化劑的內(nèi)摻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，其復(fù)合固化劑配比如下:普通硅酸鹽水泥(P.0 52.5):10%，熟石灰:20%，高鋁水泥(04600):70%，金渣干基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%，本實(shí)驗(yàn)水灰比為0.535;
2、按照上述配比將黃金尾礦金渣85g、復(fù)合固化劑取15g用混料機(jī)先共同混合均勻，然后將固定質(zhì)量的水加到混合料中，用水泥凈漿攪拌機(jī)攪拌4min，再將攪拌過的混合料倒入模具中成型，最后將成型的試樣先放入空氣中養(yǎng)護(hù)ld，制得該固化制品；
3、金渣固化后，在齡期Id無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)1.24MPa，3d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)1.66MPa，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.09MPa，28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.75MPa，28d固化金渣強(qiáng)度產(chǎn)生微倒縮。
[0024]實(shí)施例3
1、三種復(fù)合固化劑的內(nèi)摻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，其復(fù)合固化劑配比如下:普通硅酸鹽水泥(P.0 52.5): 75%; 二水石膏:10%;高鋁水泥(CA600): 15%。金渣干基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%，本實(shí)驗(yàn)水灰比為0.535;
2、按照上述配比將黃金尾礦金渣85g、復(fù)合固化劑15g用混料機(jī)先共同混合均勻，然后將固定質(zhì)量的水加到混合料中，用水泥凈漿攪拌機(jī)攪拌4min，再將攪拌過的混合料倒入模具中成型，最后將成型的試樣先放入空氣中養(yǎng)護(hù)ld，制得該固化制品；
3、金渣固化后，在齡期Id無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)1.18MPa，3d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)2.78MPa，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為3.89MPa，28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.90MPa，同時(shí)固化產(chǎn)品的力學(xué)性能基本趨向穩(wěn)定，與7d比強(qiáng)度產(chǎn)生倒縮。
[0025]實(shí)施例4
1、三種組分的內(nèi)摻質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，其配比如下:普通硅酸鹽水泥(P.052.5): 80%; 二水石膏:8%;高鋁水泥(CA600): 12%。金渣干基質(zhì)量分?jǐn)?shù)為85%，本實(shí)驗(yàn)水灰比為0.535;
2、按照上述配比將黃金尾礦金渣85g、復(fù)合固化劑15g用混料機(jī)先共同混合均勻，然后將固定質(zhì)量的水加到混合料中，用水泥凈漿攪拌機(jī)攪拌4min，再將攪拌過的混合料倒入模具中成型，最后將成型的試樣先放入空氣中養(yǎng)護(hù)ld，制得該固化制品；
3、金渣固化后，在齡期Id無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)1.26MPa，3d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)2.69MPa，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度3.63MPa，28d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為3.66MPa，符合中等標(biāo)號(hào)填充標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)固化產(chǎn)品的力學(xué)性能基本趨向穩(wěn)定。
[0026]經(jīng)過大量研究分析表明，所述復(fù)合材料形成的板結(jié)體含有較多的結(jié)晶體，并有鈣礬石晶體存在。該復(fù)合材料的反應(yīng)機(jī)理是這樣形成的，首先黃金尾礦除鐵廢渣的主要礦物成分主要是FeS2、石英、鉀長石、輝石等；該復(fù)合固化劑中高鋁水泥的主要成分是CA、CA2，普通硅酸鹽水泥的主要成分為硅酸一鈣、硅酸二鈣等。當(dāng)高鋁水泥、硅酸鹽水泥、激發(fā)劑與除鐵尾礦以及適量水摻配復(fù)合的時(shí)，發(fā)生如下一系列反應(yīng):高鋁水泥可以快速水化提供早期強(qiáng)度，并產(chǎn)生鈣礬石，補(bǔ)充硅酸鹽水泥水化產(chǎn)生是微收縮;同時(shí)普通硅酸鹽水泥的有效成分在含水狀態(tài)下發(fā)生強(qiáng)烈水解和水化作用，從而產(chǎn)生后期強(qiáng)度。同時(shí)從溶液中分解出氫氧化鈣與金渣中的硫酸鹽形成硫酸鈣水化產(chǎn)物，該水化物進(jìn)一步與金渣中的活性二氧化硅和三氧化二鋁反應(yīng)，形成低堿性硅酸鹽、鋁酸鹽水化物。該固化反應(yīng)在空氣中進(jìn)行，環(huán)境適應(yīng)性尚O
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種金礦尾礦選鐵后廢渣充填用復(fù)合水泥固化劑，制備方法如下:按照一定配比，將金礦尾礦選鐵后廢渣、堿性激發(fā)劑、硫酸鹽激發(fā)劑用混料機(jī)混合至均勻，然后將固定質(zhì)量的水加到混合料中，用水泥凈漿攪拌機(jī)攪拌4min，再將攪拌過的混合料倒入模具中成型，最后將成型的試樣先放入空氣中養(yǎng)護(hù)ld，制得該固化制品。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金礦尾礦選鐵后廢渣充填用固化劑，其特征在于:其中所述金渣微粉干基的質(zhì)量百分比為80 % -9 5 %，所述堿性激發(fā)劑的質(zhì)量百分比為I % -10 %，所述硫酸鹽激發(fā)劑的質(zhì)量百分比I %-10%，水灰比0.5-0.6。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金礦尾礦選鐵后廢渣充填用固化劑，其特征在于:本專利產(chǎn)品所述金渣微粉，粒度小于23.55μπι的含量大于90%，平均粒徑為9.73μπι，金渣微粉的化學(xué)成分分析如下:SO3質(zhì)量百分比為33.95%; S12質(zhì)量百分比為30.96%;Fe203質(zhì)量百分比為16.79%;Al2O3質(zhì)量百分比為33.95%; CaO質(zhì)量百分比為2.85%; Na2O質(zhì)量百分比為2.39%。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金礦尾礦選鐵后廢渣充填用固化劑，其特征在于:本專利產(chǎn)品所述的固化劑是42.5標(biāo)號(hào)以上的普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、鋁酸鈣、氫氧化鈉、氫氧化鉀、熟石灰、生石灰、氧化鎂、氫氧化鎂中任一種或二種以上的混合，優(yōu)選普通硅酸鹽水泥(P.052.5)和高鋁水泥(CA600)和熟石灰。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金礦尾礦選鐵后廢渣充填用固化劑，其特征在于:本專利產(chǎn)品所述的硫酸鹽激發(fā)劑為半水石膏、二水石膏、無水石膏、硫酸鈉中任一種或二種的混合，優(yōu)選的半水石膏和二水石膏。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金礦尾礦選鐵后廢渣充填用固化劑，其特征在于:本專利產(chǎn)品固化齡期Id無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)1.0MPa以上，3d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)2.0MPa以上，7d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度達(dá)2.5MPa以上，本產(chǎn)品可以快速固化用于尾礦的回填。
【文檔編號(hào)】C04B28/12GK106082902SQ201610424934
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】陳延昌, 王 琦, 宋鵬, 王利新, 羅志宏
【申請人】濟(jì)南大學(xué)