一種金礦尾礦選鐵后廢渣充填用的復合水泥固化劑的制作方法
【專利摘要】本發明屬于尾礦資源綜合利用及廢物無害化處理領域，提供一種利用水泥復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%復合水泥固化劑（堿性激發劑、硫酸鹽激發劑等），用混料機混合至均勻，然后加入固定質量的水攪拌均勻，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護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無側限抗壓強度達1.0MPa以上，3d無側限抗壓強度達2.0MPa以上，7d無側限抗壓強度達2.5MPa以上。本發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、固化產品早期強度高，實現了尾礦處置與綜合利用的統一。
【專利說明】
一種金礦尾礦選鐵后廢渣充填用的復合水泥固化劑
技術領域
[0001]本發明屬于尾礦資源綜合利用及廢物無害化處理領域，具體涉及一種利用水泥復合固化劑快速固化金礦尾礦選鐵后廢渣。
【背景技術】
[0002]近年來，由于黃金工業的迅猛發展，礦山選礦廠的處理能力加大，相應的排放尾礦也日益增加，據不完全統計，黃金礦山現有的尾礦庫(壩)已達到368座。2005年，我國尾礦產生量為7.33億t，其利用率只有7%左右；而2010年，達到了 12.3億t，利用率只有14%;我國工業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行。近年來，我國尾礦庫垮塌事故接連不斷發生，造成了重大人員傷亡和環境污染，凸顯出我國尾礦庫已經處于事故頻發期。因此，尾礦庫安全是制約企業可持續發展的重大安全問題。此外，尾礦庫是一個具有高勢能的人造泥石流危險源，極其容易產生潰壩危險，一旦失事，將給工農業生產及下游人民生命財產造成巨大的災害和損失。資源開發和保護環境的矛盾尤為突出，是當前政府急于破解的難題。采用固化劑處理尾礦廢渣，替代實心粘土磚和筑路用的沙石料項目，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落后，致使相當一部分金、銀等有價元素丟失在尾礦中。通過利用尾礦再選技術不僅提高資源回收率，也給企業帶來巨大的經濟效益。二是作生產建筑材料。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、生產硅酸鹽水泥等。三是用作井下充填料。開采礦產資源時地下形成大量采空區。礦山采空區回填是直接利用尾礦最行之有效的途徑之一，尤其對于無處設置尾礦庫的礦山企業，利用尾礦回填采空區就具有更大的環境和經濟意義。四是復墾造田。在一些鄰近城市或土地相對緊張的礦山，對礦山復墾造田尤為有利。尾礦庫復墾不僅防止揚沙，而且美化環境，減少污染，兼具經濟效益、社會效益和環境效益。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、運輸等生產填充料廢石的費用。一般情況下，用尾礦作充填料，其充填費用較低，僅為碎石充填費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堆存。該法的優點是對尾礦庫要求不高，無需排水設施，存在的問題是尾礦在高濃度條件下輸送難度很大，同時固化體需要二次壓實，工程量大，需要分區作業，實際上對場地的要求也很嚴格。
[0004]現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，而且固化時間長，早期強度低。要從根本上消除尾礦庫存在的潛在垮塌風險和降低運行成本，就有必要研究開發新型的尾礦堆存技術和固化劑材料。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工業廢渣后，固化體的強度偏低，7天的抗壓強度不足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，未固化尾礦會再次泥化成為尾礦漿。
【發明內容】
[0005]為了解決上述現有技術中的不足，本發明提供了一種復合型水泥固化劑，該材料的充填料漿凝固快，早期強度高，且初凝時間可以通過添加劑控制，大幅度地縮短采場回采周期，提高了采場生產率。技術的關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體。如用作回填，滿足無側限抗壓強度、長期穩定性等一系列性能要求，本發明的目的是這樣實現的。
[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，并摻加適量的膠結材料如熟石灰、水泥等。
[0007]本發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量百分比為80%_95%，所述堿性激發劑的質量百分比為0%_10%，所述硫酸鹽激發劑的質量百分比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。金渣微粉的化學成分分析如下:SO3質量百分比為33.95%; S12質量百分比為30.96%;Fe203質量百分比為16.79%;Α1203質量百分比為33.95%;Ca0質量百分比為2.85%; Na2O質量百分比為2.39%。
[0009]所述的固化劑是42.5標號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，所述堿性激發劑過200目標準篩后的篩余質量<10%，優選普通娃酸鹽水泥(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，所述硫酸鹽激發劑過200目標準篩余質量<10%，優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水化、水解反應生成水化膠凝物質，產生土顆粒的膠結作用，為金渣提供后期強度。
[0012]鋁酸鹽水泥組分的作用是經過快速水化，能夠起到快硬早強作用，且可以吸收金渣中的硫酸鹽。
[0013]激發劑的作用是能夠促進礦粉中玻璃體結構解體，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，同時還能有效激發土顆粒中的礦物組分活性，促進鋁酸鹽水泥產生鈣礬石，能夠補償水泥水化帶來的收縮，加快水化進程。
[0014]本發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、堿性激發劑、硫酸鹽激發劑用混料機混合至均勻，加入比例為金渣尾礦干基占85wt%，復合水泥固化劑占15wt%，然后將固定質量的水加到混合料中，攪拌機攪拌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后填充體的抗壓強度能達到IMPa以上，3天后的抗壓強度能達到2MPa以上，7天后的抗壓強度能達到2.5MPa以上，28天后的抗壓強度能超過2.5MPa以上，符合中等填充體標號。
[0015]本發明具有以下技術優勢:
1、本發明生產成本低，實現尾礦砂的高附加值大宗利用，使其變廢為寶，實現尾礦砂廢棄物的資源化利用，降低了環境污染，實現了尾礦固化土的Id強度達到IMPa，可以滿足尾礦回填的應用；
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行回填和堆存施工。在堆存過程中，混合料各組分將發生水化反應，最終形成以水化鋁硅酸鹽為主的凝膠礦物。通過這種方式進行的鐵尾礦固化與傳統技術相比，既節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方法；
3、本發明的金渣尾礦充填固化劑的固化能力強，加入少量就可以使尾礦漿在24-72小時內將坑道充填加固，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量20 %以上才具有固化填充的效果。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明所述的一種黃金尾礦除鐵廢渣固化方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0017]本發明中所述水泥為42.5標號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]本發明中所述水泥為42.5標號以上的鋁酸鹽水泥，本實驗選用高鋁水泥(CA600)，出自鄭州登峰熔料有限公司。
[0019]本發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]在更加優選的實施例中，在金渣固化后，齡期Id無側限抗壓強度達1.0MPa以上，3d無側限抗壓強度達2.0MPa以上，7d無側限抗壓強度達2.5MPa以上。
[0021]下面對本發明的實施例做詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。
[0022]實施例1
1、三種復合固化劑的內摻質量分數為15%，其復合固化劑配比如下:普通硅酸鹽水泥(P.0 52.5):70%;熟石灰:20%;高鋁水泥(CA600): 10%。金渣干基質量分數為85%，本實驗水灰比為0.535;
2、按照上述配比將黃金尾礦金渣85g、復合固化劑15g用混料機先共同混合均勻，然后將固定質量的水加到混合料中，用水泥凈漿攪拌機攪拌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護ld，制得該固化金渣制品；
3、金渣固化后，在齡期Id無側限抗壓強度達1.0IMPa，3d無側限抗壓強度達3.24MPa，7d無側限抗壓強度為4.63MPa，28d無側限抗壓強度為4.87MPa，同時固化產品的力學性能基本趨向穩定。
[0023]實施例2
1、三種復合固化劑的內摻質量分數為15%，其復合固化劑配比如下:普通硅酸鹽水泥(P.0 52.5):10%，熟石灰:20%，高鋁水泥(04600):70%，金渣干基質量分數為85%，本實驗水灰比為0.535;
2、按照上述配比將黃金尾礦金渣85g、復合固化劑取15g用混料機先共同混合均勻，然后將固定質量的水加到混合料中，用水泥凈漿攪拌機攪拌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護ld，制得該固化制品；
3、金渣固化后，在齡期Id無側限抗壓強度達1.24MPa，3d無側限抗壓強度達1.66MPa，7d無側限抗壓強度為2.09MPa，28d無側限抗壓強度為1.75MPa，28d固化金渣強度產生微倒縮。
[0024]實施例3
1、三種復合固化劑的內摻質量分數為15%，其復合固化劑配比如下:普通硅酸鹽水泥(P.0 52.5): 75%; 二水石膏:10%;高鋁水泥(CA600): 15%。金渣干基質量分數為85%，本實驗水灰比為0.535;
2、按照上述配比將黃金尾礦金渣85g、復合固化劑15g用混料機先共同混合均勻，然后將固定質量的水加到混合料中，用水泥凈漿攪拌機攪拌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護ld，制得該固化制品；
3、金渣固化后，在齡期Id無側限抗壓強度達1.18MPa，3d無側限抗壓強度達2.78MPa，7d無側限抗壓強度為3.89MPa，28d無側限抗壓強度為2.90MPa，同時固化產品的力學性能基本趨向穩定，與7d比強度產生倒縮。
[0025]實施例4
1、三種組分的內摻質量分數為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%。金渣干基質量分數為85%，本實驗水灰比為0.535;
2、按照上述配比將黃金尾礦金渣85g、復合固化劑15g用混料機先共同混合均勻，然后將固定質量的水加到混合料中，用水泥凈漿攪拌機攪拌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護ld，制得該固化制品；
3、金渣固化后，在齡期Id無側限抗壓強度達1.26MPa，3d無側限抗壓強度達2.69MPa，7d無側限抗壓強度3.63MPa，28d無側限抗壓強度為3.66MPa，符合中等標號填充標準，同時固化產品的力學性能基本趨向穩定。
[0026]經過大量研究分析表明，所述復合材料形成的板結體含有較多的結晶體，并有鈣礬石晶體存在。該復合材料的反應機理是這樣形成的，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。當高鋁水泥、硅酸鹽水泥、激發劑與除鐵尾礦以及適量水摻配復合的時，發生如下一系列反應:高鋁水泥可以快速水化提供早期強度，并產生鈣礬石，補充硅酸鹽水泥水化產生是微收縮;同時普通硅酸鹽水泥的有效成分在含水狀態下發生強烈水解和水化作用，從而產生后期強度。同時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物，該水化物進一步與金渣中的活性二氧化硅和三氧化二鋁反應，形成低堿性硅酸鹽、鋁酸鹽水化物。該固化反應在空氣中進行，環境適應性尚O
【主權項】
1.一種金礦尾礦選鐵后廢渣充填用復合水泥固化劑，制備方法如下:按照一定配比，將金礦尾礦選鐵后廢渣、堿性激發劑、硫酸鹽激發劑用混料機混合至均勻，然后將固定質量的水加到混合料中，用水泥凈漿攪拌機攪拌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護ld，制得該固化制品。2.根據權利要求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量百分比為80 % -9 5 %，所述堿性激發劑的質量百分比為I % -10 %，所述硫酸鹽激發劑的質量百分比I %-10%，水灰比0.5-0.6。3.根據權利要求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，金渣微粉的化學成分分析如下:SO3質量百分比為33.95%; S12質量百分比為30.96%;Fe203質量百分比為16.79%;Al2O3質量百分比為33.95%; CaO質量百分比為2.85%; Na2O質量百分比為2.39%。4.根據權利要求1所述的金礦尾礦選鐵后廢渣充填用固化劑，其特征在于:本專利產品所述的固化劑是42.5標號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，優選普通硅酸鹽水泥(P.052.5)和高鋁水泥(CA600)和熟石灰。5.根據權利要求1所述的金礦尾礦選鐵后廢渣充填用固化劑，其特征在于:本專利產品所述的硫酸鹽激發劑為半水石膏、二水石膏、無水石膏、硫酸鈉中任一種或二種的混合，優選的半水石膏和二水石膏。6.根據權利要求1所述的金礦尾礦選鐵后廢渣充填用固化劑，其特征在于:本專利產品固化齡期Id無側限抗壓強度達1.0MPa以上，3d無側限抗壓強度達2.0MPa以上，7d無側限抗壓強度達2.5MPa以上，本產品可以快速固化用于尾礦的回填。
【文檔編號】C04B28/12GK106082902SQ201610424934
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】陳延昌, 王 琦, 宋鵬, 王利新, 羅志宏
【申請人】濟南大學