CN100531945C - 一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法 - Google Patents
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Abstract
一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，其特征在于将重量浓度40.2%～45.5%的铝土矿选矿尾矿浆液与基料、胶凝激发剂混合，搅拌形成重量浓度42.5%～52.7%的膏体后排入尾矿堆场，凝结形成具有一定堆积角和一定强度的堆存体，其中基料添加量是干尾矿重的10%～33.3%，胶凝激发剂添加量是干尾矿重的3%～10%。本发明可提高铝土矿选矿尾矿堆存的安全性、减少铝土矿选矿尾矿堆存造成的环境污染、节省铝土矿选矿尾矿堆存的土地资源，社会效益和环境效益可观。
Description
技术领域
一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，涉及一种用于生产氧化铝的铝土矿选矿过程的尾矿处理方法，特别是选矿尾矿的堆存方法。
背景技术
我国的铝土矿类型主要以一水硬铝石型铝土矿为主，具有高铝、高硅、中低铝硅比的特点。对于一水硬铝石型铝土矿，工业上多采用混联法和烧结法生产氧化铝的技术，投资大、流程复杂、能耗高。
近年来为了经济合理地利用我国中低铝硅比铝土矿资源，通过选矿脱硅提高铝土矿的品位，然后再用经济的拜耳法进行氧化铝生产，已成为利用中低品位铝土矿资源生产氧化铝的节能、经济的有效方法，形成了铝土矿选矿拜耳法生产氧化铝新工艺，并已进行了新工艺的产业化生产。
作为一项创新工艺，选矿拜耳法同时也带来了一个新的问题：与常规拜耳法只有赤泥一种废弃物相比，选矿拜耳法又多了一种废弃物——铝土矿选矿尾矿。在现有技术中，铝土矿选矿尾矿的堆存方法采用的是选矿领域常规的湿式筑坝堆存方法，即将重量浓度8％～10％的铝土矿选矿尾矿浆脱水至重量浓度大于20％后，用泵输送至尾矿堆场湿式堆存，尾矿堆场采用四周筑坝式尾矿库。
表1～2列出了铝土矿选矿尾矿的物相组成与粒度分布。
表1 铝土矿选矿尾矿的物相组成
| —水硬铝石(％) | 高岭石(％) | 伊利石(％) | 赤铁矿(％) | 锐钛矿(％) | 金红石(％) | 方解石(％) |
| 26.29 | 22～34 | 21～35 | 6～9 | 2～4 | 0.7～1.0 | 1.5～2.5 |
表2 铝土矿选矿尾矿的粒度分布
| D<sub>[4，3]</sub>(μm) | D<sub>(0.5)</sub>(μm) | <74μm(％) | <45μm(％) | <10μm(％) | <5μm(％) |
| 14～16 | 7～10 | 95～99 | 90～94 | 50～65 | 35～45 |
由于铝土矿选矿尾矿中含有大量的高岭石、伊利石等粘土矿物，因此铝土矿选矿尾矿具有与粘土矿物类似的理化特性：极细的粒度组成，极差的沉降和压缩性能，极缓慢的固结速率，并具有较强的复水性能、膨胀性能，这些特性导致：
(1)铝土矿选矿尾矿的堆积角小于2°，堆存容积大，占用了大量的土地资源；
(2)铝土矿选矿尾矿在尾矿库长期湿式堆存后，其孔隙中仍滞留大量的水，形态极为粘稠、质软，难以干燥固结，无法形成稳定的硬化堆积，严重影响尾矿库安全。
(3)铝土矿选矿尾矿中残留的选矿药剂使地下水受到污染。
随着铝土矿选矿拜耳法产业化生产的持续运行，常规的湿式筑坝堆存方式使得铝土矿选矿尾矿堆存库容不断加大，尾矿库坝体不断加高，其经营费用增高、安全隐患加大、环境污染加剧。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述已有技术存在的不足，提供一种能有效减少尾矿堆积占地面积，能有效形成稳定的硬化堆积，提高尾矿库安全性，消除残留的选矿药剂产生污染的铝土矿选矿尾矿堆存方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，其特征在于铝土矿选矿尾矿浆液与基料、胶凝激发剂混合，搅拌形成重量浓度42.5％～52.7％的膏体后排入尾矿堆场，其中基料添加量是干尾矿重的10％～33.3％，胶凝激发剂添加量是干尾矿重的3％～10％。
本发明的一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，其特征在于铝土矿选矿尾矿浆液的重量浓度为40.2％～45.5％。
本发明的一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，其特征在于所述的基料是具有一定火山灰活性或潜在水硬性的材料。
本发明的一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，其特征在于所述具有一定火山灰活性或潜在水硬性的材料是粉煤灰、粒化高炉矿渣、煤矸石、赤泥、硅灰、火山灰、浮石的任何一种和/或几种的混合物。
本发明的一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，其特征在于所述的胶凝激发剂是水泥、石灰、石膏、水玻璃的任何一种和/或几种的混合物。
本发明的一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，其特征在于膏体的塌落度在22cm～27cm。
本发明的一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，其特征在于膏体排入尾矿堆场是采用管道自流或泵输送的方式。
本发明的方法，在铝土矿选矿尾矿堆存时添加基料，这些基料是具有一定火山灰活性或潜在水硬性的材料，以粉煤灰为例，基料的作用如下：
(1)粉煤灰具有一定的胶凝固化作用。
粉煤灰单独作为胶凝剂使用时，其本身的粘结性很小，但粉煤灰中含有大量的表面光滑的玻璃微珠，这些玻璃微珠含有较高的化学内能，热力学上处于不稳定状态，具有潜在活性，用水泥等胶凝激发剂对其潜在活性进行激发，使粉煤灰中的活性SiO2和Al2O3与水泥水化过程析出的Ca(OH)2相互发生火山灰反应，可生成较稳定的水化硅酸钙和水化铝酸钙凝胶，其化学机理如下：
mCaO+nH2O+SiO2(粉煤灰)＝mCaO·SiO2·nH2O(水化硅酸钙凝胶)
mCaO+nH2O+Al2O3(粉煤灰)＝mCaO·Al2O3·nH2O(水化铝酸钙凝胶)
这两种凝胶具有胶凝能力，从而可进一步加强铝土矿浮选尾矿堆存时的胶结固化作用，使膏体凝结、硬化并具有一定强度。
(2)粉煤灰能改善膏体性能。
粉煤灰颗粒多呈球形，表面光滑，适量粉煤灰的存在可改善膏体制备的和易性、降低膏体输送时的管道阻力、改善膏体的泵送性能。
(3)粉煤灰来源广、成本低。
粉煤灰是一种固体废弃物，也需排放堆存，作为膏体组成材料其成本极低。
(4)粉煤灰可提高膏体浓度。
添加干粉煤灰可使膏体的浓度提高约10％。
在铝土矿选矿尾矿堆存时添加胶凝激发剂，有两方面的作用，一是利用胶凝激发剂的胶凝作用，使膏体颗粒胶结起来，以改善膏体的性能，促使膏体凝结、硬化，形成具有一定强度的稳定的硬化堆积，二是利用胶凝激发剂的激发水化作用，使具有一定火山灰活性或潜在水硬性的基料的潜在活性得以发挥，促进凝结硬化，从而解决铝土矿选矿尾矿湿式堆存带来的堆积角小、占地面积大、固结难度大、残留选矿药剂污染地下水的问题。
以水泥作为胶凝激发剂为例，其胶凝原理如下：
当水泥加入到膏体后，水泥中的化合物，如硅酸三钙、硅酸二钙和铝酸三钙、铁铝酸四钙等，立即开始水化反应，生成水化产物，其反应式如下：
2 (3CaO·SiO2)+6H2O＝3CaO·2SiO2·3H2O+3Ca(OH)2
2 (2CaO·SiO2)+4H2O＝3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2
3 CaO·Al2O3+6H2O＝3CaO·Al2O3·6H2O
3CaO·Al2O3+Ca(OH)2+12H2O＝4CaO·Al2O3·13H2O
4CaO·Al2O3·13H2O+3(CaSO4·2H2O)+14H2O
＝3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+Ca(OH)2
4 CaO·Al2O3·Fe2O3+7H2O＝3CaO·Al2O3·6H2O+CaO·Al2O3·H2O
水泥水化后生成了水化硅酸钙(又称C-S-H凝胶，约占70％)和水化铁酸钙凝胶、氢氧化钙、水化铝酸钙和水化硫铝酸钙晶体。由于生产的胶体状水化产物不断增多并在某些点接触，构成疏松的网状结构，使浆体失去流动性及可塑性而形成凝结，此后由于生成的水化产物不断增多，它们相互接触连生，到一定程度就建立起较为紧密的网状结晶结构，并在网状结构内部不断充实水化产物，使膏体逐步硬化、胶结凝固。
以水泥作为胶凝激发剂为例，其激发水化作用原理在粉煤灰的胶凝固化作用中已有叙述。
本发明的方法适合各种类型铝土矿的选矿除杂尾矿堆存。采用本发明的方法处理的膏体后排入尾矿堆场，可以凝结形成具有一定堆积角和一定强度的堆存体，提高了铝土矿选矿尾矿堆存的安全性、节省铝土矿选矿尾矿堆存的土地资源、减少铝土矿选矿尾矿堆存造成的环境污染，社会效益和环境效益可观。
具体实施方式
一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，将重量浓度40.2％～45.5％的铝土矿选矿尾矿浆液与基料、胶凝激发剂混合，搅拌形成重量浓度42.5％～52.7％的膏体后排入尾矿堆场，凝结形成具有一定堆积角和一定强度的堆存体，其中基料添加量是干尾矿重的10％～33.3％，胶凝激发剂添加量是干尾矿重的3％～10％。基料是具有一定火山灰活性或潜在水硬性的材料。具有一定火山灰活性或潜在水硬性的材料是粉煤灰、粒化高炉矿渣、煤矸石、赤泥、硅灰、火山灰、浮石的任何一种和/或几种的混合物。胶凝激发剂是各类水泥、石灰、石膏、水玻璃的任何一种和/或几种的混合物。膏体的塌落度在22cm～27cm。膏体排入尾矿堆场可以采用管道自流或泵输送的方式。
实施例1
重量浓度45.5％的铝土矿选矿尾矿，与干粉煤灰、普通硅酸盐水泥混合，粉煤灰添加量是干尾矿重的33.3％，普通硅酸盐水泥添加量是干尾矿重的3％，搅拌形成重量浓度52.7％的膏体，膏体的塌落度22cm，膏体用泵排入尾矿堆场，凝结形成具有一定堆积角和一定强度的堆存体，经测试堆存体堆积角22
堆存体试块的28天抗压强度为1.5MPa。
实施例2
重量浓度40.2％的铝土矿选矿尾矿，与干粉煤灰、石灰混合，粉煤灰添加量是干尾矿重的50％，石灰添加量是干尾矿重的5％，搅拌形成重量浓度51.2％的膏体，膏体的塌落度23.5cm，膏体用泵排入尾矿堆场，凝结形成具有一定堆积角的一定强度的堆存体，经测试堆存体堆积角18°，堆存体试块的28天抗压强度为1.1MPa。
实施例3
重量浓度40.2％的铝土矿选矿尾矿，与干粉煤灰、水玻璃混合，粉煤灰添加量是干尾矿重的10％，水玻璃添加量是干尾矿重的10％，搅拌形成重量浓度42.5％的膏体，膏体的塌落度27cm，膏体用管道自流排入尾矿堆场，凝结形成具有一定堆积角和一定强度的堆存体，经测试堆存体堆积角6°，堆存体试块的28天抗压强度为1.3MPa。。
实施例4
重量浓度43.6％的铝土矿选矿尾矿，与干粉煤灰、普通硅酸盐水泥、石灰、石膏、水玻璃混合，粉煤灰添加量是干尾矿重的10％，普通硅酸盐水泥添加量是干尾矿重的5％，添加量是干尾矿重的3％，石膏添加量是干尾矿重的1％、水玻璃添加量是干尾矿重的1％。搅拌形成重量浓度48.2％的膏体，膏体的塌落度25cm，膏体用泵排入尾矿堆场，凝结形成具有一定堆积角和一定强度的堆存体，经测试堆存体堆积角13°，堆存体试块的28天抗压强度为1.4MPa。
Claims (6)
1.一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，其特征在于铝土矿选矿尾矿浆液与为具有一定火山灰活性或潜在水硬性材料的基料、胶凝激发剂混合，搅拌形成重量浓度42.5％～52.7％的膏体后排入尾矿堆场，其中基料添加量是干尾矿重的10％～33.3％，胶凝激发剂添加量是干尾矿重的3％～10％。
2.根据权利要求1所述的一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，其特征在于铝土矿选矿尾矿浆液的重量浓度为40.2％～45.5％。
3.根据权利要求1所述的一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，其特征在于所述具有一定火山灰活性或潜在水硬性的材料是粉煤灰、粒化高炉矿渣、煤矸石、赤泥、硅灰、火山灰、浮石的任何一种和/或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，其特征在于所述的胶凝激发剂是水泥、石灰、石膏、水玻璃的任何一种和/或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，其特征在于膏体的塌落度在22cm～27cm。
6.根据权利要求1所述的一种铝土矿选矿尾矿的堆存方法，其特征在于膏体排入尾矿堆场是采用管道自流或泵输送的方式。
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