CN103833280A

CN103833280A - 一种含有尾矿砂的淤泥复合固化材料及其制备方法

Info

Publication number: CN103833280A
Application number: CN201410055673.7A
Authority: CN
Inventors: 钟天雪; 倪志才
Original assignee: JIANGSU NATURE WAY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU NATURE WAY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2014-06-04

Abstract

本发明涉及复合固化材料技术领域，具体公开了一种含有尾矿砂的淤泥复合固化材料及其制备方法；包括：尾矿砂、石灰、矿粉、水泥和激发剂，其重量百分比为：尾矿砂45%～60%；石灰5%～15%；矿粉15%～25%；水泥5%～25%；激发剂0.5%～3%；制备方法是将上述配比的淤泥复合固化材料的各组分充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和150千克～400千克淤泥复合固化材料并搅拌均匀。本发明实现了工业废弃物的再利用，降低了淤泥固化材料的生产成本，提升了淤泥固化土的综合性能，降低了环境污染，实现了淤泥固化土在工程建设方面作为道路地基和路基填料的应用。

Description

一种含有尾矿砂的淤泥复合固化材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合固化材料技术领域，尤其是涉及一种利用尾矿砂的淤泥复合固化材料及其制备方法。

背景技术

传统的淤泥固化材料大多采用普通硅酸盐类胶结料，比如水泥等，因其具有生产工艺简单，成本低廉，原材料资源丰富，经久耐用以及抗压强度高等优点而得到普遍的应用。但是，随着用量的增加，对砂石等天然资源的需用量也越来越大。大量采石、开山，已经严重破坏了自然山体的景观和绿色植被，过度的河砂开采，破坏了河床河道，造成水土流失或河流改道等严重后果，目前全国许多国家和地区已经没有可利用的碎石和砂子。

与此同时，随着我国钢铁工业的迅速发展，矿石的开采量不断增加，选矿厂排出的废渣也与日俱增。矿山排出的各种废渣、废石、尾矿的堆放和储存，直接破坏和侵占土地，造成环境破坏。据国土资源部的统计，全国年采掘矿石总量估算达90亿吨。截至2015年全国矿业开发占用和损坏的土地面积为180万公顷，其中尾矿砂堆放100万公顷。

仅以江苏某小型矿业公司为例，环境污染十分严重，现用的两个尾矿库中已接近达到使用年限，且最高坝已达200多米。废弃的尾矿砂占地堆放，每年仍以6000万吨的速度继续排放，目前堆积已超过10亿吨。磨细的废弃物(尾矿砂)与水混合后通过管道输送到5公里外的尾矿库，现已堆积近3亿吨，目前仍以每年700万吨的速度排放，已占地近9000亩。

随着国家产业政策的调整及科学技术的发展，利用尾矿砂废弃物的经济效益和社会效益已显现出来。如何大量高效的利用矿山尾矿砂已成为当务之急；从上世纪80年代开始，一些科研院所和研究机构进行尾矿砂石的开发与应用，将尾矿砂经过进一步破碎，成为能符合建筑工程需要的粒径大小的尾矿砂，通过选出其中的细度模数稳定在213和215之间的中砂粒级，然后再经过与天然河砂等复配，作为混凝土或砂浆的组分，并初步取得了一定的经济效益和社会效益，还可以作为制砖的一种辅助材料。尽管如此，由于应用领域狭小、消耗量少、累年堆存量大、土地占用大、对环境污染大、利用率低、附加值低等原因，尾矿砂的利用仍有上述问题急需解决。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种含有尾矿砂的淤泥复合固化材料及其制备方法，本发明以废弃尾矿砂为主要原料，并辅以矿粉、水泥以及石灰的工业废弃物或常见土木建筑材料；实现了工业废弃物的再利用，降低了淤泥固化材料的生产成本，提升了淤泥固化土的综合性能，降低了环境污染，实现了淤泥固化土在工程建设方面作为道路地基和路基填料的应用。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种含有尾矿砂的淤泥复合固化材料，包括：尾矿砂、石灰、矿粉、水泥和激发剂，其重量百分比为：尾矿砂45%～60%；石灰5%～15%；矿粉15%～25%；水泥5%～25%；激发剂0.5%～3%。

优选的，所述石灰中：CaO·MgO的重量百分比≥70%，细度0.125mm≤15%。

更加优选的，所述激发剂为硅酸盐或硫酸盐中的一种。

更加优选的，所述激发剂为硅酸钠、硫酸钠或硫酸铝钾中的一种。

更加优选的，一种含有尾矿砂的淤泥复合固化材料的制备方法，包括：将上述配比的所述淤泥复合固化材料的各组分充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和150千克～400千克所述淤泥复合固化材料并搅拌均匀。

本发明固化剂中各组分的作用是：

本发明中尾矿砂的作用；一：尾矿砂良好的颗粒级配以及硬度、模量等特性使得它们可以作为淤泥固化土骨架的组成部分；二：尾矿砂中含有的活性Al₂O₃、Fe₂O₃和SiO₂在碱性环境中生成的硅酸钙、铝酸钙等凝胶产物可以在淤泥质土粒间产生胶结作用。

水泥组份的作用是经水化、水解反应生成水化胶凝物质，产生土颗粒的胶结作用。

石灰的作用；一：具有强吸水性，可以显著降低淤泥固化初期的含水率；二；氧化钙吸收自由水反应生成大量氢氧化钙，为淤泥的固化反应提供了适宜的碱性环境，有利于固化反应的发生。

激发剂的作用是能够促进矿粉中玻璃体结构解体，加速矿粉的分散及活性组分的溶出，形成水化硅酸钙和水化铝酸钙，同时还能有效激发土颗粒中的矿物组分活性，加快水化进程。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明提供了一种含有尾矿砂的淤泥复合固化材料及其制备方法，本发明实现了工业废弃物的再利用，降低了淤泥固化材料的生产成本，实现尾矿砂的高附加值大宗利用，使其变废为宝，实现尾矿砂废弃物的资源化利用，降低了环境污染，实现了淤泥固化土的强度达到1.5MPa作用而实现在工程建设方面作为道路地基和路基填料方面的应用。

具体实施方式

为了更好的理解本发明所解决的技术问题、所提供的技术方案，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明的实施，但并不用于限定本发明。

在优选的实施例中，一种含有尾矿砂的淤泥复合固化材料，包括：尾矿砂、石灰、矿粉、水泥和激发剂，其重量百分比为：尾矿砂45%～60%；石灰5%～15%；矿粉15%～25%；水泥5%～25%；激发剂0.5%～3%。

在更加优选的实施例中，所述石灰中：CaO·MgO的重量百分比≥70%，细度0.125mm≤15%。

在更加优选的实施例中，所述激发剂为硅酸盐或硫酸盐中的一种。

在更加优选的实施例中，所述激发剂为硅酸钠、硫酸钠或硫酸铝钾中的一种。

在更加优选的实施例中，一种含有尾矿砂的淤泥复合固化材料的制备方法，包括：将上述配比的所述淤泥复合固化材料的各组分充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和150千克～400千克所述淤泥复合固化材料并搅拌均匀。

在更加优选的实施例中，所述水泥的标号不低于#325，同时不得使用早强水泥。

在更加优选的实施例中，与所述淤泥固化材料配合的淤泥为普通清淤淤泥，并且含水率在80%以下。

在更加优选的实施例中，在淤泥固化后，龄期7d无侧限抗压强度达2.0MPa以上，14d无侧限抗压强度达2.8MPa以上，28d无侧限抗压强度达3.3MPa以上。

在更加优选的实施例中，添加所述淤泥固化材料后，淤泥固化后的渗透系数小于10^-7cm/s。

具体实施例：

实施例1：

本实施例中各组分的重量百分比为尾矿砂45%；石灰8%；矿粉24%；水泥 22%；激发剂硅酸钠1%。其中水泥标号不低于325#，同时不得使用早强水泥。将以上配比的淤泥固化材料充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和320千克固化材料并搅拌均匀。本实施例所涉及淤泥为普通清淤淤泥，并且含水率控制在80%以下。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达2.5MPa，14d无侧限抗压强度达3.1MPa，28d无侧限抗压强度为3.5MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10^-7cm/s。

实施例2：

本实施例中各组分的重量百分比为尾矿砂50%；石灰7%；矿粉21%；水泥20%；激发剂硫酸钠2%。其中水泥标号不低于325#，同时不得使用早强水泥。将以上配比的淤泥固化材料充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和220千克固化材料并搅拌均匀。本实施例所涉及淤泥为普通清淤淤泥，并且含水率控制在80%以下。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达2.4MPa，14d无侧限抗压强度达3.1MPa，28d无侧限抗压强度为3.7MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10^-7cm/s。

实施例3：

本实施例中各组分的重量百分比为尾矿砂55%；石灰6%；矿粉18%；水泥20%；激发剂硫酸铝钾1%。其中水泥标号不低于325#，同时不得使用早强水泥。将以上配比的淤泥固化材料充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和280千克固化材料并搅拌均匀。本实施例所涉及淤泥为普通清淤淤泥，并且含水率控制在80%以下。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达2.5MPa，14d无侧限抗压强度达3.0MPa，28d无侧限抗压强度为3.6MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10^-7cm/s。

实施例4：

本实施例中各组分的重量百分比为尾矿砂60%；石灰5%；矿粉15%；水泥18%；激发剂硫酸铝钾2%。其中水泥标号不低于325#，同时不得使用早强水泥。将以上配比的淤泥固化材料充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和250千克固化材料并搅拌均匀。本实施例所涉及淤泥为普通清淤淤泥，并且含水率控制在80%以下。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达2.4MPa，14d无侧限抗压强度达3.2MPa，28d无侧限抗压强度为3.8MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10^-7cm/s。

实施例5：

本实施例中各组分的重量百分比为尾矿砂45%；石灰10%；矿粉20%；水泥22%；激发剂硫酸铝钾3%。其中水泥标号不低于325#，同时不得使用早强水泥。将以上配比的淤泥固化材料充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和400千克固化材料并搅拌均匀。本实施例所涉及淤泥为普通清淤淤泥，并且含水率控制在80%以下。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达2.7MPa，14d无侧限抗压强度达3.5MPa，28d无侧限抗压强度为4.0MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10^-7cm/s。

实施例6：

本实施例中各组分的重量百分比为尾矿砂48%；石灰15%；矿粉16%；水泥19%；激发剂硫酸铝钾2%。其中水泥标号不低于325#，同时不得使用早强水泥。将以上配比的淤泥固化材料充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和190千克固化材料并搅拌均匀。本实施例所涉及淤泥为普通清淤淤泥，并且含水率控制在80%以下。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达2.4MPa，14d无侧限抗压强度达2.9MPa，28d无侧限抗压强度为3.3MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10^-7cm/s。

实施例7：

本实施例中各组分的重量百分比为尾矿砂59%；石灰15%；矿粉20.5%；水泥5%；激发剂硫酸钠0.5%。其中水泥标号不低于325#，同时不得使用早强水泥。将以上配比的淤泥固化材料充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和360千克固化材料并搅拌均匀。本实施例所涉及淤泥为普通清淤淤泥，并且含水率控制在80%以下。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达2.6MPa，14d无侧限抗压强度达3.5MPa，28d无侧限抗压强度为4.2MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10^-7cm/s。

实施例8：

本实施例中各组分的重量百分比为尾矿砂54%；石灰12%；矿粉23%；水泥10%；激发剂硅酸钠1%。其中水泥标号不低于325#，同时不得使用早强水泥。将以上配比的淤泥固化材料充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和150千克固化材料并搅拌均匀。本实施例所涉及淤泥为普通清淤淤泥，并且含水率控制在80%以下。淤泥固化后，在龄期7d无侧限抗压强度达2.13MPa，14d无侧限抗压强度达2.8MPa，28d无侧限抗压强度为3.4MPa，同时淤泥固化产品的力学性能基本趋向稳定，同时，淤泥固化后的渗透系数小于10^-7cm/s。

其中，所述水泥标号是水泥“强度”的指标。水泥的强度是表示单位面积受力的大小，是指水泥加水拌和后，经凝结、硬化后的坚实程度（水泥的强度与组成水泥的矿物成分、颗粒细度、硬化时的温度、湿度、以及水泥中加水的比例等因素有关）。水泥的强度是确定水泥标号的指标，也是选用水泥的主要依据。

其中，所述早强水泥是相对普通水泥而言，普通水泥在28天后强度才可以达到要求,而早强水泥在三天就能达到要求强度的百分之八十以上。早强水泥施工后的早期强度上升快，强度高；普通水泥的早期强度低；通常用早强水泥施工的圈梁一天就可以拆除模板，用普通水泥施工的圈梁需要3天才行。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的基本原理之内，所作的任何修改、组合及等同替换等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种含有尾矿砂的淤泥复合固化材料，其特征在于，包括：尾矿砂、石灰、矿粉、水泥和激发剂，其重量百分比为：尾矿砂45%～60%；石灰5%～15%；矿粉15%～25%；水泥5%～25%；激发剂0.5%～3%。

2.根据权利要求1所述的含有尾矿砂的淤泥复合固化材料，其特征在于，所述石灰中：CaO·MgO的重量百分比≥70%，细度0.125mm≤15%。

3.根据权利要求1所述的含有尾矿砂的淤泥复合固化材料，其特征在于，所述激发剂为硅酸盐或硫酸盐中的一种。

4.根据权利要求3所述的含有尾矿砂的淤泥复合固化材料，其特征在于，所述激发剂为硅酸钠、硫酸钠或硫酸铝钾中的一种。

5.根据权利要求1～4之一所述的含有尾矿砂的淤泥复合固化材料的制备方法，其特征在于，包括：将上述配比的所述淤泥复合固化材料的各组分充分混合均匀后，向每立方米淤泥中掺和150千克～400千克所述淤泥复合固化材料并搅拌均匀。