CN106082902A

CN106082902A - 一种金矿尾矿选铁后废渣充填用的复合水泥固化剂

Info

Publication number: CN106082902A
Application number: CN201610424934.7A
Authority: CN
Inventors: 陈延昌; 王�琦; 宋鹏; 王利新; 罗志宏
Original assignee: University of Jinan
Current assignee: University of Jinan
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2016-06-16
Publication date: 2016-11-09

Abstract

本发明属于尾矿资源综合利用及废物无害化处理领域，提供一种利用水泥复合固化剂用于快速固化金矿尾矿选铁后废渣(简称金渣)。按照一定配比，将85wt%黄金尾矿金渣、15wt%复合水泥固化剂（碱性激发剂、硫酸盐激发剂等），用混料机混合至均匀，然后加入固定质量的水搅拌均匀，再将搅拌过的混合料倒入模具中成型，最后将成型的试样先放入空气中养护1d，制得该固化金渣制品。本专固化剂所制得的固化金渣固化龄期1d无侧限抗压强度达1.0MPa以上，3d无侧限抗压强度达2.0MPa以上，7d无侧限抗压强度达2.5MPa以上。本发明方法使用的固化剂配方简单、用量少，催化效果好，固化快速、固化产品早期强度高，实现了尾矿处置与综合利用的统一。

Description

一种金矿尾矿选铁后废渣充填用的复合水泥固化剂

技术领域

本发明属于尾矿资源综合利用及废物无害化处理领域，具体涉及一种利用水泥复合固化剂快速固化金矿尾矿选铁后废渣。

背景技术

近年来，由于黄金工业的迅猛发展，矿山选矿厂的处理能力加大，相应的排放尾矿也日益增加，据不完全统计，黄金矿山现有的尾矿库（坝）已达到368座。2005年，我国尾矿产生量为7.33亿t，其利用率只有7%左右；而2010年，达到了12.3亿t，利用率只有14%；我国工业废物的综合利用率为60%左右，相比之下，尾矿的综合利用率大大滞后于其他大宗固体废弃物的综合利用。由于矿山排放的尾矿量不断增加，随之而来的安全和环保问题日益突出。资料显示，尾矿库存在的隐患较多，不少的尾矿库带病运行。近年来，我国尾矿库垮塌事故接连不断发生，造成了重大人员伤亡和环境污染，凸显出我国尾矿库已经处于事故频发期。因此，尾矿库安全是制约企业可持续发展的重大安全问题。此外，尾矿库是一个具有高势能的人造泥石流危险源，极其容易产生溃坝危险，一旦失事，将给工农业生产及下游人民生命财产造成巨大的灾害和损失。资源开发和保护环境的矛盾尤为突出，是当前政府急于破解的难题。采用固化剂处理尾矿废渣，替代实心粘土砖和筑路用的沙石料项目，能够破解这一难题。

黄金尾矿的综合利用主要包括以下方面。一是尾矿再选。大部分黄金矿床矿石中都伴有银、铜、铅、锌、硫等多种金属。由于过去采金及选冶技术落后，致使相当一部分金、银等有价元素丢失在尾矿中。通过利用尾矿再选技术不仅提高资源回收率，也给企业带来巨大的经济效益。二是作生产建筑材料。尾矿可作为重要的非金属原料或建筑材料直接利用，比如制砖、制备微晶玻璃、制备微晶玻璃、生产硅酸盐水泥等。三是用作井下充填料。开采矿产资源时地下形成大量采空区。矿山采空区回填是直接利用尾矿最行之有效的途径之一，尤其对于无处设置尾矿库的矿山企业，利用尾矿回填采空区就具有更大的环境和经济意义。四是复垦造田。在一些邻近城市或土地相对紧张的矿山，对矿山复垦造田尤为有利。尾矿库复垦不仅防止扬沙，而且美化环境，减少污染，兼具经济效益、社会效益和环境效益。其中将尾矿用作井下填充料用于矿山回填也是其中一个重要的利用途径。在矿山的开采过程中，每开采1t的矿石，大约需要回填0.25-0.4m³或者更多的填充料。而对于尾矿来说，则是一种较好的填充料，可以废物利用、就地取材，免除采集、破碎、运输等生产填充料废石的费用。一般情况下，用尾矿作充填料, 其充填费用较低，仅为碎石充填费用四分之一到十分之一。目前，尾矿浆在浓密池中加入混凝剂，使矿浆浓度提高到50％以上，再加水泥、石灰、石膏、粉煤灰等材料混合搅拌成为膏体，待其固化后再入库压实堆存。该法的优点是对尾矿库要求不高，无需排水设施，存在的问题是尾矿在高浓度条件下输送难度很大，同时固化体需要二次压实，工程量大，需要分区作业，实际上对场地的要求也很严格。

现有的尾矿堆存方式难以满足在极端自然和气象条件下的安全需要，而且固化时间长，早期强度低。要从根本上消除尾矿库存在的潜在垮塌风险和降低运行成本，就有必要研究开发新型的尾矿堆存技术和固化剂材料。中国专CN102527690A提出了铁尾矿固化干堆的方法，以解决铁尾矿的安全堆存问题。但是该方法采用的固化剂中使用大量的磨细工业废渣后，固化体的强度偏低，7天的抗压强度不足0.2MPa，固化剂使用量大，仍存在干堆难度较大的问题，尤其是在南方的雨季，未固化尾矿会再次泥化成为尾矿浆。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明提供了一种复合型水泥固化剂，该材料的充填料浆凝固快，早期强度高，且初凝时间可以通过添加剂控制，大幅度地缩短采场回采周期，提高了采场生产率。技术的关键是如何选用合适的固化剂，并通过一定的施工工艺形成板结体。如用作回填，满足无侧限抗压强度、长期稳定性等一系列性能要求，本发明的目的是这样实现的。

一种充填用固化剂处理金矿尾矿选铁后废渣（以下简称“金渣”）的方法，将固化剂与金渣均匀搅拌掺合，并掺加适量的胶结材料如熟石灰、水泥等。

本发明所提供一种金渣充填用固化剂按照下列原料百分比配比而成：其中所述金渣微粉的质量百分比为80％-95％，所述碱性激发剂的质量百分比为0％-10％，所述硫酸盐激发剂的质量百分比1％-10％，水灰比0.5-0.6。

所述矿渣微粉为黄金尾矿除铁废渣，所述金渣微粉粒度＜23.55μm的含量大于90%，平均粒径为9.73μm。金渣微粉的化学成分分析如下：SO₃质量百分比为33.95%；SiO₂质量百分比为30.96%；Fe₂O₃质量百分比为16.79%；Al₂O₃质量百分比为33.95%；CaO质量百分比为2.85%；Na₂O质量百分比为2.39%。

所述的固化剂是42.5标号以上的普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、铝酸钙、氢氧化钠、氢氧化钾、熟石灰、生石灰、氧化镁、氢氧化镁中任一种或二种以上的混合，所述碱性激发剂过200目标准筛后的筛余质量≤10％，优选普通硅酸盐水泥（P.O 52.5）和高铝水泥（CA600）和熟石灰。

所述硫酸盐激发剂为半水石膏、二水石膏、无水石膏、硫酸钠中任一种或二种的混合，所述硫酸盐激发剂过200目标准筛余质量≤10％，优选的半水石膏和二水石膏。

普通硅酸盐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，为金渣提供后期强度。

铝酸盐水泥组分的作用是经过快速水化，能够起到快硬早强作用，且可以吸收金渣中的硫酸盐。

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，促进铝酸盐水泥产生钙矾石，能够补偿水泥水化带来的收缩，加快水化进程。

本发明黄金尾矿除铁废渣充填用固化剂的制备方法具体步骤如下：

将黄金尾矿金渣、碱性激发剂、硫酸盐激发剂用混料机混合至均匀，加入比例为金渣尾矿干基占85wt%，复合水泥固化剂占15wt%，然后将固定质量的水加到混合料中，搅拌机搅拌1-5分钟，将其用管道输入矿井需要填充处，在该处填充的尾矿浆开始膨胀，将需要填充空间填满，并开始固化，1d后填充体的抗压强度能达到1MPa以上，3天后的抗压强度能达到2MPa以上，7天后的抗压强度能达到2.5MPa以上，28天后的抗压强度能超过2.5MPa以上，符合中等填充体标号。

本发明具有以下技术优势：

1、本发明生产成本低，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，实现了尾矿固化土的1d强度达到1MPa，可以满足尾矿回填的应用；

2、此固化剂成分简单，固化工艺简单，不用昂贵材料，容易工程实施，只需直接将金渣尾矿、固化剂、添加剂以及水直接混合即可进行回填和堆存施工。在堆存过程中，混合料各组分将发生水化反应，最终形成以水化铝硅酸盐为主的凝胶矿物。通过这种方式进行的铁尾矿固化与传统技术相比，既节约了筑坝需要的粘土和砂石等天然资源，又利用了金渣尾矿，是一种尾矿安全堆存的技术方法；

3、本发明的金渣尾矿充填固化剂的固化能力强，加入少量就可以使尾矿浆在24-72小时内将坑道充填加固，固化后的体积收缩率小。而目前的充填固化剂将尾矿浆固化到坑道被加固水平需要7天以上，使用单纯的水泥作为固化材料需要使用水泥量占绝干尾矿质量20％以上才具有固化填充的效果。

附图说明

图1为本发明所述的一种黄金尾矿除铁废渣固化方法的流程图。

具体实施方式

本发明中所述水泥为42.5标号以上的普通硅酸盐水泥，例如普通硅酸盐水泥（P.O52.5），出自山东水泥厂。

本发明中所述水泥为42.5标号以上的铝酸盐水泥，本实验选用高铝水泥（CA600），出自郑州登峰熔料有限公司。

本发明的固化剂还可以含有其他的辅料成分，例如二水石膏、熟石灰，其重量不超过固化剂重量的10％。

在更加优选的实施例中，在金渣固化后，龄期1d无侧限抗压强度达1.0MPa以上，3d无侧限抗压强度达2.0MPa以上，7d无侧限抗压强度达2.5MPa以上。

下面对本发明的实施例做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

1、三种复合固化剂的内掺质量分数为15%，其复合固化剂配比如下：普通硅酸盐水泥（P.O 52.5）：70%；熟石灰：20%；高铝水泥（CA600）：10%。金渣干基质量分数为85%，本实验水灰比为0.535；

2、按照上述配比将黄金尾矿金渣85g、复合固化剂15g用混料机先共同混合均匀，然后将固定质量的水加到混合料中，用水泥净浆搅拌机搅拌4min，再将搅拌过的混合料倒入模具中成型，最后将成型的试样先放入空气中养护1d，制得该固化金渣制品；

3、金渣固化后，在龄期1d无侧限抗压强度达1.01MPa，3d无侧限抗压强度达3.24MPa，7d无侧限抗压强度为4.63MPa，28d无侧限抗压强度为4.87MPa，同时固化产品的力学性能基本趋向稳定。

实施例2

1、三种复合固化剂的内掺质量分数为15%，其复合固化剂配比如下：普通硅酸盐水泥（P.O 52.5）：10%，熟石灰：20%，高铝水泥（CA600）：70%，金渣干基质量分数为85%，本实验水灰比为0.535；

2、按照上述配比将黄金尾矿金渣85g、复合固化剂取15g用混料机先共同混合均匀，然后将固定质量的水加到混合料中，用水泥净浆搅拌机搅拌4min，再将搅拌过的混合料倒入模具中成型，最后将成型的试样先放入空气中养护1d，制得该固化制品；

3、金渣固化后，在龄期1d无侧限抗压强度达1.24MPa，3d无侧限抗压强度达1.66MPa，7d无侧限抗压强度为2.09MPa，28d无侧限抗压强度为1.75MPa，28d固化金渣强度产生微倒缩。

实施例3

1、三种复合固化剂的内掺质量分数为15%，其复合固化剂配比如下：普通硅酸盐水泥（P.O 52.5）：75%；二水石膏：10%；高铝水泥（CA600）：15%。金渣干基质量分数为85%，本实验水灰比为0.535；

2、按照上述配比将黄金尾矿金渣85g、复合固化剂15g用混料机先共同混合均匀，然后将固定质量的水加到混合料中，用水泥净浆搅拌机搅拌4min，再将搅拌过的混合料倒入模具中成型，最后将成型的试样先放入空气中养护1d，制得该固化制品；

3、金渣固化后，在龄期1d无侧限抗压强度达1.18MPa，3d无侧限抗压强度达2.78MPa，7d无侧限抗压强度为3.89MPa，28d无侧限抗压强度为2.90MPa，同时固化产品的力学性能基本趋向稳定，与7d比强度产生倒缩。

实施例4

1、三种组分的内掺质量分数为15%，其配比如下：普通硅酸盐水泥（P.O52.5）：80%；二水石膏：8%；高铝水泥（CA600）：12%。金渣干基质量分数为85%，本实验水灰比为0.535；

3、金渣固化后，在龄期1d无侧限抗压强度达1.26MPa，3d无侧限抗压强度达2.69MPa，7d无侧限抗压强度3.63MPa，28d无侧限抗压强度为3.66MPa，符合中等标号填充标准，同时固化产品的力学性能基本趋向稳定。

经过大量研究分析表明，所述复合材料形成的板结体含有较多的结晶体，并有钙矾石晶体存在。该复合材料的反应机理是这样形成的，首先黄金尾矿除铁废渣的主要矿物成分主要是FeS₂、石英、钾长石、辉石等；该复合固化剂中高铝水泥的主要成分是CA、CA₂，普通硅酸盐水泥的主要成分为硅酸一钙、硅酸二钙等。当高铝水泥、硅酸盐水泥、激发剂与除铁尾矿以及适量水掺配复合的时，发生如下一系列反应：高铝水泥可以快速水化提供早期强度，并产生钙矾石，补充硅酸盐水泥水化产生是微收缩；同时普通硅酸盐水泥的有效成分在含水状态下发生强烈水解和水化作用，从而产生后期强度。同时从溶液中分解出氢氧化钙与金渣中的硫酸盐形成硫酸钙水化产物，该水化物进一步与金渣中的活性二氧化硅和三氧化二铝反应，形成低碱性硅酸盐、铝酸盐水化物。该固化反应在空气中进行，环境适应性高。

Claims

1.一种金矿尾矿选铁后废渣充填用复合水泥固化剂，制备方法如下：按照一定配比，将金矿尾矿选铁后废渣、碱性激发剂、硫酸盐激发剂用混料机混合至均匀，然后将固定质量的水加到混合料中，用水泥净浆搅拌机搅拌4min，再将搅拌过的混合料倒入模具中成型，最后将成型的试样先放入空气中养护1d，制得该固化制品。

2.根据权利要求1所述的金矿尾矿选铁后废渣充填用固化剂，其特征在于：其中所述金渣微粉干基的质量百分比为80％-95％，所述碱性激发剂的质量百分比为1％-10％，所述硫酸盐激发剂的质量百分比1％-10％，水灰比0.5-0.6。

3.根据权利要求1所述的金矿尾矿选铁后废渣充填用固化剂，其特征在于：本专利产品所述金渣微粉，粒度小于23.55μm的含量大于90%，平均粒径为9.73μm，金渣微粉的化学成分分析如下：SO₃质量百分比为33.95%；SiO₂质量百分比为30.96%；Fe₂O₃质量百分比为16.79%；Al₂O₃质量百分比为33.95%；CaO质量百分比为2.85%；Na₂O质量百分比为2.39%。

4.根据权利要求1所述的金矿尾矿选铁后废渣充填用固化剂，其特征在于：本专利产品所述的固化剂是42.5标号以上的普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、铝酸钙、氢氧化钠、氢氧化钾、熟石灰、生石灰、氧化镁、氢氧化镁中任一种或二种以上的混合，优选普通硅酸盐水泥（P.O52.5）和高铝水泥（CA600）和熟石灰。

5.根据权利要求1所述的金矿尾矿选铁后废渣充填用固化剂，其特征在于：本专利产品所述的硫酸盐激发剂为半水石膏、二水石膏、无水石膏、硫酸钠中任一种或二种的混合，优选的半水石膏和二水石膏。

6.根据权利要求1所述的金矿尾矿选铁后废渣充填用固化剂，其特征在于：本专利产品固化龄期1d无侧限抗压强度达1.0MPa以上，3d无侧限抗压强度达2.0MPa以上，7d无侧限抗压强度达2.5MPa以上，本产品可以快速固化用于尾矿的回填。