CN109761516A - 一种铁尾矿的固化方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铁尾矿的固化方法，包括：原材料检测：将作为固化剂使用的工业废渣进行破碎，并检测其物理、化学以及环保指标；确定配合比：根据工程成品需求在室内确定各种材料的预设配比；原材料拌合：将各种材料按照预设配比加入特制的搅拌机中按照预设温度在可控温度搅拌，并实时监测拌合物的均匀度；成品制备：将拌合物进行摊铺晾晒，形成满足施工需求的铁尾矿固化成品；养护测试：采用保温、保湿的方式对所述铁尾矿固化成品进行养护，并在不同预设龄期对其进行土力学指标和环保指标检测。本发明提供的铁尾矿的固化方法,有效地解决了解决现有铁尾矿在固化过程中通过水泥进行固化，固化强度低、效果差、价格高的问题。

Description

一种铁尾矿的固化方法

技术领域

本发明涉及市政工程和海洋工程技术领域，具体而言，涉及一种铁尾矿的固化方法。

背景技术

铁矿石球磨粉碎，磁力法选矿，所产生的废渣称为铁尾矿，其细度为20～100目，易扬尘和流失，是环保治理的重点对象。目前，铁尾矿的处理和利用，是选矿厂批复和生产的必要条件，而且将铁尾矿有效固化后，也可以是良好的建筑材料。

铁尾矿常用的固化方法是水泥固化。作为高耗能的水泥生产，也是环保治理的重点对象，因此，水泥价格节节攀升，供不应求。因水泥的自身特点，固化尾矿的强度低、效果差、价格高。

此外，随国民经济快速发展，工业、工厂迅速崛起，但由于产业链不完善，各种工业废渣不能得到充分利用，比如碱渣。碱厂生产过程中产生了大量碱渣，堆积如山，占用了大量农田和海域，对环境造成巨大污染，碱渣的再利用成为世界难题。火电厂、钢厂产生了大量的粉煤灰和矿渣，近年来，我国在矿渣、粉煤灰利用方面取得了较大进展，但仅仅作为建筑材料的辅料使用，没有充分利用其化学特性，没有物尽其用。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种铁尾矿的固化方法，旨在解决现有铁尾矿在固化过程中通过水泥进行固化，固化强度低、效果差、价格高的问题。

本发明提出了一种铁尾矿的固化方法，包括如下步骤：

原材料检测：将作为固化剂使用的工业废渣进行破碎，并检测其物理、化学以及环保指标，以确保其在后期施工过程中无污染，并能够充分发挥固化作用；

确定配合比：根据工程成品需求抓取所需的铁尾矿、所述工业废渣以及催化剂，并根据所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂的物理和化学性质在室内进行配合比试验，以确定各种材料的预设配比；

原材料拌合：将所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂按照所述预设配比依次加入特制的搅拌机中，并加入特定量的水，通过设置在所述搅拌机上的温控装置控制所述搅拌机按照预设温度在可控温度状态下进行搅拌，并通过设置在所述搅拌机内部的检测装置实时监测其内部拌合物的均匀度，以确保在整个拌和过程中能够充分激活、利用所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂的化学活性，使其产生类似水泥混凝土的化学反应，保证后期成品的力学性能；

成品制备：将搅拌均匀的所述拌合物进行摊铺晾晒，在其含水率达到所述成品需求时，通过采用机械夯实或压路机压实的方式使其密实，以形成满足施工需求的铁尾矿固化成品；

养护测试：采用保温、保湿的方式对所述铁尾矿固化成品进行养护，并在不同预设龄期对其进行土力学指标和环保指标检测；

所述温控装置包括：设置在所述搅拌机内壁上的若干加热条、设置在所述搅拌机中搅拌臂和搅拌翼上的若干温度探头以及设置在所述搅拌机外侧的温度控制单元；

所述温度控制单元能够根据若干所述温度探头监测到的温度计算出温度均值，并根据所述温度均值控制所述加热条温度加热温度的升降；

所述温度控制单元按照如下方式计算若干所述温度探头获取的温度数据的均值：

式中，T为所述温度控制单元计算出的温度均值，T_i为设置在所述搅拌臂上的第i个温度探头监测的温度值，P_i所述搅拌臂上的温度探头监测结果的可信度，N为所述搅拌臂上的温度探头的数量，T_j为设置在所述搅拌臂上的第j个温度探头监测的温度值，P_j所述搅拌翼上的温度探头监测结果的可信度，M为所述搅拌臂上的温度探头的数量。

进一步地，上述铁尾矿的固化方法中，所述检测装置包括：三个设置在所述搅拌机内壁不同高度上取样器、用于称重的计重器，以及用于判断所述拌合物均匀度的判别单元；所述判别单元能够根据所述计重器计量的所述三个取样器取样结果的重合度之间的差异判断所述搅拌器内部的拌合物是否搅拌均匀；

所述判别单元能够按照下述公式计算第一取样器、第二取样器取样结果的重合度值：

式中，Ψ₂₁为第一取样器、第二取样器的取样结果的重合度值，m₁为第一取样器的实时监测值，m₂为第二取样器的实时监测值，m₃为第三取样器的实时监测值，S为均方差运算，I为积分运算；

所述判别单元能够按照下述公式计算第一取样器、第三取样器取样结果的重合度值：

式中，Ψ₃₁为第一取样器、第三取样器的取样结果的重合度值，m₁为第一取样器的实时监测值，m₂为第二取样器的实时监测值，m₃为第三取样器的实时监测值，S为均方差运算，I为积分运算；

所述判别单元能够按照下述公式计算第二取样器、第三取样器取样结果的重合度值：

式中，Ψ₂₃为第二取样器、第三取样器的取样结果的重合度值，m₁为第一取样器的实时监测值，m₂为第二取样器的实时监测值，m₃为第三取样器的实时监测值，S为均方差运算，I为积分运算；

上述运算过程中：通过获取在某个时间段内的所有取样器的取样结果，并对某个时间段内的各个取样结果进行积分运算和均方差运算，得出相比较的平均值；最后，通过判别单元比较Ψ₂₁、Ψ₃₁以及Ψ₂₃之间的差异，差异越小表明所述拌合物越均匀。

进一步地，上述铁尾矿的固化方法中，所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂的所述预设配比为100：2-30：0.001-0.1。

进一步地，上述铁尾矿的固化方法中，所述铁尾矿、所述工业废渣、所述催化剂以及所述水的所述预设配比为100：2-30：0.001-0.1：3.5。

进一步地，上述铁尾矿的固化方法中，所述工业废渣固化剂中包括如下配合比的材料：淤泥0.1-5.0份、碱渣0.1-15份、粉煤灰0-50份、高炉矿渣微粉0-80份以及水泥熟料0-5份。

进一步地，上述铁尾矿的固化方法中，所述催化剂选自硅酸钠、石膏、阳离子表面活性剂、早强减水剂、防冻剂、早强剂、缓凝剂、防水剂、石灰、硅粉以及乳胶中的一种或几种。

进一步地，上述铁尾矿的固化方法中，所述加热条可拆卸地垂直设置在所述搅拌器的内壁上。

进一步地，上述铁尾矿的固化方法中，所述取样器的规格完全相同，且其在取样过程中的角度、力度以及方向均完全一致。

进一步地，上述铁尾矿的固化方法中，所述三个取样器均可旋转地设置在所述搅拌机的内壁上，所述计重器为设置在所述取样器内部的压力传感器。

进一步地，所述搅拌臂的搅拌速度的调整按照下述进行；

其中，在第一温度段，在5-10℃温度范围内：

式中，p₁表示第一温度段的实时转速值，T表示第一温度段内的实时温度，T₀表示参考预设温度值，温度为5℃，m表示加入的铁矿石的粒度，M表示加入的铁矿石的标准粒度，其为0.1mm，c表示铁矿石的密度，P₀表示第一温度段的预设转速值，其为700转/min；

其中，在第二温度段，在10-15℃温度范围内：

式中，P₂表示第二温度段的实时转速值，T表示第二温度段内的实时温度，T₁₀表示参考预设温度值，可控温度温度为10℃，m表示加入的铁矿石的粒度，M表示加入的铁矿石的标准粒度，其为0.1mm，c表示铁矿石的密度，P₀表示第一温度段的预设转速值，P₁₀表示第二温度段的预设转速值，其为800转/min；

升温至15℃时，在15-20℃温度范围内：

式中，P₃表示第三温度段的实时转速值，T表示第三温度段内的实时温度，T₂₀表示参考预设温度值，温度为15℃，m表示加入的铁矿石的粒度，M表示加入的铁矿石的标准粒度，其为0.1mm，c表示铁矿石的密度，P₀表示第一温度段的预设转速值，P₁₀表示第二温度段的预设转速值，其为900转/min。

进一步地，所述第一组加热条处于常开状态，持续提供加热功能，第二组加热条、第三组加热条根据搅拌机内的混合物重量及压力的需求进行调整；

其中，第二组加热条按照下述公式(4)，对其加热温度进行调整，

其中，L₂为第二组加热条的实时加热温度，L₁为第一组加热条的加热温度，K₁表示搅拌机内的混合物重量，υ表示搅拌机内的实时压力，υ₀表示搅拌机内的预设压力，为1.11MPa；

其中，第三组加热条按照下述公式(5)，对其加热温度进行调整，

L₃＝L-L₂ (5)

其中，L₃为第三组加热条的加热温度，L表示反应过程中需要的实时温度，L₂为第二组加热条的实时加热温度。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的铁尾矿的固化方法，通过将现有技术中铁尾矿在固化过程中用作固化剂的水泥替换为各种工业废渣，并在催化剂的作用下并充分激活、利用铁尾矿和各种工业废渣的化学活性或潜在的化学活性，并使铁尾矿和各种工业废渣之间产生类似水泥混凝土的化学反应，进而形成硅铝酸钙、钙矾石等高强结晶体，粘结淤泥颗粒，最终形成满足施工需求的具有高强度的铁尾矿成品，有效提升了铁尾矿的固化强度和固化效果，同时大大地节省施工费用。

尤其是，本发明的铁尾矿的固化方法，通过使用特制的搅拌机，在搅拌的过程中通过设置在搅拌机上的温控装置控制搅拌机按照预设温度在可控温度状态下进行搅拌，并通过设置在搅拌机内部的检测装置实时监测搅拌机内部拌合物的均匀度，进一步确保了在整个拌和过程中铁尾矿和作为固化剂的各种工业废渣以及催化剂的化学活性能够得到充分地激活和利用，进而有效地保证了铁尾矿和作为固化剂的各种工业废渣能够在催化剂的作用下发生类似水泥混凝土的化学反应，最终进一步有效地保证了后期铁尾矿固化成品的力学性能。

尤其，本发明通过对湿度、以及转速的综合控制，以及根据铁矿石成分，来调整各个参数。本发明对罐内的搅拌臂的搅拌速度值采用动态的控制值方式，在第一阶段，在温度升高的同时，快速的增加罐体内的搅拌臂的搅拌速度，使各种成分充分混合，尤其，铁矿石在高转速下与多种反应成分快速融合；在第二阶段，随着温度升高，搅拌臂的搅拌速度升高，在低于15℃温度内避免混合物液化，使各成分充分融合，该温度段为最佳的反应温度。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的铁尾矿的固化方法流程图；

图2为本发明实施例提供的特质搅拌机的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参阅图1所示，为本发明实施例的铁尾矿的固化方法，其包括：

原材料检测：将作为固化剂使用的工业废渣进行破碎，使各种工业废渣的粒径趋于相同，避免其中部分粒径过大影响后期作为固化剂作用的充分发挥，并通过各种方式检测待使用的各种工业废渣的物理、化学以及环保指标，以确保其在后期施工过程中无污染，并能够充分发其自身的化学性质或潜在的化学性质，以确保其作为挥固化剂能够充分地发挥固化作用。

确定配合比：根据工程成品需求抓取所需的铁尾矿、所述工业废渣以及催化剂，并根据所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂的各自所述有的物理和化学性质在室内进行配合比试验，以确定不同施工过程中各种材料的最适预设配比、施工工艺以及施工条件等参数。本实施例中，铁尾矿、工业废渣以及催化剂的最适重量份预设配比为100：2-30：0.001-0.1，而当需要制浆时，需在其中加入3.5份的水，即制浆过程中铁尾矿、工业废渣、催化剂以及水的最适重量份预设配比为100：2-30：0.001-0.1：3.5；其中，所述工业废渣中包括如下配合比的材料：淤泥0.1-5.0份、碱渣0.1-15份、粉煤灰0-50份、高炉矿渣微粉0-80份以及水泥熟料0-5份；所述催化剂选自硅酸钠、石膏、阳离子表面活性剂、早强减水剂、防冻剂、早强剂、缓凝剂、防水剂、石灰、硅粉以及乳胶中的一种或几种。

原材料拌合：将所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂按照不同施工需求或成品需求所要求的所述预设配比依次加入特制的强力搅拌机中，并根据实际的施工需求加入特定量的水，通过设置在所述搅拌机上的温控装置控制所述搅拌机按照不同成品所需的预设温度保持所述搅拌机在可控温度状态下对其内部的铁尾矿、工业废渣以及催化剂进行充分搅拌，并通过设置在所述搅拌机内部的检测装置实时监测其内部不同部位的拌合物的均匀度，以确保在整个拌和过程中能够充分激活、利用所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂的化学活性，使其产生类似水泥混凝土的化学反应，保证后期成品的力学性能。本实施例中，将所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂按照100：2-30：0.001-0.1的重量份依次加入特制的搅拌机中，并在制浆过程中加入3.5份的水，通过设置在所述搅拌机上的温控装置控制所述搅拌机在5-20℃的温度状态下进行持续搅拌，直至其内部拌合物达到均匀状态，并通过设置在所述搅拌机内部的检测装置实时监测其内部拌合物的均匀度，以确保在所述搅拌机的整个拌和过程中能够充分激活、利用所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂自身的化学活性或潜在的化学活性，使铁尾矿和作为固化剂的工业废渣在催化剂的作用下能够发生类似水泥混凝土的化学反应，进而形成硅铝酸钙、钙矾石等高强结晶体，粘结淤泥颗粒，最终形成满足施工需求的具有高强度的铁尾矿成品，有效提升了铁尾矿的固化强度和固化效果，同时大大地节省施工费用。

成品制备：在通过特制的搅拌机将其内部的拌合物将搅拌均匀之后，将所述拌合物倒出所述搅拌机进行摊铺晾晒，并时刻通过水分检测器检测其含水率，当其含水率达到施工需求或成品需求时，通过采用机械夯实或压路机压实的等任意方式将其压实，以确保其密实度，进而形成满足施工需求的铁尾矿固化成品。

养护测试：采用保温、保湿的方式对所述铁尾矿固化成品进行养护，并在不同预设龄期采用土力学试验方法和水泥混凝土的常规方式方法对其进行物理力学指标、无侧限抗压强度、耐久性等项土力学指标和环保指标检测。

参阅图2所示，为本发明实施例的特质搅拌机，其包括：搅拌机、温控装置以及检测装置；其中，所述温控装置设置在所述搅拌机上，在使用的过程中时时监控所述搅拌机内部的搅拌温度、并控制所述搅拌机内部的温度，确保其内部的铁尾矿、工业废渣以及催化剂等原材料能够在满足施工需求或固化成品需求的预设温度下进行可控温度搅拌；检测装置设置在所述搅拌机上，在所述搅拌机进行搅拌的过程中能够实时监测所述搅拌机内部由铁尾矿、工业废渣以及催化剂等混合而成的拌合物的均匀度，以确保在整个拌和过程中所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂的化学活性能够被充分地激活、利用，进而在搅拌过程中发生类似水泥混凝土的化学反应，最终保证后期成品的力学性能。

本实施例中，将所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂按照所述预设配比依次加入所述搅拌机中，并加入特定量的水，通过所述温控装置控制所述搅拌机按照预设温度在可控温度状态下进行搅拌，并通过所述检测装置实时监测其内部拌合物的均匀度，有效地确保了整个拌和过程中能够充分激活、利用所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂的化学活性，使其产生类似水泥混凝土的化学反应，保证后期成品的力学性能。

具体而言，所述温控装置包括：若干温度探头2、若干加热条3以及温度控制单元4；其中，所述若干温度探头2随机地设置在所述搅拌机内部，在使用的过程中能够随时有效地监测所述搅拌机内部的搅拌温度，并将其监测结果通过无线或有线的方式实时传输给所述温度控制单元4，以便于所述温度控制单元4能够及时的获取所述搅拌机内部的温度；所述若干加热条3设置在所述搅拌机搅拌桶的内侧壁上，用于在所述温度控制单元4的控制下对所述搅拌机内部进行加热，以确保所述搅拌机内部的铁尾矿、工业废渣以及催化剂等原材料能够在满足施工需求或固化成品需求的预设温度下进行可控温度搅拌；所述温度控制单元4设置在所述搅拌机的外侧，并分别与所述若干温度探头2和所述若干加热条3相连接，在使用的过程中能够根据所述若干所述温度探头2监测到的所述搅拌机内的温度计算出温度均值，并根据所述温度均值控制所述加热条3温度加热温度的升降，以改变所述搅拌机内部的温度，以确保所述搅拌机内部的铁尾矿、工业废渣以及催化剂等原材料能够在满足施工需求或固化成品需求的预设温度下进行可控温度搅拌，使得所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂的化学活性能够被充分地激活、利用，进而在搅拌过程中发生类似水泥混凝土的化学反应，最终保证后期成品的力学性能。

本实施例中，所述温控装置包括：温度探头2、加热条3以及温度控制单元4；所述温度探头2的数量为20个，其中13个随机地设置在所述搅拌机内部的搅拌臂11上、7个随机地设置在与所述搅拌臂11相连的搅拌翼12上，在使用的过程中能够随时有效地监测所述搅拌机内部的搅拌温度，并将其监测结果通过无线方式实时传输给所述温度控制单元4，以便于所述温度控制单元4能够及时的获取所述搅拌机内部的温度；所述加热条3的数量5个，其分别以一定间距可拆卸地垂直设置在所述搅拌机搅拌桶的内壁上，使用的过程中在所述温度控制单元4的控制下对所述搅拌机内部进行加热，以确保所述搅拌机内部的铁尾矿、工业废渣以及催化剂等原材料能够在满足施工需求或固化成品需求的预设温度下进行可控温度搅拌；所述温度控制单元4为一单片机，其可拆卸地在所述搅拌机的外侧，并分别与所述温度探头2和所述加热条3相连接，在使用的过程中能够根据所述若干所述温度探头2监测到的所述搅拌机内的温度计算出温度均值，并根据所述温度均值控制所述加热条3温度加热温度的升降，以改变所述搅拌机内部的温度，以确保所述搅拌机内部的铁尾矿、工业废渣以及催化剂等原材料能够在满足施工需求或固化成品需求的预设温度下进行可控温度搅拌，使得所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂的化学活性能够被充分地激活、利用，进而在搅拌过程中发生类似水泥混凝土的化学反应，最终保证后期成品的力学性能。

具体而言，所述检测装置包括：取样器5、计重器6以及判别单元7；其中，所述取样器5可旋转地设置在所述搅拌机内壁的不同部位，在使用的过程中随着其旋转能够随机地取出所述搅拌机内由铁尾矿、工业废渣以及催化剂等混合而成的拌合物，以便于所述检测装置监测根据其取出的拌合物的质量判断所述搅拌机内部的所述拌合物的均匀度程度；所述计量器6与所述取样器5相连，用于在所述取样器5取样之后确定样品的质量，以便于所述判别单元7根据其确定的所述搅拌机内部不同部位的样品的质量判断所述搅拌机内部的所述拌合物的均匀度程度；所述判别单元7设置在所述搅拌机的外部，并与所述计重器6相连，其能够根据所述计重器6确定的所述搅拌机内部不同部位的样品的质量判断所述搅拌机内部的所述拌合物的均匀度程度,以确保所述搅拌机内部的铁尾矿、工业废渣以及催化剂等原材料能够在满足施工需求或固化成品需求的预设温度下进行可控温度搅拌，使得所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂的化学活性能够被充分地激活、利用，进而在搅拌过程中发生类似水泥混凝土的化学反应，最终保证后期成品的力学性能。

本实施例中，所述检测装置包括：取样器5、计重器6以及判别单元7；其中，所述取样器5为3个规格完全一致的圆柱形壳体，其通过3个电机可旋转地设置在所述搅拌机内壁的不同高度部位，并且其侧壁上还开设有取样口，在取样的过程中，其在电机的带动下旋进所述搅拌机内部进行取样，取样角度、力度以及方向完全一致，随机地取出所述搅拌机内由铁尾矿、工业废渣以及催化剂等混合而成的拌合物，以便于所述检测装置监测根据其取出的拌合物的质量判断所述搅拌机内部的所述拌合物的均匀度程度，结束取样之后退回所述搅拌器侧壁中，并密封所述搅拌器侧壁，以确保所述搅拌机侧壁的密闭性；所述计量器6为3个压力传感器，其分别设置对应的所述取样器5的内部，在所述对应的取样器5完成取样动作之后用于确定样品的质量，以便于所述判别单元7根据其确定的所述搅拌机内部不同部位的样品的质量判断所述搅拌机内部的所述拌合物的均匀度程度；所述判别单元7为一单片机，其可拆卸地设置在所述搅拌机的外部，并分别与所述压力传感器相连，使用过程中根据所述压力传感器确定的所述搅拌机内部不同部位的样品的质量判断所述搅拌机内部的所述拌合物的均匀度程度,以确保所述搅拌机内部的铁尾矿、工业废渣以及催化剂等原材料能够在满足施工需求或固化成品需求的预设温度下进行可控温度搅拌，使得所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂的化学活性能够被充分地激活、利用，进而在搅拌过程中发生类似水泥混凝土的化学反应，最终保证后期成品的力学性能。可以理解的是，由于取样器的规格、取样角度、力度以及方向完全一致，因此其在取样的过程中能够取出相同体积的样品，当样品质量越接近时表明所述搅拌机内部的拌合物的均匀度越高。

上述实施例中，所述温度控制单元按照如下方式计算若干所述温度探头获取的温度数据的均值：

式中，T为所述温度控制单元计算出的温度均值，T_i为设置在所述搅拌臂上的第i个温度探头监测的温度值，Q_i所述搅拌臂上的温度探头监测结果的可信度，N为所述搅拌臂上的温度探头的数量，T_j为设置在所述搅拌臂上的第j个温度探头监测的温度值，Q_j所述搅拌翼上的温度探头监测结果的可信度，M为所述搅拌臂上的温度探头的数量；

本实施例中，为了进一步确保所述温度控制单元对温度均值计算的精确性，根据多次的施工结果对设置在搅拌臂上和搅拌翼上的温度探头的监测结果赋予了不同的可信度值，其分别为0.7和0.85，即Q_i为0.7，Q_j为0.85。

进一步地，上述实施例中所述判别单元能够根据所述计重器计量的所述三个取样器取样结果的重合度判断所述搅拌器内部的拌合物是否搅拌均匀；

其中，所述判别单元能够按照下述公式计算第一取样器、第二取样器取样结果的重合度值：

式中，Ψ₂₁为第一取样器、第二取样器的取样结果的重合度值，m₁为第一取样器的实时监测值，m₂为第二取样器的实时监测值，m₃为第三取样器的实时监测值，S为均方差运算，I为积分运算；

所述判别单元能够按照下述公式计算第一取样器、第三取样器取样结果的重合度值：

式中，Ψ₃₁为第一取样器、第三取样器的取样结果的重合度值，m₁为第一取样器的实时监测值，m₂为第二取样器的实时监测值，m₃为第三取样器的实时监测值，S为均方差运算，I为积分运算；

所述判别单元能够按照下述公式计算第二取样器、第三取样器取样结果的重合度值：

式中，Ψ₂₃为第二取样器、第三取样器的取样结果的重合度值，m₁为第一取样器的实时监测值，m₂为第二取样器的实时监测值，m₃为第三取样器的实时监测值，S为均方差运算，I为积分运算；

上述运算过程中：通过获取在某个时间段内的所有取样器的取样结果，并对某个时间段内的各个取样结果进行积分运算和均方差运算，得出相比较的平均值；最后，通过判别单元比较Ψ₂₁、Ψ₃₁以及Ψ₂₃之间的差异，差异越小表明所述拌合物越均匀。

在本实施例中，为了能够根据不同铁矿石的性状以及搅拌混合物的加热温度，本实施例的搅拌臂的搅拌速度根据上述两个参数实时调整。

搅拌臂的搅拌速度的调整按照下述进行。

其中，在第一温度段，在5-10℃温度范围内：

式中，p₁表示第一温度段的实时转速值，T表示第一温度段内的实时温度，T₀表示参考预设温度值，温度为5℃，m表示加入的铁矿石的粒度，M表示加入的铁矿石的标准粒度，其为0.1mm，c表示铁矿石的密度，P₀表示第一温度段的预设转速值，其为700转/min；

其中，在第二温度段，在10-15℃温度范围内：

式中，P₂表示第二温度段的实时转速值，T表示第二温度段内的实时温度，T₁₀表示参考预设温度值，可控温度温度为10℃，m表示加入的铁矿石的粒度，M表示加入的铁矿石的标准粒度，其为0.1mm，c表示铁矿石的密度，P₀表示第一温度段的预设转速值，P₁₀表示第二温度段的预设转速值，其为800转/min；

升温至15℃时，在15-20℃温度范围内：

式中，P₃表示第三温度段的实时转速值，T表示第三温度段内的实时温度，T₂₀表示参考预设温度值，温度为15℃，m表示加入的铁矿石的粒度，M表示加入的铁矿石的标准粒度，其为0.1mm，c表示铁矿石的密度，P₀表示第一温度段的预设转速值，P₁₀表示第二温度段的预设转速值，其为900转/min。

在本发明实施例中，通过温度逐渐上升的过程，控制最终搅拌的均匀程度。

在本发明实施例中，所述加热条3的数量5个，分别为间隔设置的第一组加热条3根，以及第二组加热条1根，第三组加热条2根。其中，

在本实施例中，第一组加热条处于常开状态，持续提供加热功能，第二组加热条、第三组加热条根据搅拌机内的混合物重量及压力的需求进行调整。

其中，第二组加热条按照下述公式(4)，对其加热温度进行调整，

其中，L₂为第二组加热条的实时加热温度，L₁为第一组加热条的加热温度，K₁表示搅拌机内的混合物重量，υ表示搅拌机内的实时压力，υ₀表示搅拌机内的预设压力，为1.11MPa。

其中，第三组加热条按照下述公式(5)，对其加热温度进行调整，

L₃＝L-L₂ (5)

其中，L₃为第三组加热条的加热温度，L表示反应过程中需要的实时温度，L₂为第二组加热条的实时加热温度。

下面将参照具体实施方式本实施例中铁尾矿的固化方法作进一步说明：

实施例1，一种铁尾矿固化方法实例，其方案及步骤如下：

(1)配合比：铁尾矿100，水3.5，固化剂11.9，催化剂0.01。

(2)实施步骤：材料进场――检测――铁尾矿、固化剂搅拌――输送、摊铺――晾晒、密实――养护――检测。

(3)指标：28天抗压强度7.902兆帕。

实施例2，一种新型铁尾矿固化方法实例，其方案及步骤如下：

(1)配合比：铁尾矿100：固化剂15.0，催化剂0.02。

(2)实施步骤：材料进场――检测――铁尾矿、碱渣、固化剂搅拌――输送与摊铺――密实――养护――检测。

(3)指标：28天抗压强度12.774兆帕，用于水泥稳定层。

实施例3，一种新型铁尾矿固化方法实例，其方案及步骤如下：

(1)配合比：铁尾矿100：固化剂6.5，催化剂0.01。用途为填海材料。

(2)实施步骤：材料进场――检测――搅拌机械就位――碱渣、固化剂搅拌制浆――尾矿搅拌――压实、养护――检测。

(3)指标：28天抗压强度1.912兆帕

显然可以得出的是，本发明具有以下优点和技术效果：1)本发明技术可以充分体现废物利用、资源再生：淤泥、碱渣、矿渣、粉煤灰等工业废渣都是不可多得的资源，并充分利用当地的铁尾矿自然资源。2)本发明技术有利于环保：我国政府和企业投入巨资进行工业废渣的治理。碱渣等工业废渣是良好的化工、建筑材料。铁尾矿也是选矿厂必须治理和综合利用的工业废渣。3)本发明方法实现了铁尾矿的废物利用。采用本发明技术后，可以充分利用这些工业废渣，形成海洋工程的面层和填筑层，代替日益紧缺的砂石料天然资源。4)所用材料大多发生了化学反应，并被反应物包裹，不易渗出。经环保检测，本发明制造成品浸出水达到了工业废水的排放标准，对环境没有污染。5)本发明方法可以有效降低成品工程的施工费用。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种铁尾矿的固化方法，其特征在于，包括如下步骤：

原材料检测：将作为固化剂使用的工业废渣进行破碎，并检测其物理、化学以及环保指标，以确保其在后期施工过程中无污染，并能够充分发挥固化作用；

确定配合比：根据工程成品需求抓取所需的铁尾矿、所述工业废渣以及催化剂，并根据所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂的物理和化学性质在室内进行配合比试验，以确定各种材料的预设配比；

原材料拌合：将所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂按照所述预设配比依次加入特制的搅拌机中，并加入特定量的水，通过设置在所述搅拌机上的温控装置控制所述搅拌机按照预设温度在可控温度状态下进行搅拌，并通过设置在所述搅拌机内部的检测装置实时监测其内部拌合物的均匀度，以确保在整个拌和过程中能够充分激活、利用所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂的化学活性，使其产生类似水泥混凝土的化学反应，保证后期成品的力学性能；

成品制备：将搅拌均匀的所述拌合物进行摊铺晾晒，在其含水率达到所述成品需求时，通过采用机械夯实或压路机压实的方式使其密实，以形成满足施工需求的铁尾矿固化成品；

养护测试：采用保温、保湿的方式对所述铁尾矿固化成品进行养护，并在不同预设龄期对其进行土力学指标和环保指标检测；

所述温控装置包括：设置在所述搅拌机内壁上的若干加热条、设置在所述搅拌机中搅拌臂和搅拌翼上的若干温度探头以及设置在所述搅拌机外侧的温度控制单元；

所述温度控制单元能够根据若干所述温度探头监测到的温度计算出温度均值，并根据所述温度均值控制所述加热条温度加热温度的升降；

所述温度控制单元按照如下方式计算若干所述温度探头获取的温度数据的均值：

式中，T为所述温度控制单元计算出的温度均值，T_i为设置在所述搅拌臂上的第i个温度探头监测的温度值，P_i所述搅拌臂上的温度探头监测结果的可信度，N为所述搅拌臂上的温度探头的数量，T_j为设置在所述搅拌臂上的第j个温度探头监测的温度值，P_j所述搅拌翼上的温度探头监测结果的可信度，M为所述搅拌臂上的温度探头的数量。

2.根据权利要求1所述的铁尾矿的固化方法，其特征在于，所述检测装置包括：三个设置在所述搅拌机内壁不同高度上取样器、用于称重的计重器，以及用于判断所述拌合物均匀度的判别单元；所述判别单元能够根据所述计重器计量的所述三个取样器取样结果的重合度判断所述搅拌器内部的拌合物是否搅拌均匀；

所述判别单元能够按照下述公式计算第一取样器、第二取样器取样结果的重合度值：

式中，Ψ₂₁为第一取样器、第二取样器的取样结果的重合度值，m₁为第一取样器的实时监测值，m₂为第二取样器的实时监测值，m₃为第三取样器的实时监测值，S为均方差运算，I为积分运算；

所述判别单元能够按照下述公式计算第一取样器、第三取样器取样结果的重合度值：

式中，Ψ₃₁为第一取样器、第三取样器的取样结果的重合度值，m₁为第一取样器的实时监测值，m₂为第二取样器的实时监测值，m₃为第三取样器的实时监测值，S为均方差运算，I为积分运算；

所述判别单元能够按照下述公式计算第二取样器、第三取样器取样结果的重合度值：

式中，Ψ₂₃为第二取样器、第三取样器的取样结果的重合度值，m₁为第一取样器的实时监测值，m₂为第二取样器的实时监测值，m₃为第三取样器的实时监测值，S为均方差运算，I为积分运算；

上述运算过程中：通过获取在某个时间段内的所有取样器的取样结果，并对某个时间段内的各个取样结果进行积分运算和均方差运算，得出相比较的平均值；最后，通过判别单元比较Ψ₂₁、Ψ₃₁以及Ψ₂₃之间的差异，差异越小表明所述拌合物越均匀。

3.根据权利要求1所述的铁尾矿的固化方法，其特征在于，所述铁尾矿、所述工业废渣以及所述催化剂的所述预设配比为100：2-30：0.001-0.1。

4.根据权利要求1所述的铁尾矿的固化方法，其特征在于，所述铁尾矿、所述工业废渣、所述催化剂以及所述水的所述预设配比为100：2-30：0.001-0.1：3.5。

5.根据权利要求3或4所述的铁尾矿的固化方法，其特征在于，所述工业废渣中包括如下配合比的材料：淤泥0.1-5.0份、碱渣0.1-15份、粉煤灰0-50份、高炉矿渣微粉0-80份以及水泥熟料0-5份。

6.根据权利要求5所述的铁尾矿的固化方法，其特征在于，所述催化剂选自硅酸钠、石膏、阳离子表面活性剂、早强减水剂、防冻剂、早强剂、缓凝剂、防水剂、石灰、硅粉以及乳胶中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的铁尾矿的固化方法，其特征在于，所述加热条可拆卸地垂直设置在所述搅拌器的内壁上。

8.根据权利要求2所述的铁尾矿的固化方法，其特征在于，所述取样器的规格完全相同，且其在取样过程中的角度、力度以及方向均完全一致。

9.根据权利要求7所述的铁尾矿的固化方法，其特征在于，所述搅拌臂的搅拌速度的调整按照下述进行；

其中，在第一温度段，在5-10℃温度范围内：

式中，p₁表示第一温度段的实时转速值，T表示第一温度段内的实时温度，T₀表示参考预设温度值，温度为5℃，m表示加入的铁矿石的粒度，M表示加入的铁矿石的标准粒度，其为0.1mm，c表示铁矿石的密度，P₀表示第一温度段的预设转速值，其为700转/min；

其中，在第二温度段，在10-15℃温度范围内：

式中，P₂表示第二温度段的实时转速值，T表示第二温度段内的实时温度，T₁₀表示参考预设温度值，可控温度温度为10℃，m表示加入的铁矿石的粒度，M表示加入的铁矿石的标准粒度，其为0.1mm，c表示铁矿石的密度，P₀表示第一温度段的预设转速值，P₁₀表示第二温度段的预设转速值，其为800转/min；

升温至15℃时，在15-20℃温度范围内：

式中，P₃表示第三温度段的实时转速值，T表示第三温度段内的实时温度，T₂₀表示参考预设温度值，温度为15℃，m表示加入的铁矿石的粒度，M表示加入的铁矿石的标准粒度，其为0.1mm，c表示铁矿石的密度，P₀表示第一温度段的预设转速值，P₁₀表示第二温度段的预设转速值，其为900转/min。

10.根据权利要求7所述的铁尾矿的固化方法，其特征在于，所述第一组加热条处于常开状态，持续提供加热功能，第二组加热条、第三组加热条根据搅拌机内的混合物重量及压力的需求进行调整；

其中，第二组加热条按照下述公式(4)，对其加热温度进行调整，

其中，L₂为第二组加热条的实时加热温度，L₁为第一组加热条的加热温度，K₁表示搅拌机内的混合物重量，υ表示搅拌机内的实时压力，υ₀表示搅拌机内的预设压力，为1.11MPa；

其中，第三组加热条按照下述公式(5)，对其加热温度进行调整，

L₃＝L-L₂ (5)

其中，L₃为第三组加热条的加热温度，L表示反应过程中需要的实时温度，L₂为第二组加热条的实时加热温度。