CN112142346A - 一种铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料、制备方法及其应用 - Google Patents

一种铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料、制备方法及其应用，本发明所述的铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料包括按重量份计的如下各组分：32～47份中和渣、33～45份铅锌冶金渣、10～15份粉煤灰、0～7份水泥、5～10份微硅粉、0.1～0.6份外加剂和0.1～0.7份复合激发剂。本发明原料易得、价格低廉、抗压强度高、性能优良、能大量消耗相关厂家废渣的库存量、消除铜冶炼厂环境污染隐患；采用本发明所述的方法工艺流程简单、操作便利、绿色环保、经济效益可观、开发了铜冶炼厂废渣的多途径应用方法。

Description

一种铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料、制备方法及其 应用
技术领域
本发明涉及本发明涉及有色金属矿井下充填胶凝材料技术领域，具体涉及
一种铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料、制备方法及其应用。
背景技术
铜冶炼烟气制酸过程酸性废水采用石灰乳二次中和加硫酸亚铁共沉淀的方法形成固体废弃物定义为中和渣，其为黄色固态渣，具备一定活性。铜陵有色集团公司铜冶炼厂每年产生约6万吨副产品中和渣，随着近几年的积累，副产品中和渣堆存量日益增加。公司一直致力于有效解决中和渣回收利用问题，但效果不佳。目前铜冶炼厂中和渣堆存库容压力大、占地面积广、综合利用率低。
为解决冶炼厂中和渣资源化问题，中国专利申请号CN201811097404.1公开一种“有色冶炼污水处理中和渣混凝土砖及其制备方法”，可用中和渣制备混凝土砖；中国专利申请号CN201910318440.4公开一种“中和渣砖块的制备方法”，可用中和渣替代填充材料生产蒸压粉煤灰砖；中国专利申请号CN201811029666.4公开一种“含钒中和渣的回收方法”，可用中和渣提取有价元素，中国专利申请号CN201811358689.X公开一种“用于金铜矿中和渣胶结充填采空区的固化剂”，采用中和渣为矿山处理酸性废水后的固体废弃物。
但是如何开发多途径、大量去除中和渣库存量、消除污染隐患、将中和渣变废为宝再次利用等问题为铜冶炼厂中和渣亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种原料易得、价格低廉、抗压强度高、性能优良、工艺流程简单、操作便利、绿色环保、经济效益可观的铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料、制备方法及其应用。
本发明所述的铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料，包括按重量份计的如下各组分：32～47份中和渣、33～45份铅锌冶金渣、10～15份粉煤灰、0～7份水泥、5～10份微硅粉、0.1～0.6份外加剂和0.1～0.7份复合激发剂。
进一步地，中和渣为铜冶炼厂烟气制酸过程处理酸性废水后的固体废弃物，中和渣-0.074mm的粒级占96～100%，所述中和渣包括以下以氧化物形式按重量含量计的各组分：CaO 25%～34%、SO3 15%～23%、Fe2O3 4%～9%、MgO 3%～6%和Al2O3 1.5%～3% 。
进一步地，铅锌冶金渣为有色金属冶炼厂工业废渣，铅锌冶金渣的比表面积为450～500kg/m2之间，所述铅锌冶金渣包括以下以氧化物形式按重量含量计的各组分： Al2O3 12%～20%、CaO 14%～18%、SiO2 30%～40%、FeO 25%～33%、MgO 7%～11%、Na2O 2.3%～2.7%和Fe2O3 1.6%～2.4%。
进一步地，粉煤灰包括以下以氧化物形式按重量含量计的各组分：SiO2 33%～45%、Al2O3 17%～25%、Fe2O3 11%～18%、CaO 13%～16%、MgO 2%～6%、SO3 1.6%～3.4%和Na2O0.7%～2.1%。
采用上述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料的配方：原材料采用了铜冶炼厂烟气制酸处理后副产品中和渣，充分利用中和渣潜在胶凝活性生产出了适用于矿山全尾砂充填的胶凝材料，不但有效降低了充填胶凝材料生产成本，而且制得的低成本胶凝材料强度与水泥相比优势明显；采用了铅锌冶金渣，既可有效利用冶炼厂工业废渣生产出胶凝材料用于井下充填，减少环境污染，又能很好利用铅锌冶金渣中的CaO发生微弱的水解作用形成Ca(OH)2，具备活性的Al2O3与Ca(OH)2进一步发生作用，形成铅锌冶金渣胶凝性能的水化产物；采用了粉煤灰，充分利用固体废弃物，改善生态环境，其潜在的活性加速形成胶凝硬化体系水化物质，水化产物斜方钙沸石晶体、钙矾石晶体和氢氧钙石进一步提高胶结充填体强度。
优选的，外加剂包括以下按重量份计的各组分：28～35份萘系磺酸盐、25～35份脂肪磺酸盐和30～35份氨基磺酸盐。
上述技术方案中，采用了萘系磺酸盐、脂肪磺酸盐和氨基磺酸盐为外加剂，一是，可改善充填料浆的和易性和分散性，有效提升了高浓度胶结充填料浆井下管道自流输送距离。二是，利用其阴离子表面活性进一步激发中和渣、铅锌冶金渣和粉煤灰潜在的活性，加速胶结充填体的水化反应进程，提高硬化效果。三是易溶于水，与元明粉发生反应生成结晶体有效改善颗粒间隙的饱和度，有利于胶结充填体固化且增强耐久性。
优选的，复合激发剂包括以下按重量份计的各组分：28～35份氢氧化钠、25～35份硅酸钠和30～35份元明粉。
复合激发剂选用氢氧化钠、硅酸钠和元明粉的混合体系，其中：氢氧化钠，增加了胶凝材料的碱性，在氢氧化钠形成的强碱溶液中，中和渣和铅锌冶金渣中的富钙相先离解出Ca2+和Al3+，经过化学反应形成水化硅酸钙凝胶与水化铝酸钙晶体，增加后期强度；硅酸钠，进一步激发中和渣和铅锌冶金渣水化反应，有利于加速胶凝体系产物的形成，有效改善胶结充填体内部结构颗粒空间，增加胶凝体强度；元明粉，易溶于水，促进中和渣、铅锌冶金渣和粉煤灰更快地生成水化产物硫铝酸钙，加快胶结充填体的水化硬化速度，提高早期强度。
铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：（1）首先将33～45份铅锌冶金渣、10～15份粉煤灰和0～7份水泥依次加入搅拌桶内，均匀搅拌时间30s～60s；（2）其次，依次加入5～10份微硅粉、0.1～0.6份外加剂、0.1～0.7份复合激发剂，均匀搅拌时间30s～60s；（3）然后，加入32～47份中和渣后均匀搅拌时间30s～60s。
铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料的应用：将全尾砂与所述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料重量比按6:1加入搅拌桶内混合，启动搅拌机搅拌1min～2min，向搅拌桶内加入水，所加入水的重量是铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料重量的3.3倍，再用搅拌机均匀搅拌时间3min～5min，制得的混合充填胶凝料浆用于井下充填。
综上所述，本发明所述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料充分利用中和渣、铅锌冶金渣和粉煤灰等占地面积大的废渣，原料易得、价格低廉、抗压强度高、性能优良、能大量消耗相关厂家废渣的库存量、消除铜冶炼厂环境污染
隐患；采用本发明所述的方法工艺流程简单、操作便利、绿色环保、经济效益可观、开发了铜冶炼厂废渣的多途径应用方法。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明：
本发明所述的原料，中和渣、铅锌冶金渣和粉煤灰的组成如下：
中和渣为铜冶炼厂处理酸性废水后的固体废弃物，中和渣-0.074mm的粒级占96～100%，中和渣包括以下以氧化物形式按重量含量计的各组分：CaO 25%～34%、SO3 15%～23%、Fe2O3 4%～9%、MgO 3%～6%和Al2O3 1.5%～3% ；
铅锌冶金渣为有色金属冶炼厂工业废渣，铅锌冶金渣的比表面积为450～500kg/m2之间，铅锌冶金渣包括以下以氧化物形式按重量含量计的各组分： Al2O3 12%～20%、CaO 14%～18%、SiO2 30%～40%、FeO 25%～33%、MgO 7%～11%、Na2O 2.3%～2.7%和Fe2O3 1.6%～2.4%；
粉煤灰包括以下以氧化物形式按重量含量计的各组分：SiO2 33%～45% 、Al2O3 17%～25%、Fe2O3 11%～18%、CaO 13%～16%、MgO 2%～6%、SO3 1.6%～3.4%和Na2O 0.7%～2.1%。
实施例一：
一种铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料包括按重量份计：40.5份中和渣、37份铅锌冶金渣、14份粉煤灰、3份水泥、5份微硅粉、0.2份外加剂和0.3份复合激发剂。
外加剂包括以下按重量份计：34份萘系磺酸盐、33份脂肪磺酸盐、33份氨基磺酸盐。
复合激发剂包括以下按重量份计：32份氢氧化钠、33份硅酸钠、35份元明粉。
上述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：（1）首先，将37份铅锌冶金渣、14份粉煤灰和3份水泥依次加入搅拌桶内，均匀搅拌时间30s～60s；（2）其次，依次加入5份微硅粉、0.2份外加剂、0.3份复合激发剂，再次均匀搅拌时间30s～60s；（3）然后，加入40.5份中和渣后均匀搅拌时间30s～60s。
铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料的应用，将全尾砂与所述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料重量比按6:1加入搅拌桶内混合，启动搅拌机搅拌1min～2min，向搅拌桶内加入水，所加入水的重量是铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料重量的3.3倍，再用搅拌机均匀搅拌时间3min～5min，制得的混合充填胶凝料浆用于井下充填。将上述混合充填胶凝料浆采用7.07×7.07×7.07cm的三联模具进行制模，用标准养护箱养护和压力机测试养护龄期为7d和28d的试块强度。测试结果为：7d强度达到1.16MPa，28d强度达到2.93MPa。
实施例二：
一种铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料包括按重量份计：35.2份中和渣、40份铅锌冶金渣、12份粉煤灰、4份水泥、8份微硅粉、0.3份外加剂和0.5份复合激发剂。
外加剂包括以下按重量份计：34份萘系磺酸盐、33份脂肪磺酸盐、33份氨基磺酸盐。
复合激发剂包括以下按重量份计：32份氢氧化钠、33份硅酸钠、35份元明粉。
上述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：（1）首先，将40份铅锌冶金渣、12份粉煤灰和4份水泥依次加入搅拌桶内，均匀搅拌时间30s～60s；（2）其次，依次加入8份微硅粉、0.3份外加剂、0.5份复合激发剂，再次均匀搅拌时间30s～60s；（3）然后，加入35.2份中和渣后均匀搅拌时间30s～60s。
铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料的应用，将全尾砂与所述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料重量比按6:1加入搅拌桶内混合，启动搅拌机搅拌1min～2min，向搅拌桶内加入水，所加入水的重量是铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料重量的3.3倍，再用搅拌机均匀搅拌时间3min～5min，制得的混合充填胶凝料浆用于井下充填。将上述混合充填胶凝料浆采用7.07×7.07×7.07cm的三联模具进行制模，用标准养护箱养护和压力机测试养护龄期为7d和28d的试块强度。测试结果为：7d强度达到2.08MPa，28d强度达到3.60MPa。
实施例三：
一种铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料包括按重量份计：45.8份中和渣、33份铅锌冶金渣、11份粉煤灰、2份水泥、7份微硅粉、0.6份外加剂和0.6份复合激发剂。
外加剂包括以下按重量份计：34份萘系磺酸盐、33份脂肪磺酸盐、33份氨基磺酸盐。
复合激发剂包括以下按重量份计：32份氢氧化钠、33份硅酸钠、35份元明粉。
上述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：（1）首先，将33份铅锌冶金渣、11份粉煤灰和2份水泥依次加入搅拌桶内，均匀搅拌时间30s～60s之；（2）其次，依次加入7份微硅粉、0.6份外加剂、0.6份复合激发剂，再次均匀搅拌时间30s～60s之间；（3）然后，加入45.8份中和渣后均匀搅拌时间30s～60s之间。
铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料的应用，将全尾砂与所述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料重量比按6:1加入搅拌桶内混合，启动搅拌机搅拌1min～2min，向搅拌桶内加入水，所加入水的重量是铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料重量的3.3倍，再用搅拌机均匀搅拌时间3min～5min，制得的混合充填胶凝料浆用于井下充填。将上述混合充填胶凝料浆采用7.07×7.07×7.07cm的三联模具进行制模，用标准养护箱养护和压力机测试养护龄期为7d和28d的试块强度。测试结果为：7d强度达到0.73MPa，28d强度达到1.14MPa。
实施例四：
一种铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料包括按重量份计：37.7份中和渣、38份铅锌冶金渣、13份粉煤灰、1份水泥、10份微硅粉、0.1份外加剂和0.2份复合激发剂。
外加剂包括以下按重量份计：34份萘系磺酸盐、33份脂肪磺酸盐、33份氨基磺酸盐。
复合激发剂包括以下按重量份计：32份氢氧化钠、33份硅酸钠、35份元明粉。
上述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料及其制备方法，包括以下步骤：（1）首先，将38份铅锌冶金渣、13份粉煤灰和1份水泥依次加入搅拌桶内，均匀搅拌时间30s～60s之间；（2）其次，依次加入10份微硅粉、0.1份外加剂、0.2份复合激发剂，再次均匀搅拌时间30s～60s之间；（3）然后，加入37.7份中和渣后均匀搅拌时间30s～60s之间。
铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料的应用，将全尾砂与所述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料重量比按6:1加入搅拌桶内混合，启动搅拌机搅拌1min～2min，向搅拌桶内加入水，所加入水的重量是铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料重量的3.3倍，再用搅拌机均匀搅拌时间3min～5min，制得的混合充填胶凝料浆用于井下充填。将上述混合充填胶凝料浆采用7.07×7.07×7.07cm的三联模具进行制模，用标准养护箱养护和压力机测试养护龄期为7d和28d的试块强度。测试结果为：7d强度达到0.89MPa，28d强度达到1.89MPa。
实施例五：
一种铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料及其制备方法，它包括按重量份计：34.6份中和渣、41份铅锌冶金渣、10份粉煤灰、4.5份水泥、9份微硅粉、0.4份外加剂和0.5份复合激发剂。
外加剂包括以下按重量份计：34份萘系磺酸盐、33份脂肪磺酸盐、33份氨基磺酸盐。
复合激发剂包括以下按重量份计：32份氢氧化钠、33份硅酸钠、35份元明粉。
上述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料及其制备方法包括以下步骤：（1）首先，将41份铅锌冶金渣、10份粉煤灰和4.5份水泥依次加入搅拌桶内，均匀搅拌时间30s～60s之间；（2）其次，依次加入9份微硅粉、0.4份外加剂、0.5份复合激发剂，再次均匀搅拌时间30s～60s之间；（3）然后，加入34.6份中和渣后均匀搅拌时间30s～60s之间。
铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料的应用，将全尾砂与所述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料重量比按6:1加入搅拌桶内混合，启动搅拌机搅拌1min～2min，向搅拌桶内加入水，所加入水的重量是铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料重量的3.3倍，再用搅拌机均匀搅拌时间3min～5min，制得的混合充填胶凝料浆用于井下充填。将上述混合充填胶凝料浆采用7.07×7.07×7.07cm的三联模具进行制模，用标准养护箱养护和压力机测试养护龄期为7d和28d的试块强度。测试结果为：7d强度达到1.41MPa，28d强度达到3.36MPa。
对比例：
此对比例所用的胶凝材料为市场上所购买的42.5水泥。
实验方案为：全尾砂与水泥的重量比为6: 1加入搅拌桶内混合，用搅拌机均匀搅拌时间1min～2min之间，往搅拌桶内加入水，加入水的重量是水泥重量的3.3倍，再用搅拌机均匀搅拌时间3min～5min之间，最终制成68%浓度的充填料浆。采用7.07×7.07×7.07cm的三联模具进行制模，用标准养护箱养护和压力机测试养护龄期为7d和28d的试块强度。测试结果为：7d强度达到0.53MPa，28d强度达到1.17MPa。
从实验结果可知，本发明的低成本充填胶凝材料其7天，28天单轴抗压强度明显比42.5水泥高，成本低于水泥，且有效解决有色金属冶炼厂副产品中和渣和铅锌冶金渣排放和库容压力问题，实现固体废弃物资源化，具有很高的推广和研究价值。尤其是实例二实验结果强度最高，是42.5水泥实验结果强度的数倍。

Claims (8)

1.一种铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料，其特征在于，包括按重量份计的如下各组分：32～47份中和渣、33～45份铅锌冶金渣、10～15份粉煤灰、0～7份水泥、5～10份微硅粉、0.1～0.6份外加剂和0.1～0.7份复合激发剂。
2.根据权利要求1所述的铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料，其特征在于：所述中和渣为铜冶炼厂烟气制酸过程处理酸性废水后的固体废弃物，中和渣-0.074mm的粒级占96～100%，所述中和渣包括以下以氧化物形式按重量含量计的各组分：CaO 25%～34%、SO3 15%～23%、Fe2O3 4%～9%、MgO 3%～6%和Al2O3 1.5%～3%。
3.根据权利要求1所述的铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料，其特征在于：所述铅锌冶金渣为有色金属冶炼厂工业废渣，铅锌冶金渣的比表面积为450～500kg/m2之间，所述铅锌冶金渣包括以下以氧化物形式按重量含量计的各组分： Al2O3 12%～20%、CaO 14%～18%、SiO2 30%～40%、FeO 25%～33%、MgO 7%～11%、Na2O 2.3%～2.7%和Fe2O3 1.6%～2.4%。
4.根据权利要求1所述的铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料，其特征在于：所述粉煤灰包括以下以氧化物形式按重量含量计的各组分：SiO2 33%～45% 、Al2O3 17%～25%、Fe2O311%～18%、CaO 13%～16%、MgO 2%～6%、SO3 1.6%～3.4%和Na2O 0.7%～2.1%。
5.根据权利要求1所述的铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料，其特征在于：
所述外加剂包括以下按重量份计的各组分：28～35份萘系磺酸盐、25～35份脂肪磺酸盐和30～35份氨基磺酸盐。
6.根据权利要求1所述的铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料，其特征在于：所述复合激发剂包括以下按重量份计的各组分：28～35份氢氧化钠、25～35份硅酸钠和30-35份元明粉。
7.根据权利要求1所述的铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料，其特征在于，所述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：（1）首先，将33～45份铅锌冶金渣、10～15份粉煤灰和0～7份水泥依次加入搅拌桶内，均匀搅拌时间30s～60s；（2）其次，依次加入5～10份微硅粉、0.1～0.6份外加剂、0.1～0.7份复合激发剂，均匀搅拌时间30s～60s；（3）然后，加入32～47份中和渣后均匀搅拌时间30s～60s。
8.根据权利要求1所述的铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料的应用，其特征在于：将全尾砂与所述铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料重量比按6:1加入搅拌桶内混合，启动搅拌机搅拌1min～2min，向搅拌桶内加入水，所加入水的重量是铜冶炼厂中和渣低成本充填胶凝材料重量的3.3倍，再用搅拌机均匀搅拌时间3min～5min，制得的混合充填胶凝料浆用于井下充填。
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