CN114703361A - 一种离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于废弃矿山处理技术领域，具体涉及一种离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂，包括如下组分：粘土类物质、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和表面活性剂。本发明固化剂配方组合，各组分相互协调促进，应用时的固化时间在24h之内，固化效果好；首先，固化剂复合固结稀土原地浸矿废弃矿山试件常温下浸水不解散，水稳定性好，耐久性好。其次，固化后的强度较高，有效解决了内部土质松软等问题，防止山体滑坡。
Description
技术领域
本发明属于废弃矿山处理技术领域，具体涉及一种离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂及其制备方法和应用。
背景技术
离子型稀土原地浸矿工艺是用溶浸剂从天然埋藏条件下的非均质矿体中有选择地浸出其中有用成分的采矿方法。与池浸工艺相比，不但稀土回收率较高，对山林、农田与地貌破坏少。因此，在提取离子型稀土方面，原地浸矿工艺应用较为广泛。
离子型稀土原地浸矿工艺须要开挖注液井、集液沟和工作平台等，在长期的实际原地浸矿过程中，溶浸剂会逐渐侵蚀矿山，加之外界雨水冲刷，会使离子型稀土原地浸矿废弃矿山表面土质松软，较易出现水土流失，造成地质灾害，而对环境影响较为严重。
目前，现有技术中对于稀土废弃矿山防治山体滑坡采用建筑构造对山体斜坡进行分层处理，这种处理方法工程耗时长，操作难度大，成本较高。而部分稀土废弃矿山防止山体斜坡滑坡的，也采用种植植物的方法，此方法副作用小，但是防止效果差。而采用固化剂等对山体斜坡泥土或者石头等作固化作用的，对环境副作用大。因此，目前亟须一种在山体表面及内部能够具有较好固化效果，并且对环境副作用小，操作简单，成本低的方法。
发明内容
本发明的目的在于针对离子型稀土原地浸矿废弃矿山表面及内部土质松软，较易出现水土流失，造成地质灾害，对环境影响较为严重等技术问题，提供一种有效预防山体滑坡和内部土质松软，副作用小，效果好，成本低的固化剂，旨使离子型稀土原地浸矿废弃矿山表面及内部固化。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂，包括如下组分：粘土类物质、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和表面活性剂。
较佳地，所述粘土类物质、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和表面活性剂的质量比为
20～500∶15～85∶10～30∶8～20∶6～10∶6～10∶3～5∶1～5。
优选地，由如下组分组成：粘土类物质、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和表面活性剂。
较佳地，所述粘土类物质选自粘土、膨润土、高岭土、蒙脱土中的一种；
所述改性聚丙烯酰胺为有机硅改性聚丙烯酰胺，所述有机硅改性聚丙烯酰胺的分子量为500万～1000万，硅含量为5％～15％。
较佳地，所述表面活性剂为月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、十二烷基苯磺酸钠、聚山梨酯、油酸单甘油酯和十八烷基三甲基氯化铵中的至少一种。
本发明的固化剂通过多种组分共同配合协同作用，对尾矿山体的表面和内部起到固化的作用，达到防止水土流失的目的。本发明中固化剂起效的主要原理是通过组分如粘土、硅酸钠、多聚磷酸钠，改善稀土尾矿颗粒之间的接触面，使其能发生物理化学反应，强化颗粒之间的连接结构；加入腐殖酸，由于其含羧基和酚羟基等活性官能团，很容易吸附在稀土尾矿土壤胶体表面，而使颗粒物上增加新的吸附位点，另外通过加入表面活性剂与尾矿成分进行离心吸附与交换，同时加入石墨粉，使得表面电量增加，具有高导电性，趋于固化；改性聚丙烯酰胺具有吸水性，避免在固化过程中水分流失，在硅灰的作用和在外界挤压力作用下，缩短颗粒之间的距离，生成水化硅酸镁和聚集可改善内部的密实度和力学强度。
基于一个总的发明构思，本发明的另一个目的在于提供上述离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂配方比例将粘土类物质和硅灰混合，并以400r/min～600r/min的转速搅拌5min～8min；
步骤二、将多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠和石墨粉按照配方比例混合粉磨至粒度小于300目；
步骤三、将步骤一与步骤二得到的材料进行预混合，再加入表面活性剂进行混合，并以800r/min～1000r/min的转速搅拌20min～30min，使各原料均匀混合，得到离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂。
本发明的另一个目的还在于提供上述离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂的应用，注入式放置于离子型稀土原地浸矿废弃矿山的表面。
优选地，每亩离子型稀土原地浸矿废弃矿山的表面注入放置500g～1500g固化剂。
将本发明固化剂撒施于离子型稀土原地浸矿废弃矿山的表面，遇水后能迅速离子化后具有高导电性，从而能够对表面斜坡起到固化的作用，防止山体滑坡；进一步地，本发明采用注入式放置固化剂，在固化剂起作用时能够在力学结构上解决内部土质松软，更好的固化山体，是一种成本低、处理效果好、处理时间短、可广泛应用的固化稳定化技术。
与现有技术相比，本发明固化剂配方组合，各组分相互协调促进，应用时的固化时间在24h之内，固化效果好；首先，固化剂复合固结稀土原地浸矿废弃矿山试件常温下浸水不解散，水稳定性好，耐久性好。其次，固化后的强度较高，有效解决了内部土质松软等问题，防止山体滑坡。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下则结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。应当理解，以下描述仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或者优选值与任何范围下限或优选值的任意一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外地说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
一种离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂，由如下组分组成：粘土、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和月桂基磺化琥珀酸单酯二钠，所述粘土类物质、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、有机硅改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和月桂基磺化琥珀酸单酯二钠的质量比为250∶50∶20∶14∶8∶8∶4∶3，其中，所述有机硅改性聚丙烯酰胺的分子量为800万，硅含量为10％。
上述离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂配方比例，将粘土和硅灰混合，并以500r/min的转速搅拌6min；
步骤二、将多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠和石墨粉按照配方比例混合粉磨至粒度小于300目；
步骤三、将步骤一与步骤二得到的材料进行预混合，再加入月桂基磺化琥珀酸单酯二钠进行混合，并以900r/min的转速搅拌25min，使各原料均匀混合，得到离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂。
实施例2
一种离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂，由如下组分组成：膨润土、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、有机硅改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和十二烷基苯磺酸钠，所述膨润土、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和十二烷基苯磺酸钠的质量比为350∶70∶12∶18∶8∶9∶3∶2，其中，所述有机硅改性聚丙烯酰胺的分子量为1000万，硅含量为15％。
上述离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂配方比例将膨润土和硅灰混合，并以600r/min的转速搅拌5min；
步骤二、将多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠和石墨粉按照配方比例混合粉磨至粒度小于300目；
步骤三、将步骤一与步骤二得到的材料进行预混合，再加入十二烷基苯磺酸钠进行混合，并以1000r/min的转速搅拌20min，使各原料均匀混合，得到离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂。
实施例3
一种离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂，由如下组分组成：蒙脱土、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、有机硅改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和聚山梨酯，所述高岭土、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和油酸单甘油酯的质量比为20∶85∶10∶20∶6∶10∶3∶1，其中，所述有机硅改性聚丙烯酰胺的分子量为600万，硅含量为8％。
上述离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂配方比例将蒙脱土和硅灰混合，并以400r/min的转速搅拌8min；
步骤二、将多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠和石墨粉按照配方比例混合粉磨至粒度小于300目；
步骤三、将步骤一与步骤二得到的材料进行预混合，再加入油酸单甘油酯进行混合，并以800r/min的转速搅拌30min，使各原料均匀混合，得到离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂。
实施例4
一种离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂，由如下组分组成：高岭土、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、有机硅改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和十八烷基三甲基氯化铵，所述高岭土、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和十八烷基三甲基氯化铵的质量比为80∶35∶15∶12∶8∶8∶5∶2，其中，所述有机硅改性聚丙烯酰胺的分子量为500万，硅含量为5％。
上述离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂配方比例将高岭土和硅灰混合，并以450r/min的转速搅拌6min；
步骤二、将多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠和石墨粉按照配方比例混合粉磨至粒度小于300目；
步骤三、将步骤一与步骤二得到的材料进行预混合，再加入十八烷基三甲基氯化铵进行混合，并以950r/min的转速搅拌25min，使各原料均匀混合，得到离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂。
比较例1
不含组分粘土，其他与实施例1相同。
比较例2
不含组分硅灰，其他与实施例1相同。
比较例3
不含组分多聚磷酸钠，其他与实施例1相同。
比较例4
不含组分硅酸钠，其他与实施例1相同。
比较例5
不含组分改性聚丙烯酰胺，其他与实施例1相同。
比较例6
不含组分腐殖酸钠，其他与实施例1相同。
比较例7
不含组分石墨粉，其他与实施例1相同。
比较例8
一种用于离子型稀土原地浸矿废弃矿山的表面固化剂，由600g菌种、50g草种和1000g粘土类物质组成，其中，菌种为单形拟杆菌0061；草种为狗牙根种子；粘土类物质由粘土和膨润土组成，所述粘土和膨润土的质量比为1∶3。
试验例1
选取13亩赣州某离子型稀土原地浸矿废弃矿山表面作为13个性质相近的试验区，每个试验区面积为1亩，其中1个试验区作为空白，不应用表面固化剂，剩余12个试验区，分别将上述实施例1～4和比较例1～8的固化剂注入放置于离子型稀土原地浸矿废弃矿山的表面，每亩离子型稀土原地浸矿废弃矿山的表面注入放置1000g固化剂。测定离子型稀土原地浸矿废弃矿山的水土流失情况，测试方法如下，相应的结果如表1所示：
参考水利行业《土壤侵蚀分类分级标准》(SL190-2007)规定、“马跃.废弃矿山资源化生态修复模式构建与效益评价”及其他相关标准，将测区的水土流失强度划分为微度流失、轻度流失、中度流失、低强度流失和高强度流失，具体的特征如下：
微度流失的特点：土壤裸露的面和零星分布之和低于所在地点面积的15％，大雨时少量出现泥砂下泄的山坡地；略有面蚀发生；尚有表土层，或较严重流失经治理后植被较容易恢复，水土流失趋于稳定；
轻度流失的特点：土壤裸露的面和零星分布之和达到所在地点面积的15％～30％，大雨时出现泥砂下泄的山坡地；有面蚀发生；尚有表土层，或较严重流失经治理后植被容易恢复，水土流失趋于稳定；
中度流失的特点：土壤裸露面积或裸露面积零星分布之和达到所在地总面积的30％～50％，造成心土或碎屑层出露的山坡地，林相较好，但林下草灌稀少；面蚀明显或有细沟状侵蚀发生，或伴有基本稳定的崩岗或冲沟；表土残存或无残积层出露；
低强度流失的特点：土壤裸露面积或零星裸露面积之和达到所在地总面积的50％以上，造成心土或碎屑层出露的山坡地，林草稀疏：面蚀和沟蚀明显，局部有明显发育的冲沟或崩岗。
高强度流失的特点：土壤裸露面积或零星裸露面积之和达到所在地总面积的60％以上，造成心土或碎屑层出露的山坡地，林草全部裸露：面蚀和沟蚀明显，局部有十分明显发育的冲沟或崩岗。
表1离子型稀土原地浸矿废弃矿山的水土流失情况
试验例2
选取13亩赣州某离子型稀土原地浸矿废弃矿山表面作为13个性质相近的试验区，每个试验区面积为1亩，其中1个试验区作为空白，不应用表面固化剂，剩余12个试验区，分别将上述实施例1～4和比较例1～8的固化剂注入放置于离子型稀土原地浸矿废弃矿山的表面，每亩离子型稀土原地浸矿废弃矿山的表面注入放置1000g固化剂。观察每个试验区中土壤塌陷形成的平均深度在3cm的沟壑个数N，相应的结果如表2所示：
表2离子型稀土原地浸矿废弃矿山的土壤塌陷形成的沟壑情况
上述实施例仅是本发明的较优实施方式，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修饰、修改及替代变化，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂，其特征在于，包括如下组分：粘土类物质、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的一种离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂，其特征在于，所述粘土类物质、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和表面活性剂的质量比为20～500∶15～85∶10～30∶8～20∶6～10∶6～10∶3～5∶1～5。
3.根据权利要求2所述的一种离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂，其特征在于，由如下组分组成：粘土类物质、硅灰、多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠、石墨粉和表面活性剂。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的一种离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂，其特征在于，所述粘土类物质选自粘土、膨润土、高岭土、蒙脱土中的一种；所述改性聚丙烯酰胺为有机硅改性聚丙烯酰胺，有机硅改性聚丙烯酰胺的分子量为500万～1000万，硅含量为5％～15％。
5.根据权利要求4所述的一种离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂，其特征在于，所述表面活性剂为月桂基磺化琥珀酸单酯二钠、十二烷基苯磺酸钠、聚山梨酯、油酸单甘油酯和十八烷基三甲基氯化铵中的至少一种。
6.一种制备权利要求5所述的离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按照离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂配方比例将粘土类物质和硅灰混合，并以400r/min～600r/min的转速搅拌5min～8min；
步骤二、将多聚磷酸钠、硅酸钠、改性聚丙烯酰胺、腐殖酸钠和石墨粉按照配方比例混合粉磨至粒度小于300目；
步骤三、将步骤一与步骤二得到的材料进行预混合，再加入表面活性剂进行混合，并以800r/min～1000r/min的转速搅拌20min～30min，使各原料均匀混合，得到离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂。
7.一种应用权利要求5所述的离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂的方法，其特征在于，注入式放置于离子型稀土原地浸矿废弃矿山表面。
8.根据权利要求7所述的离子型稀土原地浸矿废弃矿山固化剂的应用方法，其特征在于，每亩离子型稀土原地浸矿废弃矿山的表面注入放置500g～1500g固化剂。
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