一種礦山充填用硅鋁基尾砂膠結劑及其制備方法技術

本發明專利技術公開了一種礦山充填用硅鋁基尾砂膠結劑及其制備方法，該膠結劑由一定比例的硅鋁基工業廢渣、激發劑和活化劑為原料制備而成。其制備方法是：1)按上述的配比稱取各原料組分，先將硅鋁基工業廢渣烘干，然后將干燥的硅鋁基工業廢渣磨至比表面積≥530m2/kg，得到硅鋁基工業廢渣粉末，接著將激發劑烘干，再將干燥的激發劑磨至比表面積≥620m2/kg，得到激發劑粉末；2)將硅鋁基工業廢渣粉末、激發劑粉末和活化劑混合后磨至200目。該膠結劑的原材料來源廣泛、價格低廉，因而成本低廉，且其固結尾砂效果優異，可固結多種不同類型的尾砂。該方法工藝簡單，操作十分簡便，能耗低，制備所需的成本十分低廉。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及礦山尾砂膠結充填、礦山環境治理及采空塌陷區生態修復
， 具體涉及，適用于各種金屬礦山的充填采 礦工程以及采空塌陷區生態修復工程。
技術介紹
隨著工業化進程的推進，伴隨產生大量的低品位工業固體廢棄物（有價成份含量 低、難以再次回收利用的工業固體廢棄物），大量的低品位工業固體廢棄物如果不加利用， 直接丟棄將會造成環境污染，因此，將低品位工業固體廢棄物二次資源化利用成為當務之 急。低品位工業固體廢棄物可分成三大類，一類為經歷高溫熱歷史、具有潛在可激發膠凝活 性的工業固體廢棄物，一般含有豐富的低聚度硅氧四面體和鋁氧四面體結構，在激發劑作 用下，能發生結構重組，形成高聚合度的水硬性材料，如高爐礦渣、鉻鐵渣、電爐磷渣、粉煤 灰等；第二類為自身具有激發劑特性的工業廢棄物，如電石渣、工業副產石膏等；第三類為 未經歷高溫熱歷史、高惰性的工業固體廢棄物，如選礦尾礦、煤矸石等。根據三類低品位工 業固體廢棄物的特點，有效地進行聯合協同處置，是實現環境治理和資源化利用的大趨勢。 隨著礦山充填采礦技術的推廣與應用，充填用膠凝材料也在不斷更新換代，為低 品位工業固體廢棄物資源化利用提供有效途徑。水泥作為建筑行業最為普通的膠凝材 料，被迀移使用作為礦山充填膠結材料，存在摻量大、膠結效果差的弊端。近些年，出現的 大量新型膠結材料，但基本上都是在普通硅酸鹽水泥或礦渣水泥的基礎上進行改進，即使 用具有高溫熱歷史的爐渣、粉煤灰取代部分水泥熟料，但由于原材料限制、取代熟料量低、 膠結效果不理想等方面制約其推廣應用。公開號CN102381847使用摻量為35-40%高爐 水淬渣制備礦山用膠凝材料，熟料摻量仍高達35-40%，且同等摻量下，充填體強度僅高 出使用水泥時的20%，沒有明顯的體現降低成本或大幅提升充填體品質的效果。公開號 CN101781111A使用摻量為72-77%的礦渣微粉制備一種專用于銅鎳礦全尾砂充填膠凝材 料，但該膠凝材料只針對銅鎳尾礦，且所需原材料要求苛刻，得不到廣泛推廣應用。
技術實現思路
為解決上述現有技術存在的問題，本專利技術提供了一種礦山充填用硅鋁基尾砂膠結 劑，該膠結劑的原材料來源廣泛、價格低廉，因而成本低廉，且其固結尾砂效果優異，可固結 多種不同類型的尾砂。 本專利技術還提供了一種礦山充填用硅鋁基尾砂膠結劑的制備方法，該方法工藝簡 單，操作十分簡便，能耗低，制備所需的成本十分低廉。 實現本專利技術上述目的所采用的技術方案為： -種礦山充填用硅鋁基尾砂膠結劑，由以下重量百分比的原料制備而成： 硅鋁基工業廢渣 65%-75% 激發劑 22%-33% 活化劑 1%-3%， 所述的硅鋁基工業廢渣是指經歷高溫熱歷史、含有豐富的低聚度硅氧四面體和鋁 氧四面體結構、具有潛在可激發膠凝活性的工業固體廢棄物，其中SiOjP Al 203的質量百分 含量超過40%。 所述的硅鋁基工業廢渣為粒化高爐礦渣、粒化電爐磷渣、粒化鉻鐵渣、粒化增鈣液 態渣、粉煤灰中的任意一種、兩種、三種、四種或五種。 所述的激發劑由水泥熟料、電石渣和脫硫石膏組成，其中水泥熟料占原料總重量 的5% -12%，電石渣占原料總重量的5% -10%，脫硫石膏占原料總重量的7% -15%。 所述的活化劑為木質素磺酸鹽類和模數為1. 6~2. 3的水玻璃的組合物。 所述的木質素磺酸鹽類為木質素磺酸鈣或木質磺酸鈉。 一種礦山充填用硅鋁基尾砂膠結劑的制備方法，包括如下步驟： 1)按照權利要求1所述的配比稱取各原料組分，先將硅鋁基工業廢渣烘干，然后 將干燥的硅鋁基工業廢渣磨至比表面積多530m 2/kg，得到硅鋁基工業廢渣粉末，接著將激 發劑烘干，再將干燥的激發劑磨至比表面積多620m2/kg，得到激發劑粉末； 2)將硅鋁基工業廢渣粉末、激發劑粉末和減水劑混合后磨至200目。 該膠結劑的作用機理如下： 水泥熟料的化學成分60 %以上為CaO,而Si02、Al203的含量僅為20 %左右，而本發 明所選用的硅鋁基工業廢渣中SiOJP Al 203的質量百分含量超過40%，能有效地提供具有 潛在活性的硅氧四面體和鋁氧四面體。木質素磺酸鹽為陰離子表面活性劑，其疏水端吸附 在硅鋁基工業廢渣、尾砂的表面，親水端吸附大量水分子，形成水膜層，使固體顆粒均勻分 散于溶液中。水玻璃具有雙重作用，遇水溶解后，生成NaOH和硅酸根單體溶膠分散于溶液 中，其中NaOH水解形成的OF和激發劑中電石渣、水泥熟料水解形成的0!Γ，在電荷作用和 擴散作用下，進入水膜層，與硅鋁基工業廢渣充分接觸，促使玻璃體解離，起到一定的激發 作用；且硅酸根單體與玻璃體解離形成的Ca 2+、4+在晶核表面堆垛、聚合， 形成高聚合度的水化硅酸鈣和水化鋁硅酸鈣。隨著反應的進行，Ca 2+、4+的 離子濃度逐漸降低，將加速玻璃體的進一步解離，起到一定的活化作用。這一過程使得硅鋁 基工業廢渣、尾砂顆粒與凝膠之間的界面過度區加厚、延伸，且在S0,存在的情況下，形成 鈣礬石晶體，填充顆粒間的空隙，使得固結體結構逐漸密實，產生較高強度。 本專利技術與現有技術相比，其有益效果和優點在于： 1、該膠結劑的原材料來源廣泛，價格低廉，其中85%以上都是工業固體廢棄物。 2、該膠結劑的作用對象為礦山選礦后的尾砂，在處理工業固體廢棄物的同時，實 現以廢治廢。 3、該膠結劑可固結金屬礦分級尾砂和全尾砂，固結體的強度指標符合充填采礦法 的要求，且能將重金屬固化/穩定化，保證排水安全環保，效果穩定。 4、該膠結劑的制備方法非常簡單易操作，能耗低，所用的設備非常常見，因而成本 低，且沒有廢水、廢氣和固體廢棄物產生，對環境污染很小，十分環保。【具體實施方式】 下面結合具體實施例對本專利技術進行詳細說明。 實施例1 -種礦山充填用硅鋁基尾砂膠結劑，由以下重量百分比的原料制備而成： 粒化高爐礦渣 54% 粒化電爐磷漁 14% 水泥熟料 12% 電石渣 7% 脫硫石膏 10% 木質素磺酸鈉 0.2% 水玻璃 2.8%。 粒化高爐礦渣與粒化電爐磷渣的混合廢渣中SiOjP Al 203的質量百分含量超過 40%。此處的粒化高爐礦渣和粒化電爐磷渣的組合可以用高爐礦渣、粒化鉻鐵渣、粒化增鈣 液態渣和粉煤灰中的任意兩種的組合代替。 上述礦山充填用硅鋁基尾砂膠結劑的制備方法如下： 1)按照上述配比稱取各原料組分，先將粒化高爐礦渣和粒化電爐磷渣烘干，然后 將干燥的粒化高爐礦渣和粒化電爐磷渣混合后磨至比表面積為542m 2/kg，得到硅鋁基工業 廢渣粉末，接著將水泥熟料、電石渣和脫硫石膏烘干，再將干燥的水泥熟料、電石渣和脫硫 石膏混合磨至比表面積為654m 2/kg，得到激發劑粉末； 2)將硅鋁基工業廢渣粉末、激發劑粉末、木質素磺酸鈉和水玻璃混合后進行粉磨， 過200網目標準篩，篩余為1. 75%。 實驗一、將實施例1制備的礦山充填用硅鋁基尾砂膠結劑進行膠結尾砂實驗 1、實驗方法 1)實驗組：按照灰砂比1:7稱取實施例1制備的硅鋁基尾砂膠結劑和銅礦分級 尾砂，將兩者混合得到干物料，再按照水料比3:7稱取水，將干物料與水進行混合造漿，得 到混合料漿，將混合料漿注入70. 7 X 70. 7 X 70. 7mm的標準試模里，澆筑過程使用搗棒搗10 次； 2)對照本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種礦山充填用硅鋁基尾砂膠結劑，其特征在于由以下重量百分比的原料制備而成：硅鋁基工業廢渣??65％?75％激發劑??????????22％?33％活化劑??????????1％?3％，所述的硅鋁基工業廢渣是指經歷高溫熱歷史、含有豐富的低聚度硅氧四面體和鋁氧四面體結構、具有潛在可激發膠凝活性的工業固體廢棄物，其中SiO2和Al2O3的質量百分含量超過40％。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳偉，侯浩波，陳方洲，程柳，匡丕樁，洪軍，鄒密，
申請(專利權)人：葛洲壩中固科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：湖北;42