專利名稱：一種無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在金屬礦山作業(yè)中，會產(chǎn)生大量的固體廢料，其中尾礦含量最高。大量堆存的尾礦不僅占用土地資源、破壞地貌植被，其含有的鉛、鎘等重金屬元素和化學(xué)藥劑等，更會造成對地表水、地下水及大氣環(huán)境的污染。膠結(jié)充填技術(shù)的應(yīng)用不僅可以充分利用礦山固體廢料，提高充填體的強(qiáng)度，有效地抑制圍巖的破壞，從而避免地表塌陷，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，同時也消除或減少了礦山固體廢料排放的負(fù)面影響。
國內(nèi)外礦山膠結(jié) 充填中，大都采用尾砂為骨料、通用水泥作為膠凝材料，通過攪拌混合后形成低標(biāo)號混凝土，輸送到井下采場以構(gòu)筑工作地板或巖層支護(hù)人工礦柱等。當(dāng)水泥做膠結(jié)固化材料時，對充填料的粒度有一定要求，存在價格高、凝結(jié)時間長、脫水難、形成的充填體耐熱性和耐腐蝕性較差等問題。此外，水泥生產(chǎn)不僅消耗大量的石灰石、粘土和石膏等礦產(chǎn)資源，而且高溫?zé)齐A段造成大量的能源損耗。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，每生產(chǎn)It水泥熟料排放0.89-1.22t 二氧化碳，所以水泥產(chǎn)業(yè)也是屬于嚴(yán)重污染環(huán)境的工業(yè)之一。
近些年來，礦山通常采用冶煉廠水淬爐渣、火力發(fā)電廠粉煤灰、鋁廠赤泥等具有潛在活性的工業(yè)副產(chǎn)品代替部分硅酸鹽水泥用于降低充填成本；而且國內(nèi)外很多專家也在致力于礦山充填中新型膠凝材料的研究工作，如高水速凝材料(CN90103141.0)、全砂土固結(jié)充填材料(CN99106222.1)、HAS固化劑(CN98113594.3)、一種新型尾砂固結(jié)劑(CN201010119043.3)、一種尾礦充填用的氟石膏基膠凝材料(CN201210145495.8)等。但這些研制出的新型膠凝材料原料中均有水泥熟料存在，而且普遍具有成本較高、投資大、生產(chǎn)工藝復(fù)雜等問題，不便于在更廣泛領(lǐng)域中推廣應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑及其制備方法，成本低且生產(chǎn)工藝簡單。
本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下: 一種無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑，其重量百分組成如下:高爐水淬礦渣55-72%、脫硫灰渣20-35%、復(fù)合激發(fā)劑2-15%。
所述復(fù)合激發(fā)劑的質(zhì)量百分組成如下:堿性激發(fā)劑50-70%;硫酸鹽激發(fā)劑20-40% ;氯鹽激發(fā)劑0-10%。
所述的堿性激發(fā)劑選自生石灰、消石灰、化工石灰、Na2SiO3^ NaOH, KOH或Na2CO3中的一種或幾種。
所述的硫酸鹽激發(fā)劑選自二水石膏、無水石膏、化工石膏、明礬、FeSO4或Na2SO4中的一種或幾種。
所述的氯鹽激發(fā)劑選自NaCl、KCl、ZnCl2或CaCl2中的一種或幾種。
原料礦渣、脫硫灰渣的含水率控制在1%以下。本發(fā)明還提供了一種優(yōu)選的所述無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑的制備方法，其特征在于，按比例取各原料烘干后均勻混合然后研磨至比表面積不小于400m2/kg即得所述無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑?；旌涎心r，將礦渣、脫硫灰渣、復(fù)合激發(fā)劑全部投入到球磨機(jī)中，在料球比1:9-11的條件下研磨1-1.5h。所述無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑的應(yīng)用，將尾砂固結(jié)劑與尾砂、水混合均勻制得料漿，經(jīng)過反應(yīng)將料漿固結(jié)；料漿中，尾砂固結(jié)劑的摻入量為尾砂質(zhì)量的5-10%。料漿的濃度為70-80%。本發(fā)明提供了一種無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑，它以冶煉廠排放的高爐水淬礦渣和燃煤電廠煙氣脫硫處理產(chǎn)生的脫硫灰渣為主要原料，添加一定比例的復(fù)合激發(fā)劑，經(jīng)過混合研磨而成。礦渣是鋼鐵生產(chǎn)過程中排放的工業(yè)廢渣，它本身不具有水硬性，但具有較好的潛在活性，通過加入激發(fā)劑后可以發(fā)生水化硬化；脫硫灰渣是半干、干法煙氣脫硫產(chǎn)生的固體廢物，可以用于制備水泥緩凝劑、膠凝材料。利用礦渣和脫硫灰渣這一類工業(yè)副產(chǎn)物作為主料，在常溫下通過激發(fā)劑的作用生產(chǎn)出強(qiáng)度高、耐久性強(qiáng)的環(huán)保節(jié)能型固結(jié)劑，替代普通硅酸鹽水泥用于礦山膠結(jié)充填技術(shù)中。整個制備工藝無需高溫煅燒處理，不僅減少工業(yè)廢渣的二次污染，還大幅降低能源消耗。總體上，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下幾個方面:
其一，本發(fā)明采用礦渣和脫硫灰渣作為尾砂固結(jié)劑的主要原料，且這類工業(yè)廢渣利用率較高，其混合摻入量高達(dá)85%以上，既可實(shí)現(xiàn)礦渣和脫硫灰渣的綜合資源化利用，又能解決其大量堆放占用土地資源的難題。其二，本發(fā)明原料中不含熟料，無需對原料進(jìn)行高溫煅燒，而采用機(jī)械研磨手段不僅生產(chǎn)成本低廉、工藝簡單，而且可避免因煅燒造成的高污染、高能耗現(xiàn)象，滿足節(jié)能減排的需求。其三，本發(fā)明利用礦渣、脫硫灰渣和復(fù)合激發(fā)劑之間化學(xué)激發(fā)效應(yīng)，所得尾砂固結(jié)劑具有固化效果好、早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度增長快的特點(diǎn)。本發(fā)明不僅為這類工業(yè)固體廢物的綜合利用開辟了新的途徑，而且降低了尾砂膠結(jié)充填成本，實(shí)現(xiàn)了以廢治廢的目的，從而獲得顯著的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。
具體實(shí)施例方式以下以具體實(shí)施例來說明本發(fā)明的技術(shù)方案，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于此: 實(shí)施例1
無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑，其重量百分組成如下:礦渣68%、脫硫灰渣25%、復(fù)合激發(fā)劑7%。其中礦渣是由鋼鐵冶煉廠高爐經(jīng)水淬后排出的廢渣經(jīng)過烘干得到的原料，檢測其含水率為0.76% ;脫硫灰渣是由燃煤電廠煙氣脫 硫工藝所產(chǎn)生的脫硫副產(chǎn)物經(jīng)過烘干得到的原料，檢測其含水率為0.65% ;復(fù)合激發(fā)劑中各組分為:生石灰63%，無水石膏35%，ZnCl22%。
制備步驟:將礦渣、脫硫灰渣、復(fù)合激發(fā)劑全部投入球磨機(jī)中，在料球比1:10的條件下強(qiáng)制研磨Ih,直至獲得比表面積不小于400m2/kg的尾砂固結(jié)劑。
尾砂固結(jié)實(shí)驗(yàn):將采礦尾砂與水混合形成濃度均勻的料漿，加入一定量尾砂固結(jié)劑(同時與華新水泥進(jìn)行對比)，并在攪拌機(jī)中將料漿均勻混合2min，以形成重量濃度為77%的料漿，倒入70.7mmX70.7mmX70.7mm三聯(lián)金屬試模，靜置一天后拆模編號并密封，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)室溫度嚴(yán)格控制在20°C ±2°C，濕度控制在90%以上，到規(guī)定齡期進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，要求每個試樣做三個平行樣，結(jié)果取平均值。
尾砂固結(jié)體的抗壓強(qiáng)度測試如下:
權(quán)利要求
1.一種無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑，其特征在于，其重量百分組成如下:高爐水淬礦渣55-72%、脫硫灰渣20-35%、復(fù)合激發(fā)劑2_15%。
2.如權(quán)利要求1所述的無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑，其特征在于，所述復(fù)合激發(fā)劑的質(zhì)量百分組成如下:堿性激發(fā)劑50-70% ;硫酸鹽激發(fā)劑20-40% ;氯鹽激發(fā)劑0-10%。
3.如權(quán)利要求2所述的無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑，其特征在于，所述的堿性激發(fā)劑選自生石灰、消石灰、化工石灰、Na2SiO3^ NaOH> KOH或Na2CO3中的一種或幾種。
4.如權(quán)利要求2所述的無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑，其特征在于，所述的硫酸鹽激發(fā)劑選自二水石膏、無水石膏、化工石膏、明礬、FeSO4或Na2SO4中的一種或幾種。
5.如權(quán)利要求2所述的無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑，其特征在于，所述的氯鹽激發(fā)劑選自NaCl、KCl、ZnCl2或CaCl2中的一種或幾種。
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑，其特征在于，原料礦渣、脫硫灰渣的含水率控制在1%以下。
7.權(quán)利要求1所述無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑的制備方法，其特征在于，按比例取各原料烘干后均勻混合然后研磨至比表面積不小于400m2/kg即得所述無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑。
8.如權(quán)利要求7所述的無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑的制備方法，其特征在于，混合研磨時，將礦渣、脫硫灰渣、復(fù)合激發(fā)劑全部投入到球磨機(jī)中，在料球比1:9-11的條件下研磨1-1.5h。
9.權(quán)利要求1所述無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑的應(yīng)用，其特征在于，將尾砂固結(jié)劑與尾砂、水混合均勻制得料漿，經(jīng)過反應(yīng)將料漿固結(jié)；料漿中，尾砂固結(jié)劑的摻入量為尾砂質(zhì)量的 5-10%ο
10.如權(quán)利要求9所述無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑的應(yīng)用，其特征在于，料漿的濃度為70-80%ο
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無熟料復(fù)合型尾砂固結(jié)劑及其制備方法和應(yīng)用，其重量百分組成如下高爐水淬礦渣55-72%、脫硫灰渣20-35%、復(fù)合激發(fā)劑2-15%。本發(fā)明不僅為這類工業(yè)固體廢物的綜合利用開辟了新的途徑，而且降低了尾砂膠結(jié)充填成本，實(shí)現(xiàn)了以廢治廢的目的，從而獲得顯著的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境效益。
文檔編號C04B7/153GK103145354SQ201310060028
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者張發(fā)文, 沈連峰, 袁遠(yuǎn), 楊建濤, 余倩, 寇淵博 申請人:河南農(nóng)業(yè)大學(xué)