一種鐵尾礦干堆用固化劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種鐵尾礦干堆用固化劑及其制備方法，屬于礦山安全【技術(shù)領(lǐng)域】。該固化劑是由固化劑熟料以及激發(fā)劑組成，固化劑熟料的基本組成及其質(zhì)量份數(shù)為：CaO：46～50份、MgO：12～18份、SiO2：20～25份、Al2O3：8～12份、礦化劑：1～2份。制備該固化劑首先將富含CaO以及MgO的原料與同時(shí)富含Al2O3以及SiO2的原料以及礦化劑后進(jìn)行研磨，然后將研磨制得的磨制粉體喂入成球盤中制成固化劑熟料粉體，最后向固化劑熟料粉體中加入激發(fā)劑粉體經(jīng)過攪拌混合均勻后制得鐵尾礦干堆用固化劑。本發(fā)明制備的固化劑固化能力強(qiáng)且原料成本較低，具有大規(guī)模推廣運(yùn)用的良好前景。
【專利說明】一種鐵尾礦干堆用固化劑及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦山安全【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種鐵尾礦干堆用固化劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵礦石經(jīng)過破碎、球磨、濕法選礦后，要產(chǎn)生約占原礦量I倍以上的以脈石為主的品位較低的尾礦漿，尾礦漿中含水30%以上，尾礦漿中的尾礦顆粒細(xì)、持水性強(qiáng)、含水率高而綜合利用率較低。在尾礦庫(kù)堆存過程中尾礦漿面會(huì)離地面越來越高，因此存在潰壩的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還占用了大量的耕地。我國(guó)是一個(gè)礦業(yè)大國(guó)，90%以上的尾礦采用上游法筑壩堆存，近年來，尾礦庫(kù)垮壩事故接連不斷發(fā)生，造成了重大的人員傷亡和環(huán)境污染，凸顯出傳統(tǒng)尾礦堆存方式存在的安全隱患。
[0003]目前，我國(guó)的尾礦堆存方式有以下幾種:一是庫(kù)壩式堆存，其方法是先用砂土筑壩，內(nèi)充尾礦漿，尾礦漿在堆存過程中逐漸沉降，清水在庫(kù)尾通過回水井排出。該法的優(yōu)點(diǎn)是壩體建成后運(yùn)行費(fèi)用低，工藝簡(jiǎn)單；存在的主要問題是一次性筑壩投資大，土地占用量大，尾礦長(zhǎng)期處于飽和含水狀態(tài)，存在巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。以該法為基礎(chǔ)，采用礦漿在入庫(kù)前先用旋流分級(jí)機(jī)分級(jí)，粗粒級(jí)尾礦堆存在壩上作為筑壩材料，細(xì)粒級(jí)尾礦在庫(kù)內(nèi)堆存，這種方法可以減少筑壩需要的砂石材料和筑壩費(fèi)用，但因粗粒級(jí)尾礦粘聚性差，很容易發(fā)生滲流破壞，安全風(fēng)險(xiǎn)更大。二是壓濾干堆，其方法是尾礦漿在入庫(kù)前先進(jìn)行深錐濃縮，在濃縮過程中添加聚丙烯酰胺(PAM)絮凝劑加速沉降，然后壓濾，使尾礦的含水率降到30%以下，濾餅用汽車或皮帶運(yùn) 輸機(jī)輸送到堆場(chǎng)。該法與庫(kù)壩式堆存相比，安全性得到顯著提高，但尾礦處理和運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用高昂，尾礦存在遇水二次泥化和干燥揚(yáng)塵的問題。三是膏體堆存，很多尾礦顆粒細(xì)，含水率高，難沉降，故在尾礦漿中添加水泥和粉煤灰后，泵送到堆場(chǎng)的中央豎管，形成類似噴泉狀，尾礦漿從堆場(chǎng)中央開始向四周流淌，在流淌過程中因蒸發(fā)逐漸失去流動(dòng)性成為膏體。與庫(kù)壩式堆存相比，該法安全性提高，但因外加材料量很大，膏體含水率高，堆存體積與原礦漿相比幾乎不減少，而且還存在尾礦漿干化體的揚(yáng)塵和二次泥化問題。
[0004]此外，鐵尾礦漿在濃密池中加入混凝劑，使礦漿濃度提高到50%以上，再加水泥、石灰、石膏、粉煤灰等材料混合攪拌成為膏體，待其固化后再入庫(kù)壓實(shí)堆存。該法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)尾礦庫(kù)要求不高，無(wú)需排水設(shè)施，存在的問題是尾礦在高濃度條件下輸送難度很大，同時(shí)固化體需要二次壓實(shí)，工程量大，需要分區(qū)作業(yè)，實(shí)際上對(duì)場(chǎng)地的要求也很嚴(yán)格。
[0005]現(xiàn)有的尾礦堆存方式難以滿足在極端自然和氣象條件下的安全需要，要從根本上消除尾礦庫(kù)存在的潛在垮塌風(fēng)險(xiǎn)和降低運(yùn)行成本，就有必要研究開發(fā)新型的尾礦堆存技術(shù)和固化劑材料。中國(guó)專利CN102527690A提出了鐵尾礦固化干堆的方法，以解決鐵尾礦的安全堆存問題。但是該方法采用的固化劑中使用大量的磨細(xì)工業(yè)廢渣后，固化體的強(qiáng)度偏低，7天的抗壓強(qiáng)度不足0.2MPa,固化劑使用量大，仍存在干堆難度較大的問題，尤其是在南方的雨季，未固化尾礦會(huì)再次泥化成為尾礦漿。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有鐵尾礦干堆中存在的技術(shù)問題，提供一種鐵尾礦干堆用固化劑及其制備方法。
[0007]本發(fā)明所提供一種鐵尾礦干堆用的固化劑是由固化劑熟料以及激發(fā)劑組成，其中所述固化劑熟料的質(zhì)量百分比為85%~99%，所述激發(fā)劑的質(zhì)量百分比為1%~15% ;所述固化劑熟料的基本組成及其質(zhì)量份數(shù)為=CaO:46~50份、MgO:12~18份、S12:20~25份、Al2O3:8~12份、礦化劑:1~2份，上述成分為固化劑熟料質(zhì)量組成的95%以上，所述礦化劑為堿金屬的氟化物、堿土金屬的氟化物、堿金屬的硫酸鹽、堿土金屬的硫酸鹽中的任一種或二種以上混合，優(yōu)選螢石和石膏；所述激發(fā)劑為堿金屬的娃酸鹽、堿金屬的硫酸鹽、堿金屬的鹵化物、堿金屬的碳酸鹽、堿金屬的氟硅酸鹽、堿金屬的鋁酸鹽、堿土金屬的鹵化物、堿土金屬的硫酸鹽、堿土金屬的鋁酸鹽中任一種或二種以上混合而成，優(yōu)選硅酸鈉、硫酸鈣。
[0008]所述固化劑的制備方法具體步驟如下:
[0009](I)將同時(shí)富含CaO以及MgO的原料，或分別富含CaO以及MgO的原料，與同時(shí)富含Al2O3以及S12的原料，以及礦化劑原料，按照所述熟料含量進(jìn)行配料，然后進(jìn)行研磨，研磨Ih后得到磨制粉體，磨制粉體的比表面積> 400m2/kg。
[0010](2)將步驟(1)制得的磨制粉體喂入成球盤，同時(shí)以噴霧形式加入占所述固化劑熟料質(zhì)量含量10%的成球助劑，在成球盤中成為球徑5~15mm的生料球，將生料球進(jìn)行高溫煅燒，升溫速度3°C /min~5°C /min,最高煅燒溫度為1200°C~1400°C，在最高溫度保溫時(shí)間1min~30min，然后驟然冷卻，最高溫度至1000°C的冷卻速度≥10°C /min，冷卻后的熟料在常溫下自然粉化為比表面積> 300m2/kg的固化劑熟料粉體，所述成球助劑為質(zhì)量濃度0.01%~0.1%的甲基纖維素溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙二醇、羧丙基甲基纖維素溶液中的任一種。
[0011](3)向步驟(2)制得的固化劑熟料粉體中加入固化劑配料所需的激發(fā)劑粉體，經(jīng)5~15min攪拌，混合均勻后制得目標(biāo)產(chǎn)品:鐵尾礦干堆用固化劑。
[0012]所述富含CaO的原料為石灰石、泥灰?guī)r中的任一種或兩者的混合,所述富含CaO的原料在1000°C灼燒后的產(chǎn)物中CaO質(zhì)量含量≥ 80%。
[0013]所述富含MgO的原料為菱鎂礦、廢棄鎂鋁質(zhì)耐火材料、鎂碳質(zhì)耐火材料、鎂質(zhì)耐火材料中的任一種或兩種以上的混合，所述富含MgO的原料在1000°C灼燒后的產(chǎn)物中MgO質(zhì)量含量> 80%。
[0014]所述同時(shí)富含CaO以及MgO的原料為白云石、蛇紋大理石中的任一種或兩者的混合，所述同時(shí)富含CaO以及MgO的原料在1000°C灼燒后的產(chǎn)物中MgO質(zhì)量含量為20%~25%, CaO的質(zhì)量含量為50%~62%。
[0015]所述同時(shí)富含Al2O3以及S12的原料為煤矸石、粉煤灰、耐火粘土、高嶺土中的任一種或兩者的混合，所述同時(shí)富含Al2O3以及S12的原料在1000°C灼燒后的產(chǎn)物中(Al203+Si02)≥ 70wt%，S12 與 Al2O3 質(zhì)量比為(2 ~3):1。 [0016]本發(fā)明所提供的固化劑加入固含量55wt%以下的鐵尾礦漿后，加入量占鐵尾礦質(zhì)量6%時(shí)即可在24小時(shí)內(nèi)使其固化干堆，加入量占鐵尾礦質(zhì)量10%時(shí)即可在10小時(shí)內(nèi)使其固化干堆，加入量占鐵尾礦質(zhì)量15%時(shí)即可在4小時(shí)內(nèi)使其固化干堆，使鐵尾礦干堆周期縮短。
[0017]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的技術(shù)優(yōu)勢(shì):
[0018](I)本發(fā)明的鐵尾礦干堆固化劑的固化能力強(qiáng)，加入少量就可以使尾礦漿在4~24小時(shí)內(nèi)固化，固化后的體積收縮率小，而目前的干堆固化劑固化到干堆水平需要7天左右，使用水泥作為固化材料需要使用水泥量占絕干尾礦質(zhì)量20%以上才具有固化干堆的效果，且收縮率較大。
[0019](2)在本發(fā)明的鐵尾礦干堆固化劑的制備方法中，固化劑熟料不需要機(jī)械粉磨就可以由自應(yīng)力粉碎至固化劑的活性所需要細(xì)小粒度，和激發(fā)劑粉體經(jīng)過簡(jiǎn)單機(jī)械混合后就可以成為固化劑產(chǎn)品，而目前的固化劑加工技術(shù)需要將工業(yè)渣和硅酸鹽水泥熟料混合研磨到所需要的高比面積，因此與其相比，本發(fā)明固化劑的加工成本和能耗都將大幅度降低。
[0020](3)本發(fā)明配料中可大量使用工業(yè)固體廢棄物，尤其是粉煤灰粗渣和廢棄耐火材料，因此比目前的硅酸鹽水泥熟料生產(chǎn)更能節(jié)約石灰石等資源，并使目前儲(chǔ)量大、因不能加工水泥熟料而利用率不高的劣質(zhì)白云石礦石也得到大規(guī)模推廣運(yùn)用。
[0021](4)本發(fā)明鐵尾礦干堆固化劑熟料的燒成溫度范圍較寬和較低，而硅酸鹽水泥熟料需要在1450°C燒成后才能獲得，因此本發(fā)明的固化劑熟料比普通水泥熟料的燃料消耗將大幅度降低。
【具體實(shí)施方式】
[0022]實(shí)施例1:一 種鐵尾礦干堆用的固化劑，是由固化劑熟料和激發(fā)劑構(gòu)成，其中固化劑熟料占85wt%，激發(fā)劑占15wt%。
[0023]固化劑熟料中基本組成及其質(zhì)量份數(shù)為:CaO:48份、Mg016份、S12:21份、Al2O3:8份、CaF2:1份、CaSO4:1份，上述成分占到固化劑熟料質(zhì)量組成的95%。
[0024]固化劑熟料的生料采用白云石、高嶺土、螢石和石膏進(jìn)行配料，其中螢石和石膏作為礦化劑使用，按照上述熟料所需要的原料配比進(jìn)行配料，研磨I小時(shí)成為生料粉，加入占生料粉質(zhì)量10%的甲基纖維素(CMC)溶液作為造球助劑，CMC溶液的質(zhì)量濃度為0.1%，在成球盤中成為直徑10_的生料球，將生料球放入馬弗爐中，以5°C /min的升溫速度升至1300°C，并在此溫度下保溫30min，然后從馬弗爐中取出，快速冷卻到室溫，并自然粉化為不需要研磨的熟料粉體，將此粉體加入15%的脫硫石膏粉體作為激發(fā)劑，混合15min后即成為鐵尾礦干堆用的固化劑。該固化劑以1:7(固化劑:干尾礦)加入固含量55%的鐵礦尾礦漿，并攪拌均勻后，4h內(nèi)即可將尾礦漿固化至可以干堆的狀態(tài)，固結(jié)尾礦的3d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.5MPa，見水后無(wú)二次泥化現(xiàn)象。
[0025]實(shí)施例2:—種鐵尾礦干堆用的固化劑，是由固化劑熟料和激發(fā)劑構(gòu)成，其中固化劑熟料占95wt %，激發(fā)劑占5wt %。
[0026]固化劑熟料中基本組成及質(zhì)量份數(shù)為:CaO:46份、MgO:18份、S12:21份、Al2O3:9份、CaF2:1份、CaSO4:1份，上述成分占固化劑熟料質(zhì)量組成的96%。
[0027]固化劑熟料的生料采用石灰石、菱鎂石、粉煤灰、螢石和石膏進(jìn)行配料，其中螢石和石膏作為礦化劑使用，按照上述熟料所需要的原料配比進(jìn)行配料，并研磨I小時(shí)，成為生料粉，加入占生料粉質(zhì)量10%的甲基纖維素(CMC)溶液作為造球助劑，CMC溶液的質(zhì)量濃度為0.5%，在成球盤中成為直徑10_的生料球，將生料球放入馬弗爐中，以5°C /min的升溫速度升至1350 V，并在此溫度下保溫30min，然后從馬弗爐中取出，快速冷卻到室溫，并自然粉化為不需要研磨的熟料粉體，將此粉體加入5%的硫酸鈉粉體作為激發(fā)劑，混合15min后即成為鐵尾礦干堆用的固化劑。該固化劑以1:10(固化劑:干尾礦)加入固含量55%的鐵礦尾礦漿，并攪拌均勻后，1h內(nèi)即可將尾礦漿固化至可以干堆的狀態(tài)，固結(jié)尾礦的3d無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.5MPa，遇水后無(wú)二次泥化現(xiàn)象。
[0028]實(shí)施例3:—種鐵尾礦干堆用的固化劑，是由固化劑熟料和激發(fā)劑構(gòu)成，其中固化劑熟料占99wt %,激發(fā)劑占Iwt %。
[0029]固化劑熟料中基本組成及質(zhì)量份數(shù)為:CaO:50份、MgO:14份、S12:23份、Al2O3:8份、CaF21份、CaSO:41份，上述成分占固化劑熟料質(zhì)量組成的97%。
[0030]固化劑熟料的生料采用石灰石、廢棄鎂碳質(zhì)耐火材料、煤矸石、螢石和石膏進(jìn)行配料，其中螢石和石膏作為礦化劑使用，按照上述熟料所需要的原料配比進(jìn)行配料，并研磨I小時(shí)，成為生料粉，加入占生料粉質(zhì)量10%的HPMC溶液作為造球助劑，甲基纖維素(CMC)溶液的質(zhì)量濃度為0.1%，在成球盤中成為直徑1mm的生料球，將生料球放入馬弗爐中，以50C /min的升溫速度升至1250°C，并在此溫度下保溫30min，然后從馬弗爐中取出，快速冷卻到室溫，并自然粉化為不需要研磨的熟料粉體，將此粉體加入I %的偏硅酸鈉粉體作為激發(fā)劑，混合15min后即成為鐵尾礦干堆用的固化劑。該固化劑以1:15(固化劑:干尾礦)加入固含量55%的鐵礦尾礦漿，并攪拌均勻后，24h內(nèi)即可將尾礦漿固化至可以干堆的狀態(tài)，固結(jié)尾礦的3d無(wú)側(cè) 限抗壓強(qiáng)度為0.5MPa，無(wú)二次泥化現(xiàn)象。
【權(quán)利要求】
1.一種鐵尾礦干堆用固化劑，其特征在于所述固化劑是由固化劑熟料以及激發(fā)劑組成，其中所述固化劑熟料的質(zhì)量百分比為85%~99%，所述激發(fā)劑的質(zhì)量百分比為1%~15%;所述固化劑熟料的基本組成及其質(zhì)量份數(shù)為:CaO:46~50份、MgO:12~18份、S12:20~25份、Al2O3:8~12份、礦化劑:1~2份，所述固化劑熟料的基本組成為所述固化劑熟料質(zhì)量的95%以上；所述礦化劑為堿金屬的氟化物、堿土金屬的氟化物、堿金屬的硫酸鹽、堿土金屬的硫酸鹽中的任一種或二種以上混合；所述激發(fā)劑為堿金屬的硅酸鹽、堿金屬的硫酸鹽、堿金屬的鹵化物、堿金屬的碳酸鹽、堿金屬的氟硅酸鹽、堿金屬的鋁酸鹽、堿土金屬的鹵化物、堿土金屬的硫酸鹽、堿土金屬的鋁酸鹽中任一種或二種以上混合而成。
2.權(quán)利要求1所述固化劑的制備方法，其特征在于該方法具體步驟如下: (1)將同時(shí)富含CaO以及MgO的原料，或分別富含CaO以及MgO的原料，與同時(shí)富含Al2O3以及S12的原料，以及礦化劑原料，按照所述熟料含量進(jìn)行配料，然后進(jìn)行研磨，研磨Ih后得到磨制粉體，所述磨制粉體的比表面積> 400m2/kg ； (2)將步驟(1)制得的磨制粉體喂入成球盤，同時(shí)以噴霧形式加入占所述固化劑熟料質(zhì)量含量10%的成球助劑，在成球盤中成為球徑5_~15_的生料球，將生料球進(jìn)行高溫煅燒，升溫速度3°C /min~5°C /min，最高煅燒溫度為120(TC~140(TC，在最高溫度保溫時(shí)間1min~30min，然后驟然冷卻，最高溫度至1000°C的冷卻速度≥10°C /min，冷卻后的熟料在常溫下自然粉化為比表面積> 300m2/kg的固化劑熟料粉體，所述成球助劑為質(zhì)量濃度0.01%~0.1%的甲基纖維素溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙二醇、羧丙基甲基纖維素溶液中的任一種； (3)向步驟(2)制得的固化劑熟料粉體中加入固化劑配料所需的激發(fā)劑粉體，經(jīng)5~15min攪拌，混合均 勻后制得所述鐵尾礦干堆用固化劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述固化劑的制備方法，其特征在于所述富含CaO的原料為石灰石、泥灰?guī)r中的任一種或兩者的混合，所述富含CaO的原料在1000°C灼燒后的產(chǎn)物中CaO質(zhì)量含量> 80%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述固化劑的制備方法，其特征在于所述富含MgO的原料為菱鎂礦、廢棄鎂鋁質(zhì)耐火材料、鎂碳質(zhì)耐火材料、鎂質(zhì)耐火材料中的任一種或兩種以上的混合，所述富含MgO的原料在1000°C灼燒后的產(chǎn)物中MgO質(zhì)量含量> 80%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述固化劑的制備方法，其特征在于所述同時(shí)富含CaO以及MgO的原料為白云石、蛇紋大理石中的任一種或兩者的混合，所述同時(shí)富含CaO以及MgO的原料在1000°C灼燒后的產(chǎn)物中MgO質(zhì)量含量為20%~25%，CaO的質(zhì)量含量為50%~62%。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述固化劑的制備方法，其特征在于所述同時(shí)富含Al2O3以及S12的原料為煤矸石、粉煤灰、耐火粘土、高嶺土中的任一種或兩者的混合，所述同時(shí)富含Al2O3以及S12的原料在1000°C灼燒后的產(chǎn)物中(Al203+Si02)≥70wt%，所述S12與Al2O3的質(zhì)量比為(2~3):1。
【文檔編號(hào)】C04B12/00GK104030589SQ201410268767
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】樊傳剛, 高元寶 申請(qǐng)人:江蘇固維特材料科技有限公司