[發明專利]含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料制備工藝及應用

無效

• 申請號: 201310364962.0
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN103467129A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 譚宏斌;侯小強;戴景艷;聶建軍;郭從盛;馬小玲
• 申請（專利權）人: 陜西理工學院
• 主分類號: C04B38/02
• 分類號: C04B38/02;C04B28/08;C04B18/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

技術領域

本發明涉及鉛鋅冶煉廢渣處理及在礦井充填方面的應用，特別涉及一種含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料制備方法。

背景技術

近十年來，我國鉛鋅冶金保持了快速增長的勢頭，2010年，鉛鋅總產量達到958.10萬噸。我國鉛鋅金屬產量已連續多年位居世界第一。在產品產能飛速發展的同時，生產過程中的各類冶煉廢渣的處理問題逐步凸現，不僅關系到資源的綜合循環利用，而且更關系到對自然環境的深遠影響。由于在礦物原生過程中，鉛鋅多以相互伴生的形式存在，這就形成了冶煉過程中鉛鋅聯合的普遍格局。我國鋅冶煉行業工藝繁多，火濕法并舉，但采用濕法（焙燒—浸出—電積工藝）生產的約占70%，成為主流，并有進一步取代火法煉鋅的趨勢。在濕法煉鋅過程中，首先要進行脫硫，目前國內多為焙燒脫硫，焙燒過程中產生的焙砂、焙塵均作為半成品進入下段流程。采用硫酸體系對焙燒礦進行浸出，此過程是產生鋅渣的主要環節。在一個10×10⁴t/a的電鋅冶煉廠，投入鋅品位約50%的情況下，系統產各類渣約為96121.5噸，其中，浸出渣為主要渣[侯曉波.鉛鋅冶煉渣處理的系統分析及研究[J].云南冶金，2011，40（3）：42-46]。以某大型鉛/鋅冶煉廠濕法煉鋅中性-酸性復浸出工藝的浸出渣經揮發窯系統回收部分有價金屬（鋅、鉛、銦、鍺等）后所得到的二次渣；廢渣風干后經球磨機磨細，過0.1mm篩，105℃下烘干，其主要化學成分及含量如下：Fe34.81%、Cu1.31%、Zn2.84%、Pb0.57%、As0.42%、Ag97mg/kg、Ga923mg/kg、In96mg/kg、Cd30mg/kg、S5.1%、C(焦炭)20.48%、石英20.36%，其余為Mn、Ca、K、Al、Mg等，約占14%[潘鳳開，郭朝暉，程義，等.Pb/Zn冶煉廢渣中重金屬的生物浸出-鹽浸處理[J].環境工程學報，2008，2（12）：1672-1676]。這些廢渣的堆存直接影響自然環境，并對環境如土壤、水體和農作物等造成危害；在對廢渣進行浸出實驗發現，砷是棄渣中污染環境的重要有害元素之一，其次是氟；實驗發現最大砷浸出濃度值為1075ug/L，氟為8.48mg/L；研究還發現在所研究的pH范圍（4-60）內，浸出液pH與渣中重金屬離子的浸出呈負相關，而與F以及As的浸出呈正相關[楊景田，蘇欣捷，武慶芬，等.鉛鋅冶煉棄渣有害特征及其浸出行為研究[J].環境科學，1988，9（6）：17-22]。

鉛鋅渣由于含有Pb、Zn、Cu、Cd等重金屬，As和F等有害非金屬，屬于危險廢物的范疇。目前對于危險廢物的處理，首先對有害物質穩定化后，回填在鉛鋅礦的礦井中。

在鉛鋅礦中，鉛和鋅的存在形式主要為閃鋅礦（化學式為ZnS）和方鉛礦（化學式為PbS），其次為菱鋅礦（化學式為ZnCO₃）和白鉛礦（化學式為PbCO₃）[方明山.云南某鉛鋅礦礦石工藝礦物學研究[J].礦冶，2011，20（1）：100-103]。另外，鉛鋅礦中的其他物質主要也以硫化物的形式存在。關于鉛鋅廢渣的砷，采用硫化沉淀法效果較好，使其生成三硫化二砷（化學式為As₂S₃）[趙金艷，王金生，鄭驥.含砷廢水、廢渣的處理處置技術現狀[J].北京師范大學學報（自然科學版），2012，48（3）：287-291]。關于鉛鋅廢渣的氟，加入氯化鈣、氯化鋁、硫酸鈰效果較好[韋萬麗，吳胡玉，張永航.污水中氟污染治理方法[J].貴州師范大學學報(自然科學版)，2005，23（2）：33-35]。

因此，在鉛鋅冶煉渣中加入硫化鈉（化學式為Na2S），可以得到Pb、Zn、Cu、Cd、As等元素的硫化物，其性能穩定，與天然礦物類似，不會對環境造成污染。加入氯化鈣、氯化鋁、硫酸鈰可有效的固化住F元素。

在水泥漿或水泥砂漿(以下簡稱砂漿)中引入適量細小的氣泡，攪拌均勻再澆筑硬化后的混凝土稱為泡沫混凝土。與普通混凝土相比，采用泡沫混凝土充填礦井具有施工簡便、回填速度快、充實度高、綜合成本低等特點[張磊蕾，王武祥.泡沫混凝土的研究進展及應用[J].建筑砌塊與砌塊建筑，2010，（1）：38-42]。