[發明專利]一種用于增強尾礦壩穩定性的膠凝材料及其應用

有效

• 申請號: 202010408064.0
• 申請日: 2020-05-14
• 公開（公告）號: CN111533497B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 侯浩波;夏成功;李嘉豪;周旻;馮露;董祎挈
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C04B28/00
• 分類號: C04B28/00;C04B40/02;E02D17/18
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 張偉;魏娟

本發明公開了一種用于增強尾礦壩穩定性的膠凝材料及其應用。膠凝材料包括礦粉、羧甲基纖維素鈉、堿性激發劑及表面活性劑，該凝膠材料可以明顯增加尾礦壩的抗剪強度，保障尾礦壩的安全使用，滿足礦山安全建設和可持續發展的要求。

技術領域

本發明涉及一種膠凝材料及其應用，具體涉及一種用于尾礦建筑尾礦壩的膠凝材料，還涉及該膠凝材料在建筑高穩定性尾礦壩中的應用，屬于礦山安全和二次資源循環利用技術領域。

背景技術

隨著我國以及世界現代工業化生產的迅速發展和礦產資源按開發強度的逐漸增加，尾礦、棄石和尾渣等固體廢物的排放、堆積量也越來越大。根據中國國土資源經濟研究院統計，截止2015年，我國尾礦和廢石累計堆存量近600億噸，其中尾礦堆存146億噸，且每年尾礦排放量高達15億噸以上。選礦作業過程中產生的尾礦大多露天堆存在尾礦庫中，通過尾礦壩將大量尾礦封存于庫中。然而尾礦是一種復合硅酸鹽礦物，具有與水泥、粘土相似的化學性質，可視為一種復合硅酸鹽材料，近年來廣泛應用于水泥、混凝土、陶瓷等建筑材料的制備，長期封存于尾礦庫中是一種資源的浪費。

尾礦庫作為礦山的重要設施，其運行狀況的好壞、風險水平的高低，與礦山的生產安全及周邊居民的生命財產安全關系密切。美國克拉克大學公害評定小組的研究表明，尾礦庫事故的危害在世界93種事故、公害的隱患中，名列第18位，僅次于核爆炸、神經毒氣、核輻射等危害。有研究表明，世界上每年平均有2～5個尾礦庫發生潰壩，尾礦庫潰壩事件發生概率是水庫潰壩的10倍以上。2006年，鎮安縣黃金礦業有限責任公司建設的尾礦壩曾因產生橫向剪切破壞而導致壩體失穩，發生潰壩事故。因此開展尾礦庫潰壩相關的探討研究工作對于保障礦山安全生產、保護庫區周邊環境和周邊居民生命財產安全具有重要意義。

為實現尾礦資源的綜合利用，將尾礦應用于尾礦壩的建設有利于實現礦山的可持續發展，是當前礦山企業發展的一大有利方向。但是現有技術中的一般膠凝材料對為尾礦這種粒度較細的顆粒沒有凝膠作用或者作用能力較低，容易導致尾礦壩發生剪切變形而發生潰壩事故，因此開發一直膠凝材料增加尾礦壩的抗剪強度是符合礦山安全建設的，具有十分重要的工業應用價值。

發明內容

為了解決現有技術中的膠凝材料對尾礦凝膠作用能力差，建筑的尾礦壩抗剪強度低，容易發生潰壩事故的技術問題，本發明的第一個目的是在于提供一種能夠對尾礦起到很好的凝膠作用，顯著提高尾礦壩的抗剪強度的膠凝材料，且該膠凝材料配方簡單，原料來自工業廢渣，具有低成本優勢，符合以廢治廢的可持續發展要求。

本發明的另一個目的是在于提供一種膠凝材料的應用，將其應用于尾礦壩的建筑，可以顯著提高尾礦壩的抗剪強度和穩定性，且膠凝材料成本低，添加量少，效果顯著，相對現有的尾礦壩膠凝材料具有明顯的優勢。

為了實現上述技術目的，本發明提供了一種用于增強尾礦壩穩定性的膠凝材料，其包括以下質量百分比組分：礦粉54～63％，羧甲基纖維素鈉22～30％，堿性激發劑9～18％，表面活性劑1～1.5％。

本發明的膠凝材料主要成分為礦粉，礦粉主要是來源于閑置或待處理的工業固體廢物，如各種冶金廢渣煉鐵渣、鋼渣等等，利用這些廢渣來作為膠凝材料應用于尾礦這類的礦山殘留廢料的固結，符合以廢治廢的可持續發展要求。

本發明的膠凝材料成分簡單，主要由礦粉、羧甲基纖維素鈉及堿性激發劑按適當比例組成，其中羧甲基纖維素鈉主要起到兩方面作用，一方面表現出高黏性，可大幅提高尾礦顆粒的膠結能力，并促進尾礦顆粒的團聚，使尾砂孔隙被具有黏性的羧甲基纖維素鈉占據，尾砂顆粒骨架更牢固，增加了尾砂粘聚力，從而可以實現細粒級尾礦的膠結，且獲得的固結材料抵抗剪切和變形的能力加強，另一方面，羧甲基纖維素鈉表現出弱堿性，其可以配合礦粉、堿性激發劑和表面活性劑等在有水條件下激發礦粉和尾礦的活性，礦粉和尾礦中含有的二氧化硅、鈣礬石等活性物質會與水反應生成具有一定強度的水化硅酸鹽、水化鋁酸鹽等產生，進一步增強尾礦壩體的穩定性。