[發明專利]一種用于固化尾礦中重金屬離子的膠凝劑及其使用方法

在審

• 申請號: 202110110115.6
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112851282A
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發明（設計）人: 楊曉軍;徐修平;華紹廣;劉龍;于先坤
• 申請（專利權）人: 中鋼集團馬鞍山礦山研究總院股份有限公司;華唯金屬礦產資源高效循環利用國家工程研究中心有限公司;中鋼集團馬鞍山礦院工程勘察設計有限公司
• 主分類號: C04B28/14
• 分類號: C04B28/14;C04B28/16;C04B24/16;C04B18/14
• 代理公司: 馬鞍山市金橋專利代理有限公司 34111
• 代理人: 常前發;奚志鵬

本發明公開了一種用于固化尾礦中重金屬離子的膠凝劑及其使用方法，原料中各組份的質量百分含量為：螯合捕捉劑0.25～0.7％，螯合促進劑0.15～0.3％，絡合早強劑0.2～0.6％，石灰1～7％，水泥0～10％，石膏8～20％，鋼渣微粉0～20％，礦渣微粉50～82％。先將螯合捕捉劑螯合促進劑絡合早強劑混合均勻，再與其它組份混合均勻。本發明制備的膠凝劑不僅通過水化反應膠結全尾礦，實現充填開采，還通過浸出、螯合、包裹、化學吸附、化學鈍化和離子替代等多種作用協同固化尾礦中重金屬離子，長期保持固化的穩定性，特別適用于重金屬離子含量高的全尾礦膠結充填，顯著降低尾礦充填后充填體重金屬離子含量高的環境風險。

技術領域

本發明屬于固廢膠凝材料制備技術流域，具體涉及一種用于固化尾礦中重金屬離子的膠凝劑，可在尾礦充填中用于固化、穩定化重金屬離子，也可以在尾礦干堆及冶金選冶渣場重金屬離子固化、穩定化中廣泛應用，對固化、穩定化含Pb、Cd、Zn、Mn、S有害元素的尾礦尤為適用。

背景技術

礦產資源的開發是人類和社會不斷發展的重要途徑之一，隨著礦產資源的不斷開采，金屬尾礦對生態環境造成的污染和破壞已經成為一個全球關注的重要問題，特別是尾礦中的重金屬污染一直是個亟待解決的嚴峻問題，尾礦中的重金屬在自然環境件下被不斷的溶出進入地表水、地下水以及土壤中，對生態環境造成不可逆轉的污染破壞，同時對人類健康造成巨大的威脅。由于重金屬污染具有潛伏性、不可逆性和長期性以及影響后果嚴重等特點，因而尾礦重金屬污染的研究與治理受到了國內外生態、環境科學領域的高度重視。

充填采礦法是將采礦產生的廢石和/或選礦產生的尾礦回填到采空區膠結固化，具有損失率小、貧化率低、控制地壓、保護地表、消除尾礦庫等優點,在我國對礦產資源開發環保要求越來越高和礦產資源日趨減少的情況，充填采礦法已經成為地下礦山開采的主要方法。作為充填重要原料的膠凝材料已經從分級充填使用的水泥發展成以水渣微粉為主要成分的專用膠凝材料，解決了水泥難以膠結全尾礦或強度太低的問題，使得全尾充填得以推廣應用。

如中國授權專利申請202010772265.9公開了一種尾礦基膠凝材料及其制備方法。該方法是將尾礦原料經過干燥后，依次進行機械球磨活化處理、熱活化處理以及化學藥劑活化處理，即得尾礦基膠凝材料。該方法通過機械活化、熱活化以及化學活化聯合激發方法對尾礦進行活化，利用其潛在火山灰活性，獲得一種膠凝性能較好的膠凝材料，該凝膠材料固結后的抗壓強度最高可以達到10MPa。但該膠凝材料生產工藝復雜，生產成本高，市場競爭力低。

又如中國專利申請CN102924005A公開了一種利用鋼渣、水淬高爐礦渣等工業廢渣為主要原料生產具有微膨脹效應的礦山膠結充填材料的方法，其將鋼渣、礦渣、石膏等原材料粉磨到比表面積400-800㎡/L，外加0.5％-1％減水劑。在充填濃度75％，灰砂比1:4條件下，達到28天強度12MPa左右，強度高，性能好。其不足之處在于充填濃度高達75％，現有礦山充填站濃縮設備在工業大規模生產中無法達到這么高的濃度，且灰砂比高達1:4，膠凝材料使用量大，使用成本高。

這些專利的應用都很好的解決了充填強度、固廢利用等問題，但對尾礦中重金屬離子的固化未有說明。充填膠凝材料一般在堿性條件下進行水化反應、膠結固化尾礦，通過反應會產生水化硅酸鈣、鈣礬石和熟石灰等物質，水化硅酸鈣成網狀或蜂巢狀結構，具有很大的比表面積，可吸附溶解態的重金屬離子；鈣礬石呈針狀或柱狀結構，當以離子交換的形式使其組分發生變化時，鈣礬石的結構不發生變化，其離子交換可發生在Ca²⁺和Al³⁺的位置上，Ca²⁺可以被許多二價陽離子如：Pb²⁺、Zn²⁺、Cr³⁺和Cd²⁺等取代；堿性條件下重金屬離子易產生難溶于水的氫氧化物和硫化物沉淀，從而很好的固化了尾礦中的重金屬。