[發明專利]赤泥固廢在富水礦山充填采礦中利用優化設計方法

在審

• 申請號: 202210825614.8
• 申請日: 2022-07-14
• 公開（公告）號: CN115288780A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 徐平;肖柏林;張席芝;高謙;鄒爽;蓋黎晶;吳凡;楊曉柄
• 申請（專利權）人: 山東杰控電氣技術有限公司;北京科技大學
• 主分類號: E21F15/00
• 分類號: E21F15/00;G06F30/20;C04B28/00;C04B22/08;C04B7/24;C04B7/26;C04B111/70;G06F119/14
• 代理公司: 濟南龍瑞知識產權代理有限公司 37272
• 代理人: 張俊濤

本發明涉及赤泥固廢在富水礦山充填采礦中利用優化設計方法，以赤泥和粉煤灰作充填材料，普通硅酸鹽水泥作激發劑，對充填材料潛在的活性激發產生水化反應，形成膠結充填體，滿足充填法采礦要求，實現對赤泥穩定固化處置以及低成本充填法采礦的雙重目的。以單位體積充填料漿成本作為優化目標，以充填體強度、充填體抗水穩定性與浸出液的pH值以及最大可幾孔徑作為約束條件，建立赤泥基充填料漿優化設計模型進行配比優化，由此制備赤泥基充填料漿，實現固廢處置與充填法采礦，由此獲得最大的經濟效益和環保效益。不僅能夠避免赤泥在地表堆放占用土地以及堆存所潛在的安全環保問題，而且還可以降低資源開采的損失與貧化。

技術領域

本發明涉及固廢固化處置以及在充填采礦中利用的技術領域，特別涉及赤泥穩定固化處置以及在富水充填礦山充填采礦中利用的優化設計方法。

背景技術

赤泥是從鋁土礦中提取的氧化鋁后所排放的堿性廢渣。通常每生產1t氧化鋁將產出0.6-1.8t赤泥。由于赤泥為堿性固廢物，因此目前資源化利用率極低，是與鋼渣、磷石膏并列的最難利用的三種固體廢棄物之一。據不完全估計，全球范圍內赤泥堆存量己超過27億t。2014年我國赤泥累積量接近3億噸，年產出量在5000萬噸以上，其中90％以上赤泥為拜耳法赤泥。

赤泥資源化綜合利用是世界性難題。在建材中利用是赤泥的主要利用方式之一。但是由于赤泥中堿性較高，在水泥等傳統無機硅酸鹽材料中利用受到很大限制，導致大多數赤泥仍采用堆存處置，不僅占用寶貴的土地資源，而且堿性滲出液還造成土壤鹽堿化、污染地下水以及揚塵和潰壩等環境與安全問題。隨著赤泥產量不斷增加，由此所帶來的安全與環境問題日趨突出。探索赤泥規模化、減量化和高值化利用不僅十分必要，而且迫在眉睫，為此人們已經開展多種途徑的赤泥固廢資源化利用研究。

赤泥含有如鐵、鋁、鈦、鈧等有價金屬，還含有一定數量的無定形碳鋁硅酸鹽物質，具有較好的膠凝性。因此，從赤泥中提取金屬以及在建筑、環保、農業領域中的利用，是赤泥資源化利用的主要研究領域。但從赤泥中提取有價金屬，不僅技術難度大、生產成本高，經濟效益差，而且仍排放赤泥殘渣，難以實現固廢減量化和無害化利用。赤泥中在水泥和混凝土中利用，由于赤泥高堿性以及含有部分放射性元素，需要額外添加其他物質降低其危害，不僅增加生產成本，而且長時間放置后結構表面還產生滲鹽、泛霜等問題，由此影響其力學性能，因此大多數研究成果目前尚未能實現工業化應用。以赤泥制備吸附、混凝劑處理污水時，其中重金屬可能溶出進入水中，反而對水質產生污染，也限制了赤泥工業化利用。針對赤泥利用存在的問題，近年來人們一直在積極探索赤泥低成本、減量化與無害化的利用途徑。

由于赤泥中堿性組分尤其含有的β-C2S組分，因此可以作為化學固化劑來激發粉煤灰和礦渣等火山灰質固廢物的活性，不僅在水泥合成過程中能夠起到晶化作用，而且還具有水硬性。因此利用赤泥制備對堿含量要求低的地聚物是赤泥實現資源化利用研究的主要發展方向之一。

地聚物材料被視為高嶺土、粉煤灰等鋁硅酸鹽物質，尤其是堿性鋁硅酸鹽廢渣的重要利用方式。CN 105601135B、CN 105837067B、CN 105967536B和CN 113149525A四項發明，公開了利用赤泥和粉煤灰制備地質聚合物材料的方法。在此主要以赤泥和粉煤灰作為主要基質原料，采用氫氧化鈉溶液作為堿激發劑，分別公開了赤泥、粉煤灰和激發劑的確定性材料配比，由此制備赤泥粉煤灰地質聚合物膠凝材料。CN 108164169 A、CN 112694292 A兩項發明提出了赤泥基地質聚合物的制備方法，由赤泥、鋼渣、水泥、偏高嶺土和早強減水劑組成，并公開了各種材料配比。由此可見，上述赤泥基地質聚合物均針對具體用途公開了材料配比，沒有針對不同固廢物特性以及地聚物材料要求提出配比優化設計方法。CN108455933 A和CN 111689752 B專利公開了利用含水赤泥制備注漿材料，同樣提出以赤泥、煤矸石為主要基質原料，利用氫氧化鈉溶液、水玻璃、硅酸鹽水泥熟料作堿激發劑，給出赤泥基注漿材料確定性配比。

發明內容