一种利用铁尾矿固化铜尾矿制作矿井填充材料的方法

摘要

本发明涉及一种利用铁尾矿固化铜尾矿制作矿井填充材料的方法。首先取铁尾矿、铜尾矿和铝矾土并干燥细化，将Na

说明书

技术领域

本发明属于尾矿资源综合利用及废物无害化处理领域，具体涉及一种利用铁尾矿固化铜 尾矿制作矿井填充材料的方法。

背景技术

根据统计，1949-2007年期间，我国铜尾矿排放量总计为24亿吨。2007-2011年期间，铜 尾矿总计排放量为13.55亿吨。2011年以后，铜尾矿每年排放均超过2亿吨，且逐年增长。每 年铜尾矿大量的排放，带来诸多环境问题。其中最为严重的为重金属污染问题，其次还包括 选矿过程中使用的化学药剂残存于尾矿并与某些组分发生化学反应产生新的污染源，流经尾 矿堆放场所的地表水溶解尾矿中某些有害成分并将其携带转移造成更大范围的污染，尾矿污 染区域在氧化、水解和风化等作用下使污染区域扩大，尾矿沿着河流、湖泊堆放直接污染水 体，或坍塌导致河道堵塞等一系列问题。

铁尾矿是一种复合矿物原料，主要为铁矿石经过筛选过粗选、精选和扫选后剩下的废渣。 其除了含有少量金属外，主要矿物组成为脉石矿物。据不完全统计，目前我国发现的矿产有 150多种，开发、建立、运营8000多座矿山，累计生产尾矿59.7亿吨。其中堆存铁尾矿量竟高 达十几亿，占全部尾矿堆存总量的近1/3，每年排出铁尾矿接近3亿吨且综合利用率还不到20％。 目前，随着水泥行业的不断发展，自然资源的不断开发，传统原料已不能满足水泥长远与可 持续发展的需求，寻求新的原材料来替代传统材料已刻不容缓。铁尾矿与水泥生料的化学组 成基本相同，理论上可以将尾矿作为水泥的一种生料进行利用，将可以扩到铁尾矿利用范围 解决了铁尾矿带来的环境完全问题，同时也可以丰富水泥生产原料的多样性选择。

通常情况下，矿山每开采一吨矿石需回填0.25～0.4立方米或更多的充填料，因而尾矿回 填被认为是解决尾矿超量堆积的有效途径之一。目前，尾矿填充技术已较为成熟。应用尾矿 充填矿山采空区，不仅可以大幅减少堆积的尾矿数量，降低矿山企业充填成本，而且还可以 降低矿石的贫化率和损失率，同时也使尾矿排放带来的诸多问题得以解决。从实践中可以看 出，尾矿代替传统的充填料砂石用于充填井下大面积的采空区，不仅解决了尾矿排放问题减 轻了企业的经济负担，而且可以获得良好的经济效益和社会效益。但是目前尾矿充填技术中， 填充成本、填充料的强度和填料在采空区局部环境下重金属浸出等问题一直束缚着该工艺的 发展，找到有效的方法解决这些问题是促进尾矿回填工艺规模化应用的关键。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种利用铁尾矿固化铜尾矿制作矿井填充材料的方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种利用铁尾矿固化铜尾矿制作矿井填充材料的方法，包括以下步骤:

(1)、取铁尾矿、铜尾矿和铝矾土并干燥细化；

(2)、按照质量计，取步骤(1)得到的铁尾矿20～30份、铜尾矿60～70份、铝矾土2～8 份以及混合激发剂2～8份混合，然后将混合物在350～650℃条件下高温煅烧50～80min，待混 合物温度降低至室温(18～25℃)后，以液固质量比0.3～0.5:1向混合物加入水并搅拌成泥浆状， 再入模制块形成矿井填充材料，所述混合激发剂为Na₂CO₃和KOH粉末以质量比1:2～4混合， 粒度小于200目。

进一步，步骤(1)中所述铁尾矿、铜尾矿和铝矾土干燥至水分小于2％。

进一步，步骤(1)所述细化方式采用机械研磨1～3小时。

进一步，步骤(2)中所述混合激发剂为Na₂CO₃和KOH粉末以质量比1:2混合。

进一步，所述步骤(3)按质量计，取步骤(1)得到的铁尾矿20份、铜尾矿70份、铝 矾土2份以及混合激发剂8份混合，然后将混合物在500～650℃条件下高温煅烧60min， 待混合物温度降低至室温(18～25℃)后，以液固质量比0.4～0.5:1向混合物加入水并搅拌成 泥浆状，再入模制块形成矿井填充材料。

铝矾土又称矾土或铝土矿，主要成分是氧化铝，系含有杂质的水合氧化铝，是一种土状 矿物。白色或灰白色，因含铁而呈褐黄或浅红色。

本发明的有益效果在于：(1)本发明运用铁尾矿与水泥生料的化学组成基本相同的性质， 采用高温碱熔活化方法使其形成一种高性能胶凝材料，在胶凝材料形成过程中也将混合的铜 尾矿进行了有效固定，充分实现了铁尾矿与铜尾矿的协作运用；(2)本发明应用铁尾矿固化 铜尾矿制备的试件单轴抗压强度可达到40.2MPa，重金属浸出毒性满足国家标准 GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》；(3)本发明操作简便，可行性强，降低 了空区充填成本，节约了资源与能源，也在一定程度上提高了铁尾矿和铜尾矿综合利用的价 值。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为利用铁尾矿固化铜尾矿制作矿井填充材料的流程图；

图2为不同研磨时间、煅烧温度和液固比对所制试件的单轴抗压强度的影响；

图3为不同研磨时间、煅烧温度和液固比对所制试件的铜浸出毒性的影响。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

实施例1 不同质量份混合比例所制试件强度与浸出毒性的测定

将铁尾矿、铜尾矿和铝矾土恒温烘干至水分小于2％，将烘干后的尾矿机械粉磨2小时并 过筛，将Na₂CO₃和KOH粉末以质量比1:2混合，制成混合激发剂，并将混合激发剂研磨至 小于200目，以质量份计，分别取铁尾矿、铜尾矿、混合激发剂和铝矾土(20份、70份、2 份、8份)、(30份、60份、8份、2份)、(25份、65份、5份、5份)、(23份、67份、4 份、6份)、(27份、63份、6份、4份)5组并搅拌均匀，将每组的混合样置于炉内在500℃ 条件下高温煅烧60min，煅烧完成后待炉内温度降至室温后，取出活化后的混合物，以液固 质量比0.4:1向混合物加入水并搅拌成泥浆状，再进行入模固化制块、拆模并在温度25℃， 相对湿度90％以上条件下进行养护28天，制备步骤如图1。按GB/T17671-1999《水泥胶砂 强度检验方法(ISO法)》对试件块进行抗压强度测定，按HJ/T299-2007《固体废物-浸出毒 性浸出方法-硫酸硝酸法》对试件块进行Cu浸出毒性测定，重金属浸出浓度按照 GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》进行测定与判定。记录数据见表1。

表1 不同混合比例下所制试件的单轴抗压强度和重金属浸出毒性值

由表1可看出，上述各种混合比例下所制得的试件28天单轴抗压强度均大于20Mpa，相 应重金属浸出毒性均低于GB5085.3-2007危险废物判别值。

实施例2 以不同质量比配制的混合激发剂所制试件强度与浸出毒性的测定

将铁尾矿、铜尾矿和铝矾土恒温烘干至水分小于2％，将烘干后的尾矿机械粉磨2小时并 过筛，将Na₂CO₃和KOH粉末以质量比1:2、1:3、1:4混合，分别制成混合激发剂，并将混合 激发剂研磨至小于200目，以配制的3种混合激发剂，再以质量份计，分别取铁尾矿、铜尾 矿、混合激发剂和铝矾土20份、70份、2份、8份并搅拌均匀，将每组的混合样置于炉内 在500℃条件下高温煅烧60min，煅烧完成后待炉内温度降至室温后，取出活化后的混合物， 以液固质量比0.4:1向混合物加入水并搅拌成泥浆状，再进行入模固化制块、拆模并在温度 25℃，相对湿度90％以上条件下进行养护28天，制备步骤如图1。按GB/T17671-1999《水 泥胶砂强度检验方法(ISO法)》对试件块进行抗压强度测定，按HJ/T299-2007《固体废物- 浸出毒性浸出方法-硫酸硝酸法》对试件块进行Cu浸出毒性测定，重金属浸出浓度按照 GB5085.3-2007《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》进行测定与判定。记录数据见表2。

表2 以不同质量比配制的混合激发剂所制试件的单轴抗压强度和重金属浸出毒性值

由表2可看出，三组条件下，试件28天单轴抗压强度均大于30Mpa，相应重金属浸出毒 性均低于GB5085.3-2007危险废物判别值。

实施例3 不同工艺条件下制备试件的正交实验

本实施例通过正交试验，探讨尾矿研磨时间、煅烧温度和液固比对所制试件单轴抗压强 度和重金属浸出毒性的影响。将铁尾矿、硫化铜尾矿和铝矾土恒温烘干至水分小于2％，将烘 干后的尾矿进行机械研磨并过筛，研磨时间分别设置为1h、2h和3h。将Na2CO3和KOH粉 末以质量比1:4混合，制成混合激发剂，并将混合激发剂研磨至小于200目。再以质量份计， 分别取铁尾矿、铜尾矿、混合激发剂和铝矾土20份、70份、2份、8份并搅拌均匀，将混合 样置于炉内煅烧，煅烧温度分别设置为350℃、500℃和650℃，煅烧时间为60min。煅烧完 成后等炉内温度降至室温后，取出活化后的混合物。分别以液固比0.3、0.4和0.5将水与混 合物进行混合搅拌成泥浆状，再进行入模固化制块、拆模并在温度25℃，相对湿度90％以上 条件下进行养护28天，制备步骤如图1。按GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO 法)》对试件块进行抗压强度测定，按HJ/T299-2007《固体废物-浸出毒性浸出方法-硫酸硝酸 法》对试件块进行Cu浸出毒性测定，重金属浸出浓度按照GB5085.3-2007《危险废物鉴别标 准浸出毒性鉴别》进行测定与判定。记录数据见表3。

表3 正交试验方案和试验结果

由表3可看出，九组试验中，试件28天单轴抗压强度最低值为26.7Mpa，均已远远满足 尾矿填充工艺要求，单轴抗压强度最大值为40.2，高于比一般水泥胶凝试件的强度，所有实 验组中，对应的各金属元素的浸出毒性值，均低于GB5085.3-2007危险废物判别值。

图2和图3分别为由表3的结果计算获得的各因素对试件单轴抗压强度和铜元素浸出毒 性的影响。由图中结果可知，同一实验因素条件下，研磨时间取2～3小时、煅烧温度取500℃～ 650℃以及液固比取0.4～0.5时，所制试件单轴抗压强度较强和铜元素浸出毒性较低。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述 优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和 细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。