一种铁尾矿干堆用固化剂及其制备方法
【专利摘要】本发明公开一种铁尾矿干堆用固化剂及其制备方法，属于矿山安全【技术领域】。该固化剂是由固化剂熟料以及激发剂组成，固化剂熟料的基本组成及其质量份数为：CaO：46～50份、MgO：12～18份、SiO2：20～25份、Al2O3：8～12份、矿化剂：1～2份。制备该固化剂首先将富含CaO以及MgO的原料与同时富含Al2O3以及SiO2的原料以及矿化剂后进行研磨，然后将研磨制得的磨制粉体喂入成球盘中制成固化剂熟料粉体，最后向固化剂熟料粉体中加入激发剂粉体经过搅拌混合均匀后制得铁尾矿干堆用固化剂。本发明制备的固化剂固化能力强且原料成本较低，具有大规模推广运用的良好前景。
【专利说明】一种铁尾矿干堆用固化剂及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿山安全【技术领域】，具体涉及一种铁尾矿干堆用固化剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002]铁矿石经过破碎、球磨、湿法选矿后，要产生约占原矿量I倍以上的以脉石为主的品位较低的尾矿浆，尾矿浆中含水30%以上，尾矿浆中的尾矿颗粒细、持水性强、含水率高而综合利用率较低。在尾矿库堆存过程中尾矿浆面会离地面越来越高，因此存在溃坝的风险，同时还占用了大量的耕地。我国是一个矿业大国，90%以上的尾矿采用上游法筑坝堆存，近年来，尾矿库垮坝事故接连不断发生，造成了重大的人员伤亡和环境污染，凸显出传统尾矿堆存方式存在的安全隐患。
[0003]目前，我国的尾矿堆存方式有以下几种:一是库坝式堆存，其方法是先用砂土筑坝，内充尾矿浆，尾矿浆在堆存过程中逐渐沉降，清水在库尾通过回水井排出。该法的优点是坝体建成后运行费用低，工艺简单；存在的主要问题是一次性筑坝投资大，土地占用量大，尾矿长期处于饱和含水状态，存在巨大的安全风险。以该法为基础，采用矿浆在入库前先用旋流分级机分级，粗粒级尾矿堆存在坝上作为筑坝材料，细粒级尾矿在库内堆存，这种方法可以减少筑坝需要的砂石材料和筑坝费用，但因粗粒级尾矿粘聚性差，很容易发生渗流破坏，安全风险更大。二是压滤干堆，其方法是尾矿浆在入库前先进行深锥浓缩，在浓缩过程中添加聚丙烯酰胺(PAM)絮凝剂加速沉降，然后压滤，使尾矿的含水率降到30%以下，滤饼用汽车或皮带运 输机输送到堆场。该法与库坝式堆存相比，安全性得到显著提高，但尾矿处理和运输的费用高昂，尾矿存在遇水二次泥化和干燥扬尘的问题。三是膏体堆存，很多尾矿颗粒细，含水率高，难沉降，故在尾矿浆中添加水泥和粉煤灰后，泵送到堆场的中央竖管，形成类似喷泉状，尾矿浆从堆场中央开始向四周流淌，在流淌过程中因蒸发逐渐失去流动性成为膏体。与库坝式堆存相比，该法安全性提高，但因外加材料量很大，膏体含水率高，堆存体积与原矿浆相比几乎不减少，而且还存在尾矿浆干化体的扬尘和二次泥化问题。
[0004]此外，铁尾矿浆在浓密池中加入混凝剂，使矿浆浓度提高到50%以上，再加水泥、石灰、石膏、粉煤灰等材料混合搅拌成为膏体，待其固化后再入库压实堆存。该法的优点是对尾矿库要求不高，无需排水设施，存在的问题是尾矿在高浓度条件下输送难度很大，同时固化体需要二次压实，工程量大，需要分区作业，实际上对场地的要求也很严格。
[0005]现有的尾矿堆存方式难以满足在极端自然和气象条件下的安全需要，要从根本上消除尾矿库存在的潜在垮塌风险和降低运行成本，就有必要研究开发新型的尾矿堆存技术和固化剂材料。中国专利CN102527690A提出了铁尾矿固化干堆的方法，以解决铁尾矿的安全堆存问题。但是该方法采用的固化剂中使用大量的磨细工业废渣后，固化体的强度偏低，7天的抗压强度不足0.2MPa,固化剂使用量大，仍存在干堆难度较大的问题，尤其是在南方的雨季，未固化尾矿会再次泥化成为尾矿浆。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有铁尾矿干堆中存在的技术问题，提供一种铁尾矿干堆用固化剂及其制备方法。
[0007]本发明所提供一种铁尾矿干堆用的固化剂是由固化剂熟料以及激发剂组成，其中所述固化剂熟料的质量百分比为85%~99%，所述激发剂的质量百分比为1%~15% ;所述固化剂熟料的基本组成及其质量份数为=CaO:46~50份、MgO:12~18份、S12:20~25份、Al2O3:8~12份、矿化剂:1~2份，上述成分为固化剂熟料质量组成的95%以上，所述矿化剂为碱金属的氟化物、碱土金属的氟化物、碱金属的硫酸盐、碱土金属的硫酸盐中的任一种或二种以上混合，优选萤石和石膏；所述激发剂为碱金属的娃酸盐、碱金属的硫酸盐、碱金属的卤化物、碱金属的碳酸盐、碱金属的氟硅酸盐、碱金属的铝酸盐、碱土金属的卤化物、碱土金属的硫酸盐、碱土金属的铝酸盐中任一种或二种以上混合而成，优选硅酸钠、硫酸钙。
[0008]所述固化剂的制备方法具体步骤如下:
[0009](I)将同时富含CaO以及MgO的原料，或分别富含CaO以及MgO的原料，与同时富含Al2O3以及S12的原料，以及矿化剂原料，按照所述熟料含量进行配料，然后进行研磨，研磨Ih后得到磨制粉体，磨制粉体的比表面积> 400m2/kg。
[0010](2)将步骤(1)制得的磨制粉体喂入成球盘，同时以喷雾形式加入占所述固化剂熟料质量含量10%的成球助剂，在成球盘中成为球径5~15mm的生料球，将生料球进行高温煅烧，升温速度3°C /min~5°C /min,最高煅烧温度为1200°C~1400°C，在最高温度保温时间1min~30min，然后骤然冷却，最高温度至1000°C的冷却速度≥10°C /min，冷却后的熟料在常温下自然粉化为比表面积> 300m2/kg的固化剂熟料粉体，所述成球助剂为质量浓度0.01%~0.1%的甲基纤维素溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙二醇、羧丙基甲基纤维素溶液中的任一种。
[0011](3)向步骤(2)制得的固化剂熟料粉体中加入固化剂配料所需的激发剂粉体，经5~15min搅拌，混合均匀后制得目标产品:铁尾矿干堆用固化剂。
[0012]所述富含CaO的原料为石灰石、泥灰岩中的任一种或两者的混合,所述富含CaO的原料在1000°C灼烧后的产物中CaO质量含量≥ 80%。
[0013]所述富含MgO的原料为菱镁矿、废弃镁铝质耐火材料、镁碳质耐火材料、镁质耐火材料中的任一种或两种以上的混合，所述富含MgO的原料在1000°C灼烧后的产物中MgO质量含量> 80%。
[0014]所述同时富含CaO以及MgO的原料为白云石、蛇纹大理石中的任一种或两者的混合，所述同时富含CaO以及MgO的原料在1000°C灼烧后的产物中MgO质量含量为20%~25%, CaO的质量含量为50%~62%。
[0015]所述同时富含Al2O3以及S12的原料为煤矸石、粉煤灰、耐火粘土、高岭土中的任一种或两者的混合，所述同时富含Al2O3以及S12的原料在1000°C灼烧后的产物中(Al203+Si02)≥ 70wt%，S12 与 Al2O3 质量比为(2 ~3):1。 [0016]本发明所提供的固化剂加入固含量55wt%以下的铁尾矿浆后，加入量占铁尾矿质量6%时即可在24小时内使其固化干堆，加入量占铁尾矿质量10%时即可在10小时内使其固化干堆，加入量占铁尾矿质量15%时即可在4小时内使其固化干堆，使铁尾矿干堆周期缩短。
[0017]本发明与现有技术相比具有以下的技术优势:
[0018](I)本发明的铁尾矿干堆固化剂的固化能力强，加入少量就可以使尾矿浆在4~24小时内固化，固化后的体积收缩率小，而目前的干堆固化剂固化到干堆水平需要7天左右，使用水泥作为固化材料需要使用水泥量占绝干尾矿质量20%以上才具有固化干堆的效果，且收缩率较大。
[0019](2)在本发明的铁尾矿干堆固化剂的制备方法中，固化剂熟料不需要机械粉磨就可以由自应力粉碎至固化剂的活性所需要细小粒度，和激发剂粉体经过简单机械混合后就可以成为固化剂产品，而目前的固化剂加工技术需要将工业渣和硅酸盐水泥熟料混合研磨到所需要的高比面积，因此与其相比，本发明固化剂的加工成本和能耗都将大幅度降低。
[0020](3)本发明配料中可大量使用工业固体废弃物，尤其是粉煤灰粗渣和废弃耐火材料，因此比目前的硅酸盐水泥熟料生产更能节约石灰石等资源，并使目前储量大、因不能加工水泥熟料而利用率不高的劣质白云石矿石也得到大规模推广运用。
[0021](4)本发明铁尾矿干堆固化剂熟料的烧成温度范围较宽和较低，而硅酸盐水泥熟料需要在1450°C烧成后才能获得，因此本发明的固化剂熟料比普通水泥熟料的燃料消耗将大幅度降低。
【具体实施方式】
[0022]实施例1:一 种铁尾矿干堆用的固化剂，是由固化剂熟料和激发剂构成，其中固化剂熟料占85wt%，激发剂占15wt%。
[0023]固化剂熟料中基本组成及其质量份数为:CaO:48份、Mg016份、S12:21份、Al2O3:8份、CaF2:1份、CaSO4:1份，上述成分占到固化剂熟料质量组成的95%。
[0024]固化剂熟料的生料采用白云石、高岭土、萤石和石膏进行配料，其中萤石和石膏作为矿化剂使用，按照上述熟料所需要的原料配比进行配料，研磨I小时成为生料粉，加入占生料粉质量10%的甲基纤维素(CMC)溶液作为造球助剂，CMC溶液的质量浓度为0.1%，在成球盘中成为直径10_的生料球，将生料球放入马弗炉中，以5°C /min的升温速度升至1300°C，并在此温度下保温30min，然后从马弗炉中取出，快速冷却到室温，并自然粉化为不需要研磨的熟料粉体，将此粉体加入15%的脱硫石膏粉体作为激发剂，混合15min后即成为铁尾矿干堆用的固化剂。该固化剂以1:7(固化剂:干尾矿)加入固含量55%的铁矿尾矿浆，并搅拌均匀后，4h内即可将尾矿浆固化至可以干堆的状态，固结尾矿的3d无侧限抗压强度为0.5MPa，见水后无二次泥化现象。
[0025]实施例2:—种铁尾矿干堆用的固化剂，是由固化剂熟料和激发剂构成，其中固化剂熟料占95wt %，激发剂占5wt %。
[0026]固化剂熟料中基本组成及质量份数为:CaO:46份、MgO:18份、S12:21份、Al2O3:9份、CaF2:1份、CaSO4:1份，上述成分占固化剂熟料质量组成的96%。
[0027]固化剂熟料的生料采用石灰石、菱镁石、粉煤灰、萤石和石膏进行配料，其中萤石和石膏作为矿化剂使用，按照上述熟料所需要的原料配比进行配料，并研磨I小时，成为生料粉，加入占生料粉质量10%的甲基纤维素(CMC)溶液作为造球助剂，CMC溶液的质量浓度为0.5%，在成球盘中成为直径10_的生料球，将生料球放入马弗炉中，以5°C /min的升温速度升至1350 V，并在此温度下保温30min，然后从马弗炉中取出，快速冷却到室温，并自然粉化为不需要研磨的熟料粉体，将此粉体加入5%的硫酸钠粉体作为激发剂，混合15min后即成为铁尾矿干堆用的固化剂。该固化剂以1:10(固化剂:干尾矿)加入固含量55%的铁矿尾矿浆，并搅拌均匀后，1h内即可将尾矿浆固化至可以干堆的状态，固结尾矿的3d无侧限抗压强度为0.5MPa，遇水后无二次泥化现象。
[0028]实施例3:—种铁尾矿干堆用的固化剂，是由固化剂熟料和激发剂构成，其中固化剂熟料占99wt %,激发剂占Iwt %。
[0029]固化剂熟料中基本组成及质量份数为:CaO:50份、MgO:14份、S12:23份、Al2O3:8份、CaF21份、CaSO:41份，上述成分占固化剂熟料质量组成的97%。
[0030]固化剂熟料的生料采用石灰石、废弃镁碳质耐火材料、煤矸石、萤石和石膏进行配料，其中萤石和石膏作为矿化剂使用，按照上述熟料所需要的原料配比进行配料，并研磨I小时，成为生料粉，加入占生料粉质量10%的HPMC溶液作为造球助剂，甲基纤维素(CMC)溶液的质量浓度为0.1%，在成球盘中成为直径1mm的生料球，将生料球放入马弗炉中，以50C /min的升温速度升至1250°C，并在此温度下保温30min，然后从马弗炉中取出，快速冷却到室温，并自然粉化为不需要研磨的熟料粉体，将此粉体加入I %的偏硅酸钠粉体作为激发剂，混合15min后即成为铁尾矿干堆用的固化剂。该固化剂以1:15(固化剂:干尾矿)加入固含量55%的铁矿尾矿浆，并搅拌均匀后，24h内即可将尾矿浆固化至可以干堆的状态，固结尾矿的3d无侧 限抗压强度为0.5MPa，无二次泥化现象。
【权利要求】
1.一种铁尾矿干堆用固化剂，其特征在于所述固化剂是由固化剂熟料以及激发剂组成，其中所述固化剂熟料的质量百分比为85%~99%，所述激发剂的质量百分比为1%~15%;所述固化剂熟料的基本组成及其质量份数为:CaO:46~50份、MgO:12~18份、S12:20~25份、Al2O3:8~12份、矿化剂:1~2份，所述固化剂熟料的基本组成为所述固化剂熟料质量的95%以上；所述矿化剂为碱金属的氟化物、碱土金属的氟化物、碱金属的硫酸盐、碱土金属的硫酸盐中的任一种或二种以上混合；所述激发剂为碱金属的硅酸盐、碱金属的硫酸盐、碱金属的卤化物、碱金属的碳酸盐、碱金属的氟硅酸盐、碱金属的铝酸盐、碱土金属的卤化物、碱土金属的硫酸盐、碱土金属的铝酸盐中任一种或二种以上混合而成。
2.权利要求1所述固化剂的制备方法，其特征在于该方法具体步骤如下: (1)将同时富含CaO以及MgO的原料，或分别富含CaO以及MgO的原料，与同时富含Al2O3以及S12的原料，以及矿化剂原料，按照所述熟料含量进行配料，然后进行研磨，研磨Ih后得到磨制粉体，所述磨制粉体的比表面积> 400m2/kg ； (2)将步骤(1)制得的磨制粉体喂入成球盘，同时以喷雾形式加入占所述固化剂熟料质量含量10%的成球助剂，在成球盘中成为球径5_~15_的生料球，将生料球进行高温煅烧，升温速度3°C /min~5°C /min，最高煅烧温度为120(TC~140(TC，在最高温度保温时间1min~30min，然后骤然冷却，最高温度至1000°C的冷却速度≥10°C /min，冷却后的熟料在常温下自然粉化为比表面积> 300m2/kg的固化剂熟料粉体，所述成球助剂为质量浓度0.01%~0.1%的甲基纤维素溶液、聚乙烯醇溶液、聚乙二醇、羧丙基甲基纤维素溶液中的任一种； (3)向步骤(2)制得的固化剂熟料粉体中加入固化剂配料所需的激发剂粉体，经5~15min搅拌，混合均 匀后制得所述铁尾矿干堆用固化剂。
3.根据权利要求2所述固化剂的制备方法，其特征在于所述富含CaO的原料为石灰石、泥灰岩中的任一种或两者的混合，所述富含CaO的原料在1000°C灼烧后的产物中CaO质量含量> 80%。
4.根据权利要求2所述固化剂的制备方法，其特征在于所述富含MgO的原料为菱镁矿、废弃镁铝质耐火材料、镁碳质耐火材料、镁质耐火材料中的任一种或两种以上的混合，所述富含MgO的原料在1000°C灼烧后的产物中MgO质量含量> 80%。
5.根据权利要求2所述固化剂的制备方法，其特征在于所述同时富含CaO以及MgO的原料为白云石、蛇纹大理石中的任一种或两者的混合，所述同时富含CaO以及MgO的原料在1000°C灼烧后的产物中MgO质量含量为20%~25%，CaO的质量含量为50%~62%。
6.根据权利要求2所述固化剂的制备方法，其特征在于所述同时富含Al2O3以及S12的原料为煤矸石、粉煤灰、耐火粘土、高岭土中的任一种或两者的混合，所述同时富含Al2O3以及S12的原料在1000°C灼烧后的产物中(Al203+Si02)≥70wt%，所述S12与Al2O3的质量比为(2~3):1。
【文档编号】C04B12/00GK104030589SQ201410268767
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月16日 优先权日:2014年6月16日
【发明者】樊传刚, 高元宝 申请人:江苏固维特材料科技有限公司