一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的生产方法及应用

本发明属于填充法采矿领域，尤其涉及一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的生产方法及应用。

背景技术：

1、矿化固碳是利用硅酸盐、mgo、cao等与co2形成碳酸盐而实现固碳，是co2的大规模资源化利用的重要方式；采矿充填法利用胶凝材料、尾矿和水形成流态材料回填采空区，解决了尾矿大量占地及造成地面沉陷等生态问题，是实现矿山绿色开采的重要技术。大宗固体废弃物资源化利用是实现绿色发展的又一难题，特别是钢渣、硼泥等固废利用率仍低于30％，占用大量土地资源，存在较大的生态环境安全隐患。采用钢渣、硼泥等难利用工业固废配置基于co2矿化硬化原理的胶凝材料，粘结尾矿及固废形成满足充填强度要求，是同时实现co2、难利用固废大规模资源化利用，矿山无废绿色开采的途径。

2、采矿充填通常以硅酸盐水泥为胶凝材料，水泥生产需高温分解工艺，耗能高，同时石灰石分解释放大量co2，水泥行业碳排放较高，水泥成本占到填充成本的70％以上。由于选矿工艺进步，选矿尾砂颗粒越来越细，水泥对尾砂、砂土等超细粒级和含泥量高的骨料，其胶凝固结性能差。

3、基于矿渣的胶凝材料用于采矿充填，通常是与水泥类似的水硬化原理，起主要作用的是同样可用于生产混凝土的富含水硬化矿相的粒化高炉渣等有限工业固废，无法大规模应用钢渣、硼泥等固废，而且不具备固碳能力。以钢渣为主体以脱硫石膏为激活剂的填充胶凝材料因强度不能满足支撑开采矿柱，只限嗣后二次填充。

4、专利申请号cn202210739976.5，公开了一种全固废矿井封存膏体及制备方法，公开了胶凝材料为钢渣粉及甲酸和乙酸等，在养护阶段固化70％-100％浓度co2。

5、专利cn 202110559255.1，公开了一种尾砂碳化胶结充填的方法，利用钢渣及建筑垃圾等高氧化钙、氧化镁含量固废加工填充胶凝材料，需布置专门的co2输送和分配管道，在养护阶段吸纳20％-40％浓度co2，但未对强度能否满足填充法采矿支撑采矿柱做出说明。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的生产方法及应用，满足填充法采矿不同阶段对充填强度要求，在填充物混配、输送、养护等环节均可吸收并固定co2，可同时实现固废利用、矿化固碳、填充采矿。

2、为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的生产方法，包括以下步骤：

4、1)原料按重量份计包括

5、源自钢渣的c2s 硅酸盐渣粉           40-70份；

6、源自硼泥、菱镁尾矿的活性氧化镁粉    20-40份；

7、源自硼泥的镁橄榄石渣粉             0-20份；

8、源自硼泥的mg(oh)2 溶液             2-10份；

9、2)将除mg(oh)2外的原料混合搅拌均匀；

10、3)将所述的mg(oh)2溶液通入含co210％-100％的工业废气，形成co2饱和悬浮液；

11、4)混制

12、将步骤2)搅拌均匀的混合料、步骤3)的co2饱和悬浮液、尾矿粉、其他固废添加物加水搅拌混合，得到固碳胶凝材料，固碳胶凝材料的液固比为0.20-0.40；

13、其中，物料按重量份计：

14、混合料和co2 饱和悬浮液             10-25份；

15、尾矿粉                            50-70份；

16、其他固废添加物                    0-37份。

17、所述的其他固废添加物为粉煤灰、脱硫石膏中的一种以上。

18、所述的工业废气中co2的体积浓度为10％-100％。

19、所述的c2s硅酸盐渣粉的制备：对钢渣进行破碎、粉磨，并磁选出铁后得到含c2s硅酸盐渣粉。

20、所述的mg(oh)2溶液的制备：对硼泥进行酸溶解处理，通过调控溶液ph沉淀分离出富铁相，形成mg(oh)2溶液。

21、所述的活性氧化镁粉的制备：对硼泥、菱镁尾矿在650-750℃焙烧制取活性氧化镁粉体。

22、一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的应用，所述的固碳胶凝材料应用在采矿充填中，将所述的固碳胶凝材料运至充填站，再由管道输送到填充区，在管道中通入富含co2的工业废气，形成液、固、气三相流输送；

23、所述的填充区为封闭空间，在28天以上保持co2浓度10％-100％。

24、所述的富含co2的工业废气中co2的体积浓度为10％-100％。

25、所述的液、固、气三相流输送中，工业废气体积比为8％-15％。

26、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

27、本发明以钢渣、硼泥、粉煤灰、脱硫灰等难利用固体废弃物为原料，制造难溶硅酸盐-mgo-cao-co2系列负碳复合胶凝材料，该胶凝材料富含c2s、镁橄榄石、mgo、cao、mg(oh)2、ca(oh)2等co2硬化矿相。利用活性氧化镁、c2s、镁橄榄石的矿化固碳反应速度不同，以及活性氧化镁对c2s、镁橄榄石固碳激活作用，形成复合固碳胶凝材料。复合固碳胶凝材料通过调整不同配比及养护条件，在固碳的同时满足包括采矿柱支撑需求的采矿对填充物强度要求。

28、本发明使用传统水泥避免产生的难溶硅酸盐和活性mgo、镁橄榄石三个系列碳固化材料调配，满足填充材料早期、中期强度要求，以及在混料、输送、养护及长期吸收co2及固碳要求。本发明可不使用易于资源使用的铁渣等资源。钢渣、硼泥的使用可充分回收铁元素，实现价值最大化。

29、该胶凝材料制备过程中加二氧化碳饱和水、mg(oh)2水溶液、尾矿以及粉煤灰、脱硫石膏等混合形成可管输流态材料，用于地下矿采矿填充，填充区为通入二氧化碳的封闭空间，形成碳酸化养护条件。在填充物混配、输送和养护各阶段均可吸收并固定co2，本发明不需对工业废气中co2提纯，可大幅降低co2回收成本，在满足采矿对充填工艺及强度空间要求基础上，低成本回收固化含10％-100％ co2工业废气。

技术特征：

1.一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的生产方法，其特征在于，所述的其他固废添加物为粉煤灰、脱硫石膏中的一种以上。

3.根据权利要求1所述的一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的生产方法，其特征在于，所述的工业废气中co2的体积浓度为10％-100％。

4.根据权利要求1所述的一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的生产方法，其特征在于，所述的c2s硅酸盐渣粉的制备：对钢渣进行破碎、粉磨，并磁选出铁后得到含c2s硅酸盐渣粉。

5.根据权利要求1所述的一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的生产方法，其特征在于，所述的mg(oh)2溶液的制备：对硼泥进行酸溶解处理，通过调控溶液ph沉淀分离出富铁相，形成mg(oh)2溶液。

6.根据权利要求1所述的一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的生产方法，其特征在于，所述的活性氧化镁粉的制备：对硼泥、菱镁尾矿在650-750℃焙烧制取活性氧化镁粉体。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的应用，其特征在于，所述的固碳胶凝材料应用在采矿充填中，将所述的固碳胶凝材料运至充填站，再由管道输送到填充区，在管道中通入富含co2的工业废气，形成液、固、气三相流输送；

8.根据权利要求7所述的一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的应用，其特征在于，所述的富含co2的工业废气中co2的体积浓度为10％-100％。

9.根据权利要求7所述的一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的应用，其特征在于，所述的液、固、气三相流输送中，工业废气体积比为8％-15％。

技术总结
本发明涉及一种全固废复合采矿充填固碳胶凝材料的生产方法及应用，包括以下步骤：1)源自钢渣的C2S硅酸盐渣粉40‑70份；源自硼泥、菱镁尾矿的活性氧化镁粉20‑40份；源自硼泥的镁橄榄石渣粉0‑20份；源自硼泥的Mg(OH)2溶液2‑10份；2)将Mg(OH)2溶液通入含CO210％‑100％的工业废气，形成CO2饱和悬浮液；3)搅拌均匀的混合料与CO2饱和悬浮液、尾矿粉、其他固废添加物加水搅拌混合。优点是：以钢渣、硼泥、粉煤灰、脱硫灰等难利用固体废弃物为原料，制造负碳复合胶凝材料，满足填充材料早期、中期强度要求，以及在混料、输送、养护及长期吸收CO2及固碳要求。

技术研发人员：任妮,孙恩禹,刘文琦
受保护的技术使用者：辽宁科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15