[发明专利]含铅锌冶炼废渣的泡沫矿井充填材料制备工艺及应用

说明书

技术领域

本发明涉及铅锌冶炼废渣处理及在矿井充填方面的应用，特别涉及一种含铅锌冶炼废渣的泡沫矿井充填材料制备方法。

背景技术

近十年来，我国铅锌冶金保持了快速增长的势头，2010年，铅锌总产量达到958.10万吨。我国铅锌金属产量已连续多年位居世界第一。在产品产能飞速发展的同时，生产过程中的各类冶炼废渣的处理问题逐步凸现，不仅关系到资源的综合循环利用，而且更关系到对自然环境的深远影响。由于在矿物原生过程中，铅锌多以相互伴生的形式存在，这就形成了冶炼过程中铅锌联合的普遍格局。我国锌冶炼行业工艺繁多，火湿法并举，但采用湿法（焙烧—浸出—电积工艺）生产的约占70%，成为主流，并有进一步取代火法炼锌的趋势。在湿法炼锌过程中，首先要进行脱硫，目前国内多为焙烧脱硫，焙烧过程中产生的焙砂、焙尘均作为半成品进入下段流程。采用硫酸体系对焙烧矿进行浸出，此过程是产生锌渣的主要环节。在一个10×10⁴t/a的电锌冶炼厂，投入锌品位约50%的情况下，系统产各类渣约为96121.5吨，其中，浸出渣为主要渣[侯晓波.铅锌冶炼渣处理的系统分析及研究[J].云南冶金，2011，40（3）：42-46]。以某大型铅/锌冶炼厂湿法炼锌中性-酸性复浸出工艺的浸出渣经挥发窑系统回收部分有价金属（锌、铅、铟、锗等）后所得到的二次渣；废渣风干后经球磨机磨细，过0.1mm筛，105℃下烘干，其主要化学成分及含量如下：Fe34.81%、Cu1.31%、Zn2.84%、Pb0.57%、As0.42%、Ag97mg/kg、Ga923mg/kg、In96mg/kg、Cd30mg/kg、S5.1%、C(焦炭)20.48%、石英20.36%，其余为Mn、Ca、K、Al、Mg等，约占14%[潘凤开，郭朝晖，程义，等.Pb/Zn冶炼废渣中重金属的生物浸出-盐浸处理[J].环境工程学报，2008，2（12）：1672-1676]。这些废渣的堆存直接影响自然环境，并对环境如土壤、水体和农作物等造成危害；在对废渣进行浸出实验发现，砷是弃渣中污染环境的重要有害元素之一，其次是氟；实验发现最大砷浸出浓度值为1075ug/L，氟为8.48mg/L；研究还发现在所研究的pH范围（4-60）内，浸出液pH与渣中重金属离子的浸出呈负相关，而与F以及As的浸出呈正相关[杨景田，苏欣捷，武庆芬，等.铅锌冶炼弃渣有害特征及其浸出行为研究[J].环境科学，1988，9（6）：17-22]。

铅锌渣由于含有Pb、Zn、Cu、Cd等重金属，As和F等有害非金属，属于危险废物的范畴。目前对于危险废物的处理，首先对有害物质稳定化后，回填在铅锌矿的矿井中。

在铅锌矿中，铅和锌的存在形式主要为闪锌矿（化学式为ZnS）和方铅矿（化学式为PbS），其次为菱锌矿（化学式为ZnCO₃）和白铅矿（化学式为PbCO₃）[方明山.云南某铅锌矿矿石工艺矿物学研究[J].矿冶，2011，20（1）：100-103]。另外，铅锌矿中的其他物质主要也以硫化物的形式存在。关于铅锌废渣的砷，采用硫化沉淀法效果较好，使其生成三硫化二砷（化学式为As₂S₃）[赵金艳，王金生，郑骥.含砷废水、废渣的处理处置技术现状[J].北京师范大学学报（自然科学版），2012，48（3）：287-291]。关于铅锌废渣的氟，加入氯化钙、氯化铝、硫酸铈效果较好[韦万丽，吴胡玉，张永航.污水中氟污染治理方法[J].贵州师范大学学报(自然科学版)，2005，23（2）：33-35]。

因此，在铅锌冶炼渣中加入硫化钠（化学式为Na2S），可以得到Pb、Zn、Cu、Cd、As等元素的硫化物，其性能稳定，与天然矿物类似，不会对环境造成污染。加入氯化钙、氯化铝、硫酸铈可有效的固化住F元素。

在水泥浆或水泥砂浆(以下简称砂浆)中引入适量细小的气泡，搅拌均匀再浇筑硬化后的混凝土称为泡沫混凝土。与普通混凝土相比，采用泡沫混凝土充填矿井具有施工简便、回填速度快、充实度高、综合成本低等特点[张磊蕾，王武祥.泡沫混凝土的研究进展及应用[J].建筑砌块与砌块建筑，2010，（1）：38-42]。