[发明专利]钢铁行业固体废物胶结重金属尾砂制备矿山充填物的方法

说明书

本发明提供了一种钢铁行业固体废物胶结重金属尾砂制备矿山充填物的方法，包括以下步骤：S1、利用钢渣、脱硫灰和矿渣作为凝胶材料，向凝胶材料中添加碱激发剂、活化剂并搅拌均匀制成胶结剂；S2、重金属尾砂中添加分散剂、粘结剂和重金属固化剂并搅拌均匀；S3、将S1的胶结剂和S2的重金属尾砂按一定比例搅拌混合均匀制成矿山充填物。本发明利用钢铁行业固体废物胶结重金属尾砂，替代水泥固结尾砂作为矿山充填材料，降低矿山充填成本，提高钢渣、脱硫灰、尾砂大宗固体废物的综合利用量和矿山充填体的力学强度。

技术领域

本发明涉及钢铁行业工业固体废物资源化利用，尤其涉及钢铁行业固体废物胶结重金属尾砂制备矿山充填物的方法。

背景技术

钢渣是钢铁行业在炼钢过程中产生的工业废渣，钢渣因胶凝活性低，易磨性差、体积稳定性不良等因素限制钢渣的资源化利用量，2018年我国钢渣产量高达1.2亿吨，历史堆存量超过10亿吨，钢渣的综合利用率为25％左右。

脱硫灰是钢铁行业采用半干法烟气脱硫技术产生的一种工业固废，主要成分为有亚硫酸钙(CaSO₃)、硫酸钙(CaSO₄)、半水硫酸钙(CaSO₄·0.5H₂O)和铵盐等，CaSO₃在氧化剂环境中容易被氧化成硫酸钙(CaSO₄)，由于脱硫灰性质不稳定造成其综合利用率较低，目前钢铁企业多数采用集中堆积的方式处理脱硫灰，占用宝贵的土地资源，造成严重的环境污染。

尾砂是原矿进入选矿厂经过破碎、磨矿、选别等一系列工艺后，剩余的无法用于生产的部分以浆液形式排出，大量的尾砂无法进行资源化利用，常年堆积在尾矿库，堆存占用宝贵的土地资源，尾砂中的重金属渗透到周围土壤中，造成严重的生态环境污染。

目前，固结尾砂作为矿山充填材料是快速大量消纳尾砂的首选方法，水泥是矿山充填首先的胶结剂，但是水泥价格昂贵增加矿山充填材料成本，限制了尾砂在矿山充填领域的大量利用，而水泥在胶结重金属尾砂时重金属固化/稳定化效果不良，导致重金属尾砂在矿山充填领域利用量较低，因此制备成本低、强度高和重金属固化效果好的胶结剂对提高重金属尾砂资源化利用量具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种钢铁行业固体废物胶结重金属尾砂制备矿山充填物的方法，替代水泥用于固结尾砂作为矿山充填材料，降低矿山充填成本，提高钢渣、脱硫灰、尾砂大宗固体废物的综合利用量。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种钢铁行业固体废物胶结重金属尾砂制备矿山充填物的方法，包括以下步骤：

S1、利用钢渣、脱硫灰和矿渣作为凝胶材料，向凝胶材料中添加碱激发剂、活化剂并搅拌均匀制成胶结剂；

S2、重金属尾砂中添加分散剂、粘结剂和重金属固化剂并搅拌均匀；

S3、将S1的胶结剂和S2的重金属尾砂按一定比例搅拌混合均匀制成矿山充填物。

胶结剂中钢渣粉水化活性低，在碱激发剂作用下激发钢渣活性，钢渣、矿渣水化生产水化硅酸钙(C-S-H)、水化铝酸钙(C-A-H)等水化产物，利用脱硫灰中硫酸钙成分作为硫酸盐激发剂，在碱激发的基础上进一步激发钢渣、矿渣的水化活性，生成针状和细棒状的钙矾石(AFt)，在活化剂的作用下与钢渣、矿渣中的潜在活性矿物反应生成类钙矾石结构的氯铝酸钙、铝铁酸钙、碳铁酸钙等水硬性矿物。

C-S-H是一种网状结构凝胶，具有良好的吸附和胶结作用，C-S-H包裹在尾砂颗粒表面，增加尾砂颗粒间粘结力，同时网状C-S-H具有强吸附作用，可将重金属离子吸附到C-S-H表面，起到固定重金属的作用；碱激发剂和脱硫灰中硫酸钙可与重金属发生化学反应形成沉淀，降低重金属毒性，减少重金属离子的浸出率，对重金属起到固化/稳定化的效果。