[发明专利]一种能够固化、稳定化尾矿中重金属离子的胶凝材料

说明书

本发明公开了一种能够固化、稳定化尾矿中重金属离子的胶凝材料，是由以下组份的原料按比例混合而成，原料中各组份的质量百分含量为：螯合捕捉剂0.2～0.8％，螯合促进剂0.1～0.3％，络合早强剂0.2～0.6％，碱激活剂0～8％，水泥0～10％，激活剂8～20％，钢渣微粉0～30％，矿渣微粉50～80％。本发明胶凝材料不仅通过水化反应胶结全尾矿，实现充填开采，还通过浸出、螯合、包裹、化学吸附、化学钝化和离子替代等多种作用协同固化尾矿中重金属离子，长期保持固化的稳定性，特别适用于重金属离子含量高的全尾矿胶结充填，显著降低尾矿充填后充填体重金属离子含量高的环境风险。

技术领域

本发明属于胶凝材料制备技术流域，具体涉及一种能够固化、稳定化尾矿中重金属离子的胶凝材料，可在尾矿充填、尾矿干堆及冶金选冶渣场重金属离子固化、稳定化中广泛应用。

背景技术

充填采矿法是将采矿产生的废石和/或选矿产生的尾矿回填到采空区胶结固化，具有损失率小、贫化率低、控制地压、保护地表、消除尾矿库等优点,在我国对矿产资源开发环保要求越来越高和矿产资源日趋减少的情况，充填采矿法已经成为地下矿山开采的主要方法。作为充填重要原料的胶凝材料已经从分级充填使用的水泥发展成以水渣微粉为主要成分的专用胶凝材料，解决了水泥难以胶结全尾矿或强度太低的问题，使得全尾充填得以推广应用。

如中国授权专利201310732854.4公开了用冶炼烧结脱硫灰渣替代石膏的一种胶凝材料及其制备方法，其采用生石灰、脱硫灰渣、芒硝和亚硫酸钠或氢氧化钠和矿渣微粉混合而成，其强度比以325#矿渣硅酸盐水泥为胶凝材料的充填体强度提高1.3～1.8倍，成本下降了35％～40％，充分利用了冶金固体废弃物。

又如中国授权专利201710542915.9公布了一种由矿渣、生石灰、脱硫石膏、水泥熟料和芒硝组成的矿山充填胶凝材料，以其为胶凝材料制作的充填试块7天和28天的单轴抗压强度比以325#矿渣水泥为胶凝材料的试块分别高出36％和98％，该发明也充分利用了脱硫石膏，很好解决了充填成本与充填强度的问题。

这些专利的应用都很好的解决了充填强度、固废利用和充填成本高等问题，但对尾矿中重金属离子的固化未有说明。充填胶凝材料一般在碱性条件下进行水化反应、胶结固化尾矿，通过反应会产生水化硅酸钙、钙矾石和熟石灰等物质，水化硅酸钙成网状或蜂巢状结构，具有很大的比表面积，可吸附溶解态的重金属离子；钙矾石呈针状或柱状结构，当以离子交换的形式使其组分发生变化时，钙矾石的结构不发生变化，其离子交换可发生在Ca²⁺和Al³⁺的位置上，Ca²⁺可以被许多二价阳离子如：Pb²⁺、Zn²⁺、Cr³⁺和Cd²⁺等取代；碱性条件下重金属离子易产生难溶于水的氢氧化物和硫化物沉淀，从而很好的固化了尾矿中的重金属。

但当充填体受硫酸盐侵蚀、碳化和硫杆菌氧化等作用会破坏C-S-H和钙矾石结构，会导致重金属离子重新释放出来。随着国家环保要求的进一步提高，充填体中重金属离子重新释放可能会导致超出相关标准、法规的问题，影响企业的生存和发展；此外，充填体中重金属离子迁移可能还会带来潜在的环境问题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的上述问题，而提供一种用于尾矿充填、尾矿干堆或冶金选冶渣场重金属污染治理中，能够固化、稳定化尾矿中重金属离子的胶凝材料，以解决现有技术存在的不足。该胶凝材料不仅具有优良的胶结性能，还针对性地通过螯合等多种作用强化抗碳化、抗酸解能力，长久保持固化重金属离子的稳定性，避免重金属离子迁移。

为实现本发明的上述目的，本发明一种能够固化、稳定化尾矿中重金属离子的胶凝材料采用以下技术方案：