[发明专利]一种高岭土基固化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种高岭土基固化剂及其制备方法和应用，属于无机化工技术领域。本发明提供了一种高岭土基固化剂，由包括如下质量份数的原料制备得到：高岭土100份，磷酸溶液80～250份和水100～500份。本发明以高岭土作为基体材料，充分利用高岭土中的铝硅酸盐成分，使其与磷酸发生反应，制备得到具有胶结性能较强的硅胶和磷酸二氢铝或磷酸一氢铝，从而提高了固化剂的粘结性能，使得与固体废弃物混合后能够大幅度提高固化体的力学性能；同时硅胶和磷酸二氢铝或磷酸一氢铝能够对放射性物质起到很好的固化作用，将固化剂与放射性固废混合后，大幅度降低产品的放射性，使其更加环保；固化剂的原料种类少，使得固化剂的制备过程简单。

技术领域

本发明涉及无机化工技术领域，尤其涉及一种高岭土基固化剂及其制备方法和应用。

背景技术

尾砂和尾矿等是矿山行业所排放的固体废弃物，原矿进入选矿厂经过破碎、磨矿和选别作业之后，尾矿和尾砂等以矿浆状态排出。一座日处理量为100吨小型选矿厂，每天排放的尾矿量可达80～90吨以上。固体废弃物中常含有大量的药剂及有害物质，其来源为选矿过程中加入浮选药剂以及矿石中的金属元素，常见的有氯化物、黄药、黑药、松油、铜离子、铅离子、锌离子，个别情况还可能有砷、酚汞等，对人体、牲畜、鱼类及农田均有害。同时部分固体废弃物具有低放射性，例如铀尾砂等，这些固体废弃物即使与固化剂混合后制备成混凝土制品，依然会持续性的释放放射性物质，对环境和人体都会造成很大的伤害。因此尾砂和尾矿不能任意排放，否则就会造成江河水系、附近土壤甚至地下水资源的污染，从而带来一系列的严重问题，并影响企业的发展。因此，如何安全有效地处理尾矿是目前矿山企业和政府面临的重要难题。

目前，对于尾砂和尾矿等固体废弃物的处理方法主要包括以下几种：

(1)将尾矿和尾砂等固体废弃物经过固化后进行存放，例如专利CN201010241928.0一种不设尾矿库的选矿尾矿固化处理干式堆存方法公开了将尾矿依次进行浓缩处理、固化处理、初期养护和干式堆存后，采用分层、分单元填筑的方法，每层填筑后进行压实处理。这种方法将流态的尾矿固化处理为具有一定强度且满足环境质量要求的固化体，无需建设尾矿库就可直接堆存在堆放场中，彻底消除尾矿在尾矿库中湿法堆存的稳定性和环境污染风险，节省堆场占地面积，经济、社会和环境效益显著。但是上述方案对于尾矿和尾砂的处理工艺繁琐，处理的流程长，需要消耗大量的人力物力，同时在处理过程中需要使用水泥等作为固化剂，会造成二氧化碳排放量增加。

(2)将尾矿和尾砂等固体废弃物与凝胶材料混合，制备得到具有一定强度的固化体，用于建设中，例如专利CN202110100086.5一种尾矿砂与人工砂复合混凝土的制备方法公开了使用尾矿砂与人工砂复合后得到流行性好的混凝土。但是这种处理方式无法用于固化放射性物质，只能够使用无放射性的尾矿和尾砂作为原料，且在这个过程中，需要使用大量的水泥等作为凝胶材料，依然存在成本高和二氧化碳排放量增加的问题。

(3)通过加入大量的功能性填料来对放射性物质进行固化，例如专利CN111056789A公开了一种放射性废渣的固化方法，在常规的水泥固化配料的基础上，加入PVA溶液以及酸化水玻璃，利用水泥、碱激发剂和功能填料等对放射性废物进行固化，利用PVA的固化和成膜作用以及活性硅胶的填充作用，提高固化体的强度和抗水性能，降低固化体的孔隙率，从而增加离子扩散阻力，使得核素离子的扩散渗出率降低而实现机械固化；与此同时，废渣中的核素离子在水泥水化硬化过程中，与活性硅胶、游离氧化铝、氧化钙等水化产物反应生成新的矿物而实现化学固化。但是这种方法的原料种类过多，导致其制造和使用成本过高，不适用于大规模推广和应用。