[发明专利]赤泥固废在富水矿山充填采矿中利用优化设计方法

说明书

本发明涉及赤泥固废在富水矿山充填采矿中利用优化设计方法，以赤泥和粉煤灰作充填材料，普通硅酸盐水泥作激发剂，对充填材料潜在的活性激发产生水化反应，形成胶结充填体，满足充填法采矿要求，实现对赤泥稳定固化处置以及低成本充填法采矿的双重目的。以单位体积充填料浆成本作为优化目标，以充填体强度、充填体抗水稳定性与浸出液的pH值以及最大可几孔径作为约束条件，建立赤泥基充填料浆优化设计模型进行配比优化，由此制备赤泥基充填料浆，实现固废处置与充填法采矿，由此获得最大的经济效益和环保效益。不仅能够避免赤泥在地表堆放占用土地以及堆存所潜在的安全环保问题，而且还可以降低资源开采的损失与贫化。

技术领域

本发明涉及固废固化处置以及在充填采矿中利用的技术领域，特别涉及赤泥稳定固化处置以及在富水充填矿山充填采矿中利用的优化设计方法。

背景技术

赤泥是从铝土矿中提取的氧化铝后所排放的碱性废渣。通常每生产1t氧化铝将产出0.6-1.8t赤泥。由于赤泥为碱性固废物，因此目前资源化利用率极低，是与钢渣、磷石膏并列的最难利用的三种固体废弃物之一。据不完全估计，全球范围内赤泥堆存量己超过27亿t。2014年我国赤泥累积量接近3亿吨，年产出量在5000万吨以上，其中90％以上赤泥为拜耳法赤泥。

赤泥资源化综合利用是世界性难题。在建材中利用是赤泥的主要利用方式之一。但是由于赤泥中碱性较高，在水泥等传统无机硅酸盐材料中利用受到很大限制，导致大多数赤泥仍采用堆存处置，不仅占用宝贵的土地资源，而且碱性渗出液还造成土壤盐碱化、污染地下水以及扬尘和溃坝等环境与安全问题。随着赤泥产量不断增加，由此所带来的安全与环境问题日趋突出。探索赤泥规模化、减量化和高值化利用不仅十分必要，而且迫在眉睫，为此人们已经开展多种途径的赤泥固废资源化利用研究。

赤泥含有如铁、铝、钛、钪等有价金属，还含有一定数量的无定形碳铝硅酸盐物质，具有较好的胶凝性。因此，从赤泥中提取金属以及在建筑、环保、农业领域中的利用，是赤泥资源化利用的主要研究领域。但从赤泥中提取有价金属，不仅技术难度大、生产成本高，经济效益差，而且仍排放赤泥残渣，难以实现固废减量化和无害化利用。赤泥中在水泥和混凝土中利用，由于赤泥高碱性以及含有部分放射性元素，需要额外添加其他物质降低其危害，不仅增加生产成本，而且长时间放置后结构表面还产生渗盐、泛霜等问题，由此影响其力学性能，因此大多数研究成果目前尚未能实现工业化应用。以赤泥制备吸附、混凝剂处理污水时，其中重金属可能溶出进入水中，反而对水质产生污染，也限制了赤泥工业化利用。针对赤泥利用存在的问题，近年来人们一直在积极探索赤泥低成本、减量化与无害化的利用途径。

由于赤泥中碱性组分尤其含有的β-C2S组分，因此可以作为化学固化剂来激发粉煤灰和矿渣等火山灰质固废物的活性，不仅在水泥合成过程中能够起到晶化作用，而且还具有水硬性。因此利用赤泥制备对碱含量要求低的地聚物是赤泥实现资源化利用研究的主要发展方向之一。

地聚物材料被视为高岭土、粉煤灰等铝硅酸盐物质，尤其是碱性铝硅酸盐废渣的重要利用方式。CN 105601135B、CN 105837067B、CN 105967536B和CN 113149525A四项发明，公开了利用赤泥和粉煤灰制备地质聚合物材料的方法。在此主要以赤泥和粉煤灰作为主要基质原料，采用氢氧化钠溶液作为碱激发剂，分别公开了赤泥、粉煤灰和激发剂的确定性材料配比，由此制备赤泥粉煤灰地质聚合物胶凝材料。CN 108164169 A、CN 112694292 A两项发明提出了赤泥基地质聚合物的制备方法，由赤泥、钢渣、水泥、偏高岭土和早强减水剂组成，并公开了各种材料配比。由此可见，上述赤泥基地质聚合物均针对具体用途公开了材料配比，没有针对不同固废物特性以及地聚物材料要求提出配比优化设计方法。CN108455933 A和CN 111689752 B专利公开了利用含水赤泥制备注浆材料，同样提出以赤泥、煤矸石为主要基质原料，利用氢氧化钠溶液、水玻璃、硅酸盐水泥熟料作碱激发剂，给出赤泥基注浆材料确定性配比。

发明内容