含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料制備工藝及應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料制備工藝及應用，其特征在于，在鉛鋅冶煉廢渣中加入穩定劑使廢渣中的有害離子轉變成原來礦物的穩定形態，再用工業廢渣為膠凝材料，不添加堿激發劑，制備成泡沫礦井充填材料，本發明既處理了鉛鋅冶煉渣，又填充了礦井。該工藝具有有害離子浸出低，工藝簡單、成本低、原材料易得等優點。
【專利說明】含鉛鋅冶煉廢渣的泡沬礦井充填材料制備工藝及應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及鉛鋅冶煉廢渣處理及在礦井充填方面的應用，特別涉及一種含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料制備方法。
【背景技術】
[0002]近十年來，我國鉛鋅冶金保持了快速增長的勢頭，2010年，鉛鋅總產量達到958.10萬噸。我國鉛鋅金屬產量已連續多年位居世界第一。在產品產能飛速發展的同時，生產過程中的各類冶煉廢渣的處理問題逐步凸現，不僅關系到資源的綜合循環利用，而且更關系到對自然環境的深遠影響。由于在礦物原生過程中，鉛鋅多以相互伴生的形式存在，這就形成了冶煉過程中鉛鋅聯合的普遍格局。我國鋅冶煉行業工藝繁多，火濕法并舉，但采用濕法(焙燒一浸出一電積工藝)生產的約占70%，成為主流，并有進一步取代火法煉鋅的趨勢。在濕法煉鋅過程中，首先要進行脫硫，目前國內多為焙燒脫硫，焙燒過程中產生的焙砂、焙塵均作為半成品進入下段流程。采用硫酸體系對焙燒礦進行浸出，此過程是產生鋅渣的主要環節。在一個10X104t/a的電鋅冶煉廠，投入鋅品位約50%的情況下，系統產各類渣約為96121.5噸，其中，浸出渣為主要渣[侯曉波.鉛鋅冶煉渣處理的系統分析及研究[J].云南冶金，2011，40 (3):42-46]。以某大型鉛/鋅冶煉廠濕法煉鋅中性-酸性復浸出工藝的浸出渣經揮發窯系統回收部分有價金屬(鋅、鉛、銦、鍺等)后所得到的二次渣；廢渣風干后經球磨機磨細，過0.1mm篩，105°C下烘干，其主要化學成分及含量如下:Fe34.81%、Cul.31%、Zn2.84%、Pb0.57%、AsQ.42%、Ag97mg/kg、Ga923mg/kg、In96mg/kg、Cd30mg/kg、S5.1%、C(焦炭)20.48%、石英20.36%，其余為Mn、Ca、K、Al、Mg等，約占14%[潘鳳開，郭朝暉，程義，等.Pb/Zn冶煉廢渣中重金屬的生物浸出-鹽浸處理[J].環境工程學報，2008，2
(12)=1672-1676]。這些廢渣的堆存直接影響自然環境，并對環境如土壤、水體和農作物等造成危害；在對廢渣進行浸出實驗發現，砷是棄渣中污染環境的重要有害元素之一，其次是氟；實驗發現最大砷浸出濃度 值為1075ug/L，氟為8.48mg/L ;研究還發現在所研究的pH范圍(4-60)內，浸出液pH與渣中重金屬離子的浸出呈負相關，而與F以及As的浸出呈正相關[楊景田，蘇欣捷，武慶芬，等.鉛鋅冶煉棄渣有害特征及其浸出行為研究[J].環境科學，1988,9 (6):17-22]。
[0003]鉛鋅渣由于含有Pb、Zn、Cu、Cd等重金屬，As和F等有害非金屬，屬于危險廢物的范疇。目前對于危險廢物的處理，首先對有害物質穩定化后，回填在鉛鋅礦的礦井中。
[0004]在鉛鋅礦中，鉛和鋅的存在形式主要為閃鋅礦(化學式為ZnS)和方鉛礦(化學式為PbS)，其次為菱鋅礦(化學式為ZnCO3)和白鉛礦(化學式為PbCO3)[方明山.云南某鉛鋅礦礦石工藝礦物學研究[J].礦冶，2011,20 (I) =100-103] 0另外，鉛鋅礦中的其他物質主要也以硫化物的形式存在。關于鉛鋅廢渣的砷，采用硫化沉淀法效果較好，使其生成三硫化二砷(化學式為As2S3)[趙金艷，王金生，鄭驥.含砷廢水、廢渣的處理處置技術現狀[J].北京師范大學學報(自然科學版)，2012，48 (3) =287-291] 0關于鉛鋅廢渣的氟，加入氯化鈣、氯化鋁、硫酸鈰效果較好[韋萬麗，吳胡玉，張永航.污水中氟污染治理方法[J].貴州師范大學學報(自然科學版)，2005，23 (2):33-35]。
[0005]因此，在鉛鋅冶煉渣中加入硫化鈉(化學式為Na2S)，可以得到Pb、Zn、Cu、Cd、As等元素的硫化物，其性能穩定，與天然礦物類似，不會對環境造成污染。加入氯化鈣、氯化鋁、硫酸鈰可有效的固化住F元素。
[0006]在水泥漿或水泥砂漿(以下簡稱砂漿)中引入適量細小的氣泡，攪拌均勻再澆筑硬化后的混凝土稱為泡沫混凝土。與普通混凝土相比，采用泡沫混凝土充填礦井具有施工簡便、回填速度快、充實度高、綜合成本低等特點[張磊蕾，王武祥.泡沫混凝土的研究進展及應用[J].建筑砌塊與砌塊建筑，2010，(1):38-42]。
[0007]礦山充填是為了滿足礦業開發的需要而逐步發展起來的。礦山充填的工業生態功能包括提高資源利用率、儲備遠景資源、防止地表塌陷和充分利用廢料等[董璐，高謙，南世卿，等.超細全尾砂新型膠結充填料水化機理與性能[J].中南大學學報(自然科學版)，2013,44 (4):1571-1577]。工業廢渣礦渣、鋼渣、磷渣、粉煤灰、錳渣具有潛在的水化活性，在堿激發下具有膠結能力，可以替代水泥用于礦山充填。

【發明內容】

[0008]本發明的目的是提供一種鉛鋅冶煉廢渣無害化處理及綜合循環利用的方法。
[0009]為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的:
[0010]一種含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料制備工藝，其特征在于，包括下述步驟:
[0011](I)鉛鋅冶煉廢渣的穩定化
[0012]在鉛鋅冶煉廢渣中加入0.l-5wt%的雙氧水，攪拌均勻，陳化至少8h ;再加入
0.l-10wt% 的硫化鈉、0.1-0.5wt% 氯化鈣、0.1-0.5wt%wt 氯化鋁、0.1-0.5wt°/4t酸鈰，攪拌混合均勻，陳化24h，得到穩定化的鉛鋅冶煉廢渣；
[0013](2)含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料制備
[0014]在穩定化的鉛鋅冶煉廢渣中，加入100-300wt%的工業廢渣、0.l-lwt%的減水劑、
0.1-1wt%的緩凝劑、0.l_lwt%的起泡劑、0.1-1wt%的鋁粉和100-200wt％的水，攪拌均勻，得到含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料；其中，工業廢渣為粉磨后的礦渣、鋼渣、磷渣、粉煤灰、猛禮:中的一種；減水劑為木質素橫酸納鹽減水劑，蔡系減水劑，脂肪族減水劑，氣基減水劑，聚羧酸減水劑中的一種；緩凝劑為乙二醇、丙二醇、甘油中的一種；起泡劑為松油、樟腦油、甲酚酸、桉樹油中的一種。
[0015]上述工藝中，所述工業廢渣粉磨后的粒徑小于80 μ m。
[0016]一種含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料的應用，其特征在于，用于礦井充填，輸送方式采用自流充填或泵送充填。
[0017]上述應用中，在含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料中加入100_600wt%的尾礦。
[0018]上述應用中，所述充填方式為單條進路單次充填，其余進路砌擋墻等待下次充填。所述擋墻為濾水墻，用爐渣磚或粉煤灰磚一次性砌到位，留有濾水孔。
[0019]本發明與【背景技術】中的處理工藝相比，在鉛鋅冶煉廢渣中加入穩定劑使重金屬和有害離子轉變成原來礦物的形態，再利用工業廢渣為膠凝材料，制備成泡沫礦井充填材料，既處理了有害的鉛鋅冶煉渣又填充了礦井。[0020]本發明在鉛鋅冶煉渣穩定化時加入了硫化鈉，引入了堿激發劑鈉離子，從而可以激發工業廢渣的活性，無需再加入其它堿激發劑。通過加入減水劑可減少水的用量，避免泌水現象發生。加入緩凝劑，可延緩膠凝材料提前硬化，從而實現充填材料的填充完后，整體硬化。加入起泡劑和鋁粉，使其產生氣泡有利于材料的輸送，并在礦井中產生應力，有利于與周邊巖石的結合。
[0021]此外，本發明工藝還具有重金屬和有害離子浸出低，工藝簡單、成本低、原材料易得等優點。
【具體實施方式】
[0022]一種含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料制備工藝，包括下述步驟:
[0023]( I)鉛鋅冶煉廢渣的穩定化
[0024]在鉛鋅冶煉廢渣中加入雙氧水，攪拌均勻，陳化I天，再加入硫化鈉、氯化鈣、氯化鋁、硫酸鈰攪拌混合均勻，陳化2天，得到穩定化的鉛鋅冶煉廢渣。各組份及加入量參考表I ;表1列出了編號為1-10的10個實施例的配方組成。
[0025](2)含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料制備
[0026]在穩定化后的鉛鋅冶煉廢渣中，加入工業廢渣、減水劑、緩凝劑、起泡劑、鋁粉和水，攪拌均勻，得到含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料，其中，工業廢渣、減水劑、緩凝劑、起泡劑、鋁粉和水的各組份及加入量參考表2 ;表2列出了編號為1-10的10個實施例的配方組成。
[0027]表1鉛鋅冶煉廢渣的穩定化
[0028]
【權利要求】
1.一種含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料制備工藝，其特征在于，包括下述步驟: (1)鉛鋅冶煉廢渣的穩定化 在鉛鋅冶煉廢渣中加入0.1-5被％的雙氧水，攪拌均勻，陳化至少8h ;再加入0.l-10wt%的硫化鈉、0.1-0.5wt%氯化鈣、0.1-0.5wt%wt氯化招、0.1-0.5wt%硫酸鋪,攪拌混合均勻，陳化24h，得到穩定化的鉛鋅冶煉廢渣； (2)含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料制備 在穩定化的鉛鋅冶煉廢渣中，加入100-300wt%的工業廢渣、0.l-lwt%的減水劑、0.1_^^%的緩凝劑、0.l-lwt%的起泡劑、0.1-^^%的鋁粉和100-20(^丨％的水，攪拌均勻，得到含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料；其中，工業廢渣為粉磨后的礦渣、鋼渣、磷渣、粉煤灰、猛禮:中的一種；減水劑為木質素橫酸納鹽減水劑，蔡系減水劑，脂肪族減水劑，氣基減水劑，聚羧酸減水劑中的一種；緩凝劑為乙二醇、丙二醇、甘油中的一種；起泡劑為松油、樟腦油、甲酚酸、桉樹油中的一種。
2.如權利要求1所述的含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料制備工藝，其特征在于，所述工業廢渣粉磨后的粒徑小于80 μ m。
3.—種泡沫礦井充填材料的應用，采用權利要求1所述的含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料制備工藝得到，其特征在于，用于礦井充填，輸送方式采用自流充填或泵送充填。
4.如權利要求3所述的泡沫礦井充填材料的應用，其特征在于，在含鉛鋅冶煉廢渣的泡沫礦井充填材料中加入100-600wt%的尾礦。
5.如權利要求3所述的泡沫礦井充填材料的應用，其特征在于，所述充填方式為單條進路單次充填，其余進路砌擋墻等待下次充填。
6.如權利要求5所述的泡沫礦井充填材料的應用，其特征在于，所述擋墻為濾水墻，用爐渣磚或粉煤灰磚一次性砌到位，留有濾水孔。
【文檔編號】C04B28/08GK103467129SQ201310364962
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】譚宏斌, 侯小強, 戴景艷, 聶建軍, 郭從盛, 馬小玲 申請人:陜西理工學院