金属矿产开采尾矿浆固化剂及其应用工艺的制作方法[0003]本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，针对金属矿产开采中产生的大量尾矿浆，为了杜绝尾矿浆环境污染、实现尾矿液回收再利用、节减采空区回填费用、降低采空区回填难度、扩大尾矿库排放能力、避免尾矿库滑坡与泥石流等问题，特别是全面推进采矿业可持续发展、采矿活动与环境协调发展，可靠落实矿业开发的科学发展观，努力加强矿山环境保护与灾变应急处理能力，本发明提出了一种金属矿产开采尾矿固化剂及其应用工艺。[0004]一种金属矿开采尾矿浆固化剂，该固化剂由钢渣微粉或水渣粉和辅料组成的混合物在400转/分钟以上的转速下高速搅拌7分钟-10分钟制成；所述混合物包括:硫酸盐10-15 %、碳酸盐9-14 %、铝酸盐6-8 %、硫铝酸盐5-10 %、铁氧化物6_10 %、氯化物5_20 %、氢氧化物4-8%、氧化钙15%、氧化硅15%;所述钢渣微粉或水渣粉为铁矿石在炼铁或冶炼过程中产生的钢渣微粉或水渣粉；以上各种原料的细度均在450目以上。[0005]进一步地，如上所述的金属矿开采尾矿浆固化剂，所述硫酸盐为硫酸钙、硫酸亚铁、硫酸钠与硫酸镁的混合物，质量比为1-4: 1-2: 2-4: 2-4。[0006]进一步地，如上所述的金属矿开采尾矿浆固化剂，所述碳酸盐为碳酸镁、碳酸钾、碳酸氢钠与碳酸亚铁的混合物，质量比为2-3:1-3:3: 1-4。[0007] 进一步地，如上所述的金属矿开采尾矿浆固化剂，所述铝酸盐为铝酸钠、铝酸镁、铝酸亚铁与铝酸钾的混合物，质量比为1-4:1:2-3: 3-4。[0008]进一步地，如上所述的金属矿开采尾矿浆固化剂，所述硫铝酸盐为硫铝酸钾、硫铝酸钠、硫铝酸铁、硫铝酸钙中的一种。[0009]进一步地，如上所述的金属矿开采尾矿浆固化剂，所述铁氧化物为氧化亚铁、氧化铁、三氧化二铁与四氧化三铁的混合物，质量比为2-4:1-3:2: 2-3。[0010]进一步地，如上所述的金属矿开采尾矿浆固化剂，所述氯化物为氯化钠、氯化钾、氯化铁与氯化镁的混合物，质量比为2-3: 1-3: 1-4: 2-4。
[0011]进一步地，如上所述的金属矿开采尾矿浆固化剂，其特征在于，所述氢氧化物为氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化亚铁与氢氧化镁的混合物，质量比为1-2: 1-4: 1-3: 2-4。
[0012]一种采用权利要求1所述固化剂的应用工艺，包括以下步骤:
[0013](I)、取一定量的尾矿浆，根据其浓度计算尾矿干粉的重量；
[0014](2)、根据计算出来的尾矿干粉的重量，在尾矿浆中掺入一定质量百分比的固化剂，固化剂3% -8%，尾矿干料92% -97% ；
[0015](3)、将尾矿浆与固化剂的混合物一次性投入沉淀池中，并快速搅拌均匀，搅拌速度:100转/分钟-120转/分钟，搅拌时间:3分钟-5分钟；
[0016](4)、在沉淀池中，让搅拌均匀的掺入固化剂的尾矿浆静置10秒-10分钟，待大量水析出；
[0017](5)、采用抽水泵，吸出沉淀池中从尾矿浆中浙出的水；
[0018](6)、采用泥浆泵，将沉淀池中析出水后的尾矿浆沉淀物导入灌注池中且低速搅拌，搅拌速度:60转/分钟-80转/分钟；
[0019](7)、采用泥浆泵，将灌注池中尾矿浆沉淀物回填灌入金属矿开采产生的采空区。
[0020]本发明提供的金属矿产开采尾矿固化剂及其应用工艺，针对铁、有色金属等各类金属矿产地下开采、露天开采产生的大量有害尾矿浆的无害化处置与回收再利用，既可用于尾矿浆浙水沉淀固化回地下填采空区，也可用于尾矿浆浙水露天干堆(不造成环境大气、地下水等污染)，极其符合国家发展战略的重大需求。本发明的推广应用，将很好杜绝尾矿液环境污染、实现尾矿液回收利用、节减采洞回填费用、降低采洞回填难度、扩大尾矿库排放能力、避免尾矿库滑坡与泥石流、开发尾矿干堆技术等，特别是能够全面推进采矿业可持续发展、采矿活动与环境协调发展，可靠落实矿业开发的科学发展观，努力加强矿山环境保护与灾变应急处理能力，尽快形成尾矿浆环保处置与回收利用的系统技术措施与相应的国家矿山环境保护行业标准，符合国家发展战略的重大需求。

[0021]为使本发明的目的、技术方案、优点更加清楚,下面将结合本发明中的实施例对本发明中的技术方案进行清楚、完整描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022]实施例1:
[0023]固化剂原料配比:其原料按照重量比包括:硫酸钙、硫酸亚铁、硫酸钠与硫酸镁2:1:4: 3的混合物15%;碳酸镁、碳酸钾、碳酸氢钠与碳酸亚铁2: 3: 3: I的混合物14% ;铝酸钠、铝酸镁、铝酸亚铁与铝酸钾1:1: 3: 4的混合物6% ;硫铝酸钾、硫铝酸钠、硫铝酸铁、硫铝酸钙中的任一一种8% ;氧化钙15% ;氧化硅10% ;氧化亚铁、氧化铁、三氧化二铁与四氧化三铁4: I: 2: 3的混合物6% ;氯化钠、氯化钾、氯化铁与氯化镁2:3:1: 3的混合物15%;氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化亚铁与氢氧化镁1:1:3:4的混合物4%。
[0024]尾矿浆固化剂产业化生产工艺流程:
[0025]第(I)步:根据品位与有害成分类型、含量的控制要求选购各种原材料，并且检测进厂原材料的品位(有效成分百分含量)、细度、含水量，以及有害成分的类型、含量等。
[0026]第(2)步:将原材料进行粉碎与超细碾磨，使各种原材料的细度至少达到450目。 [0027]第(3)步:根据每一批次的生产量，按照各种原材料的配比方案、检测品位，计算各种原材料的用量，然后将所有原料一次投入立式或卧式高速搅拌机中，采用400转/分钟以上的转速高速搅拌7分钟，即为固化剂成品。
[0028]固化剂用于地下开采尾矿浆浙水沉淀硬化回填采洞施工技术
[0029]第(I)步:根据每批次回填地下采洞的尾矿浆用量，按照尾矿浆的浓度，计算尾矿干料的重量；
[0030]第(2)步:按照设计要求的尾矿浆浙水沉淀物的硬化强度(无侧限抗压强度)，确定尾矿浆固化剂的掺入比例，其中，固化剂3 %，尾矿干料97 %。
[0031]第(3)步:将每批次回填地下采洞需要的尾矿浆量与固化剂的掺入量一次性投入沉淀池中，并快速搅拌均匀，搅拌速度:100转/分钟，搅拌时间:5分钟。
[0032]第(4)步:在沉淀池中，让搅拌均匀的掺入固化剂的尾矿浆静置5分钟，待大量水析出；
[0033]第(5)步:采用抽水泵，吸出沉淀池中从尾矿浆中浙出的水，并泵送至工业用水系统，以实现浙出水的回收利用。
[0034]第(6)步:采用泥浆泵，将沉淀池中析出水后的尾矿浆沉淀物导入灌注池中且低速搅拌，搅拌速度:60转/分钟，等待泵送回填采洞。
[0035]第(7)步:采用泥浆泵，将灌注池中尾矿浆沉淀物回填灌入采洞中，在灌注过程中要求低速搅拌沉淀物，搅拌速度:80转/分钟。
[0036]本实施例掺入固化剂的尾矿浆，浙水后的沉淀物能够快速微膨胀硬化，并且硬化结石体的最终强度、抗渗性、抗浸水软化性、抗浸水崩解性等满足地下采洞回填的指标要求，可以代替混凝土用于采洞回填，从而很好避免了过去采洞回填中对水泥、砂砾料等大量消耗。
[0037]实施例2:
[0038]固化剂原料配比:其原料按照重量比包括:硫酸钙、硫酸亚铁、硫酸钠与硫酸镁1:2:2: 4的混合物10%;碳酸镁、碳酸钾、碳酸氢钠与碳酸亚铁3: I: 3: 3的混合物12% ;铝酸钠、铝酸镁、铝酸亚铁与铝酸钾3: 1: 2: 4的混合物7% ;硫铝酸钾、硫铝酸钠、硫铝酸铁、硫铝酸钙中的任何一种10%;氧化钙15%;氧化硅15%;氧化亚铁、氧化铁、三氧化二铁与四氧化三铁3: 1: 2: 3的混合物10%;氯化钠、氯化钾、氯化铁与氯化镁3:1:4: 2的混合物20%;氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化亚铁与氢氧化镁2:3:1:4的混合物8%。
[0039]尾矿浆固化剂产业化生产工艺流程:
[0040]第(1)步:根据品位与有害成分类型、含量的控制要求选购各种原材料，并且检测进厂原材料的品位(有效成分百分含量)、细度、含水量，以及有害成分的类型、含量等。
[0041]第(2)步:将原材料进行粉碎与超细碾磨，使各种原材料的细度至少达到450目。
[0042]第(3)步:根据每一批次的生产量，按照各种原材料的配比方案、检测品位，计算各种原材料的用量，然后将所有原料一次投入立式或卧式高速搅拌机中，采用450转/分钟以上的转速高速搅拌7分钟，即为固化剂成品。
[0043]固化剂用于地下开采尾矿浆浙水沉淀硬化回填采洞施工技术
[0044]第(1)步:根据每批次回填地下采洞的尾矿浆用量，按照尾矿浆的浓度，计算尾矿干料的重量；
[0045]第(2)步:按照设计要求的尾矿浆浙水沉淀物的硬化强度(无侧限抗压强度)，确定尾矿浆固化剂的掺入比例，其中，固化剂6 %，尾矿干料94 %。
[0046]第(3)步:将每批次回填地下采洞需要的尾矿浆量与固化剂的掺入量一次性投入沉淀池中，并快速搅拌均匀，搅拌速度:120转/分钟，搅拌时间:3分钟。
[0047]第(4)步:在沉淀池中，让搅拌均匀的掺入固化剂的尾矿浆静置10分钟，待大量水析出；
[0048]第(5)步:采用抽水泵，吸出沉淀池中从尾矿浆中浙出的水，并泵送至工业用水系统，以实现浙出水的回收利用。
[0049]第(6)步:采用泥浆泵，将沉淀池中析出水后的尾矿浆沉淀物导入灌注池中且低速搅拌，搅拌速度:80转/分钟，等待泵送回填采洞。
[0050]第(7)步:采用泥浆泵，将灌注池中尾矿浆沉淀物回填灌入采洞中，在灌注过程中要求低速搅拌沉淀物，搅拌速度:80转/分钟。
[0051]本实施例掺入固化剂的尾矿浆，浙水后的沉淀物能够快速微膨胀硬化，并且硬化结石体的最终强度、抗渗性、抗浸水软化性、抗浸水崩解性等满足地下采洞回填的指标要求，可以代替混凝土用于采洞回填，从而很好避免了过去采洞回填中对水泥、砂砾料等大量消耗。
[0052]注:固化剂用于地下开采尾矿浆浙水沉淀硬化回填采洞施工技术中，所述步骤4中，沉淀浙水时间因尾矿浆初始浓度、固化剂掺入比例、搅拌均匀性等不同而不同，尾矿浆初始浓度越高、固化剂掺入比例越大、搅拌均匀性越好，沉淀浙水时间越短，一般为10秒-10分钟；步骤7中，采用最大灌注压力或总灌入量作为采洞回填灌注的终止标准，根据地下采洞的空间体积、围岩对尾矿浆沉淀混合物的渗透性、尾矿浆沉淀混合物的硬化微膨胀性，事先合理预估最大灌注压力或总灌入量。
[0053]金属矿产开采尾矿浆通过浙水、风干后，无需分选，只进行简单的破碎，进行I吨金属矿产开采尾矿浆干粉，固化剂成本元3500/吨(含施工管理费)。搅拌后的混合料可以代替混凝土用于地下采洞回填，沉淀物硬化的28天强度4-5MPa满足采洞回填的强度要求，并且沉淀物硬化过程中具有体积微膨胀性，线膨胀系数达到了 0.005m/lm-0.01m/lm。
[0054]由于本发明的尾矿固化剂代替水泥掺入尾矿浆形成胶结材料在回填(充填)马钢集团公司姑山矿业公司和睦山铁矿地下采空区工业试验(中试工程)获得成功，并且与现行的水泥相比，显著降低了充填费用、减小了充填难度、提高了充填效果，同时还因尾矿浆回收再利用而彻底解决了过去尾矿浆排放的棘手难题(过去采用尾矿库排放尾矿浆，不仅需要拿出较大的费用，以用于建尾矿库征地、环保补偿、植被补偿等，而且往往存在征地难或无地可征的问题)，目前和睦山地下采空区已全部采用尾矿固化剂掺入尾矿浆实施充填，尾矿固化剂的用量每天达80吨至多。
[0055]实施例3:
[0056]固化剂原料配比:其原料按照重量比包括:硫酸钙、硫酸亚铁、硫酸钠与硫酸镁4:2:2: 2的混合物13% ;碳酸镁、碳酸钾、碳酸氢钠与碳酸亚铁2: I: 3: 4的混合物9% ;铝酸钠、铝酸镁、铝酸亚铁与铝酸钾4: I: 2: 3的混合物8% ;硫铝酸钾、硫铝酸钠、硫铝酸铁、硫铝酸钙中任何一种5% ;氧化钙15% ;氧化硅12% ;氧化亚铁、氧化铁、三氧化二铁与四氧化三铁2: 3: 2: 2的混合物8% ;氯化钠、氯化钾、氯化铁与氯化镁2:1:2: 4的混合物5%;氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化亚铁与氢氧化镁2:4:2:2的混合物6%。[0057]尾矿浆固化剂产业化生产工艺流程:
[0058]第(I)步:根据品位与有害成分类型、含量的控制要求选购各种原材料，并且检测进厂原材料的品位(有效成分百分含量)、细度、含水量，以及有害成分的类型、含量等。
[0059]第(2)步:将原材料进行粉碎与超细碾磨，使各种原材料的细度至少达到450目。
[0060]第(3)步:根据每一批次的生产量，按照各种原材料的配比方案、检测品位，计算各种原材料的用量，然后将所有原料一次投入立式或卧式高速搅拌机中，采用420转/分钟以上的转速高速搅拌8分钟，即为固化剂成品。
[0061]尾矿浆固化剂用于露天开采尾矿浆浙水沉淀干堆施工工艺:
[0062]第(I)步:依据堆场的设计堆载量，计算确定尾矿干堆体的高度、坡度与填筑的密实度。
[0063]第(2)步:根据确定的尾矿干堆体的高度、坡度与填筑的密实度，事先设定干堆体稳定的安全系数，采用静力有限元三维数值模拟方法，模拟计算在确保干堆体稳定条件下，干堆尾矿应具备的抗剪强度(内聚力C，内摩擦角Φ)。
[0064]第(3)步:根据干堆尾矿要求具备的抗剪强度(内聚力C，内摩擦角Φ)，确定向干堆尾矿中掺入尾矿浆固化剂的掺入比例。
[0065]第(4)步:根据尾矿浆固化剂的掺入比例，确定尾矿干堆的重量。
[0066]第(5)步:根据尾矿干堆的重量，根据尾矿浆的浓度，计算每批次尾矿浆的质量。
[0067]第(6)步:将每批次干堆所需的尾矿量与需要掺入的固化剂量一次性投入沉淀池中，并快速搅拌均匀，搅拌速度:120转/分钟。搅拌时间:5分钟。(其中，固化剂8%，尾矿干料92% )。
[0068]第(7)步:在沉淀池中，让搅拌均匀的掺入固化剂的尾矿浆静置10分钟，待大量水析出。注:沉淀浙水时间因尾矿浆初始浓度、固化剂掺入比例、搅拌均匀性等不同而不同，尾矿浆初始浓度越高、固化剂掺入比例越大、搅拌均匀性越好，沉淀浙水时间越短，一般为10秒-10分钟。
[0069]第⑶步:采用抽水泵，抽出由尾矿浆中析出的水，并泵送至工业用水系统，以实现浙出水的回收利用。
[0070]第(9)步:采用泥浆泵，将沉淀池中析出水后的尾矿浆沉淀物导入另一泥浆池中且低速搅拌，搅拌速度:70转/分钟，等待泵送干堆。
[0071]第(10)步:采用高压泥浆泵，将泥浆池中尾矿浆沉淀物泵送至干堆场，在泵送过程中要求在泥浆池中低速搅拌尾矿浆沉淀物(搅拌速度:60转/分钟-80转/分钟)。注:为了进一步保证尾矿干堆体的稳定性，要求分多个台阶逐步堆筑尾矿干堆体。
[0072]本发明的尾矿浆固化剂有益效果:
[0073]①尾矿浆浙水沉淀的时间一般为10秒左右-15分钟左右，浙水沉淀的时间因固化剂掺入量不同而不同，掺入量越大，浙水沉淀时间越短；②尾矿浆浙水后的沉淀物，硬化强度3天达IMPa左右、7天超过3MPa (无侧限抗压强)从尾矿浆中浙出的水完全达到工业用水的国家标准，并可回收再用于工业生产浙水沉淀后的尾矿浆沉淀物可全部代替混凝土用于地下采洞回填，沉淀物硬化的最终强度满足采洞回填的强度要求，并且沉淀物硬化过程中具有体积微膨胀性，因而更有利于采洞可靠回填，此外在对采洞进行回填过程中沉淀物不在搅拌叶片上产生大量沉淀结石体(采用现行的混凝土对采洞回填方法，将在回填搅拌叶片上产生大量强度很高的胶凝结石体，需要人工在地下高温环境下做定期频繁清理叶片上的混凝土胶凝体，不仅威胁生产安全，而且严重影响采矿生产)固化剂还可用于露天开采尾矿的可靠而快速干堆，在国内外金属矿产露天开采中均不失为一项新技术。
[0074]本发明的尾矿固化剂属于一种灰白色-深灰色的超细粉末状固体(细度:450目-1600目左右)。
[0075]本发明采用钢渣微粉或水渣粉为尾矿固化剂的主要原材料，其中，钢渣微粉:高炉炼钢产生的废料。水渣粉:也称为水渣微粉，高炉炼铁产生的废料。
[0076] 最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。