[发明专利]一种用于抑制黄铁矿氧化的钝化剂及基于钝化剂处理黄铁矿的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于抑制黄铁矿氧化的钝化剂，特别涉及一种有机硅烷/纳米二氧化硅复合钝化剂及其用于处理黄铁矿，从源头治理酸性矿山废水的方法。属于酸性矿山废水治理领域。

背景技术

金属硫化物矿山在开采过程中会产生大量的尾矿，这些尾矿中的金属硫化物矿物(最为典型的如黄铁矿)在自然风化作用下，容易发生氧化反应而形成酸性矿山废水(AMD)。AMD通常具有较强的酸性，且水体中富含SO₄^2-、Fe³⁺、以及大量的生物可利用形态的有毒有害重金属离子，如铅、砷、铬、铜、镉等。AMD不但会增强有毒有害重金属元素的化学活性及生物可利用性，同时还会造成水体和土壤的酸化，使得污染后的环境修复起来变得更加困难。为了从源头上实现对AMD的控制，国内外学者提出了“表面钝化法”处理黄铁矿等尾矿，表面钝化法是利用有机或无机钝化剂与黄铁矿等金属硫化物矿物反应使其表面形成一层抗氧化膜，从微观(单个颗粒)角度来保护金属硫化物矿物，使其不被氧化。在众多黄铁矿钝化剂中，有机硅烷因具有安全可靠、无毒、无污染、耐氧化、防水性强的特点而倍受人们的关注。

目前，有采用硅氧烷钝化金属表面，防止金属氧化的方法。但是硅氧烷钝化剂在使用过程中存在一些实质的缺陷，1)有机硅烷用量的减量化问题。有机硅烷能实现对金属表面钝化，主要是通过硅烷分子间Si-O-Si键的交联聚合而形成一层网状膜，然后通过Si-O-Me键(Me为金属元素)牢固的吸附在金属表面。因此，为使处理过程中有机硅烷钝化膜足够致密，所添加的有机硅烷浓度往往较高导致处理成本较高。2)钝化膜的稳定性问题。在钝化处理过程中，由于矿物表面的不均匀性及有机硅烷反应条件的限制，不可避免的会在钝化膜表面形成一些微裂缝，而且所使用的钝化剂浓度越低，微裂缝的数量及宽度就越大。而外界环境中的氧化物(如O₂、Fe³⁺和微生物等)容易以这些微裂缝为突破点，逐渐侵蚀硫化物矿石，最终导致表面钝化膜的整体脱落。

发明内容

针对现有的硅氧烷类钝化剂存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种能在黄铁矿表面形成稳定钝化膜，且降低硅氧烷用量低，能有效抑制黄铁矿氧化，大大降低酸性矿山废水处理成本的有机硅烷/纳米二氧化硅复合钝化剂。

本发明的另一个目的是在于提供所述钝化剂处理黄铁矿的方法，该钝化剂能在黄铁矿表面形成稳定致密膜层，在有机硅烷用量低的条件下取得较好钝化效果，提高钝化膜的稳定性，大大降低了酸性矿山废水处理成本，且有利于环境保护，满足现有绿色生产要求。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种用于抑制黄铁矿氧化的钝化剂，该钝化剂包括有机硅烷和纳米二氧化硅(NS)。

优选的方案，钝化剂由以下质量份组分组成：有机硅烷1～3份；纳米二氧化硅1～4份。

较优选的方案，有机硅烷为γ-巯丙基三甲氧基硅烷(PropS-SH)。

本发明还提供了一种基于所述的钝化剂处理黄铁矿的方法，该方法是采用所述钝化剂对黄铁矿进行表面包膜处理。

优选的方案，采用所述钝化剂对黄铁矿进行表面包膜处理的过程包括以下步骤：

1)将有机硅烷溶于乙醇/水混合溶剂中形成有机硅烷溶液，在所述有机硅烷溶液中加入纳米二氧化硅，超声处理，得到有机硅烷/纳米二氧化硅复合溶液；

2)调节所述有机硅烷/纳米二氧化硅复合溶液的pH至酸性，进行水解反应，得到复合硅醇溶液；

3)将黄铁矿粉加入到所述复合硅醇溶液中，调节pH至碱性，依次进行交联和固化反应，即在黄铁矿表面包覆硅氧膜层。

较优选的方案，乙醇/水混合溶剂中水和乙醇的体积比为1:5～1:8。

较优选的方案，有机硅烷溶液质量百分比浓度为1％～3％。

较优选的方案，有机硅烷/纳米二氧化硅复合溶液通过酸调节pH至4.0～4.5后，在40℃～45℃条件下，搅拌1h～1.5h，得到复合硅醇溶液。

较优选的方案，黄铁矿粉加入到所述复合硅醇溶液中，调节pH至8.0～9.0，在50℃～55℃搅拌反应2h～2.5h，反应产物经洗涤后，置于100℃～110℃条件下固化10h～12h，即在黄铁矿表面包覆硅氧层。

较优选的方案，黄铁矿粉粒度为75～150μm。