[发明专利]一种碱激发地质聚合物胶结超细磷尾矿充填材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碱激发地质聚合物胶结超细磷尾矿充填材料及其制备方法，原料包括固体废弃物、碱激发剂和水；所述固体废弃物为高炉矿渣与磷尾矿的混合物；所述碱激发剂为电石渣、芒硝、氢氧化钠与工业废碱水混合后的复合碱激发剂；所述水和固体废弃物的质量比为0.35～0.60。本发明价格低廉，降低了生产成本，提高了经济效益；提高了固废的综合利用量，降低的固废堆积造成的环境危害，提高了环保效益；用于矿山采空区的治理修复。

技术领域

本发明涉及固废综合利用制备地质聚合物技术领域，尤其涉及一种碱激发地质聚合物胶结超细磷尾矿充填材料及其制备方法。

背景技术

磷尾矿是磷矿在矿物加工过程中产生的固体废弃物，主要成分为MgCa(CO₃)₂。在中国每年产生超过1000万t的磷尾矿，而磷尾矿含有相对高水平的潜在有害元素，如磷、氟离子，会污染土壤和地表/地下水。磷矿企业主要是靠建立尾矿库或尾矿坝堆存磷尾矿，但每年都需要投入大量资金进行维护，降低了企业的经济效益。如果能够将磷尾矿综合利用起来，能够给磷矿企业减轻很大的负担。

磷尾矿通常有四种处理方式：尾矿再选、应用建筑材料、矿区回填、尾矿复垦。在这些利用方法中，尾矿再选只能回收少量有价值的矿物，且还会产生固体废弃物。其他三种方式虽然可以大规模处理磷尾矿，但需要对尾矿中的细尾矿和有害物质进行固化。碱激发地质聚合是工业废弃物的一种环保绿色固化技术，它不仅可以获得新型胶凝材料，而且可以提高地质聚合物的耐久性和离子固化能力。地质聚合物制备过程中常常将碱性溶液，如硅酸钠(Na₂SiO₃)、氢氧化钠(NaOH)、硅酸钾(K₂SiO₃)和氢氧化钾(KOH)等作为活化剂，将具有活性的硅铝酸盐固体，如高炉矿渣、粉煤灰、偏高岭土等作为粘结剂，当二者混合时就会发生地质聚合反应，并最终固化为地质聚合物。以地质聚合物固化磷尾矿不仅解决了磷尾矿堆存问题，而且对矿山采矿区进行了治理。

然而，在地质聚合物实际应用过程中发现制备地质聚合物所使用的碱性溶液价格过高，固化磷尾矿的成本增加，经济效益大大降低。电石渣和芒硝的价格要远低于目前常用的碱激发剂，克服了碱激发剂的高成本问题。此外，电石渣和芒硝也是一种固体废弃物。工业废碱水是造纸、化工、纺织、食品等工业生产活动过程中产生的高浓度碱性废水，其pH大于9，最高pH可超过14。又因为不同行业产生的工业废碱水的pH不同，需加入少量氢氧化钠作为补充，调节pH。因此，本发明尝试使用电石渣、芒硝、氢氧化钠和工业废碱水作为碱活化剂，通过地质聚合反应来固化磷尾矿，并将磷尾矿基地质聚合物用于矿山充填。

发明内容

本发明提供一种碱激发地质聚合物胶结超细磷尾矿充填材料及其制备方法。

本发明的方案是：

一种碱激发地质聚合物胶结超细磷尾矿充填材料，原料包括固体废弃物、碱激发剂和水；

所述固体废弃物为高炉矿渣与磷尾矿的混合物；

所述碱激发剂为电石渣、芒硝、氢氧化钠与工业废碱水混合后的复合碱激发剂；

所述水和固体废弃物的质量比为0.35～0.60。

作为优选的技术方案，所述磷尾矿是磷矿选矿后剩余的全尾矿，粒径D50和D85分别为9.44μm、21.63μm。

作为优选的技术方案，所述工业废碱水是造纸、化工、纺织、食品工业生产活动过程中产生的高浓度碱性废水，所述工业废碱pH大于9。

作为优选的技术方案，按照质量百分比计，磷尾矿占固体废弃物的50％～90％，高炉矿渣占固体废弃物的10％～50％。

作为优选的技术方案，所述电石渣添加量为固体废弃物质量的5％～20％，芒硝添加量为固体废弃物质量的0.5％～1.5％，氢氧化钠为固体废弃物质量的1％～3％，工业废碱水为固体废弃物质量的30％～50％。