[发明专利]一种全锂废料用于采空区胶结充填的方法

说明书

本发明提供一种全锂废料用于采空区胶结充填的方法，属于固废综合利用及矿山充填技术领域，通过将采掘废石及锂辉石尾砂作为充填骨料，生石灰改性后的水淬锂渣作为胶结剂，以一定比例与清水混合后形成均质充填料浆后，泵送至井下采空区。本发明充分利用了锂金属生产全生命周期所产生的工业固废，用改性锂渣完全取代水泥的同时，充填料浆输送性能较好，且由于掺入了部分采掘废石而使得充填体各龄期强度满足充填要求，从而在综合处理工业固废的同时，为处理井下采空区提供新的思路。

技术领域

本发明涉及固废综合利用及矿山充填技术领域，具体涉及一种全锂废料用于采空区胶结充填的方法。

背景技术

在金属锂生产的全生命周期中，矿石开采带来的采掘废石、选矿产生的锂辉石尾砂及冶炼排出的锂渣均作为大宗工业固废难以有效利用。与此同时，锂辉石回采遗留的采空区又会带来地表塌陷、井下地压显现等一系列亟待解决的难题。目前主要技术方案为以选矿排出的锂辉石尾砂作为充填骨料，掺入一定量的普通硅酸盐水泥，拌水形成满足强度要求的胶结充填体对井下采空区进行治理。该技术方案在一定程度上解决了尾砂的堆存及采空区塌陷问题，但胶结充填体中水泥的掺入大幅增加了矿山运行成本。因此，开发经济有效的水泥替代品，并达到要求的充填强度是充填领域的瓶颈所在。

目前锂渣因其潜在的火山灰活性而在混凝土领域得到广泛应用。例如，公开号为CN108863245A的中国发明专利公开了一种锂渣混凝土，利用锂渣作为辅助胶凝材料取代了部分水泥；公开号为CN108609925B的中国发明专利公开了一种碱激发锂渣和镍渣泡沫混凝土，利用碱性外加剂对锂渣及镍渣的活性进行激发；公开号为CN112374838A的中国发明专利公开了一种锂渣混凝土及其制备方法，同样利用外加剂对锂渣的活性进行激发，进而取代混凝土中的部分水泥用量。针对上述相关技术，发明人认为锂渣的活性低，自然条件下没有水化硬化能力，简单的外加剂难以真正对其活性进行激发，从而导致其在混凝土的掺量较小，无法完全取代水泥。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全锂废料用于采空区胶结充填的方法，将改性水淬锂渣完全替代普通水泥作为胶结剂，锂辉石尾砂与采掘废石作为充填骨料，形成均质充填料浆后输送至井下采空区。在实现采-选-冶全过程锂废料综合利用与井下采空区治理的同时，用改性水淬锂渣取代了普通硅酸盐水泥而大幅压缩了充填成本，进一步拓宽了充填采矿法在锂矿的应用前景。

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种全锂废料用于采空区胶结充填的方法，包括以下步骤：

(1)选取来源于锂矿选厂的全粒级锂辉石尾砂，通过浓密设备，形成质量浓度75％以上的锂辉石尾砂浆体；

(2)将井下采掘过程中产生的500～1000mm的废石通过提升设备运输至地面后，利用颚式破碎机将其破碎至10～20mm，再利用球磨机将其粒度研磨至3～5mm以下；

(3)在冶炼厂排出的熔融锂渣中添加少量生石灰，加水对其进行冷却，得到CaO改性后的水淬锂渣，随后利用棒磨机、振动筛、球磨机依次对水淬锂渣进行初步破碎、筛分及研磨，即获得所需细颗粒改性水淬锂渣；

(4)将步骤(1)所得锂辉石全尾砂浆体及步骤(2)得到的采掘废石作为充填骨料，步骤(3)所得细颗粒改性水淬锂渣作为充填胶结剂，在搅拌桶中以一定比例混合均匀后，加入清水形成一定浓度的均质充填料浆；

(5)通过充填工业泵将上述均质充填料浆输送至井下采空区。

优选地，所述步骤(4)所述均质充填料浆中各组分的质量份组成为：锂辉石全尾砂25～30份，采掘废石10～15份，改性水淬锂渣12～15份。

优选地，所述步骤(4)中所述均质充填料浆质量浓度为70％～74％，密度为2.55～2.67g/cm³。

优选地，所述步骤(3)中熔融锂渣与生石灰的质量份组成为：锂渣10份，生石灰2～5份。