一种用于协同处置含锌危险废物的矿山用胶结充填料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于协同处置含锌危险废物的矿山用胶结充填料及其制备方法，首先将含水率为0.01%～1%的所需原料矿渣、钢渣、工业副产石膏等按干基重量百分比以30%～90%、0%～50%、5%～20% 经活化处理后混匀制得胶结剂，再按胶结剂/集料重量比为1/4～1/8，含水率为0.01%～1%的含锌危险废物/(胶结剂+集料)的重量比为1/100～1/10，添加减水剂0%～1%，料浆质量分数为65%～82%，搅拌均匀就可得到合格的充填料。本发明专利技术利用全固废体系制备矿山用胶结充填料，同时协同固化含锌危险废物，凝固后充填料锌的浸出浓度低于饮用水标准，解决含锌危险废物浸出毒性和填埋其所需大量土地所造成的环境问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及矿山胶结充填、固废资源化利用和协同处置含锌危险废物
，具体涉及一种用于协同固化含锌危险废物的矿山用胶结充填料及其制备方法。
技术介绍
目前的工业体系实际上是一个开采资源和排放废物的过程。采矿活动是向环境排放废弃物的主要来源，其固废排放量占工业废物排放量的80％～85％。国内矿产资源开发利用过程中产生的尾砂、废石、煤矸石、粉煤灰和冶炼渣已成为排放量最大的工业固体废弃物，占全国固体废弃物排放总量的85％。矿井开采留下大面积的采空区、堆放的废石、废渣场和构筑的尾砂坝带来严重的安全区隐患和环境负荷。各类工业废弃物有效进行联合协同处置，是实现环境治理和资源化利用的有效措施和大趋势。胶结充填料一般采用以碎石、河砂或戈壁集料或尾砂为骨料并与水泥等胶结剂加水混合搅拌形成浆体或膏体，以管道泵送或重力自流方式输送到充填区。胶结充填料含有一定比例的胶结剂，具有较高的强度和整体性，具有较高的作业安全性，在满足各种井下支撑需求的同时可以提高矿石的回采率和采场的作业效率。随着矿山充填采矿技术的推广与应用，充填用胶结剂也在不断更新换代，为大宗工业固体废弃物资源化利用提供了有效途径。水泥作为建筑行业最为普通的胶结剂，其生产工艺本身具有能耗高，污染严重的特点。近年来，出现的大量新型胶凝材料，基本上都是在普通硅酸盐水泥或矿渣水泥的基础上进行改进，即使用具有高热历史的矿渣、粉煤灰替代部分水泥熟料，但由于原材料的限制、取代熟料量低、胶结结果不理想等方面制约其推广应用。工业固体废弃物分为一般固体废弃物和危险废物。《固体废物污染环境防治法》第七十四条第(四)项规定，列入国家危险废物名录或者根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定的具有危险特性的废物，属危险废物。据此，某类废物虽未列入《国家危险废物名录》，但若根据国家规定的危险废物鉴别标准和鉴别方法认定其具有危险特性，也属危险废物。危险废物具有可燃性、腐蚀性、急性毒性、浸出毒性、反应性、传染性、放射性等危害特性。近年来，危险废物对环境和健康的影响日益受到公众和法律的关注。危险废物中的有害物质不仅能造成直接的危害，还会在土壤、水体、大气等自然环境中迁移、滞留、转化，污染土壤、水体、大气等人类赖以生存的生态环境，从而最终影响到生态和健康。在危险废物“3R”(资源化、减量化、无害化)过程中，通过焚烧处理技术实现减量化和无害化，回收有价成分实现资源化。危险废物处置过程中无论采用何种技术，都会产生需要最终处置的残余物，现有技术中安全填埋是最终处置技术，也是环境风险比较高的技术，国内外对安全填埋场的选址、防渗等要求很高。由于安全填满只是危险废物的安全处置方式，并不具有“无害化”的效果，所以渗滤液、填埋气体，仍旧会造成潜在环境污染，因此，在危险废物安全填埋之前，大多需要进行危险废物固化/稳定化处理。固化/稳定化技术是通过添加固化剂或稳定剂，减少危险废物的毒性和可迁移性，目前比较成熟的固化/稳定化技术有：水泥固化法、石灰固化法、塑性固化法、熔融固化法、自胶结固化法和药剂稳定化技术等。现有技术中固化/稳定化技术面临着成本高、增容比大、后续安全填埋占地面积大的问题。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于协同处置含锌危险废物的矿山用胶结充填料及其制备方法，是为了解决现有技术中的以下问题：1.胶结充填采矿成本高、水泥用量大、早期强度低；2.大宗工业固体废弃物，如尾砂、矿渣、钢渣、工业副产石膏的大量堆存造成资源浪费和环境污染；3.危险废物安全处置过程中成本高、增容比大、安全填埋场占地面积大。本专利技术实现了协同处置固体废弃物替代水泥制备矿山用胶结充填料；实现了协同安全处置含锌危险废物，使其按毒性浸出方法得到的浸出液毒性达到饮用水标准；实现将“无害化”固化处理后的固化体，充填料充入地下采矿空区，节约安全填埋场所需的大面积土地。实现本专利技术上述目的所采用的技术方案为：一种用于协同处置含锌危险废物的矿山用胶结充填料，包括胶结剂、集料、减水剂和含锌危险废物，其特征在于：以重量百分比计，所述胶结剂包括矿渣30％～90％，钢渣0％～50％，工业副产石膏5％～20％。所述胶结剂还可能包括水泥、尾矿、粒化电炉磷渣、粒化铬铁渣、粉煤灰、电石渣、赤泥、碱渣、煤矸石的一种或多种。所述集料包括山砂，河砂，尾砂或废石的一种或多种组成。所述减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、脂肪酸系高效减水剂、聚羧酸盐系高效减水剂的一种或多种。所述含锌危险废物是按《固体废物浸出毒性方法水平振荡法》(HJ557-2009)规定的浸出程序对固体废物进行浸出实验，浸出液中锌浓度超过GB5083.3-2007《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》所规定的阈值100mg/L的危险固体废物。所述的矿渣为冶金高炉炼铁过程产生的炉渣用水急速冷却后形成的粒状高炉渣，也称为水渣或水淬渣，主要化学成份范围为：CaO38％～49％，SiO226％～42％，Al2O36％～17％，MgO1％～13％，MnO0.1％～2％，FeO0.07％～2.5％，S0.2％～1.5％。其他指标满足GB/T18046-2008的要求。所述的钢渣粉为炼钢过程中产生的炉渣，其中硅酸三钙含量C3S5％～30％，硅酸二钙含量C2S5％～30％，RO相含量10％～38％，三氧化二铁含量2％～8％，氢氧化钙含量0.5％～5％，氢氧化铁含量0.5％～5％，游离氧化钙含量0.01％～3％，碳酸钙含量0.01％～10％，碳酸镁含量为0.01％～8％，碳酸铁含量为0.01％～3％，其它0.01％～3％。其他指标满足GB/T20491-2006的要求。所述工业副产石膏是指工业生产中由化学反应生成的以硫酸钙(主要为无水和二水硫酸钙)为主要成分的工业副产品，包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、柠檬石膏、废陶模石膏的一种或多种。该胶结剂的作用机理如下：充填料能够取得良好的强度，使其中的胶结剂水化产生足够的C-S-H凝胶是核心问题。而对充填料强度贡献最大的C-S-H凝胶中(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)的摩尔比在0.6～0.8的范围以内。已有足够的研究结果表明在这个范围内C-S-H凝胶中的该比值越高，其对充填料的强度贡献越大。C-S-H凝胶是由硅氧四面体连接而成的链状构造硅酸盐，而水淬粒化高炉矿渣中(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO)的摩尔比在0.9以上。钢渣中(SiO2+Al2O3)/(CaO+MgO+FeO)比值很低，一般低于0.15。因此若把钢渣磨成微粉，钢渣微粉为充填料的胶凝硬化和强度增长提供硅(铝)氧四面体的能力极弱。在C-S-H凝胶中，不仅大量硅氧四面体能够被铝氧四面体和一定量的铁氧四面体取代，并且其中的钙离子可被大量的镁离子、亚铁离子等二价离子取代。因此，如果能将钢渣粉磨成微米级细粉，使其能够较快发生水化反应，就能为胶凝体系提供大量的二价金属阳离子。粒化高炉矿渣中氧化铝的含量一般较高，并且在高炉矿渣的玻璃体中以铝氧四面体形式与硅氧四面体链接。当高炉矿渣与钢渣所形成的较高pH值溶液接触时，铝氧四面体倾向于从硅氧四面体的链接中解聚进入溶液。当体系中有较多石膏存在时，可快速发生钙矾石的结晶反应。4H3AlO42-+6Ca本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于协同处置含锌危险废物的矿山用胶结充填料，包括胶结剂、集料、减水剂和含锌危险废物，其特征在于：以重量百分比计，所述胶结剂包括矿渣30％～90％，钢渣0％～50％，工业副产石膏5％～20％。

【技术特征摘要】
1.一种用于协同处置含锌危险废物的矿山用胶结充填料，包括胶结剂、集料、减水剂和含锌危险废物，其特征在于：以重量百分比计，所述胶结剂包括矿渣30％～90％，钢渣0％～50％，工业副产石膏5％～20％。2.如权利要求书1所述的用于协同处置含锌危险废物的矿山用胶结充填料，其特征在于：所述胶结剂可能还包括水泥、尾矿、粒化电炉磷渣、粒化铬铁渣、粉煤灰、电石渣、赤泥、碱渣、煤矸石的一种或多种。3.如权利要求书1所述的用于协同处置含锌危险废物的矿山用胶结充填料，其特征在于：所述集料包括山砂、河砂、尾砂或废石的一种或多种组成。4.如权利要求书1所述的用于协同处置含锌危险废物的矿山用胶结充填料，其特征在于：所述减水剂为木质素磺酸盐类减水剂、萘系高效减水剂、三聚氰胺系高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、脂肪酸系高效减水剂、聚羧酸盐系高效减水剂的一种或多种。5.如权利要求书1所述的用于协同处置含锌危险废物的矿山用胶结充填料，其特征在于：所述含锌危险废物是按《固体废物浸出毒性方法水平振荡法》(HJ557-2009)规定的浸出程序对固体废物进行浸出实验，浸出液中锌浓度超过GB5083.3-2007《危险废物鉴别标准-浸出毒性鉴别》所规定的阈值100mg/L的危险固体废物。6.如权利要求书1所述的用于协同处置含锌危险废物的矿山用胶结充填料，其特征在于：所述工业副产石膏是指工业生产中由化学反应生成的...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪文，张宁，任超，耿碧瑶，高巍，王佳佳，李文秀，
申请(专利权)人：北京玉锦资源与环境技术研究院有限合伙，
类型：发明
国别省市：北京;11