一种协同固化砷的胶结充填料及其制备方法技术

一种用于协同固化含砷危险废物的矿山用胶结充填料及其制备方法，属于矿山胶结充填、固废资源化利用和协同处置含砷危险废物的环保领域。制备方法是将含水率0.01％～1％的所需原料矿渣、钢渣、脱硫石膏按干基重量百分比以矿渣45％～50％，钢渣10％～30％，脱硫石膏10％～15％，单独或混合粉磨至比表面积200～600m

Synergistic solidifying arsenic filling filling material and preparation method thereof

With cemented filling material and a preparation method thereof for synergistic curing arsenic containing hazardous waste mine, belongs to the utilization of arsenic containing hazardous waste disposal and cooperative mine backfilling, solid waste resource protection fields. The preparation method is that the moisture content is 0.01% ~ 1% of the raw materials required for slag and steel slag, desulfurization gypsum according to dry weight percentage of slag 45% ~ 50%, 10% ~ 30% of steel slag, desulfurization gypsum is 10% ~ 15%, alone or mixed grinding to the specific surface area of 200 ~ 600m

【技术实现步骤摘要】
一种协同固化砷的胶结充填料及其制备方法
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砷危险废物
，具体涉及一种用于协同固化含砷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。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％。钢渣是在钢铁生产过程中由造渣材料、冶炼反应物、侵蚀脱落的炉体和补炉材料、金属炉料带入的杂质和为调整钢渣性质而特意加入的造渣材料所组成的固体渣体。在我国，全国炼钢厂堆积的钢渣总量超过2亿t，占地1万多亩，而且每年仍以3000多万t的数量增长。高炉矿渣是由脉石、灰分、助熔剂和其他不能进入生铁中的杂质组成的，是一种易熔混合物。从化学成分来看，高炉矿渣是属于硅酸盐质材料。具有潜在的水硬性及潜在活性，它的产量一般为生铁产量的25％左右。脱硫石膏是火电厂采用湿法烟气脱硫技术的副产物。近年来，随着我国以湿法烟气脱硫为主流技术的大力实施推广，其副产物烟气脱硫石膏的排放量与日俱增，长期堆放造成了堆放成本上升和环境污染。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。尾矿库溃坝、重金属污染事件层出不穷，如浏阳镉污染事件，济源铅污染事件，凤翔血铅事件以及紫金矿业渗漏事件等，这些危险废物的堆存严重威胁人类健康和社会和谐稳定。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。目前国内外常用的处理含砷废渣的方法有稳定化/固化处理技术和资源化利用技术。稳定化技术是通过加入不同的化学添加剂，利用化学反应使其转变为难溶的、自然条件下比较稳定的金属砷酸盐和亚砷酸盐，然后对浸出液进行稳定化处理。固化是利用固化材料将砷固定，降低其迁移、渗漏性。常用的砷的固化方法有水泥固化、石灰/粉煤灰固化、有机聚合物固化、塑性固化及熔融固化。含砷废渣的资源化利用技术是将含砷废渣作为二次资源，从中提炼含砷产品。常用的方法有火法焙烧和湿法浸出。水泥固化重金属后通常进行填埋，这个过程类似于地下胶结充填采矿技术。胶结充填法一般采用以碎石、河砂或尾砂或戈壁集料为骨料(间或掺入块石)，与水泥或石灰类胶结材料经拌合形成浆体或膏体，以管道泵送或重力自流方式输送到充填区的充填。矿山充填采矿法具有回采率高、矿石贫化率低，有效控制地压，防止地面陷落，保护矿山环境等优点。但是回采工艺和充填工艺比较复杂,采矿和充填相互影响,如果回采作业机械化问题不能妥善解决,则生产效率和能力均较低，加之充填料开采、加工、输送及其他一系列耗费，故原矿成本较高。普通硅酸盐水泥是最常用的胶结剂，但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、赤泥等替代部分水泥熟料，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。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。
技术实现思路
本专利技术涉及一种用于协同处置含砷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.尾砂、矿渣、钢渣、脱硫石膏等大宗工业固体废物的大量堆存造成资源浪费和环境污染；3.含砷固体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。本专利技术实现了制备矿山用胶结充填料代替水泥并协同处置含砷固废；实现了协同安全处置含砷危险废物，使其按毒性浸出方法得到的浸出液毒性达到饮用水标准；实现了将“无害化”固化处理后的工业固废充入地下采矿空区，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砷危险废物的矿山用胶结充填料，包括胶结剂、集料、减水剂和含砷危险废物，其特征在于：以重量百分比计，所述胶结剂包括矿渣45％～60％，钢渣20％～35％，脱硫石膏10％～20％。所述胶结剂中还可以加入氢氧化钙，替代部分矿渣、钢渣和脱硫石膏，胶结剂含量范围为：矿渣45％～50％，钢渣10％～30％，脱硫石膏10％～15％，氢氧化钙10％～35％。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。所述含砷危险废物是按《固体废物浸出毒性方法水平振荡法》(HJ557-2009)规定的浸出方法对固体废物进行浸出实验，浸出液中砷的浓度超过GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》所规定的10μg/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《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的要求。所述的钢渣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％，其它杂质0.01％～3％。其他指标满足GB/T20491-2006《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》的要求。所述脱硫石膏可以用工业副产石膏替代，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于协同处置含砷危险废物的矿山用胶结充填料，包括胶结剂、集料、减水剂和含砷危险废物，其特征在于：以重量百分比计，所述胶结剂包括矿渣45％～60％，钢渣20％～35％，脱硫石膏10％～20％；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；所述含砷危险废物是按《固体废物浸出毒性方法水平振荡法》(HJ557‑2009)规定的浸出方法对固体废物进行浸出实验，浸出液中砷的浓度超过GB5749‑2006《生活饮用水卫生标准》所规定的10μg/L的危险固体废物。

【技术特征摘要】
1.一种用于协同处置含砷危险废物的矿山用胶结充填料，包括胶结剂、集料、减水剂和含砷危险废物，其特征在于：以重量百分比计，所述胶结剂包括矿渣45％～60％，钢渣20％～35％，脱硫石膏10％～20％；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；所述含砷危险废物是按《固体废物浸出毒性方法水平振荡法》(HJ557-2009)规定的浸出方法对固体废物进行浸出实验，浸出液中砷的浓度超过GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》所规定的10μg/L的危险固体废物。2.根据权利要求1所述一种用于协同处置含砷危险废物的矿山用胶结充填料，其特征在于所述胶结剂中加入了氢氧化钙，替代了部分矿渣、钢渣和脱硫石膏，胶结剂含量范围为：矿渣45％～50％，钢渣10％～30％，脱硫石膏10％～15％，氢氧化钙10％～35％。3.根据权利要求1所述一种用于协同处置含砷危险废物的矿山用胶结充填料，其特征在于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，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《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的要求。4.根据权利要求1所述一种用...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪文，高巍，李云云，王珂，鄢琪慧，张钰莹，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11