【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于环境岩土工程的污染物防护结构设计，具体涉及一种基于石材防护剂的矿山废弃堆场毛细屏障选材方法。
技术介绍
1、随着我国工业化的推进，矿产资源开采量与日俱增，相应产生了大量的矿山废弃物(如：废石和尾矿等)。截至2017年，该数字已超过600亿吨，并且全国主要地市(约85％)范围内均存在超过20个种类的矿山废弃堆场。这些矿山废弃物在外部条件(水和气等)下极易产生次生污染物并发生扩散。此外，矿山废弃堆场多位于人迹罕至且交通不便的边远山区。研发兼具耐久性、经济性和气候通用性的防护方法，是保障矿山废弃堆场在服役期限内安全性和无害化的重要前提。
2、目前，矿山废弃堆场根据功能划分的防护方法主要包括：湿润气候下的“水盖”法和干旱/半干旱气候下的“干盖”法。针对“水盖”法，该方法主要用于尾矿的防护，通常建筑形式为坝体。其工作机理为将矿山废弃物贮存于水下(水深不小于1m)以限制氧气通量，借此可有效防止尾矿氧化，避免产生次生污染物。该类型方法虽具有较好的防护效果，但建造成本高，并且随着服役时间推移，维护成本和稳定性等问题突出。首先，尾矿库建造时需综合考虑坝体地质、库区容量及地形、水源供给、运输距离和地理区位等问题，其基建投资一般占矿山建设总投资的10％以上。其次，尾矿库作为大型泥水混合物储存库，在长期服役期间具有势能高与易受自然(如：蚁穴、洪水和地震等)和人为破坏(如：管理不善)等缺点，基于上述缺点和已有相关事故教训(如：湖北大冶“3.12”事故和黑龙江鹿鸣矿业“3.28”事故)，尾矿库的维护需保持高投入。
3、
4、此外，近期有研究者提出采用化学覆膜的方法(如：cn113019154b)实现铁矿废石的防护。该方法存在的主要问题为工序复杂，对矿山废石的粒径要求较高。同时，面对数以亿吨的矿山废石堆场，防护经济成本高，可行性较低。
5、综上所述现有矿山废弃堆场防护方法的缺点，急需研究兼具耐久性、经济性和通用性的防护新方法。基于防护剂的石材防护是指将防护剂采用喷、涂和刷等简单方法均匀分布在石材表面/浅部，从而形成保护层并使防护石材具有防水、疏水、耐酸碱、抗老化、抗冻融、抗生物侵蚀等功能。该防护手段施工工艺简单，成本低，防护持久(理论可达到百年)，被广泛用于装饰大理石和石质文物等石材的防护，可以明显提高防护石材的使用寿命和装饰效果。毛细屏障为基于材料(细粒-粗粒)水力特性差异的一种水分阻滞技术，其失效节点由屏障粗粒材料的进水值控制，被广泛应用于垃圾填埋场的封场覆盖。值得注意的是，土体的进水值受材料的接触角影响，防护剂兼具的疏水性可以明显增大土体接触角，从而提高土体进水值。矿山废弃物包含粒径范围广(巨粒、粗粒和细粒)，具有充当毛细屏障细粒-粗粒材料的潜力。目前矿山废弃物作为毛细屏障材料的难点主要为：(1)与常规土质毛细屏障材料相比(如：粉土等)，矿山废弃物多为岩石颗粒，其充当毛细屏障材料没有合理的选材标准；(2)矿山废石作为粗粒层会在水和气作用下产酸并析出大量重金属离子。因此结合基于石材防护剂的防护技术和矿山废弃物，可以实现矿山废弃堆场的持久、无害和经济防护，并将矿山废弃物资源化。同时，防护粗粒材料的持久防护不仅可以提高毛细屏障的气候适用性和极端条件服役性，还可明显消除屏障所用材料自身产生的二次污染。更重要的是，毛细屏障中粗粒层的厚度较薄(现有应用中粗粒层的厚度一般为0.2-0.4m)，采用本专利技术提出方法还可以实现节本增效。此外，面对日益紧张的土壤资源，基于本文方法，分布广泛的矿山废弃物也可以充当其它污染物堆体(如：垃圾填埋场等)的覆盖屏障材料。
技术实现思路
1、本专利技术目的在于克服已有矿山废弃堆场防护方法缺陷，利用分布广泛的矿山废弃物，提供一种基于石材防护剂的矿山废弃堆场毛细屏障选材方法，用于矿山废弃堆场等污染堆场的长期防护处理，为矿山废弃物的环境无害化防护提供了一种新方法。本专利技术的防护手段施工工艺简单，成本低，防护持久，具有极大的经济价值和环保属性。
2、本专利技术采用的方案是：一种基于石材防护剂的矿山废弃堆场毛细屏障选材方法，包括以下步骤：
3、s1、利用矿山废弃材料的物性指标初选具备毛细阻滞效应的材料组合；
4、s2、基于步骤s1初选的材料组合开展水力试验并获取水力参数，基于水力参数复选符合的材料组合；
5、s3、基于石材防护剂将步骤s2复选材料组合中的粗粒材料进行防水性验证和接触角测试，并筛选和制备符合防水性验证和接触角测试要求的防护型粗粒材料；
6、s4、基于步骤s2选定材料组合中的细粒材料和基于步骤s3选定通过验证的防护型粗粒材料，开展室内降雨试验对毛细阻滞效果进行验证；
7、其中，步骤s1包括：
8、s101、选取矿山废弃堆场具有粒径差异的矿山废弃材料，所述矿山废弃材料包括巨粒、粗粒和细粒；
9、s102、依据《土工试验方法标准》(gb/t50123-2019)对所选取的矿山废弃材料开展室内试验，确定矿山废弃材料的粒径级配曲线、液/塑限、最大干密度和最优含水率，并根据《土的工程分类标准》(gb/t50145-2007)对测试废弃材料进行工程分类；
10、s103、基于测试矿山废弃材料的工程分类结果，所选取的细粒材料工程分类应属于粉砂、细砂、粉土、黏质粉土和粉质黏土，所选取的粗粒材料工程分类应属于中砂、粗砂和砾石，同时粗粒材料和细粒材料的平均粒径(d50)之比需大于10；
11、s104、依次按照测试结果组合满足s103中物性指标条件的废弃细粒材料和废弃粗粒材料；
12、具体的，步骤s2包括：
13、s201、利用压力板仪/水势仪/积水法测试组合材料的持水特征曲线，并依据测试曲线确定进气值和进水值；
14、s202、采用刚性壁渗透试验系统和柔性壁渗透试验系统分别测试粗粒材料和细粒材料的饱和渗透系数；
15、s203、结合测试的持水特征曲线和饱和渗透系数，按照计算式(1)计算非饱和渗透系数曲线：
16、
17、其中，为非饱和渗透系数，ksat为饱和渗透系数，α为与进气值相关的参数，n和m为形状参数，为吸力；
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1.一种基于石材防护剂的矿山废弃堆场毛细屏障选材方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，石材防护剂选自非含氟硅烷硅树脂超疏水石材防护剂、纳米全氟石材防护剂和含氟有机硅石材防护剂中的一种或多种。
【技术特征摘要】
1.一种基于石材防护剂的矿山废弃堆场毛细屏障选材方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3包括：
3.根据权利要求1所述的方...
【专利技术属性】
技术研发人员：巴特，孟龙龙，夏良雄，聂绍凯，王炎，迪娜·木拉提，夏敏，王顺玉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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