[发明专利]镁渣危废固化处置以及协同尾砂全固废充填采矿法

说明书

本发明提供一种镁渣危废固化处置以及协同尾砂全固废充填采矿法，属于固体废物固化处置与充填采矿法的交叉技术领域。该方法利用镁渣危废替代水泥熟料，制备镁渣基充填胶凝材料；然后开展不同胶砂比和料浆浓度的胶结体强度和充填料浆的流变性试验；采用压汞仪法对胶结体进行孔结构分析；根据试验与测试结果，建立胶结体强度、料浆流变参数以及胶结体最可几孔径与胶砂比和料浆浓度的关系；最后建立和求解充填料浆的优化模型，获得充填料浆的优化参数。该方法实现了全固废绿色充填采矿，不仅提高充填采矿的经济与环保效益，而且还为镁渣危废的资源化、减量化和无害化处置以及高值化利用探索出一条途径。

技术领域

本发明涉及固体废物固化处置与充填采矿法的交叉技术领域，特别是指一 种镁渣危废固化处置以及协同尾砂全固废充填采矿法。

背景技术

镁渣是金属镁厂在炼镁过程排放的固体废物。我国冶炼金属镁大多采用皮 江法生产工艺，其镁渣主要组分为SiO₂和CaO，还含有MgO，Fe₂O₃，A1₂O₃以及 少量的Cr、Cu、Ni、Ag、As重金属以及pH12。其中Cr在环境中通常以Cr³⁺和Cr⁶⁺离子的形式存在。Cr⁶⁺对生物体具有毒害作用，危害性较大，且镁渣的 pH12属于强碱危废。实践表明，每生产1t金属镁将排放6～10t镁渣。但镁 渣矿物成分与硅酸盐水泥熟料极相似，因此具有较高的活性和胶凝性，可作为 二次资源开发利用。目前镁渣资源利用大致分为三类：锻烧水泥熟料、作为活 性混合材和开发胶凝材料。但镁渣属于危废，且含有较多的游离氧化钙和氧化 镁，因此存在不安定性问题。尤其镁渣中的重金属Cr通常以Cr⁶⁺离子形式扩 散，对生物体具有毒害作用以及污染环境。采用煅烧制备水泥熟料将对环境产 生二次污染，因此导致镁渣利用率较低，大多数采用堆放处理，不仅占用土地， 而且还污染环境。

近几年，人们开展镁渣固废资源化利用研究。CN101417867、CN104628480A、CN104649597A和CN108863137A专利发明了高温煅烧镁渣，用于制备水泥或水 泥掺合料的应用技术。CN102503313A、CN101389579、CN102225852A和 CN104108906A利用镁渣与粉煤灰等其他固体废物混合，开发免烧砖制备技术。 但镁渣中有毒有害和放射性元素，潜在对环境污染和人体及生物的危害。 CN101323519、CN101486535和CN102432206A利用镁渣复合制备水硬性胶凝材 料。但由于镁渣中游离MgO存在滞后膨胀性，导致由镁渣制备的胶凝材料存在 不安定性问题，从而限制在水泥和混凝土中应用。

随着我国国民经济高速发展以及对资源持续开发，高品位和技术条件好的 资源日趋枯竭，面临更多的深埋、高应力和大水等复杂条件的资源开采。充填 采矿不仅能够提高资源回采率和降低矿石贫化率，还能够将尾砂大宗固废回填 到空区实施固化处置，既控制采场地压为安全生产奠定了基础，同时还减少尾 砂在地表堆放；因此充填采矿是矿产资源开采的必由之路。

充填采矿是采用胶凝材料与尾砂混合形成满足采矿要求的胶结充填体。目 前大多数充填矿山仍采用水泥胶凝材料，不仅成本高，而且对尾砂细骨料胶结 效果差、胶凝材料用量多。随着选矿技术进步以及提高金属回收率，势必进一 步提高尾砂细度，使得水泥用于尾砂近几年面临更多的技术与经济难题，严重 阻碍充填采矿技术的推广应用。

本发明提出了镁渣危废固化处置以及协同低成本充填法采矿，利用镁渣制 备镁渣基胶凝材料，替代水泥制备尾砂胶结体，将镁渣中重金属封闭在胶结体 中，不仅抑制重金属离子渗透液扩散污染环境，而且通过胶结充填料浆优化设 计，还能够实现全固废低成本充填法采矿，由此促进充填采矿技术的推广应用， 避免空区塌陷和地表沉降等地质灾害，从而实现“以废治废”和“以废治害” 的固废资源的无害化、减量化和资源化综合利用。

发明内容