CN112159164B

CN112159164B - 一种软土固化剂及其制备方法

Info

Publication number: CN112159164B
Application number: CN202011107387.2A
Authority: CN
Inventors: 侯浩波; 张鹏举; 叶非华; 韩旭; 纪建业; 江俊锋; 李银生; 孙琪
Original assignee: Zhaoqing Wuda Institute Of Environmental Technology
Current assignee: Zhaoqing Wuda Institute Of Environmental Technology
Priority date: 2020-10-16
Filing date: 2020-10-16
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2040-10-16
Also published as: CN112159164A

Abstract

本发明公开了一种软土固化剂及其制备方法，软土固化剂包括活化尾矿、醇类化合物、玻璃丝、无机酸液、水、液体树脂等组分，其中，活化尾矿由尾矿与碱性活化激发剂经过煅烧活化得到。该软土固化剂应用于土壤的固结中，降低了扬尘污染，同时可明显提高固结体的抗压及抗折强度，所固化土壤不易出现裂痕，对重金属稳定化效果较好，且易于施工，生产成本低，有效实现工业尾矿的原位无害化消纳，达到以废治废的绿色生产要求。

Description

一种软土固化剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种软土固化剂，特别涉及一种以尾矿为主要原料，经过高温碱融活化后与醇类、玻璃丝、酸、液体树脂、水等制备的软土固化剂，还涉及其制备方法，属于环境修复技术领域。

背景技术

近年来，中国经济的快速发展，得益于现代开采技术的提高。然而，矿山资源开采力度的加大，在获得人们生活及生产所需原料的同时，遗留了大量的尾矿。其中，硅铝质尾矿作为尾矿的典型，其排放数量在所有尾矿中位列前茅。硅铝质尾矿的一般特点为成分复杂、粒度细、排放量大、含有部分重金属及其他元素。由于现阶段技术水平的限制性，以尾矿为原料进行高耗量资源化有效消纳量有限，大量的尾矿利用管道排放的方式被暂存于尾矿库中，长此以往，尾矿库储存尾矿在污染地下水、周边空气及土壤的同时，其溃坝风险也在逐年增加。因此，将尾矿进行就地资源化消纳及利用，对于矿山环境的改善及矿产资源的有效保护具有重大的现实意义。

当前，在矿山环境修复方面，软土固化剂的使用，有效解决了矿山重金属污染的难题。然而，在软土固化剂使用过程中，因其粒度较细，导致使用过程中造成一定程度的扬尘污染，对于矿山员工的身体健康造成极大的威胁，尤其是尘肺。当前，软土固化剂主要为粉状，软土固化剂的研究尚处于起步阶段，以纯化工原料进行软土固化剂的生产，势必加大了其生产成本。因此，开展软土固化剂的研究及应用，并降低其生产成本，对于解决当前粉状软土固化剂的缺点具有重要的意义。

发明内容

基于现有技术中硅铝质尾矿等利用率较低以及现有软土固化剂使用过程中存在的缺点，本发明的第一个目的是在于提供一种成本低廉、无扬尘污染，同时可明显提高固结体的抗压及抗折强度，固化土壤不易出现裂痕，对重金属稳定化效果较好，且易于施工的软土固化剂。

本发明的第二个目的是在于提供一种步骤简单、成本低的制备软土固化剂的方法，该方法以硅铝质尾矿为原料，有效实现了工业尾矿的原位无害化消纳，达到了以废治废的绿色生产，大幅度降低了生产成本，且制备的软土固化剂性能优越，在施工过程可有效避免扬尘污染，且固结体的抗压及抗折强度等性能优异，固化土壤不易出现裂痕，能够实现重金属的稳定化。

本发明提供了一种软土固化剂，其包括以下质量百分比组分：活化尾矿50％～90％；醇类化合物1％～6％；玻璃丝0.001％～0.5％；无机酸液1％～5％；水5％～45％；液体树脂2％～30％(以总质量为100％计量)；所述活化尾矿由尾矿与碱性活化激发剂经过煅烧活化得到。

本发明优选的软土固化剂包括以下质量百分比组分：活化尾矿60％～70％；醇类化合物2％～4％；玻璃丝0.005％～0.2％；无机酸液2％～4％；水20％～30％；液体树脂5％～15％。

本发明的软土固化剂配方中，活化尾矿主要组成为硅酸钠及铝酸钠等活性成分可以与水进行水化反应后形成胶凝材料的主要成分；醇的作用主要为改善软土固化剂的胶凝效果；无机酸的作用主要为调节软土固化剂的pH；液态树脂主要作用为对重金属进行包覆，降低固结尾矿中重金属的有效浸出；玻璃丝的主要作用为提高提高固结体的抗折强度。

作为一个优选方案，所述尾矿为硅铝基尾矿，所述尾矿中硅铝质组分总含量不小于60％，铁组分含量不小于5％，钙组分含量不大于10％。

作为一个优选方案，所述碱性活化激发剂为苛性钠、石灰、氢氧化钾中至少一种。所述碱性活化激发剂进一步优选为苛性钠。

作为一个优选方案，碱性活化激发剂与尾矿的质量比为0.4～2:1。碱性活化激发剂与尾矿的质量比进一步优选为0.6～1.5:1。

作为一个优选方案，所述煅烧活化处理的条件为：温度为400～1000℃，时间为1～5小时。煅烧活化处理的温度进一步优选为600～800℃。煅烧活化处理的时间进一步优选为1～2小时。

作为一个优选方案，所述醇类化合物为C₁～C₅的短链脂肪醇。如乙醇、丙醇等。

作为一个优选方案，所述无机酸液为硝酸。

作为一个优选方案，所述液体树脂为SJ-30液体树脂、液体有机硅或液体环氧树脂。最优选为SJ-30液体树脂。

本发明还提供了一种软土固化剂的制备方法，该方法是将尾矿与碱性活化激发剂混合原料进行煅烧活化处理，得到活化尾矿；所述活化尾矿与水混合均匀后，在搅拌条件下，加入醇类化合物并调节pH稳定至碱性，再加入液体树脂和玻璃丝，即得。

作为一个优选方案，调节pH为7～11，进一步优选调节pH为8～10。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益效果：

1)本发明的软土固化剂以硅铝质尾矿为原料，经过简单的活化处理就能作为软土固化剂的主要原料，有效实现了工业尾矿的原位无害化消纳，达到了以废治废的绿色生产，大幅度降低了生产成本。

2)本发明的软土固化剂在施工过程中无扬尘污染，且具有优异的固结性能，固结体的抗压及抗折强度较高，固化土壤不易出现裂痕，对重金属的稳定化效果较好，且易于施工，相对现有固化剂具有明显优势。

具体实施方式

以下具体实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制权利要求的保护范围。

下面对本发明的具体实施方式作进一步说明：

以下实施例中使用的原料如没有特殊说明，均为市售常规化学原料。

以下实施例采集广西壮族自治区某锡矿选矿场的选矿尾渣作为固化原料，选矿尾渣化学组成如表1所示：

表1选矿尾渣化学组成及含量

化学成分	SiO<sub>2</sub>	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	FeO	CaO	MgO	As<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	PbO	其他
									含量/wt.％	65.12	4.57	10.03	5.65	3.21	1.04	0.25	10.13

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明技术和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

实施例1

(1)尾矿的活化：将苛性钠与表1尾矿按0.8:1比例均匀混合后在600℃温度下进行2小时煅烧活化处理，得到活化尾矿；

(2)按照活化矿料：水：SJ-30液体树脂：乙醇：硝酸：玻璃丝质量比＝60：13.8：20：3：3：0.2在持续搅拌的条件下进行均匀混合，即得到软土固化剂；

(3)利用所得软土固化剂将上述表1尾矿进行固化处理，尾矿与软土固化剂比例为96:4，将所得混合物料制备成5*5圆柱试块，在温度为20℃，湿度为92％的养护条件下进行一段时间养护，进行其无侧限抗压强度测试，其测试结果如表2所示：

表2不同养护天数所得试块无侧限抗压强度

养护天数/天	7	14	28
				无侧限抗压强度/MPa	4.3	5.8	6.9

28天抗折强度达到3.2MPa。将所得固结体进行重金属浸出毒性测试(固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法HJ/T 299-2007)，As₂O₃的固结率为98.16％，PbO的固结率为95.48％.

实施例2

(1)尾矿的活化：将苛性钠与表1尾矿按1:1.5比例均匀混合后在600℃温度下进行2小时煅烧活化处理，得到活化尾矿；

(2)按照活化矿料：水：SJ-30液体树脂：乙醇：硝酸：玻璃丝＝70：13.9：10：2：4：0.1在持续搅拌的条件下进行均匀混合，即得到软土固化剂；

(3)利用所得软土固化剂将上述表1尾矿进行固化处理，尾矿与软土固化剂比例为97:3，将所得混合物料制备成5*5圆柱试块，在温度为20℃，湿度为92％的养护条件下进行一段时间养护，进行其无侧限抗压强度测试，其测试结果如表2所示：

表3不同养护天数所得试块无侧限抗压强度

养护天数/天	7	14	28
				无侧限抗压强度/MPa	4.5	5.6	6.5

28天抗折强度达到2.8MPa。将所得固结体进行重金属浸出毒性测试(固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法HJ/T 299-2007)，As₂O₃的固结率为96.15％，PbO的固结率为97.32％。

实施例3

(1)尾矿的活化：将苛性钠与表1尾矿按1.5:1比例均匀混合后在600℃温度下进行2小时煅烧活化处理，得到活化尾矿；

(2)按照活化矿料：水：SJ-30液体树脂：乙醇：硝酸：玻璃丝质量比＝60：30.9：4：3：2：0.1在持续搅拌的条件下进行均匀混合，即得到软土固化剂；

(3)利用所得软土固化剂将上述表1尾矿进行固化处理，尾矿与软土固化剂比例为96:4，将所得混合物料制备成5*5圆柱试块，在温度为20℃，湿度为92％的养护条件下进行一段时间养护，进行其无侧限抗压强度测试，其测试结果如表4所示：

表4不同养护天数所得试块无侧限抗压强度

养护天数/天	7	14	28
				无侧限抗压强度/MPa	3.4	4.5	5.0

28天抗折强度达到3.4MPa。将所得固结体进行重金属浸出毒性测试(固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法HJ/T 299-2007)，As₂O₃的固结率为70.54％，PbO的固结率85.38％。

上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims

1.一种软土固化剂，其特征在于：包括以下质量百分比组分：

活化尾矿50％～90％；

醇类化合物1％～6％；

玻璃丝0.001％～0.5％；

无机酸液1％～5％；

水5％～45％；

液体树脂2％～30％；

所述活化尾矿由尾矿与碱性活化激发剂经过煅烧活化得到；

所述尾矿为硅铝基尾矿，所述尾矿中硅铝质组分总含量不小于60％，铁组分含量不小于5％，钙组分含量不大于10％；

所述碱性活化激发剂为苛性钠、石灰、氢氧化钾中至少一种；

所述醇类化合物为C₁～C₅的短链脂肪醇；

所述液体树脂为SJ-30液体树脂、液体有机硅或液体环氧树脂。

2.根据权利要求1所述的一种软土固化剂，其特征在于：碱性活化激发剂与尾矿的质量比为0.4～2:1。

3.根据权利要求1所述的一种软土固化剂，其特征在于：所述煅烧活化处理的条件为：温度为400～1000℃，时间为1～5小时。

4.根据权利要求1所述的一种软土固化剂，其特征在于：所述无机酸液为硝酸和盐酸。

5.权利要求1～4任一项所述的一种软土固化剂的制备方法，其特征在于：将尾矿与碱性活化激发剂混合原料进行煅烧活化处理，得到活化尾矿；所述活化尾矿与水混合均匀后，在搅拌条件下，加入醇类化合物并调节pH稳定至碱性，再加入液体树脂和玻璃丝，即得。

6.根据权利要求5所述的一种软土固化剂的制备方法，其特征在于：调节pH为7～11。