CN115677277A - 一种磷尾矿固化处理方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磷尾矿固化处理方法及其应用，所述磷尾矿固化处理方法包括以下步骤：S10、将水泥、磷尾矿及黄土混匀，得干混料；S20、将干混料与水混匀，得湿混料；S30、将湿混料经压膜成型后，脱模，固化处理，得磷尾矿固化体。通过将磷尾矿经水泥和黄土固化后作为建筑材料使用，采用的主要原料为磷矿选矿产生的废渣，在固化体制作过程中，起胶凝和骨料的作用，生产可以堆放的、对环境友好的固化体，可以快速地、大批量地对磷尾矿进行固化并资源化利用，无需铺防渗膜及建造专门的尾矿库，减少投资，节约成本，同时减少环境风险。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种磷尾矿固化处理方法及其应用。
背景技术
我国磷矿以中低品位磷矿为主，可供直接加工利用的磷矿石(富矿)储量相对较低，磷矿石中P2O5含量平均值为17％左右，绝大部分磷矿不能满足作为原料矿石的质量要求，必须经选矿富集后才能使用。通常每生产1t磷精矿，将产生0.44t尾矿，含P2O5一般为7％～12％，由于P2O5含量低，受技术的限制，磷尾矿综合利用率低，仅为7％，磷矿选矿产生的大量磷尾矿多以建立尾矿库堆存的方式进行处理。
通过选矿产生的磷矿尾矿由于含有部分可溶的磷、氟、砷、汞等有害物质，在日常放置过程中会转移，渗透到水体、土壤中造成环境污染，导致水体富营养化、土壤退化、尾矿粉尘扩散会造成周边生态环境的危害，堆存磷尾矿渣在尾矿库必须进行防渗处理，并对收集的渗滤液进行有效处置，建设和运营费用较高，存在一定的安全环境风险。
目前虽然有一些对于磷尾矿进行利用的方案，如利用磷尾矿制备成填充体充填矿山采空区、生产含磷肥料、利用磷尾矿制备建筑材料以及利用磷尾矿制备微晶玻璃等，但以上利用方案对磷尾矿的利用量仍较小，远远赶不上磷尾矿的产生速度，使得大量磷尾矿仍然需要采用建立尾矿库的方式进行堆存，并不能从根本上有效解决和减轻当前大量磷尾矿堆积而带来的环境问题。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种磷尾矿固化处理方法，旨在克服现有磷尾矿利用技术的缺陷，针对磷尾矿堆放现有技术存在的问题，提供一种制作工艺简单，生产成本低、实用性强、环保型的磷尾矿资源化方法。
为实现上述目的，本发明提出一种磷尾矿固化处理方法，包括以下步骤：
S10、将水泥、磷尾矿及黄土混匀，得干混料；
S20、将干混料与水混匀，得湿混料；
S30、将湿混料经压膜成型后，脱模，固化处理，得磷尾矿固化体。
可选地，步骤S10中，所述水泥、磷尾矿及黄土的质量比为(1～3):(1～6):(1～6)。
可选地，步骤S10中，所述水泥、磷尾矿及黄土的质量比为3:3:2。
可选地，步骤S20中，所述水与干混料的质量比为(1～8):10。
可选地，步骤S30中，所述压膜的时间为20～30h。
可选地，步骤S30中，所述固化处理的温度为20～60℃。
可选地，步骤S30中，所述固化处理的温度为40℃。
可选地，步骤S30中，所述固化处理的相对湿度为85％～95％。
可选地，步骤S30中，所述固化处理的时间为10～20天。
本发明还提供一种建筑用材料，包括所述的磷尾矿固化处理方法所制得的磷尾矿固化体，所述的磷尾矿固化处理方法包括以下步骤：
S10、将水泥、磷尾矿及黄土混匀，得干混料；
S20、将干混料与水混匀，得湿混料；
S30、将湿混料经压膜成型后，脱模，固化处理，得磷尾矿固化体。
本发明提供的磷尾矿固化处理方法，通过将磷尾矿固化后可作为建筑材料使用，采用的主要原料为磷矿选矿产生的废渣，在固化体制作过程中，起胶凝和骨料的作用，生产可以堆放的、对环境友好的固化体，可以快速地、大批量地对磷尾矿进行固化并资源化利用，无需铺防渗膜及建造专门的尾矿库，减少投资，节约成本，同时减少环境风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明提供的磷尾矿固化处理方法的一实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。此外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
我国磷矿以中低品位磷矿为主，可供直接加工利用的磷矿石(富矿)储量相对较低，磷矿石中P2O5含量平均值为17％左右，绝大部分磷矿不能满足作为原料矿石的质量要求，必须经选矿富集后才能使用。通常每生产1t磷精矿，将产生0.44t尾矿，含P2O5一般为7％～12％，由于P2O5含量低，受现有技术的限制，磷尾矿综合利用率低，仅为7％，磷矿选矿产生的大量磷尾矿多以建立尾矿库堆存的方式进行处理。
通过选矿产生的磷矿尾矿由于含有部分可溶的磷、氟、砷、汞等有害物质，在日常放置过程中会转移，渗透到水体、土壤中造成环境污染，导致水体富营养化、土壤退化、尾矿粉尘扩散会造成周边生态环境的危害，堆存磷尾矿渣在尾矿库必须进行防渗处理，并对收集的渗滤液进行有效处置，建设和运营费用较高，存在一定的安全环境风险。
目前虽然有一些对于磷尾矿进行利用的方案，如利用磷尾矿制备成填充体充填矿山采空区、生产含磷肥料、利用磷尾矿制备建筑材料以及利用磷尾矿制备微晶玻璃等，但以上利用方案对磷尾矿的利用量仍较小，远远赶不上磷尾矿的产生速度，使得大量磷尾矿仍然需要采用建立尾矿库的方式进行堆存，并不能从根本上有效解决和减轻当前大量磷尾矿堆积而带来的环境问题。鉴于此，本发明提供了一种磷尾矿固化处理方法，旨在提供一种制作工艺简单，生产成本低、实用性强、环保型的磷尾矿资源化方法。
如图1所示，本发明所提供的磷尾矿固化处理方法包括以下步骤：
S10、将水泥、磷尾矿及黄土混匀，得干混料。
S20、将干混料与水混匀，得湿混料。
S30、将湿混料经压膜成型后，脱模，固化处理，得磷尾矿固化体。
需要说明的是，在实际操作中需要先经干混料后，再加水进行湿混料，这样在经过干混料的预混后，使得水泥、磷尾矿及黄土混合均匀，避免加水后不均匀导致磷尾矿固化体各个部位的三种物质含量不一样，从而导致稳定性差。搅拌可以采用现有技术的搅拌机搅拌，也可以采用人工翻拌的方式进行搅拌，具体的搅拌操作方式本发明在此不作限定，只要能搅拌均匀即可。搅拌均匀的湿混料可以按照模具规格制成40mm×40mm×160mm的固化体，成型后进行固化处理。
本发明的技术方案通过将磷尾矿经水泥和黄土固化后作为建筑材料使用，采用的主要原料为磷矿选矿产生的废渣，在固化体制作过程中，起胶凝和骨料的作用，生产可以堆放的、对环境友好的固化体，可以快速地、大批量地对磷尾矿进行固化并资源化利用，无需铺防渗膜及建造专门的尾矿库，减少投资，节约成本，同时减少环境风险。
进一步地，步骤S10中，所述水泥、磷尾矿及黄土的质量比为(1～3):(1～6):(1～6)。从成本、环保角度考虑，尽量减少水泥的用量，因而在三种配料中，水泥的占比交其他两种较少。但同时又要保证磷尾矿固化体的强度和硬度符合使用要求，因而在此配比下，既能较少成本，又能满足使用需求。
进一步地，步骤S10中，所述水泥、磷尾矿及黄土的质量比为3:3:2。在此配比下，磷尾矿固化体抗压、抗折强度最大，性能最佳。
进一步地，步骤S20中，所述水与干混料的质量比为(1～8):10。在混料的过程中，既需要水来使得各组分之间充分接触、混匀，让原料由粉末变成粘结的团状物质，又需要保证磷尾矿固化体的抗压抗折强度，因此在此质量比下，效果较佳。优选地，水与干混料的质量比为1:5时，磷尾矿固化体的抗压抗折强度最佳。
进一步地，步骤S30中，所述压膜的时间为20～30h。在此压模时间下，磷尾矿固化体的抗压抗折强度最佳。
进一步地，步骤S30中，所述固化处理的温度为20～60℃。在此压模温度范围下，所述磷尾矿固化体的抗压抗折强度较佳。
进一步地，步骤S30中，所述固化处理的温度为40℃。在此压模温度下，所述磷尾矿固化体的抗压抗折强度最佳。
进一步地，步骤S30中，所述固化处理的相对湿度为85％～95％。在此相对湿度范围下，磷尾矿固化体的抗压抗折强度较佳。优选地，所述固化处理的相对湿度为90％，所述磷尾矿固化体的抗压抗折强度最佳。
进一步地，步骤S30中，所述固化处理的时间为10～20天。在此固化处理时间范围内，磷尾矿固化体的抗压抗折强度较佳。优选地所述固化处理的时间14天，所述磷尾矿固化体的抗压抗折强度最佳。
本发明还提供一种所述的磷尾矿固化处理方法所制得的磷尾矿固化体作为建筑用材料的用途，具体的可以用作建筑用砖，所述的磷尾矿固化处理方法所制得的磷尾矿固化体作为建筑用材料的用途包括所述的磷尾矿固化处理方法所有的技术方案，因此同样具有上述技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
以下结合具体实施例和附图对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种磷尾矿固化处理方法，包括以下步骤：
S10、将水泥、磷尾矿及黄土按质量比为1:1:1混匀，得干混料。
S20、将水与干混料按质量比为1:10混匀，得湿混料。
S30、将湿混料经压膜20h成型后，脱模，在20℃，相对湿度85％条件下固化处理10天，得磷尾矿固化体。
实施例2
一种磷尾矿固化处理方法，包括以下步骤：
S10、将水泥、磷尾矿及黄土按质量比为1:6:6混匀，得干混料。
S20、将水与干混料按质量比为4:5混匀，得湿混料。
S30、将湿混料经压膜30h成型后，脱模，在60℃，相对湿度95％条件下固化处理20天，得磷尾矿固化体。
实施例3
一种磷尾矿固化处理方法，包括以下步骤：
S10、将水泥、磷尾矿及黄土按质量比为1:3:3混匀，得干混料。
S20、将水与干混料按质量比为3:5混匀，得湿混料。
S30、将湿混料经压膜24h成型后，脱模，在50℃，相对湿度88％条件下固化处理15天，得磷尾矿固化体。
实施例4
一种磷尾矿固化处理方法，包括以下步骤：
S10、将水泥、磷尾矿及黄土按质量比为1:5:2混匀，得干混料。
S20、将水与干混料按质量比为2:5混匀，得湿混料。
S30、将湿混料经压膜22h成型后，脱模，在30℃，相对湿度91％条件下固化处理17天，得磷尾矿固化体。
实施例5
一种磷尾矿固化处理方法，包括以下步骤：
S10、将水泥、磷尾矿及黄土按质量比为3:3:2混匀，得干混料。
S20、将水与干混料按质量比为1:5混匀，得湿混料。
S30、将湿混料经压膜24h成型后，脱模，在40℃，相对湿度90％条件下固化处理14天，得磷尾矿固化体。
对比例1
对比例1与实施例5相比，除没有步骤S10外，其他与实施例5相同。
对比例1由于未经干混预混，导致混料不均匀，使得磷尾矿固化体抗压强度和抗折能力较差。
对比例2
对比例2与实施例5相比，除步骤S20中的水与干混料的质量比为1:1外，其他与实施例5相同。
对比例2由于水与干混料的质量比为1:1，水含量过多，导致湿混料偏稀，使得磷尾矿固化体抗压强度和抗折能力较差。
对比例3
对比例3与实施例5相比，除步骤S20中的水与干混料的质量比为1:15外，其他与实施例5相同。
对比例3由于水与干混料的质量比为1:15，水含量过少，导致湿混料偏干，粘结不够紧致，使得磷尾矿固化体抗压强度和抗折能力较差。
对比例4
对比例4与实施例5相比，除步骤S10中水泥、磷尾矿及黄土按质量比为1:8:1外，其他与实施例5相同。
对比例4由于磷尾矿含量过高，使得整体硬度不够，磷尾矿固化体抗压强度和抗折能力较差。
对比例5
对比例5与实施例5相比，除步骤S10中水泥、磷尾矿及黄土按质量比为8:1:8外，其他与实施例5相同。
对比例5由于水泥和黄土含量过高，磷尾矿含量过低，导致粘结性较差，磷尾矿固化体抗压强度和抗折能力较差。
对比例6
对比例6与实施例5相比，除步骤S30中，固化处理时间为7天外，其他与实施例5相同。
对比例6由于固化处理时间不足，导致磷尾矿固化体固化不完全，磷尾矿固化体抗压强度和抗折能力较差。
对比例7
对比例7与实施例5相比，除步骤S30中，固化温度为80℃外，其他与实施例5相同。
对比例7由于固化温度过高，导致磷尾矿固化体内部水分来不及迁移，而外部已经因失水过快而干结，磷尾矿固化体抗压强度和抗折能力较差。
测试方法及结果
抗压强度和抗折强度测试
对本发明实施例1-5及对比例1-7所制备的磷尾矿固化体，按照GB/T50081-2002标准方法，采用微机控制电子抗压抗折一体化试验机(型号：ETM305F-2，深圳万测试验设备有限公司)进行抗压强度和抗折强度测试，结果如下表。
表1抗压强度和抗折强度结果
| 实验组 | 抗压强度(MPa) | 抗折强度(MPa) |
| 实施例1 | 20.04 | 3.08 |
| 实施例2 | 18.96 | 3.91 |
| 实施例3 | 19.05 | 3.72 |
| 实施例4 | 27.78 | 3.65 |
| 实施例5 | 30.73 | 4.83 |
| 对比例1 | 15.12 | 2.46 |
| 对比例2 | 13.22 | 1.98 |
| 对比例3 | 4.82 | 1.26 |
| 对比例4 | 3.31 | 0.95 |
| 对比例5 | 8.42 | 1.50 |
| 对比例6 | 13.62 | 1.75 |
| 对比例7 | 14.02 | 2.03 |
由图1可知，本发明实施例1-5所制得的磷尾矿固化体的抗压强度和抗折强度均高于对比例1-7所制得的磷尾矿固化体，其中实施例5所制得的磷尾矿固化体的抗压强度和抗折强度最佳。对比例1由于未经干混预混，导致混料不均匀，使得磷尾矿固化体抗压强度和抗折能力较差。对比例2由于水固比为1:1，水含量过多，导致湿混料偏稀，使得磷尾矿固化体抗压强度和抗折能力较差。对比例3由于水固比为1:15，水含量过少，导致湿混料偏干，粘结不够紧致，使得磷尾矿固化体抗压强度和抗折能力较差。对比例4由于磷尾矿含量过高，使得整体硬度不够，磷尾矿固化体抗压强度和抗折能力较差。对比例5由于水泥和黄土含量过高，磷尾矿含量过低，导致粘结性较差，磷尾矿固化体抗压强度和抗折能力较差。对比例6由于固化处理时间不足，导致磷尾矿固化体固化不完全，磷尾矿固化体抗压强度和抗折能力较差。对比例7由于固化温度过高，导致磷尾矿固化体内部水分来不及迁移，而外部已经因失水过快而干结，磷尾矿固化体抗压强度和抗折能力较差。
综上所述，本发明提供一种磷尾矿固化处理方法，包括以下步骤：
S10、将水泥、磷尾矿及黄土混匀，得干混料。
S20、将干混料与水混匀，得湿混料。
S30、将湿混料经压膜成型后，脱模，固化处理，得磷尾矿固化体。
本发明通过将磷尾矿经水泥和黄土固化后可作为建筑材料使用，采用的主要原料为磷矿选矿产生的废渣，在固化体制作过程中，起胶凝和骨料的作用，生产可以堆放的、对环境友好的固化体，可以快速地、大批量地对磷尾矿进行固化并资源化利用，无需铺防渗膜及建造专门的尾矿库，减少投资，节约成本，同时减少环境风险。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种磷尾矿固化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、将水泥、磷尾矿及黄土混匀，得干混料；
S20、将干混料与水混匀，得湿混料；
S30、将湿混料经压膜成型后，脱模，固化处理，得磷尾矿固化体。
2.如权利要求1所述的磷尾矿固化处理方法，其特征在于，步骤S10中，所述水泥、磷尾矿及黄土的质量比为(1～3):(1～6):(1～6)。
3.如权利要求2所述的磷尾矿固化处理方法，其特征在于，步骤S10中，所述水泥、磷尾矿及黄土的质量比为3:3:2。
4.如权利要求1所述的磷尾矿固化处理方法，其特征在于，步骤S20中，所述水与干混料的质量比为(1～8):10。
5.如权利要求1所述的磷尾矿固化处理方法，其特征在于，步骤S30中，所述压膜成型的时间为20～30h。
6.如权利要求1所述的磷尾矿固化处理方法，其特征在于，步骤S30中，所述固化处理的温度为20～60℃。
7.如权利要求6所述的磷尾矿固化处理方法，其特征在于，步骤S30中，所述固化处理的温度为40℃。
8.如权利要求1所述的磷尾矿固化处理方法，其特征在于，步骤S30中，所述固化处理的相对湿度为85％～95％。
9.如权利要求1所述的磷尾矿固化处理方法，其特征在于，步骤S30中，所述固化处理的时间为10～20天。
10.一种如权利要求1-9任意一项所述的磷尾矿固化处理方法所制得的磷尾矿固化体作为建筑用材料的用途。
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