一种矿山尾矿活性综合分析评价方法技术

本发明专利技术公开了一种矿山尾矿活性综合分析评价方法。所述综合分析评价方法主要包含化学成分分析法、颗粒粒径分布分析法、热分析法、物相定量分析法以及水泥胶结尾矿强度试验法。通过上述五种方法的协同分析，可以实现矿山尾矿等大宗工业固废火山灰活性的定性定量分析。本发明专利技术建立的一种矿山尾矿活性综合分析评价方法，既能分析各类尾矿的火山灰水化活性，评价其材料化利用的潜力，还能通过分析数据给出尾矿最合理的改性活化方法，提升尾矿进一步资源化利用的可能性。化利用的可能性。化利用的可能性。

【技术实现步骤摘要】
一种矿山尾矿活性综合分析评价方法


[0001]本专利技术属于环保
，涉及大宗工业固废材料性能分析及资源化利用领域。

技术介绍

[0002]矿山采选、矿物加工为中国的工业生产提供了大量宝贵的资源，具有不可或缺的地位。然而，在矿山采矿加工等过程中会产生大量尾矿。尾矿是块状矿石破碎、磨细后，从中提取有价化学组分后残余的废物，是一种工业固废。目前针对尾矿的处置方法主要是堆存，或用水泥等传统胶凝材料进行采空区尾矿胶结回填。堆存会占用大量的土地资源，并且尾矿库中的重金属会释放迁移，造成严重的环境污染。采用水泥胶结回填也会面临充填体分层以及强度不高等问题。
[0003]对于大宗工业固废而言，最好的处置方式是将其资源化利用，不仅可以大量减少固体废弃物的堆存，还能带来可观的经济效益。通常情况下，尾矿的资源化利用方式主要是：1、尾矿再选回收有价金属，2、利用尾矿制作建筑材料，3、利用尾矿充填矿山采空区。而一般情况下采用水泥胶结充填要达到良好的稳定性能则必须加大水泥用量，否则会出现开裂、下沉甚至决堤等问题，造成严重安全事故，然而大量使用水泥会导致成本增加，经济效益降低。因此当下研究的热点是将矿渣、尾矿等大宗工业固废作为普通硅酸盐水泥的掺合料以特定的掺量加入到水泥体系中，考察大宗工业固废对普通硅酸盐水泥水化硬化的影响，以及水泥对大宗固废的活性激发作用，若效果良好即可以起到大宗工业固废的资源化利用，又可以减少采空充填工业中水泥的使用，降低尾矿处理成本。
[0004]而要想达到较好的资源化利用效果，尾矿自身的活性十分关键，活性高的尾矿更容易与胶凝材料产生相互作用，发生物理化学反应，从而生成稳定的产物，形成稳定的结合体，有利于提高尾矿胶结充填的强度性能，保障充填质量，提高尾矿单位处置量，因此，建立科学的矿山尾矿活性综合分析评价方法十分必要。

技术实现思路

[0005]当前针对尾矿的水化活性研究主要采用水泥胶结尾矿强度比较试验法，或者结合某些分析表征方法，比较凌乱，不成体系，不够精细化，因此，本专利技术构建了一种矿石尾矿活性综合分析评价方法，将传统方法与现代分析表征技术结合，通过定量、定性指标对比分析尾矿的水化活性，提出不同类型尾矿的最优活化方案，实现大宗工业固废资源化、减量化、无害化，保护尾矿库区周边及地下生态环境。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种矿山尾矿活性综合分析评价方法，其特征在于：具体包括化学成分分析法、颗粒粒径分布分析法、热分析法、物相定量分析法以及水泥胶结尾矿强度试验法等五种方法。
[0008]优选的，所述的化学成分分析法，通过化学成分分析可以得出矿山尾矿各元素的相对含量高低，主要采用X射线衍射法(XRD)、X荧光光谱法(XRF)等现代分析表征技术，主要活性元素含量越高则矿物材料活性可能越高，对于胶凝材料体系，Ca、Si、Al、Mg四种元素的
含量是决定矿物材料活性的重要因素。尾矿中这几种元素越高，则尾矿参与水化反应生成水化硅铝酸盐的可能性越大(C
‑
S
‑
H凝胶)。
[0009]优选的，所述的颗粒粒径分布分析法主要分析尾矿颗粒的粒径大小，所述的颗粒粒径分布分析法主要采用激光粒度仪分析原始尾矿的颗粒粒径分布情况，通常情况下，尾矿粒径对固化体抗压强度影响较大，根据尾矿D
50
中位径数值可将尾矿分为以下几类：1)D
50
>80μm，属于特粗尾矿(砂)；2)45μm<D
50
≤80μm，属于粗尾矿(砂)；3)20μm<D
50
≤45μm，属于细尾矿(砂)；4)10μm<D50≤20μm，属于超细尾矿(砂)。尾矿颗粒粒径越细，其在水泥水化体系中参与反应的可能性越大，同时颗粒粒径越细，其热分解失重率更大，完成热分解的需热量更小，此外，尾矿中的惰性超细颗粒在水化反应体系中还能起到微集料效应，作为其他水化反应的晶核，使水化相加快结晶速率，使水化反应更加快速彻底，因此，分析尾矿的颗粒粒径大小对评判尾矿的水化活性十分关键。
[0010]优选的，所述的热分析法在无机非金属材料的运用中，不仅可以了解材料在温度变化下的物理性质变化，还可以研究材料的氧化、还原、分解、脱水等情况，了解材料在升温受热过程中的相变规律，从而可以确定无机非金属材料的热力学活性激发潜力，通常情况下，对于矿物掺合料来说，如果材料的热重失重率过低，则表明其火山灰活性较低。所述的热分析法主要采用德国耐驰仪器公司的同步热分析仪，在N2氛围下，流速为50mL/min，以10K/min的升温速率，从室温加热到1000℃，通过对尾矿进行同步热分析(TG
‑
DTG
‑
DSC)，通过分析尾矿的TG、DTG、DSC曲线，可以进一步研究尾矿的高温煅烧失重率、热分解速率、需热量等，从而可以分析比较尾矿的火山灰活性。
[0011]优选的，所述的物相定量分析法在尾矿矿物成分简单，晶型规律，含无定形态杂志较少时，可以分析尾矿中具体的矿物成分的相对含量，具体的物相定量分析方法包括X射线衍射半定量精修法、X射线荧光光谱法以及TG
‑
DTG
‑
DSC法，本方法针对矿物成分较为单一的尾矿采用X射线衍射半定量精修法进行分析，确定尾矿中的矿物相，及相对含量。所述的物相定量分析法主要采用Rietveld法，要求尾矿中仅含晶相且晶相结构信息已知，对于矿物相成分结构更加复杂的硅酸盐型尾矿，可以使用差热
‑
热重分析法，通过分析失重峰及吸热谷，通过查阅文献确定该温度下对应的矿物相进而分析该矿物相的相对含量。
[0012]优选的，所述的水泥胶结尾矿强度试验法是在经过颗粒粒径分布分析法、化学成分分析法、热力学分析法、物相定量分析法后，基本上可以判定尾矿的基本活性，以及最合适的活化方式，因此，开展最终的活性验证试验。具体试验操作流程如下：
[0013]S1)在水灰比1：1的条件下(质量浓度50％)，将各类尾矿分别以40％的取代水平取代42.5级水泥(水泥占60％)，称量复合胶凝材料总量400g(水泥240g+尾矿160g)，称量纯水400g；
[0014]S2)将水泥、尾矿、纯水依次加入净浆搅拌机中，先慢搅2min，再快搅2min，浆体搅拌均匀后，注入4cm
×
4cm
×
4cm的模具，放入养护箱恒温恒湿养护4h后脱模，做好标记后继续养护至28天；
[0015]S3)到达指定龄期后，测定试块的无侧限抗压强度，并取平均值得出最终的抗压强度。
[0016]本专利技术还提供了一种矿山尾矿活性综合分析评价方法的分析流程，包括以下步骤：
[0017]S1)采用化学成分分析法和颗粒粒径分布分析法确定尾矿的主要矿物成分、活性元素含量以及粒径大小，给尾矿明确种类，例如：超细碳酸盐型尾矿，同时参照GB/T203
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿山尾矿活性综合分析评价方法，其特征在于：包括化学成分分析法、颗粒粒径分布分析法、热分析法、物相定量分析法以及水泥胶结尾矿强度试验法。2.根据权利要求1所述的一种矿山尾矿活性综合分析评价方法，其特征在于：所述化学成分分析法，采用X射线衍射法、X荧光光谱法分析表征技术，分析尾矿中Ca、Si、Al、Mg主要活性元素的含量以及尾矿中主要矿物相类型，从而确定尾矿的具体类型，具体分类包括以下几种：硅酸盐型尾矿、碳酸盐型尾矿、磷酸盐型尾矿、硫酸盐型尾矿。3.根据权利要求1所述的一种矿山尾矿活性综合分析评价方法，其特征在于：所述颗粒粒径分布分析法主要采用激光粒度仪分析原始尾矿的颗粒粒径分布情况，分析D
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的大小情况，根据尾矿D
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中位径数值可将尾矿分为以下几类：1)D
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>80μm，属于特粗尾矿；2)45μm<D
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≤80μm，属于粗尾矿；3)20μm<D
50
≤45μm，属于细尾矿；4)10μm<D50≤20μm，属于超细尾矿。4.根据权利要求1所述的一种矿山尾矿活性综合分析评价方法，其特征在于：所述热分析法主要采用同步热分析仪，在N2氛围下，流速为50mL/min，以10K/min的升温速率，从室温加热到1000℃，对尾矿进行同步热分析；通过分析尾矿的TG、DTG、DSC曲线，可以进一步研究尾矿的高温煅烧失重率、热分解速率、需热量，从而可以分析比较尾矿的火山灰活性。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯浩波，罗腾，冯露，曾天宇，董祎挈，李嘉豪，万沙，郑凡，
申请(专利权)人：武汉大学肇庆资源与环境技术研究院，
类型：发明
国别省市：