1.本發(fā)明涉及有色金屬礦山尾礦處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種有色金屬礦山地下采空區(qū)的充填方法、有色金屬礦山尾礦漿的處理方法及生物質(zhì)基膠凝材料。

背景技術(shù)：

2.有色金屬礦山在開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量的尾礦渣。所述尾礦渣是一種固廢，其主要成分為二氧化硅、硅酸鹽和硅鋁酸鹽，其結(jié)構(gòu)為晶體結(jié)構(gòu)，活性很低，無再生利用的價(jià)值。對于尾礦渣，礦山企業(yè)通常的處理辦法是建立尾礦庫，將尾礦渣封存于尾礦庫中。隨著國家對環(huán)境保護(hù)要求越來越嚴(yán)格，現(xiàn)已不再允許礦山企業(yè)設(shè)立尾礦庫。目前，礦山企業(yè)對于尾礦渣的處理方式，主要是通過425水泥將尾礦渣充填至礦山地下采空區(qū)，使其形成具有一定強(qiáng)度的充填體，一方面解決了礦山尾礦渣堆放的問題，另一方面還降低了礦區(qū)坍塌的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3.采用425水泥充填尾礦渣具有以下方面的缺點(diǎn)：其一是水泥成本高，導(dǎo)致尾礦渣充填的成本較高；其二是水泥生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量的碳排放，對環(huán)境造成大量的污染，不符合我國現(xiàn)行的雙碳政策。

4.現(xiàn)有技術(shù)中，采用新型的環(huán)保型膠凝材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的水泥進(jìn)行采空區(qū)充填已經(jīng)成為該技術(shù)領(lǐng)域的主要研究方向，其核心思路是利用工業(yè)固廢，如，?；郀t礦渣、鋼渣、赤泥、煤矸石、粉煤灰等具有一定活性的微粉，通過堿激發(fā)反應(yīng)激發(fā)其活性，使其參與水化反應(yīng)從而膠凝，將尾礦渣固化于礦山采空區(qū)。該技術(shù)中采用了工業(yè)固廢充填礦山采空區(qū)固化尾礦渣，與傳統(tǒng)水泥充填相比，該膠凝材料的成本降低了，環(huán)保性也較好，但是該技術(shù)還是存在以下幾方面的缺陷：其一是該技術(shù)得到的充填體的強(qiáng)度低于傳統(tǒng)水泥充填的強(qiáng)度，對于礦山采空區(qū)的充填具有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)；其二是該技術(shù)中膠凝材料的凝結(jié)時(shí)間相對延長，不利于礦山連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)；其三是礦山一般地處偏僻的山區(qū)，附近很難能找到合適的工業(yè)固廢，且該類固廢運(yùn)輸?shù)某杀疽草^高，限制了此類膠凝材料的大規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

5.本發(fā)明的主要目的在于提供一種有色金屬礦山地下采空區(qū)的充填方法、有色金屬礦山尾礦漿的處理方法及生物質(zhì)基膠凝材料。所要解決的技術(shù)問題是如何通過生物質(zhì)基膠凝材料有效膠凝有色金屬礦山尾礦漿，使得由其充填的有色金屬礦山地下采空區(qū)的充填體早期強(qiáng)度和長期強(qiáng)度均高、且凝結(jié)速度快；所述方法既綠色環(huán)保，又成本經(jīng)濟(jì)，還安全性能優(yōu)異，從而更加適于實(shí)用。

6.本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的有色金屬礦山地下采空區(qū)的充填方法，其包括以下步驟：1)制備固體原料和液體原料；以質(zhì)量百分含量計(jì)，所述固體原料的組成如下：生物質(zhì)微粉10～30％，?；郀t礦渣粉40～60％，脫硫灰粉10～20％，堿激發(fā)劑3～5％和石膏粉5～10％；所述液體原料為生物質(zhì)提取

液；所述生物質(zhì)提取液的制備方法如下：植物秸稈熱解氣化，收集冷凝液體；向其中加入甲基苯磺酸鈉反應(yīng)；2)將所述液體原料與所述固體原料加入有色金屬礦山尾礦漿中，在有色金屬礦山尾礦充填站混合攪拌；所述固體原料與所述液體原料的質(zhì)量百分含量比為95～98％：2～5％；所述固體原料與所述液體原料的總量為100％；所述有色金屬礦山尾礦漿為從有色金屬礦山直接獲取的尾礦漿；所述有色金屬礦山尾礦漿中包括尾砂固體分；所述固體原料與所述尾砂固體分的質(zhì)量比為1:4～8；3)將步驟2)得到的混合物料輸送至有色金屬礦山地下采空區(qū)充填。

7.本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。

8.優(yōu)選的，前述的充填方法，其中所述生物質(zhì)微粉的制備方法如下：植物秸稈燃燒得到生物質(zhì)灰；球磨所述生物質(zhì)灰；所述生物質(zhì)微粉的比表面積為350～600m2/kg。

9.優(yōu)選的，前述的充填方法，其中所述植物秸稈選自水稻桿、玉米桿、高粱桿和甘蔗桿中的一種或幾種。

10.優(yōu)選的，前述的充填方法，其中所述?；郀t礦渣粉是球磨鋼鐵行業(yè)的固廢?；郀t礦渣而獲得；其比表面積為350～600m2/kg。

11.優(yōu)選的，前述的充填方法，其中所述脫硫灰粉是球磨循環(huán)流化床法煙氣脫硫產(chǎn)生的固廢脫硫灰而獲得；其比表面積為350～600m2/kg。

12.優(yōu)選的，前述的充填方法，其中所述堿激發(fā)劑選自碳酸鈉、氫氧化鈉、硫酸鋁和硅酸鈉中的一種或幾種。

13.優(yōu)選的，前述的充填方法，其中所述石膏粉是球磨火力發(fā)電廠的固廢脫硫石膏或者磷化工廠的固廢磷石膏而獲得。

14.優(yōu)選的，前述的充填方法，所述固體原料的制備方法為：先將生物質(zhì)灰、?；郀t礦渣、脫硫灰、石膏和堿激發(fā)劑按比例混合，再球磨；或者，先分別球磨生物質(zhì)灰、?；郀t礦渣、脫硫灰和石膏，再將球磨后的原料與堿激發(fā)劑按比例混合。

15.本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種有色金屬礦山尾礦漿的處理方法，所述有色金屬礦山尾礦漿為從有色金屬礦山直接獲取的尾礦漿，其包括以下步驟：1)制備固體原料和液體原料；以質(zhì)量百分含量計(jì)，所述固體原料的組成如下：生物質(zhì)微粉10～30％，?；郀t礦渣粉40～60％，脫硫灰粉10～20％，堿激發(fā)劑3～5％和石膏粉5～10％；所述液體原料為生物質(zhì)提取液；所述生物質(zhì)提取液的制備方法如下：植物秸稈熱解氣化，收集冷凝液體；向其中加入甲基苯磺酸鈉反應(yīng)；2)將所述液體原料與所述固體原料加入所述有色金屬礦山尾礦漿中，在有色金屬礦山尾礦充填站混合攪拌；所述固體原料與所述液體原料的質(zhì)量百分含量比為95～98％：2～5％；所述固體原料與所述液體原料的總量為100％；所述有色金屬礦山尾礦漿中包括尾砂固體分；所述固體原料與所述尾砂固體分的質(zhì)量比為1:4～8；3)將步驟2)得到的混合物料輸送至有色金屬礦山地下采空區(qū)充填。

16.本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還采用以下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。依據(jù)本發(fā)明提出的一種生物質(zhì)基膠凝材料，其包括95～98％的固體原料和2～5％的液體原料；其中，所述固體原料的組成如下：生物質(zhì)微粉10～30％，?；郀t礦渣粉40～60％，脫硫灰粉10～20％，堿激發(fā)劑3～5％和石膏粉5～10％；所述液體原料為生物質(zhì)提取液；所述生物質(zhì)提取液的制備方法如下：植物秸稈熱解氣化，收集冷凝液體；向其中加入甲基苯磺酸鈉反應(yīng)；上述原料

的含量均為質(zhì)量百分含量；所述生物質(zhì)基膠凝材料的總量為100％。

17.借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明提出的有色金屬礦山地下采空區(qū)的充填方法、有色金屬礦山尾礦漿的處理方法及生物質(zhì)基膠凝材料至少具有下列優(yōu)點(diǎn)：

18.1、本發(fā)明提出的有色金屬礦山地下采空區(qū)的充填方法、有色金屬礦山尾礦漿的處理方法均使用生物質(zhì)基膠凝材料進(jìn)行；所述生物質(zhì)基膠凝材料中不包括水泥，僅使用工業(yè)固廢、以及由農(nóng)業(yè)固廢加工的生物質(zhì)微粉和生物質(zhì)提取液，兩種生物質(zhì)材料分別以不同的作用機(jī)理發(fā)揮作用，生物質(zhì)微粉可通過激發(fā)劑激發(fā)其活性，參與水化反應(yīng)形成具有一定強(qiáng)度的材料；生物質(zhì)提取液則可以避免發(fā)生水化反應(yīng)時(shí)固體顆粒之間發(fā)生團(tuán)聚而導(dǎo)致水化反應(yīng)的不完全，同時(shí)還可以通過引氣作用增加漿體的流動(dòng)性，最終增加充填體的抗壓強(qiáng)度；所述工業(yè)固廢也能同時(shí)被激發(fā)劑激發(fā)其活性，參與水化反應(yīng)形成具有一定強(qiáng)度的材料。

19.2、本發(fā)明提出的生物質(zhì)基膠凝材料，其中添加了石膏粉和脫硫灰粉；所述石膏粉在膠凝材料水化反應(yīng)的初期主要提供ca

2+

和so

42-，以促進(jìn)體系鈣礬石的形成，并促使充填體早期強(qiáng)度快速形成；同時(shí)所述脫硫灰粉還有助于csh凝膠體系的形成，保證充填體后期持續(xù)的強(qiáng)度性能。

20.3、本發(fā)明提出的生物質(zhì)基膠凝材料所采用的原材料大部分為工業(yè)固廢或者農(nóng)業(yè)固廢及廢液，原材料成本低，獲取方便，且加工生產(chǎn)工藝簡單，成本相對于市售硅酸鹽水泥類膠凝材料的低，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

21.4、本發(fā)明提出的生物質(zhì)基膠凝材料應(yīng)用于有色金屬礦山尾砂充填中，由于礦山大多處于偏遠(yuǎn)的山區(qū)，周圍農(nóng)林產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)。本發(fā)明將農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的生物質(zhì)微粉應(yīng)用于礦山地下采空區(qū)的充填，不僅解決了農(nóng)業(yè)廢料的污染問題，還解決的礦山尾礦渣堆積的問題，降低了礦山采空區(qū)的安全隱患，并降低了礦山尾礦充填的成本。

22.上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，并可依照說明書的內(nèi)容予以實(shí)施，以下以本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)說明如后。

具體實(shí)施方式

23.為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合較佳實(shí)施例，對依據(jù)本發(fā)明提出的有色金屬礦山地下采空區(qū)的充填方法、有色金屬礦山尾礦漿的處理方法及生物質(zhì)基膠凝材料，其具體實(shí)施方式、特征及其功效，詳細(xì)說明如后。在下述說明中，不同的“一實(shí)施例”或“實(shí)施例”指的不一定是同一實(shí)施例。此外，一或多個(gè)實(shí)施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。

24.本發(fā)明提出一種生物質(zhì)基膠凝材料，其包括95～98％的固體原料和2～5％的液體原料。所述生物質(zhì)基膠凝材料中不包括水泥材料，而是在固體原料以及液體原料中均包括了生物質(zhì)材料。兩種生物質(zhì)材料分別以不同的作用方式，并與其他配料一起為所述生物質(zhì)基膠凝材料提供了膠凝性能。其中，所述固體原料的組成如下：生物質(zhì)微粉10～30％，?；郀t礦渣粉40～60％，脫硫灰粉10～20％，堿激發(fā)劑3～5％和石膏粉5～10％；所述液體原料為生物質(zhì)提取液；上述原料的含量均為質(zhì)量百分含量；所述生物質(zhì)基膠凝材料的總量為100％。

25.所述的生物質(zhì)微粉的制備方法如下：首先，收集生物質(zhì)材料；所述生物質(zhì)材料可以是農(nóng)作物廢料，例如，植物秸稈；然后，將收集到的生物質(zhì)材料除雜、破碎，通過鍋爐在500～

800℃的條件下使其充分燃燒，得到生物質(zhì)灰；最后，將所述生物質(zhì)灰通過球磨機(jī)進(jìn)行球磨3～5h，即得所述的生物質(zhì)微粉。

26.所述的生物質(zhì)提取液的制備方法如下：按照前述的方法收集生物質(zhì)材料；然后，將收集到的生物質(zhì)材料除雜、破碎，于真空條件下在500～800℃的溫度下熱解氣化，通過冷凝的方式收集液體，將所收集的液體冷卻后過濾，取其濾液；最后，向所述濾液中加入甲基苯磺酸鈉；所述濾液與所述甲基苯磺酸鈉的質(zhì)量比為1：0.05～0.2；在80～100℃的條件下進(jìn)行磺化反應(yīng)2～4h，冷卻，即得所述的生物質(zhì)提取液，也稱為改性生物質(zhì)提取液。

27.上述生物質(zhì)提取液制備過程中，過濾得到的濾渣可以作為生物質(zhì)材料用于加工生物質(zhì)微粉。制備所述生物質(zhì)提取液所用的真空設(shè)備，可以通過制備所述生物質(zhì)微粉的鍋爐進(jìn)行加熱，一方面可以避免所述鍋爐的熱量散失，另一方面也可以使得所述真空設(shè)備無需另外配置熱源。通過上述生物質(zhì)微粉與生物質(zhì)提取液的聯(lián)產(chǎn)工藝，可以使其形成物質(zhì)循環(huán)和熱量循環(huán)，從而使得物料和熱量均能充分利用，該工藝還綠色環(huán)保。

28.本發(fā)明所述的生物質(zhì)基膠凝材料中，無需使用水泥材料，僅使用上述的生物質(zhì)微粉和改性生物質(zhì)提取液，并配合使用由工業(yè)固廢加工的?；郀t礦渣粉、脫硫灰、石膏粉和堿激發(fā)劑，即可獲得性能優(yōu)異的膠凝材料。所述生物質(zhì)基膠凝材料用于有色金屬礦山尾礦漿的處理能夠取得很好的效果，將生物質(zhì)基膠凝材料與有色金屬礦山尾礦漿混合攪拌后，將混合物料充填至有色金屬礦山地下采空區(qū)，其凝結(jié)速度快，方便從連續(xù)作業(yè)，同時(shí)得到的充填體早期強(qiáng)度和長期強(qiáng)度均遠(yuǎn)高于42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥拌合尾礦漿充填采空區(qū)的效果，從而使得該充填方法能夠很好地降低礦山安全風(fēng)險(xiǎn)。

29.所述生物質(zhì)微粉的主要成分為硅鋁酸鹽，經(jīng)過適當(dāng)處理并通過激發(fā)劑激發(fā)其活性，可以參與水化反應(yīng)形成具有一定強(qiáng)度的材料。

30.所述的生物質(zhì)提取液的主要成分為大分子纖維素，其分子結(jié)構(gòu)上具有大量的羥基和羧基基團(tuán)，通過上述的磺化反應(yīng)，可以使其分子結(jié)構(gòu)上具有一定的磺酸基，磺酸基團(tuán)的引入能夠使大分子纖維素在水溶液中帶有電荷，使其可以吸附在充填材料的表面上，從而避免發(fā)生水化反應(yīng)時(shí)固體顆粒之間發(fā)生團(tuán)聚而導(dǎo)致水化反應(yīng)的不完全；進(jìn)一步的，羥基和羧基基團(tuán)具引氣作用，可以在水化反應(yīng)體系中適量引入平均直徑小于40μm的微小氣泡，起到潤滑作用，從而增加了漿體的流動(dòng)性，使得漿體內(nèi)部更加密實(shí)，減少了充填體內(nèi)大于1mm的空洞形成，從而增加了充填體的抗壓強(qiáng)度。

31.本發(fā)明的配方中還添加了石膏粉，其在膠凝材料水化反應(yīng)的初期主要提供ca

2+

和so

42-，以促進(jìn)體系鈣礬石的形成，并促使充填體早期強(qiáng)度快速形成。脫硫灰粉主要成分為氧化鈣、碳酸鈣和硫酸鈣等混合物，脫硫灰的作用除了為膠凝材料水化提供堿性ph環(huán)境以外，還能形成csh膠體，從而提升充填體的后期的抗壓強(qiáng)度。

32.本發(fā)明采用的原材料大部分為工業(yè)固廢或者農(nóng)業(yè)固廢及廢液，原材料成本低，獲取方便，且加工生產(chǎn)工藝簡單，成本相對于市售硅酸鹽水泥類膠凝材料的低，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

33.優(yōu)選的，所述生物質(zhì)微粉是先預(yù)處理所述農(nóng)業(yè)固廢植物秸稈，然后使其燃燒得到生物質(zhì)灰；最后再對所得到的生物質(zhì)灰進(jìn)行球磨而獲得；所述生物質(zhì)微粉的比表面積為350～600m2/kg。

34.優(yōu)選的，所述改性生物質(zhì)提取液也是先預(yù)處理所述農(nóng)業(yè)固廢植物秸稈，然后使其

熱解氣化，通過冷凝的方式使其冷凝為液體；過濾所述液體，取其濾液；再向所述濾液中加入甲基苯磺酸鈉，使其發(fā)生磺化反應(yīng)。

35.所述的植物秸稈是成熟農(nóng)作物莖葉部分的總稱，通常指小麥、水稻、玉米、薯類、油料、棉花、甘蔗和其它農(nóng)作物在收獲籽實(shí)后的剩余部分，其是一種農(nóng)作物廢料，目前也存在一定的環(huán)境污染問題。尤其是農(nóng)作物桿徑和農(nóng)作物廢液，通常采用的是焚燒的方式進(jìn)行處理，產(chǎn)生大量的生物質(zhì)灰，若不處理則會(huì)對環(huán)境造成了較大的污染，尚無較好的辦法進(jìn)行處理。本發(fā)明將生物質(zhì)材料分別加工為生物質(zhì)微粉和生物質(zhì)提取液，使二者相互配合共同作用，獲得了優(yōu)異的膠凝性能，從而完全替代了傳統(tǒng)的水泥材料，既降低了采購水泥的成本，又避免了生產(chǎn)水泥所帶來的環(huán)境污染，同時(shí)還消化了農(nóng)業(yè)固廢，獲得了強(qiáng)度高、凝結(jié)速度快的膠凝材料。

36.礦山大多處于偏遠(yuǎn)的山區(qū)，周圍農(nóng)林產(chǎn)業(yè)發(fā)達(dá)。本發(fā)明將農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的生物質(zhì)灰應(yīng)用于礦山地下采空區(qū)的充填，不僅解決了農(nóng)業(yè)廢料的污染問題，還解決的礦山尾礦渣堆積的問題，并降低了礦山尾礦充填的成本。

37.優(yōu)選的，所述植物秸稈選自水稻桿、玉米桿、高粱桿和甘蔗桿中的一種或幾種。

38.進(jìn)一步的，本發(fā)明技術(shù)方案中除了消化大量農(nóng)業(yè)固廢之外，其所使用的其他原料也均來自工業(yè)固廢。

39.優(yōu)選的，所述?；郀t礦渣粉是球磨鋼鐵行業(yè)的固廢?；郀t礦渣而獲得；其比表面積為350～600m2/kg。所述粒化高爐礦渣粉的制備方法如下：將?；郀t礦渣經(jīng)120℃的烘房烘干至含水量質(zhì)量百分含量低于10％，然后將其放進(jìn)球磨機(jī)中球磨3～5h，即得表面積為350～600m2/kg的?；郀t礦渣粉。

40.優(yōu)選的，所述脫硫灰粉是球磨工業(yè)循環(huán)流化床法煙氣脫硫產(chǎn)生的固廢脫硫灰而獲得；其比表面積為350～600m2/kg。所述脫硫灰粉的制備方法如下：循環(huán)硫化床法進(jìn)行煙氣脫硫后的固廢物，經(jīng)過球磨機(jī)進(jìn)行球磨3～5h，即得表面積為350～600m2/kg的脫硫灰。

41.優(yōu)選的，所述石膏粉是球磨火力發(fā)電廠的固廢脫硫石膏或者磷化工廠的固廢磷石膏而獲得。脫硫石膏為火力發(fā)電廠濕法脫硫的副產(chǎn)物固廢，磷石膏為磷化工廠的副產(chǎn)物固廢。所述石膏粉的制備方法如下：將脫硫石膏或磷石膏經(jīng)120℃烘房烘干至含水量質(zhì)量百分含量低于10％，然后將其放進(jìn)球磨機(jī)中球磨3～5h，即得表面積為350～600m2/kg的石膏粉。

42.進(jìn)一步的，本發(fā)明采用活性堿激發(fā)劑，激發(fā)了各種原料，如?；郀t礦渣粉、生物質(zhì)微粉等硅鋁酸鹽的活性，使其均能參與水化膠凝反應(yīng)，從而形成具有一定強(qiáng)度的充填體，得到優(yōu)異的膠凝性能。

43.優(yōu)選的，所述堿激發(fā)劑選自碳酸鈉、氫氧化鈉、硫酸鋁和硅酸鈉中的一種或幾種。

44.由本發(fā)明的具體實(shí)施例1和實(shí)施例2的性能檢測結(jié)果可見，與市售的425水泥作為膠凝材料相比，在灰砂比同樣為1:4時(shí)，本發(fā)明技術(shù)方案的膠凝材料，其3d早期強(qiáng)度比425水泥的抗壓強(qiáng)度高出65％以上，7d早期強(qiáng)度比425水泥的抗壓強(qiáng)度高出55％以上，28d的抗壓強(qiáng)度比425水泥的抗壓強(qiáng)度高出47％以上。進(jìn)一步的，即使將本發(fā)明的膠凝材料的灰砂比縮小為1:8，其各時(shí)間段的抗壓強(qiáng)度依然大于425水泥灰砂比為1:4時(shí)候的抗壓強(qiáng)度，說明本發(fā)明的膠凝材料效果好。本發(fā)明的配方中雖然未采用任何水泥材料，在極大地降低材料成本的同時(shí)，其膠凝性能還非常優(yōu)異，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于采用425水泥充填尾礦砂時(shí)的強(qiáng)度。

45.生物質(zhì)基膠凝材料的制備括分別制備固體原料和液體原料的步驟；然后，所述固

體原料和液體原料先分別存放，在施工時(shí)才會(huì)與尾礦砂進(jìn)行混合；以質(zhì)量百分含量計(jì)，每100％的生物質(zhì)基膠凝材料中包括95～98％的固體原料和2～5％的液體原料；所述固體原料的制備方法為：先將生物質(zhì)灰、?；郀t礦渣、脫硫灰、石膏和堿激發(fā)劑按比例混合，再球磨；或者，先分別將生物質(zhì)灰、粒化高爐礦渣、脫硫灰和石膏各自球磨，再將球磨后的原料與堿激發(fā)劑按比例混合；所述固體原料的組成如下：生物質(zhì)微粉10～30％，?；郀t礦渣粉40～60％，脫硫灰粉10～20％，堿激發(fā)劑3～5％和石膏粉5～10％；所述液體原料為生物質(zhì)提取液，其制備方法為：將植物秸稈熱解氣化后冷凝，向冷凝后的液體中加入甲基苯磺酸鈉磺化。

46.將生物質(zhì)基膠凝材料用于拌合有色金屬礦山尾砂充填至地下采空區(qū)，其包括以下步驟：分別制備所述固體原料和液體原料；將所述固體原料和液體原料輸送至礦山的充填站。從礦場直接獲取的尾礦漿，其質(zhì)量百分濃度(也稱為尾砂固體分)一般為70％左右；將所述尾礦漿也輸送至礦山的充填站。在所述充填站，按照設(shè)計(jì)的配比將所述固體原料和所述液體原料加入所述尾礦漿中，混合均勻；混合時(shí)，所述固體原料和所述尾礦漿中固體分尾砂的質(zhì)量比稱為灰砂比，一般控制所述灰砂比為1:4～8；所述液體原料的加入量則根據(jù)所述生物質(zhì)基膠凝材料中固體原料與液體原料的比例確定。將上述固體原料、液體原料與尾礦漿攪拌混合后的物料充填至有色金屬礦山地下采空區(qū)的充填區(qū)，凝結(jié)固化。按照該操作方法，即可將有色金屬礦山尾砂穩(wěn)定地充填于有色金屬礦山地下采空區(qū)。既解決了礦山尾砂的堆放問題，又降低了礦山采空區(qū)的安全隱患。

47.本發(fā)明采用工業(yè)固廢和農(nóng)林業(yè)固廢及廢液，通過水化膠凝反應(yīng)，以代替硅酸鹽水泥，將有色金屬礦山固廢產(chǎn)物尾礦砂固化在礦山地下采空區(qū)，減少尾礦砂對環(huán)境的危害，并降低礦山尾砂充填的成本，響應(yīng)國家號(hào)召，減少礦山產(chǎn)業(yè)鏈及充填材料材料產(chǎn)業(yè)鏈中的碳排放。

48.下面通過更為具體的實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。其中生物質(zhì)微粉、?；郀t礦渣粉、脫硫灰粉、石膏粉以及生物質(zhì)提取液均為自行制備；堿激發(fā)劑為市售產(chǎn)品。

49.將生物質(zhì)材料在700℃充分燃燒，收集燃燒后的生物質(zhì)灰，將生物質(zhì)灰再經(jīng)球磨機(jī)球磨4h，得到表面積為350～600m2/kg的生物質(zhì)微粉。

50.將煉鐵行業(yè)的固廢粒化高爐礦渣放進(jìn)120℃的烘房中烘干，至含水量質(zhì)量百分含量為5％左右，然后放進(jìn)球磨機(jī)中球磨4h，即得表面積為350～600m2/kg的?；郀t礦渣粉。

51.將循環(huán)硫化床法進(jìn)行煙氣脫硫后的固廢物脫硫灰放進(jìn)球磨機(jī)中球磨4h，即得表面積為350～600m2/kg的脫硫灰粉。

52.將石膏放進(jìn)120℃的烘房中烘干，至含水量質(zhì)量百分含量為5％左右，然后放進(jìn)球磨機(jī)中球磨4h，即得表面積為350～600m2/kg的石膏粉。

53.將生物質(zhì)材料在真空條件下，700℃熱解氣化，收集液體并冷卻過濾。向?yàn)V液加入濾液質(zhì)量10％的甲基苯磺酸鈉，在90℃進(jìn)行磺化反應(yīng)3h，冷卻后即得改性生物質(zhì)提取液。

54.實(shí)施例1

55.本實(shí)施例中生物質(zhì)基膠凝材料的各組分配比如下：以質(zhì)量百分含量計(jì)，其包括：水稻桿微粉10％，?；郀t礦渣粉60％，脫硫灰粉20％，碳酸鈉3％，脫硫石膏粉5％，水稻桿提取液2％。按照上述原料配比將水稻桿微粉、?；郀t礦渣粉、脫硫灰粉、碳酸鈉和脫硫石膏

粉混合均勻，得到固體原料；水稻桿提取液作為液體原料。

56.將本實(shí)施例的生物質(zhì)基膠凝材料，以固體原料：尾礦漿中固體尾砂質(zhì)量比1:6的灰砂比應(yīng)用于廣西某有色金屬礦山地下采空區(qū)的充填，取得良好的效果。

57.實(shí)施例2

58.本實(shí)施例中生物質(zhì)基膠凝材料的各組分配比如下：以質(zhì)量百分含量計(jì)，其包括：甘蔗桿微粉15％，玉米桿微粉15％，?；郀t礦渣粉40％，脫硫灰粉10％，氫氧化鈉2％，硫酸鋁3％，磷石膏粉10％，甘蔗桿提取液3％，玉米桿提取液2％。按照上述原料配比將甘蔗桿微粉、玉米桿微粉、?；郀t礦渣粉、脫硫灰粉、氫氧化鈉、硫酸鋁和磷石膏粉混合均勻，得到固體原料；蔗桿提取液和玉米桿提取液混合得到液體原料。

59.將本實(shí)施例的生物質(zhì)基膠凝材料，以固體原料：尾礦漿中固體尾砂質(zhì)量比1:8的灰砂比應(yīng)用于陜西某有色金屬礦山地下采空區(qū)的充填，取得良好的效果。

60.性能測試：

61.將上述實(shí)施例中的固體原料加入陜西某有色金屬礦山獲取的有色金屬礦山尾礦漿中攪拌；所述尾礦漿從礦場直接獲取，其質(zhì)量濃度為70％；再向其中加入上述實(shí)施例中的液體原料，攪拌均勻。根據(jù)實(shí)施例中的固體原料與尾礦漿中的尾砂固體分的質(zhì)量比計(jì)算灰砂比，控制混合料的灰砂比為1:4和1:8，得到實(shí)施例1的1:4混合料和1:8混合料，以及實(shí)施例2的1:4混合料和1:8混合料。將上述4個(gè)混合料均制成70mm

×

70mm

×

70mm的試塊，在溫度為20

±

2℃、相對濕度為95％的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)28天，并分別測定試塊3天、7天、28天的抗壓強(qiáng)度。以市售425水泥作為膠凝材料的對比樣，以灰砂比1:4將425水泥與尾礦漿混合，攪拌均勻，制成同樣的試塊進(jìn)行同樣的測試。其測試結(jié)果見下表1所示：

62.表1

[0063][0064]

從表1中的測試數(shù)據(jù)可見，本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例2檢測試塊各時(shí)間段的抗壓強(qiáng)度均遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)425水泥作膠凝材料時(shí)的抗壓強(qiáng)度；特別的，其早期強(qiáng)度的優(yōu)越性更為明顯。當(dāng)灰砂比均為1:4時(shí)，實(shí)施例1和實(shí)施例2中生物質(zhì)基膠凝材料的3d早期強(qiáng)度比425水泥的抗壓強(qiáng)度高出65％以上，7d早期強(qiáng)度比425水泥的抗壓強(qiáng)度高出55％以上，28d的抗壓強(qiáng)度比425水泥的抗壓強(qiáng)度高出47％以上。由上述數(shù)據(jù)可見，本發(fā)明技術(shù)方案提供的生物質(zhì)基膠凝材料，其膠凝性能甚至優(yōu)于傳統(tǒng)的水泥，非常適合礦山生產(chǎn)的連續(xù)作業(yè)要求；且，本發(fā)明提供的生物質(zhì)基膠凝材料充填用量少，即使將灰砂比降低為1:8時(shí)，其各時(shí)間段的抗壓強(qiáng)度依

然高于傳統(tǒng)425水泥灰砂比1:4時(shí)的抗壓強(qiáng)度；本身材料成本低，加之用量少，具有很好的經(jīng)濟(jì)效益，且節(jié)能減排，綠色環(huán)保。

[0065]

本發(fā)明權(quán)利要求和/或說明書中的技術(shù)特征可以進(jìn)行組合，其組合方式不限于權(quán)利要求中通過引用關(guān)系得到的組合。通過權(quán)利要求和/或說明書中的技術(shù)特征進(jìn)行組合得到的技術(shù)方案，也是本發(fā)明的保護(hù)范圍。

[0066]

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。技術(shù)特征：

1.一種有色金屬礦山地下采空區(qū)的充填方法，其特征在于，其包括以下步驟：1)制備固體原料和液體原料；以質(zhì)量百分含量計(jì)，所述固體原料的組成如下：生物質(zhì)微粉10～30％，?；郀t礦渣粉40～60％，脫硫灰粉10～20％，堿激發(fā)劑3～5％和石膏粉5～10％；所述液體原料為生物質(zhì)提取液；所述生物質(zhì)提取液的制備方法如下：植物秸稈熱解氣化，收集冷凝液體；向其中加入甲基苯磺酸鈉反應(yīng)；2)將所述液體原料與所述固體原料加入有色金屬礦山尾礦漿中，在有色金屬礦山尾礦充填站混合攪拌；所述固體原料與所述液體原料的質(zhì)量百分含量比為95～98％：2～5％；所述固體原料與所述液體原料的總量為100％；所述有色金屬礦山尾礦漿為從有色金屬礦山直接獲取的尾礦漿；所述有色金屬礦山尾礦漿中包括尾砂固體分；所述固體原料與所述尾砂固體分的質(zhì)量比為1:4～8；3)將步驟2)得到的混合物料輸送至有色金屬礦山地下采空區(qū)充填。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填方法，其特征在于，所述生物質(zhì)微粉的制備方法如下：植物秸稈燃燒得到生物質(zhì)灰；球磨所述生物質(zhì)灰；所述生物質(zhì)微粉的比表面積為350～600m2/kg。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的充填方法，其特征在于，所述植物秸稈選自水稻桿、玉米桿、高粱桿和甘蔗桿中的一種或幾種。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填方法，其特征在于，所述?；郀t礦渣粉是球磨鋼鐵行業(yè)的固廢?；郀t礦渣而獲得；其比表面積為350～600m2/kg。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填方法，其特征在于，所述脫硫灰粉是球磨循環(huán)流化床法煙氣脫硫產(chǎn)生的固廢脫硫灰而獲得；其比表面積為350～600m2/kg。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填方法，其特征在于，所述堿激發(fā)劑選自碳酸鈉、氫氧化鈉、硫酸鋁和硅酸鈉中的一種或幾種。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填方法，其特征在于，所述石膏粉是球磨火力發(fā)電廠的固廢脫硫石膏或者磷化工廠的固廢磷石膏而獲得。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的充填方法，其特征在于，所述固體原料的制備方法為：先將生物質(zhì)灰、粒化高爐礦渣、脫硫灰、石膏和堿激發(fā)劑按比例混合，再球磨；或者，先分別球磨生物質(zhì)灰、粒化高爐礦渣、脫硫灰和石膏，再將球磨后的原料與堿激發(fā)劑按比例混合。9.一種有色金屬礦山尾礦漿的處理方法，所述有色金屬礦山尾礦漿為從有色金屬礦山直接獲取的尾礦漿，其特征在于，其包括以下步驟：1)制備固體原料和液體原料；以質(zhì)量百分含量計(jì)，所述固體原料的組成如下：生物質(zhì)微粉10～30％，?；郀t礦渣粉40～60％，脫硫灰粉10～20％，堿激發(fā)劑3～5％和石膏粉5～10％；所述液體原料為生物質(zhì)提取液；所述生物質(zhì)提取液的制備方法如下：植物秸稈熱解氣化，收集冷凝液體；向其中加入甲基苯磺酸鈉反應(yīng)；2)將所述液體原料與所述固體原料加入所述有色金屬礦山尾礦漿中，在有色金屬礦山尾礦充填站混合攪拌；所述固體原料與所述液體原料的質(zhì)量百分含量比為95～98％：2～5％；所述固體原料與所述液體原料的總量為100％；所述有色金屬礦山尾礦漿中包括尾砂固體分；所述固體原料與所述尾砂固體分的質(zhì)量比為1:4～8；3)將步驟2)得到的混合物料輸送至有色金屬礦山地下采空區(qū)充填。10.一種生物質(zhì)基膠凝材料，其特征在于，其包括95～98％的固體原料和2～5％的液體

原料；其中，所述固體原料的組成如下：生物質(zhì)微粉10～30％，?；郀t礦渣粉40～60％，脫硫灰粉10～20％，堿激發(fā)劑3～5％和石膏粉5～10％；所述液體原料為生物質(zhì)提取液；所述生物質(zhì)提取液的制備方法如下：植物秸稈熱解氣化，收集冷凝液體；向其中加入甲基苯磺酸鈉反應(yīng)；上述原料的含量均為質(zhì)量百分含量；所述生物質(zhì)基膠凝材料的總量為100％。

技術(shù)總結(jié)

本發(fā)明提出一種有色金屬礦山地下采空區(qū)的充填方法、有色金屬礦山尾礦漿的處理方法及生物質(zhì)基膠凝材料。所述充填方法包括：制備固體原料和液體原料；固體原料組成如下：生物質(zhì)微粉10～30％，粒化高爐礦渣粉40～60％，脫硫灰粉10～20％，堿激發(fā)劑3～5％和石膏粉5～10％；液體原料為生物質(zhì)提取液；將2～5％液體原料與95～98％固體原料加入有色金屬礦山尾礦漿中，攪拌；將混合物料輸送至有色金屬礦山地下采空區(qū)充填。該充填法所要解決的技術(shù)問題是如何通過生物質(zhì)基膠凝材料有效膠凝有色金屬礦山尾礦漿，使得由其充填的地下采空區(qū)的充填體早期強(qiáng)度和長期強(qiáng)度均高、且凝結(jié)速度快；所述方法既綠色環(huán)保，又成本經(jīng)濟(jì)，還安全性能優(yōu)異，從而更加適于實(shí)用。從而更加適于實(shí)用。

技術(shù)研發(fā)人員：屈中偉 陳向陽 王悅 梅棟梁

受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京華晟創(chuàng)元環(huán)境科技有限公司

技術(shù)研發(fā)日：2021.11.15

技術(shù)公布日：2022/3/15