矿渣-钢渣基胶结剂固化—稳定化含铅尾砂

为考察将含铅尾砂固化—稳定化后充填到地下水活动范围的方式含铅尾砂的可行性,以矿渣、钢渣等工业固体废弃物制成胶凝材料(冶金渣胶凝材料),考察其对铅离子的固化作用。结果表明,冶金渣固化体试样铅浸出浓度明显低于水泥固化体试样,冶金渣固铅试样28 d龄期抗压强度接近水泥固铅试样的2倍,且冶金渣固铅试样56 d龄期后铅浸出浓度和抗压强度保持稳定。XRD和IR分析结果表明,冶金渣净浆试样中不仅钙矾石含量高于水泥,而且硅氧四面体链接比水泥复杂,存在类沸石相结构,是冶金渣固铅性能好的原因。

马蔺对铅尾砂土壤酶活性和铅形态的影响

尾矿砂是一种重金属含量高、有机质极其贫乏极难治理的矿业废弃地类型,对其进行人工植被恢复过程中植物对尾矿砂土壤酶活性和重金属存在形态的影响是评价人工植被恢复对其土壤改良作用的重要因子。马蔺作为一种铅超积累植物对铅尾矿砂土壤改良效应还不清楚。为此,采集南京栖霞山铅锌矿区尾矿库土样进行马蔺盆栽试验,通过测定土壤铅形态和土壤脲酶、过氧化物酶和转化酶活性研究了种植马蔺对铅尾砂土壤不同酶活性以及土壤铅形态转化的影响。结果表明,与对照园土相比,尾砂中脲酶和转化酶活性极低,过氧化物酶活性较高,种植马蔺均促使对照园土和尾砂中土壤脲酶、转化酶和过氧化物酶活性增加,尤其种植马蔺对尾砂中3种土壤酶活性的促进效应较为明显,尾砂中种植马蔺1个月后土壤脲酶、转化酶和过氧化物酶活性分别较未种植马蔺尾砂土壤各酶活性提高29.6%、32.1%和22.3%。另外,园土上种植马蔺能使生物有效态铅转化为非有效态,降低植物对铅的吸收;而在铅总量较高的尾砂中种植马蔺1个月后交换态铅含量急剧下降,降幅达62.1%,铁锰氧化态、有机质结合态和残渣态铅含量增幅并不明显,分别较未种植马蔺尾砂中相应铅形态含量增加8.1%、0.9%和3.7%,而同时马蔺根系内铅含量急剧增加。可见,种植马蔺并未使尾砂中的有效态铅转化为无效态铅,而是大部分被植物吸收,因而马蔺作为铅超积累植物在铅矿业废弃地植被恢复过程中具有较大的应用潜力。

铅锌矿尾砂水稳层力学及耐久性研究

为实现铅锌矿尾砂的资源化利用,规避土壤污染风险,拟将其作为水稳层浇筑材料。开展了不同水泥掺量和水胶比条件下铅锌矿尾砂水稳层的力学及耐久性试验,并进一步以重金属离子浸出试验探究水泥对铅锌矿尾砂中Pb~(2+)、Zn~(2+)等离子的固稳能力,最后利用微观测试手段表征了水稳层的物相组成及微观形貌。结果表明:随着水泥掺量的增加及水胶比的提升,将产生更多的C-S-H凝胶与AFt等水化胶凝产物,该类产物能够有效胶结铅锌矿尾砂颗粒并填补空隙,使试样微观结构更加密实,从而提升试样的宏观力学性能;当水泥掺量为6%、水胶比为0.5时制备的铅锌矿尾砂水稳层28 d抗压强度达到4.15 MPa,且经干湿、冻融循环后,其无侧限抗压强度保留率分别为73%~79%和88%~90%,均满足JTG E51—2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》的要求;同时水泥可以有效固稳铅锌矿尾砂中的重金属离子,当水泥掺量为6%时,水稳层浸出液重金属质量浓度低于GB 5749—2022《生活饮用水卫生标准》中的控制值。相关研究成果可为铅锌矿尾砂的利用提供参考和借鉴。

铅锌矿尾砂在路基水稳层中的应用研究

为解决露天铅锌矿尾砂易对周边环境造成污染,降低尾砂处治成本,实现固废利用,本文对铅锌矿在水稳层中应用的可行性展开了研究。首先对铅锌矿尾砂的理化性质进行分析,然后将其作为细骨料应用于水泥稳定碎石层,并测试了试块的无侧限抗压强度及抗硫酸盐侵蚀性能,最后通过浸出试验,对其重金属离子的浸出量进行了检测。结果表明,铅锌矿尾砂应用于水泥稳定碎石层时,其最佳水胶比为0.5,当水泥掺量为6%,其强度能满足《公路沥青路面设计规范:JTG D50—2017》对二级及二级以下公路底基层要求,且铅锌矿尾砂水稳层抗硫酸盐侵蚀性能明显优于普通水稳层,通过浸出试验发现,当水泥掺量为6%时,其Pb、Zn离子浸出量均符合《生活饮用水卫生标准:GB 5749—2022》要求。研究结果可为铅锌矿尾砂在公路领域的应用提供借鉴和参考。

铅锌尾砂胶结充填材料优化配比正交试验

为优化铅锌尾砂胶结充填工艺参数,提高充填体的强度指标,采用正交试验方法分析料浆质量分数、灰砂比、粉煤灰掺量对充填体坍落度、泌水率和单轴抗压强度的影响,并确定充填材料的最优配合比。试验结果显示：料浆质量分数是影响充填体坍落度和泌水率的主要因素,料浆质量分数为74%时,坍落度为18.2~21.0 cm,料浆质量分数为74%时泌水率最低（≈1%）;充填体7天和28天单轴抗压强度与料浆质量分数及灰砂比呈正相关关系,与粉煤灰掺量呈负相关关系。综合考虑坍落度、泌水率和单轴抗压强度后得出试验结果,铅锌尾砂胶结充填最优配合比为料浆质量分数74%、灰砂比1：6、粉煤灰掺量15%。

湖南临湘矿区铅锌尾砂对杉木生长的影响

建国以来，我国建设了一大批有色金属矿山，但就整体来说，采矿工艺相对落后，大量矿山废弃物堆积，造成了对矿区土壤、水体和大气的严重污染。以往对矿山污染的研究主要集中在废水及矿砂对人体及周围土壤及农作物的影响［１，２］。杉木［Ｃｕｎｎｉｎｇｈａｍｉａｌａｎ...

煅烧硬质高岭土对铅锌矿溢流尾砂胶结膏体充填材料抗压强度的影响

对煅烧硬质高岭土对铅锌矿溢流尾砂胶结膏体充填材料抗压强度的影响进行了研究。研究结果表明:当胶结剂中煅烧硬质高岭土(Calcined Hard Kaolin,CHK)取代水泥率从0增加到30%时,胶结膏体充填材料(Cemented Paste Backfill,CPB)28d抗压强度基本保持不变;当CHK取代水泥率从30%增加到80%时,CPB的28d抗压强度急剧降低;当CHK取代水泥率低于50%的CPB养护到28d或56d后,其抗压强度大幅度降低;当CHK取代水泥率为50%的CPB养护到180d时,其抗压强度呈增长趋势。CPB抗压强度损失与其内部形成膨胀性物质(石膏)有关。当CHK取代水泥率为50%时,由于降低了胶结剂中水泥熟料的量,CHK中偏高岭土(Metakaolin,MK)和水泥水化产物氢氧化钙的火山灰反应解除或减少了膨胀性二水石膏的形成,结果CPB的180d抗压强度呈增长趋势。

3种有机改良剂对铅锌矿尾砂适生性改善的研究

铅锌矿尾砂由于肥力低、物理结构差且重金属镉(Cd)铅(Pb)锌(Zn)浓度高,植物难以生长,从而严重制约了尾砂库的生态恢复。利用改良剂改善尾砂的适生性是尾砂库生态恢复的重要方法。通过基质改良试验探究添加不同质量分数(1%、2.5%、5%)的发酵羊粪、污泥和椰壳生物炭对铅锌矿尾砂养分、物理结构的改良效果和对重金属镉铅锌的固定效果,再通过黑麦草(Lolium perenne L.)盆栽试验验证对适生性的改善效果。结果表明,添加改良剂使有效态氮、磷、钾以及有机质分别提高了0.87-9.56、1.87-37.7、1.87-43.7和0.85-7.28倍。添加质量分数为2.5%时,3种改良剂对尾砂的导水性、总孔隙度和持水性的积极影响最为显著,表现为发酵羊粪>生物炭>污泥。此外,3种改良剂显著(P<0.05)降低有效态重金属质量分数,Cd、Pb、Zn分别降低了28.6%-64.6%、30.4%-70.6%、14.4%-45.5%。其中,椰壳生物炭对3种重金属的固定效果最好。添加改良剂显著提高了黑麦草的发芽率、总高度和总干质量分别提高了16.1%-20.3%、10.8%-48.9%和7.55%-19.5%,其中发酵羊粪效果最好。因此,发酵羊粪、污泥和椰壳生物炭可作为改良剂改善铅锌矿尾砂的适生性并促进植物生长。Pearson相关性分析表明,植物地上部分干质量和株高与阳离子交换量和速效钾呈极显著(P<0.01)正相关,与饱和导水率和有效态重金属呈极显著(P<0.01)负相关。植物根干质量和根长均与饱和含水量呈显著正相关,而与1-2 mm的粒径呈显著负相关。该文可为养分贫瘠、物理结构差和高重金属污染尾砂库的植被恢复提供理论依据。

矿渣-粉煤灰基胶凝材料性能调控及其在铅锌矿尾砂胶结充填中的应用

尾砂胶结充填(Cemented Paste Backfill,CPB)是目前大规模消纳尾矿的主要方式,然而作为CPB中最常用的胶凝材料,普通硅酸盐水泥(Ordinary Portland Cement,OPC)的高成本限制了CPB的大规模推广应用,并且OPC大量使用不利于“双碳”目标的实现,因此需要研发新型的充填胶凝材料。利用煅烧层状双氢氧化物(CLDH)对Na_(2)CO_(3)激发高炉矿渣(Blast Furnace Slag,BFS)-粉煤灰(Fly Ash,FA)基胶凝材料进行改性,使其适用于铅锌矿尾砂胶结充填。一方面CLDH可以消耗反应体系中的CO^(2-)_(3),提高反应体系的pH值,进而促进反应,另一方面CLDH在重新水化过程中生成LDH,有利于对重金属的固化。通过研究胶凝材料的水化热、反应产物以及CPB样品的流动性、抗压强度和重金属固化效果,得出胶凝材料的最优配比。研究结果表明,样品B50FA50-CL5-Ca5具有最佳的综合性能。当胶凝材料和尾砂重量比为1∶6、料浆浓度为70 wt%时,充填体3 d和28 d抗压强度分别为1.21 MPa和2.77 MPa,并且重金属的固化效果符合国家相关标准。

碳酸盐激发胶凝材料性能优化及其在铅锌矿尾砂胶结充填中的应用

胶结充填是实现尾矿大宗资源化利用的有效途径,然而胶凝材料(水泥)的高成本限制了胶结充填的应用,因此亟待开发研究新型的充填胶凝材料。从实际工程应用的安全性和便利性角度出发,弱碱(如Na_(2)CO_(3))激发胶凝材料更适于胶结充填。然而其较低的反应速率导致胶结充填体早期强度较低,限制了采矿作业的顺利进行。针对这一问题,利用添加剂优化改性Na_(2)CO_(3)激发高炉矿渣作为胶凝材料用于胶结充填。通过探索不同添加剂对胶凝材料水化特性、反应产物以及对胶结充填样品流动性、抗压强度和重金属固化效率的影响,得出适合于铅锌矿尾砂胶结充填的胶凝材料配比。结果表明:当添加5 wt%煅烧白云石以及1 wt%碱式碳酸镁时,样品性能最优。当胶凝材料和尾砂质量比为1∶6、料浆浓度为76%时,充填体3 d和28 d抗压强度分别为1.41 MPa和3.89 MPa,并且重金属的浸出量符合国家相关标准。

低锌、低硫铅锌矿尾砂在我公司的成功应用

1 前言 在水泥熟料形成过程中,由于矿化剂、助熔剂起着改善生料的易烧性、促进矿物形成,节能降耗等作用,从而引起了人们的注意。国外学者很早就开展了这方面的研究,并在水泥生产中运用推广,取得巨大成果,他们发现氟、氯、硫、镁、锌等许多元素有矿化或助熔作用。国内学者对矿化剂助熔剂的研究及运用也做了大量工作,特别对氟硫复合重晶石在生产中成功运用,促进水泥生产技术发展,带来了显著的经济效益和社会效益。华南理工大学和广东省翁源水泥厂以凡口铅锌尾砂为原料(含锌是百分之二左右)。

铅锌尾砂细度对水泥砂浆力学性能及安全性的影响

研究了铅锌尾砂不同比表面积及掺量对水泥砂浆力学性能及安全性的影响。结果表明:铅锌尾砂比表面积对水泥砂浆力学性能影响较大,尾砂比表面积需要适中,其中B铅锌尾砂经粉磨15min效果较良好,过细会导致浆体流动性不佳,试件成型不均,结构不密实导致力学性能下降。铅锌尾砂在合适比表面积范围内(300-500m2/kg)用于水泥砂浆制备的掺量可达到20%。且重金属浸出率及试块的内照射指数、外照射指数、放射性总比活度均满足国家标准要求,可以作为建筑材料使用。

尾砂压缩固结特性试验及e-P曲线模型分析研究

为探索压实度K和含水率ω对铅锌尾砂压缩固结特性的影响,采用WG三联高压固结仪对铅锌尾砂开展了标准固结试验,基于修正后的e—P曲线分析模型来分析铅锌尾砂的压缩固结特性。结果表明：（1）压缩系数av1-2随K增大而减小。当ω〈ωopt时,av1-2在0.034-0.092 MPa-1间波动;当ω≥ωopt时,av1-2随ω增大而增大。ω≥15%时,尾砂属中压缩性土;ω〈15%时,尾砂属低压缩性土。（2）固结系数Cv随K增大而降低,随ω增大而先增大后减小,ω=9%时Cv最大。（3）修正了e—P模型并优化模型参数,验证了模型的正确性与合理性。该研究结果为尾矿库（坝）的稳定性分析提供了试验和理论基础,为尾矿库的安全运行与回采利用提供科学依据。

稻壳灰对污染尾砂典型重金属的稳定化

矿山开采引起的废弃物堆积、滑坡及渗漏问题愈发严重。基于“以废治废”的理念和策略,本研究旨在提出一种绿色、高效的方法以稳定尾砂中的重金属。为了更好地评价稳定化尾砂的稳定性能,通过向铅锌矿尾砂中加入不同掺量的稻壳灰(RHA)(1%、5%、7%、10%和15%),并在室温下养护7 d、14 d、21 d和28 d,测定稳定后尾砂的浸出毒性和形态含量。结果表明,RHA的添加有利于调节尾砂的pH。相关性结果显示,pH与Cd呈显著负相关(p<0.01),与Pb呈正相关(p<0.05),与Zn无明显的相关性,与Pb、Zn相比,Cd受酸碱度的影响最大。RHA对Pb、Zn和Cd的稳定效果依次为Pb>Cd>Zn,Pb、Zn和Cd的最佳去除率分别达到99.94%、83.03%和95.70%。稳定后浸出液中Cd的浓度低于地表水IV级水质标准(GB 3838-2002),弱酸提取态Pb、Zn和Cd的含量分别下降了96.68%、65.53%和69.47%,有效降低了Pb、Zn和Cd对生态环境和人体的直接毒性和潜在风险。

不同含水率和压实度铅锌尾砂抗剪强度试验研究

尾砂的抗剪强度是分析尾矿坝失稳问题的重要参数。为了探究含水率和压实度对铅锌尾砂抗剪强度的影响,开展三种压实度(80%、90%、100%)情况下五组不同含水率(3%、6%、9%、12%、15%)铅锌尾砂试样的抗剪强度试验。结果表明:铅锌尾砂的剪应力随压实度的增大而增大,随含水率的增大先增大后减小;随着含水率的增大,铅锌尾砂的内摩擦角先减小后增大,粘聚力先增大后减小;在含水率为6%时,粘聚力最大;随着压实度的增大,铅锌尾砂内摩擦角和粘聚力均呈线性增长,含水率为6%时压实度对粘聚力的影响最大,含水率超过12%,压实度对粘聚力的影响逐渐减小;保持尾砂含水率在6%左右和提高尾矿坝的压实度,能够有效提高尾砂抗剪强度,降低尾矿坝溃坝危险性。研究结果对尾矿坝的安全管理和稳定性评价具有一定意义。

不同修复材料对铅锌尾砂中DTPA浸提态Pb、Zn、Cu、Cd含量的影响

采矿业产生的大量尾砂作为典型的污染源,其含有的重金属等有害成分在雨水浸淋下会直接或间接对周边环境造成污染。为研究尾砂中重金属的污染修复技术,以湖南郴州某废弃矿区的尾砂为研究对象,通过添加质量分数为2.0%的生石灰、还原铁粉、过磷酸钙等廉价修复材料,对尾砂中DTPA浸提态Pb、Zn、Cu、Cd的含量变化进行研究,并就其含量变化所体现的时间效应及机理进行探讨。研究发现,还原铁粉对尾砂的修复作用最好,其次是过磷酸钙。还原铁粉使得尾砂中DTPA浸提态Pb、Zn、Cu、Cd的含量分别降低了59.91%,56.53%,75.81%,35.78%;过磷酸钙使得尾砂DTPA浸提态Pb、Zn、Cu、Cd的含量分别降低了48.85%,44.27%,44.27%,39.23%,可为尾砂中重金属稳定化工程实施提供参考。

不同分选工艺铅锌尾砂制备混凝土及性能研究

本文研究了分选工艺对铅锌尾砂制备混凝土性能的影响规律。结果表明:经分选的铅锌尾砂同等磨细时间下其比表面积远远大于全尾砂,同等掺加比例下其细度过细导致所制备混凝土的力学性能及新拌混凝土流动性表现不佳。本试验条件下,推荐1号铅锌尾砂掺量应控制在15%以内,因其拌和性能较差所以建议制备对流动性要求不高的预制构件混凝土。2号铅锌尾砂掺量应控制在20%以内。

灰砂比和硫酸盐对尾砂充填体早期抗压强度的影响

为了探究不同硫酸盐含量铅锌尾砂在不同水泥掺量条件下充填体的抗压强度,以硫酸亚铁溶液代替实验用水,开展4组浓度硫酸亚铁溶液(0、5 000、10 000、20 000 mg·L^(-1))及3组灰砂比(1/6、1/8、1/10)铅锌尾砂胶结充填体早期单轴抗压强度(3、7、14和28 d)实验。结果表明:不同灰砂比充填体3 d抗压强度差别不大,灰砂比1/6能够显著提高充填体7 d以后的强度,28 d所有试件抗压强度均能达到1.15 MPa以上;养护龄期为3 d时,硫酸亚铁的絮凝作用会减缓充填体脱水速率,导致高硫酸亚铁试件抗压强度较低;养护龄期为7~28 d时,充填体试件的抗压强度随硫酸亚铁含量的增高先增大后减小,硫酸盐浓度为5 000~10 000 mg·L^(-1)的试件抗压强度最高;方差分析表明,硫酸亚铁和灰砂比对充填体抗压强度均有显著影响,灰砂比对抗压强度的影响高于硫酸亚铁。