反浮选硅质尾矿制备新型水泥基防水材料研究开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

矿产资源是人类生存和发展的重要物质基础之一。中国是世界第一大能源生产与消费国，我国的主要能源与工业原材料供应均来自矿产资源。随着科学技术的发展，生产力水平的提高，人类利用矿产资源的种类与数量愈来愈广。但伴随着矿产资源的开采，尾矿的出产量也愈来愈大。全球尾矿年排放量在100亿吨以上，其中我国尾矿年排放量高达15亿吨以上。最新统计数据显示：我国尾矿累积堆存量已接近150亿吨^[1]。尾矿大量堆积会造成诸多社会问题。具体为：① 环境问题。突出表现在土地侵占、植被破坏、土地退化、沙漠化以及粉尘污染、水体污染等^[2-4]。我国大中型矿山有9000多座，占地接近4万km²，其中尾矿堆积占到30%以上。尾矿粒度较细，长期堆存，风化严重，会产生扬尘，遮蔽植被，造成土地沙化等。另外，尾矿中含有重金属离子、浮选药剂等，会造成水体污染，随着时间的迁移，还会发生污染转移，对周围生态环境造成严重影响^{[5, 6]}；② 引发地质灾害等问题。尾矿库作为尾矿的堆存地点，在国际灾害事故排名中位列第18位。因为尾矿库中含有大量重金属离子和化学药剂，一旦发生事故，会对下游居民的生命和财产造成巨大的危害，对环境造成严重污染^[7,8]；③ 造成资源的严重浪费。尾矿是有待挖潜的宝藏，其中含有大量有待开发的有价组分，如有色金属铜、铁、锌、铅、锡等以及大量可用脉石石英、长石等。如何合理处置尾矿，变废为宝，已成为全世界亟待解决的问题。

一些发达国家投入大量资金和人力来加强尾矿处理与开发利用，尾矿的利用率可达60%以上，然而目前我国的矿山尾矿利用率很低，仅为18.9%，主要用于以下几个方面：① 尾矿生产建材^[9]。对于尾矿建材的开发研究，国外起步较早，近年来国内也展开了大量研究，部分成果已得到工业化应用。bong-ju kim^[10]等人利用富砷尾矿成功制备了低强度材料； f.l. da silva^[11]等人成功利用铁尾矿制备了陶瓷材料；yongliang chen^[12]等人利用低硅赤铁矿成功制备了环保型蒸压砖。说明尾矿在建材方面的潜力巨大；② 尾矿再选、回收有价成分。马子龙^[13]等人利用静态微泡柱成功从铜镍尾矿中再选出金属铜和金属镍；张庆丰^[14]等人通过尾矿再磨-中磁选-反浮选工艺成功从铁尾矿中再选出品位为66.05%的铁精矿； xiuli yang^[15]等人分别以次氯酸钠、双氧水、焦亚硫酸钠和硫酸铜为活化剂从氰化尾矿中再选锌，回收率分别达到93%、90%、85%、95%。尾矿再选技术提高了资源回收率，也给企业带来了一定的经济效益。但是仅仅通过尾矿再选尚且无法实现大规模的尾矿利用; ③ 尾矿的干排和复垦^[16-18]。对于难以利用的尾矿采用此措施，有利于缓解尾矿库堆存造成的安全隐患和生态恢复压力，但尾矿干排会增加技术和设备成本的投入，而复垦是一个长期的过程；④ 尾矿充填采矿区^[19]。这种处理方式通过消耗大量尾矿来解决空区塌陷问题，是近年来尾矿处理的普遍方式，但是尾矿的填充会对矿区的地下水产生污染，因此在利用尾矿充填采矿区之前，还要进行环境影响评价^[20]；针对已有的尾矿处理方法的不足，寻找到一种利用尾矿特性的清洁处理方法，变废为宝已成为亟待解决的问题。研究表明，浮选尾矿是尾矿的重要组成部分。浮选通常包括正浮选和反浮选，其中反浮选尾矿表面更是吸附有大量浮选药剂，浮选药剂疏水端向外定向排列，在尾矿表面形成一层疏水层，使反浮选尾矿表现出疏水的特性。另一方面，反浮选尾矿的通常呈现为硅质的化学特性，这一点与砂浆中骨料的化学特性表现出一致性。基于反浮选尾矿的疏水的表面特性及硅质的化学的特性，本研究拟以反浮选尾矿为原料制备新型的水泥基防水砂浆。

传统的水泥基防水砂浆主要由水泥、河砂、聚合物（聚合物水泥砂浆防水剂、水泥基渗透结晶防水材料砂浆防水粉等）经机械混合搅拌均匀制成^[21,22]。shaojie liu ^[23]等人以钢渣、铁尾矿、粉煤灰为骨料，以乙烯-醋酸乙烯酯和醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯混合物为改性剂，制备了环境友好型聚合物改性防水砂浆； ziyi lu^[24]等人以聚丙烯酰胺为主要原料，fdn-2为添加剂制备了一种砂浆防水剂，使砂浆具有较高的抗渗透性和可加工性。但是，传统防水砂浆所添加的聚合物防水剂价格昂贵，占了整个生产成本的绝大部分，如何降低防水砂浆的制备成本已成为亟待解决的问题。另外，传统的防水砂浆抗冲击性能差，由于结构和温度应变，较易开裂渗水，导致墙体表层材料脱落结块。传统防水砂浆一般涂抹在墙体表面做防水层，当材料表面有部分破损，防水性能就大大下降，需整个表面更换防水层，使用寿命短，施工要求高。而本探究制备的水泥基防水砂浆以反浮选尾矿为主要制备原料，价格低廉。而且，因为内部、表面是均一相而具有内部、表面都疏水的性质，极大地提高了防水砂浆的防水性质和耐久性。

2. 研究的基本内容与方案

研究目标：

本项目以反浮选尾矿为骨料，普通硅酸盐水泥为基底，确定适宜的配方及其他制备参数，制备出一种水泥基防水砂浆，完成防水性能的表征。为防水材料的制备与研发提供新思路及理论依据，并为选矿厂反浮选尾矿的处理提供应用理论基础与技术参考。

研究的基本内容：

3. 研究计划与安排

第01~02周 通过查阅文献大致了解国内外尾矿现状，包括尾矿特性、危害、现有处理方法以及不足之处等；

第03~04周 通过查阅资料对反浮选尾矿表面性质的分并由此确定试验方案；

第05~06周 反浮选尾矿与水泥按重量比分别为3:1、2:1、1:1的比例来制备水泥基防水砂浆；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]. 中国矿产资源节约与综合利用报告(2015)[j]. 中国国土资源经济,2016,01:2.

[2] d. kossoff, w.e. dubbin, m.alfredsson, s.j. edwards, m.g. macklin, k.a. hudson-edwards. mine tailingsdams:characteristics, failure, environmental impacts,and remediation [j].applied geochemistry, 2014,12:229-245.

[3] k. el amari, p. valera, m.hibti, s. pretti, a. marcello, s. essarraj. impact of mine tailings onsurrounding soils and ground water: case of kettara old mine, morocco[j].journal of african earth sciences,2014,12:437-449.