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.
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