权利要求
1.一种锑矿冶
固废的协同充填方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按重量份计，将活性矿物8-12份、地聚物56-63份、综合
功能材料0.4-0.8份、脱硫石膏8-12份、锑冶炼
鼓风炉渣18-22份混合均匀，获得
胶凝材料;
其中，综合功能材料由单乙醇胺、偏
铝酸钠和水组成，单乙醇胺和偏铝酸钠的质量比为2-8:2-8，综合功能材料中单乙醇胺、偏铝酸钠的总浓度为5-30wt%;
S2、将所述胶凝材料、锑矿尾砂、功能强化材料和水混合均匀，获得充填浆料;
其中，充填浆料中，胶凝材料、锑矿尾砂的质量比为1：12-15，功能强化材料的添加量为胶凝材料和锑矿尾砂的总量的0.05-0.4wt%，充填浆料的浓度为65wt%以上;功能强化材料由聚酰胺蜡、油酸和水组成，聚酰胺蜡和油酸的质量比为5-30:70-95，功能强化材料中聚酰胺蜡和油酸的总浓度为30-50wt%;
S3、采用所述充填浆料对待充填的采空区进行充填，在自然温度与湿度条件下养护，获得充填体。
2.根据权利要求1所述的锑矿冶固废的协同充填方法，其特征在于，锑冶炼鼓风炉渣为锑矿冶炼过程中产生的锑冶炼鼓风炉渣，所述锑冶炼鼓风炉渣的粒径为325目以上;所述脱硫石膏为锑矿脱硫过程中产生的石膏，脱硫石膏的细度为45μm方孔筛筛余≤10%。
3.根据权利要求1所述的锑矿冶固废的协同充填方法，其特征在于，S1中，先将活性矿物、锑冶炼鼓风炉渣、地聚物混合，再加入脱硫石膏和综合功能材料，以1500-2000r/min的速率混合15-20min，获得胶凝材料。
4.根据权利要求1所述的锑矿冶固废的协同充填方法，其特征在于，S1中，采用卧式螺带
混合机、双轴桨叶混合机、立磨机中一种进行混合，混合过程中控制物料的温度≤60℃。
5.根据权利要求1所述的锑矿冶固废的协同充填方法，其特征在于，S1中，按重量份计，将活性矿物9-11份、地聚物58-61份、综合功能材料0.5-0.7份、脱硫石膏9-11份、锑冶炼鼓风炉渣19-21份混合均匀，获得胶凝材料。
6.根据权利要求1所述的锑矿冶固废的协同充填方法，其特征在于，S1中，综合功能材料中单乙醇胺和偏铝酸钠的质量比为4-6:4-6，单乙醇胺、偏铝酸钠的总浓度为10-25wt%。
7.根据权利要求1-6任一项所述的锑矿冶固废的协同充填方法，其特征在于，S2中，充填浆料中，胶凝材料、锑矿尾砂的质量比为1:13-14，功能强化材料的添加量为胶凝材料和锑矿尾砂的总量的0.1-0.3wt%，充填浆料的浓度为70-90wt%。
8.根据权利要求1-6任一项所述的锑矿冶固废的协同充填方法，其特征在于，S2中，功能强化材料中，聚酰胺蜡和油酸的质量比为10-25:75-90，聚酰胺蜡和油酸的总浓度为35-45wt%;所述聚酰胺蜡的质均分子量为15000-35000。
9.根据权利要求1-6任一项所述的锑矿冶固废的协同充填方法，其特征在于，S3中，自然温度与湿度条件下养护28d后的充填体的抗压强度≥2MPa。
10.根据权利要求1-6任一项所述的锑矿冶固废的协同充填方法，其特征在于，所述活性矿物为高炉水渣;所述地聚物为碱激发钢渣、粉煤灰、火力发电厂的炉渣中的一种或几种。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及一种锑矿冶固废的协同充填方法，属于锑矿冶固废的资源化利用和矿山充填领域。
背景技术
[0002]锑矿开采、选矿、冶炼的过程中会产生锑矿尾砂、锑冶炼鼓风炉渣、脱硫石膏等大宗工业固废，此类固废堆存量大、新增量高，不仅占用土地资源，还存在环境安全风险，制约了矿、冶企业的绿色可持续发展。
[0003]目前，矿山的采空区充填所常用的胶凝材料为传统水泥基材料或专用充填胶固粉，它们存在以下问题：一是灰砂比高(1:4~1:8)，胶凝材料消耗量大，充填成本高;二是充填浓度低(50-60wt%)，尾砂消纳量少，处置效率低;三是充填料浆的泌水率、沉缩率高，充填体强度不足，且远距离输送易出现堵管、流动性差等问题，导致充填施工效率低，甚至难以顺利充填。
[0004]尤为关键的是，锑矿冶炼过程产生的锑冶炼鼓风炉渣存在安定性不佳、水化活性偏低的问题，直接作为原料应用于胶凝材料时，易导致充填体后期开裂、强度衰减，限制了其资源化利用效率。现有技术中还未见有采用锑矿冶炼过程产生的锑冶炼鼓风炉渣构建胶凝材料并用于采空区充填的报道。
发明内容
[0005]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锑矿冶固废的协同充填方法，以实现对锑矿尾砂、锑矿冶炼过程产生的锑冶炼鼓风炉渣的协同处理，实现采空区的低灰砂比、高浓度充填。
[0006]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
[0007]一种锑矿冶固废的协同充填方法，包括如下步骤：
[0008]S1、按重量份计，将活性矿物8-12份、地聚物56-63份、综合功能材料0.4-0.8份、脱硫石膏8-12份、锑冶炼鼓风炉渣18-22份混合均匀，获得胶凝材料;
[0009]其中，综合功能材料由单乙醇胺、偏铝酸钠和水组成，单乙醇胺和偏铝酸钠的质量比为2-8:2-8，综合功能材料中单乙醇胺、偏铝酸钠的总浓度为5-30wt%;
[0010]S2、将所述胶凝材料、锑矿尾砂、功能强化材料和水混合均匀，获得充填浆料;
[0011]其中，充填浆料中，胶凝材料、锑矿尾砂的质量比(即灰砂比)为1：12-15，功能强化材料的添加量为胶凝材料和锑矿尾砂的总量的0.05-0.4wt%，充填浆料的浓度(即充填浓度，胶凝材料和锑矿尾砂的总浓度)为65wt%以上;功能强化材料由聚酰胺蜡、油酸和水组成，聚酰胺蜡和油酸的质量比为5-30:70-95，功能强化材料中聚酰胺蜡和油酸的总浓度为30-50wt%;
[0012]S3、采用所述充填浆料对待充填的采空区进行充填，自然温度与湿度条件下养护，获得充填体。
[0013]进一步地，锑冶炼鼓风炉渣为锑矿冶炼过程中产生的锑冶炼鼓风炉渣，所述锑冶炼鼓风炉渣的粒径为325目以上，可选地，锑冶炼鼓风炉渣的细度为，45μm方孔筛筛余≤5%;所述脱硫石膏为锑矿脱硫过程中产生的石膏，脱硫石膏的细度为45μm方孔筛筛余≤10%。由此，使得锑冶炼鼓风炉渣具有较大的比表面积，配合综合功能材料可以充分发挥其胶凝活性;通过控制脱硫石膏的细度，有助于提升脱硫石膏与其他原料的相容性，以进一步协同优化胶凝材料的凝结性能。
[0014]可选地，预先对脱硫石膏进行干燥处理。进一步地，在105-110℃干燥处理。
[0015]可选地，脱硫石膏的含水率≤5wt%。
[0016]进一步地，S1中，先将活性矿物、锑冶炼鼓风炉渣、地聚物混合，再加入脱硫石膏和综合功能材料，以1500-2000r/min的速率混合15-20min，获得胶凝材料。由此，有助于获得细度满足45μm方孔筛筛余≤8%的胶凝材料。
[0017]进一步地，S1中，采用卧式螺带混合机、双轴桨叶混合机、立磨机中一种进行混合，混合过程中控制物料的温度≤60℃。由此，可避免温度过高导致材料性能劣化。
[0018]可选地，采用卧式螺带混合机或双轴桨叶混合机进行预混合。
[0019]可选地，S1中，分批均匀地添加综合功能材料，以确保综合功能材料与锑冶炼鼓风炉渣更充分地接触，以更充分地发挥改性作用。
[0020]进一步地，S1中，按重量份计，将活性矿物9-11份、地聚物58-61份、综合功能材料0.5-0.7份、脱硫石膏9-11份、锑冶炼鼓风炉渣19-21份混合均匀，获得胶凝材料。
[0021]可选地，锑冶炼鼓风炉渣中，MgO的含量为0.5-1.5wt%，Al2O3的含量为3-7wt%，SiO2的含量为25-45wt%，SO3的含量为1-3wt%，CaO的含量为15-28wt%，Fe2O3的含量为25-35wt%。
[0022]可选地，脱硫石膏中，MgO的含量为0.1-0.5wt%，Al2O3的含量为0.2-1wt%，SiO2的含量为0.3-1.5wt%，SO3的含量为40-60wt%，CaO的含量为40-55wt%，Fe2O3的含量为0.01-0.4wt%。
[0023]进一步地，S1中，综合功能材料中单乙醇胺和偏铝酸钠的质量比为4-6:4-6，单乙醇胺、偏铝酸钠的总浓度为10-25wt%，更进一步为15-20wt%。
[0024]进一步地，S2中，充填浆料中，胶凝材料、锑矿尾砂的质量比为1：13-14，功能强化材料的添加量为胶凝材料和锑矿尾砂的总量的0.1-0.3wt%，更进一步为0.15-0.25wt%，充填浆料的浓度为70-90wt%，更进一步为75-85wt%。
[0025]进一步地，S2中，功能强化材料中，聚酰胺蜡和油酸的质量比为10-25:75-90，聚酰胺蜡和油酸的总浓度为35-45wt%，更进一步为38-42wt%。
[0026]可选地，所述聚酰胺蜡的质均分子量为15000-35000，进一步为18000-32000，更进一步为20000-30000。
[0027]进一步地，S3中，在自然温度与湿度条件下养护28d后的充填体的抗压强度≥2MPa。
[0028]可选地，所述活性矿物为高炉水渣，如铁冶炼过程产生的高炉水渣、
铜冶炼过程产生的高炉水渣、
铅锌冶炼过程产生的高炉水渣、铬铁冶炼过程产生的高炉水渣;所述地聚物为碱激发钢渣(即碱激发后的钢渣)、粉煤灰、火力发电厂的炉渣中的一种或几种。优选地，所述粉煤灰为二级及以下等级的粉煤灰。
[0029]本发明所用的综合功能材料中，单乙醇胺、偏铝酸钠均可作为碱激发剂，且单乙醇胺还可提供成核聚集钙离子所需的孤对电子，偏铝酸钠可提供促进水化胶结晶体生长形成铝酸三钙所需的偏铝酸根。本发明所用的功能强化材料中，聚酰胺蜡可提供丰富的富含孤对电子的胺基，促进胶凝材料所电离出的钙离子富集在有限区域，富集钙离子与锑矿尾砂中硅酸根接触可促进成核与晶体生长，聚酰胺蜡还有较强的发微纳细泡功能，可提升充填浆料的匀质性，防止充填浆料分层离析，通过微泡滚珠效应提升料浆输送性能;油酸所含疏水官能团能高效吸附、分散胶材颗粒，所含羧基可静电吸附锑矿尾砂颗粒且具备水溶性，从而实现固态颗粒协同均匀分散于有限的水中，对输送性能的提升发挥重要作用。
[0030]本发明中，综合功能材料可改善锑冶炼鼓风炉渣的安定性，抑制其后期使用过程中可能存在的体积膨胀现象，避免因锑冶炼鼓风炉渣安定性不足而导致充填体开裂、强度下降等隐患发生;同时激活锑冶炼鼓风炉渣内部的活性组分，提高锑冶炼鼓风炉渣的水化活性，为胶凝材料提供基础性能保障，使得胶凝材料具有更优异的胶凝性能，以更好地满足矿山充填对胶凝材料的高标准要求。另外，在充填浆料中引入功能强化材料，可在保证最终形成的充填体达到设计强度、满足对采空区的支撑要求的同时，优化充填浆料的泌水率、流变性等工作性能，降低充填浆料的泌水率以减少充填体的内部孔隙率，改善充填浆料流动性，以避免充填浆料在后续输送过程中出现堵管、分层等问题，极大地方便了矿山井下充填施工的顺利开展，有助于提升施工效率与施工质量。
[0031]本发明以锑矿冶固废为主要原料，搭配综合功能材料和功能强化材料，构建了锑矿冶固废协同利用的新技术路径，首次实现了锑冶炼鼓风炉渣、锑矿尾砂的协同高效处理与资源化利用，解决了锑冶炼鼓风炉渣的安定性、活性差和充填料浆工作性能差等难题，可有效满足矿山采空区低灰砂比、高浓度充填的综合需求。
[0032]与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
[0033](1)本发明以锑冶炼鼓风炉渣、锑矿尾砂等锑矿冶固废为主要原料，搭配特定的综合功能材料和功能强化材料，构建了锑矿冶固废协同利用的新技术路径，可实现锑冶炼鼓风炉渣、锑矿尾砂的规模化、协同高效处理与资源化利用，解决了锑冶炼鼓风炉渣的安定性、活性差和充填料浆工作性能差等难题，可有效满足矿山采空区低灰砂比、高浓度充填的工业化填充需求，有助于大幅提升锑矿尾砂的消纳量，不仅可减少锑矿尾砂、锑冶炼鼓风炉渣堆放带来的土地占用、环境污染等问题，还替代了传统充填原料，显著降低了矿山充填的原材料成本与处理成本，兼具环保效益与经济效益。
[0034](2)本发明的协同充填方法的工序简单、成熟，无需对现有用于矿山采空区充填的磨料、混料、输料等生产设备进行大规模改造或更换，可适配现有磨料、混料、输料设备，无需额外投入大量设备改造成本，有助于降低技术推广的门槛与成本，易于工业化推广。
[0035](3)本发明打破了传统锑矿采、选、冶各环节相互独立的行业现状，将锑矿尾砂、锑冶炼过程产生的锑冶炼鼓风炉渣用于
采矿形成的采空区的充填，构建了“采矿-选矿-冶炼-固废充填”的闭环处理路径，有助于实现锑矿冶固废的内部消化与资源化循环利用，不仅解决了锑矿冶固废堆放的环保难题，还利用锑矿冶固废充填采空区，保障矿山生产安全，有助于推动锑矿产业实现绿色、可持续、高质量发展。
附图说明
[0036]图1为实施例1的胶凝材料的配制过程示意图。
具体实施方式
[0037]以下将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。若无特别说明，相关百分数是指质量百分数。
[0038]实施例1
[0039]本实施例的锑矿冶固废的协同充填方法，包括如下步骤：
[0040]S1、参见图1，按重量份计，将活性矿物(铁冶炼过程产生的高炉水渣)10份、地聚物(火力发电厂的炉渣)59.4份、综合功能材料0.6份、脱硫石膏10份、锑冶炼鼓风炉渣20份混合均匀，获得胶凝材料;
[0041]其中，综合功能材料由单乙醇胺、偏铝酸钠和水组成，单乙醇胺和偏铝酸钠的质量比为5:5，综合功能材料中单乙醇胺、偏铝酸钠的总浓度为15wt%;锑冶炼鼓风炉渣为锑矿冶炼过程产生的锑冶炼鼓风炉渣，45μm方孔筛筛余为3.1wt%;所述脱硫石膏为锑矿脱硫过程中产生的石膏，脱硫石膏的含水率为4wt%，其细度为45μm方孔筛筛余为9.5wt%;锑冶炼鼓风炉渣和脱硫石膏的主要成分组成如表1所示。
[0042]表1 锑冶炼鼓风炉渣和脱硫石膏的主要成分组成
[0043]
[0044]S2、将所述胶凝材料、锑矿尾砂、功能强化材料和水混合均匀，获得充填浆料;
[0045]其中，充填浆料中，胶凝材料、锑矿尾砂的质量比为1：12，功能强化材料的添加量为胶凝材料和锑矿尾砂的总量的0.05wt%，充填浆料的浓度为65wt%;功能强化材料由聚酰胺蜡、油酸和水组成，聚酰胺蜡和油酸的质量比为15:85，功能强化材料中聚酰胺蜡和油酸的总浓度为40wt%;聚酰胺蜡的质均分子量为25000;
[0046]S3、采用所述充填浆料对待充填的采空区进行充填，在自然温度与湿度条件下养护，获得充填体。
[0047]S1中，先将活性矿物、锑冶炼鼓风炉渣、地聚物送入卧式螺带混合机，再分批加入脱硫石膏和综合功能材料，以1800r/min的速率混合18min，获得胶凝材料;其中，混合过程中控制物料的温度为55℃。
[0048]实施例2
[0049]重复实施例1，区别仅在于：S2中，功能强化材料的添加量为胶凝材料和锑矿尾砂的总量的0.09wt%，充填浆料的浓度为68wt%。
[0050]实施例3
[0051]重复实施例1，区别仅在于：S2中，功能强化材料的添加量为胶凝材料和锑矿尾砂的总量的0.15wt%，充填浆料的浓度为70wt%。
[0052]实施例4
[0053]重复实施例1，区别仅在于：S2中，功能强化材料的添加量为胶凝材料和锑矿尾砂的总量的0.17wt%，充填浆料的浓度为72wt%。
[0054]对比例1
[0055]重复实施例1，区别仅在于：省略S1，采用矿山用胶固粉(市购获得)替代胶凝材料，充填浆料的浓度为50%，不添加功能强化材料。
[0056]对比例2
[0057]重复实施例4，区别仅在于：S1中，综合功能材料由偏铝酸钠和水组成。
[0058]对比例3
[0059]重复实施例4，区别仅在于：S1中，综合功能材料由单乙醇胺和水组成。
[0060]对比例4
[0061]重复实施例4，区别仅在于：S1中，综合功能材料中单乙醇胺和偏铝酸钠的质量比为1:9。
[0062]实施例5
[0063]重复实施例4，区别仅在于：S1中，综合功能材料中单乙醇胺和偏铝酸钠的质量比为2:8。
[0064]实施例6
[0065]重复实施例4，区别仅在于：S1中，综合功能材料中单乙醇胺和偏铝酸钠的质量比为8:2。
[0066]对比例5
[0067]重复实施例4，区别仅在于：S1中，综合功能材料中单乙醇胺和偏铝酸钠的质量比为9:1。
[0068]对比例6
[0069]重复实施例4，区别仅在于：S2中，功能强化材料由聚酰胺蜡和水组成。
[0070]对比例7
[0071]重复实施例4，区别仅在于：S2中，功能强化材料由油酸和水组成。
[0072]对比例8
[0073]重复实施例4，区别仅在于：S2中，功能强化材料中聚酰胺蜡和油酸的质量比为3:97。
[0074]实施例7
[0075]重复实施例4，区别仅在于：S2中，功能强化材料中聚酰胺蜡和油酸的质量比为5:95。
[0076]实施例8
[0077]重复实施例4，区别仅在于：S2中，功能强化材料中聚酰胺蜡和油酸的质量比为30:70。
[0078]对比例9
[0079]重复实施例4，区别仅在于：S2中，功能强化材料中聚酰胺蜡和油酸的质量比为35:65。
[0080]对各实施例和对比例的充填料浆及填充、养护形成的充填体进行凝结时间、泌水率测试、扩展度测试和抗压强度测试(7天与28天)，其中，凝结时间测试按照《JGJ/T 70-2009建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行;泌水率测试按照《GB/T51450-2022 金属非金属矿山充填工程技术标准》进行;扩展度依据GB/T 8077-2012，使用36×60×60mm锥模测试;单轴抗压强度测试按照《GB/T 50081-2019混凝土物理力学性能试验方法标准》进行，相关测试结果如表2所示。
[0081]表2 各实施例与对比例的泌水率和单轴抗压强度测试结果表
[0082]
[0083]可见，本发明通过特定成分和添加量的综合功能材料、功能强化材料的使用，可使得锑矿冶固废形成泌水率低、扩展度高等工作性能优异的充填料浆，较好地满足地下采空区充填时料浆的长距离输送需求;另外，相应充填料浆固化所形成的充填体具有较高的抗压强度，可实现地下采空区的安全、高质量充填。
[0084]上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
说明书附图(1)
声明：
“锑矿冶固废的协同充填方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
450
编辑：北方有色网
来源：湖南大学, 湖南有色金属控股集团有限公司
咨询细节
2026年08月06日 ~ 08日 
