權(quán)利要求

1.全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，其特征在于，包括以下步驟： (1)選取來(lái)源于鋰礦選廠的全粒級(jí)鋰輝石尾砂，通過(guò)濃密設(shè)備，形成質(zhì)量濃度75％以上的鋰輝石尾砂漿體； (2)將井下采掘過(guò)程中產(chǎn)生的500～1000mm的廢石通過(guò)提升設(shè)備運(yùn)輸至地面后，利用顎式破碎機(jī)將其破碎至10～20mm，再利用球磨機(jī)將其粒度研磨至3～5mm以下； (3)在冶煉廠排出的熔融鋰渣中添加少量生石灰，加水對(duì)其進(jìn)行冷卻，得到CaO改性后的水淬鋰渣，隨后利用棒磨機(jī)、振動(dòng)篩、球磨機(jī)依次對(duì)水淬鋰渣進(jìn)行初步破碎、篩分及研磨，即獲得所需細(xì)顆粒改性水淬鋰渣； (4)將步驟(1)所得鋰輝石全尾砂漿體及步驟(2)得到的采掘廢石作為充填骨料，步驟(3)所得細(xì)顆粒改性水淬鋰渣作為充填膠結(jié)劑，在攪拌桶中以一定比例混合均勻后，加入清水形成一定濃度的均質(zhì)充填料漿，其中，所述步驟(4)所述均質(zhì)充填料漿中各組分的質(zhì)量份組成為：鋰輝石全尾砂25～30份，采掘廢石10～15份，改性水淬鋰渣12～15份； (5)通過(guò)充填工業(yè)泵將上述均質(zhì)充填料漿輸送至井下采空區(qū)。2.如權(quán)利要求1所述的全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，其特征在于，所述步驟(4)中所述均質(zhì)充填料漿質(zhì)量濃度為70％～74％，密度為2.55～2.67g/cm 3。 3.如權(quán)利要求1所述的全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，其特征在于，所述步驟(3)中熔融鋰渣與生石灰的質(zhì)量份組成為：鋰渣10份，生石灰2～5份。 4.如權(quán)利要求3所述的全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，其特征在于，所述步驟(3)中熔融鋰渣與生石灰的質(zhì)量份組成為：鋰渣10份，生石灰5份。 5.如權(quán)利要求1所述的全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，其特征在于，所述步驟(3)中水淬鋰渣研磨后粒度不大于60μm，比表面積不低于0.50m 2/g。 6.如權(quán)利要求1所述的全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，其特征在于，所述步驟(1)中鋰輝石尾砂漿體的主要化學(xué)成分包括SiO 2、Al 2O 3、Na 2O及Fe 2O 3。 7.如權(quán)利要求1所述的全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，其特征在于，所述步驟(1)中鋰輝石尾砂漿體的粒度分布為d 10＝6.684μm，d 30＝25.29μm，d 50＝51.45μm，d 60＝68.08μm，C u＝10.19。 8.如權(quán)利要求1所述的全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，其特征在于，所述步驟(1)中濃密設(shè)備包括立式砂倉(cāng)、深錐濃密機(jī)或陶瓷過(guò)濾機(jī)中的一種或多種。

說(shuō)明書

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固廢綜合利用及礦山充填技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法。

背景技術(shù)

在金屬鋰生產(chǎn)的全生命周期中，礦石開(kāi)采帶來(lái)的采掘廢石、選礦產(chǎn)生的鋰輝石尾砂及冶煉排出的鋰渣均作為大宗工業(yè)固廢難以有效利用。與此同時(shí)，鋰輝石回采遺留的采空區(qū)又會(huì)帶來(lái)地表塌陷、井下地壓顯現(xiàn)等一系列亟待解決的難題。目前主要技術(shù)方案為以選礦排出的鋰輝石尾砂作為充填骨料，摻入一定量的普通硅酸鹽水泥，拌水形成滿足強(qiáng)度要求的膠結(jié)充填體對(duì)井下采空區(qū)進(jìn)行治理。該技術(shù)方案在一定程度上解決了尾砂的堆存及采空區(qū)塌陷問(wèn)題，但膠結(jié)充填體中水泥的摻入大幅增加了礦山運(yùn)行成本。因此，開(kāi)發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的水泥替代品，并達(dá)到要求的充填強(qiáng)度是充填領(lǐng)域的瓶頸所在。

目前鋰渣因其潛在的火山灰活性而在混凝土領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。例如，公開(kāi)號(hào)為CN108863245A的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種鋰渣混凝土，利用鋰渣作為輔助膠凝材料取代了部分水泥；公開(kāi)號(hào)為CN108609925B的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種堿激發(fā)鋰渣和鎳渣泡沫混凝土，利用堿性外加劑對(duì)鋰渣及鎳渣的活性進(jìn)行激發(fā)；公開(kāi)號(hào)為CN112374838A的中國(guó)發(fā)明專利公開(kāi)了一種鋰渣混凝土及其制備方法，同樣利用外加劑對(duì)鋰渣的活性進(jìn)行激發(fā)，進(jìn)而取代混凝土中的部分水泥用量。針對(duì)上述相關(guān)技術(shù)，發(fā)明人認(rèn)為鋰渣的活性低，自然條件下沒(méi)有水化硬化能力，簡(jiǎn)單的外加劑難以真正對(duì)其活性進(jìn)行激發(fā)，從而導(dǎo)致其在混凝土的摻量較小，無(wú)法完全取代水泥。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，將改性水淬鋰渣完全替代普通水泥作為膠結(jié)劑，鋰輝石尾砂與采掘廢石作為充填骨料，形成均質(zhì)充填料漿后輸送至井下采空區(qū)。在實(shí)現(xiàn)采-選-冶全過(guò)程鋰廢料綜合利用與井下采空區(qū)治理的同時(shí)，用改性水淬鋰渣取代了普通硅酸鹽水泥而大幅壓縮了充填成本，進(jìn)一步拓寬了充填采礦法在鋰礦的應(yīng)用前景。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

一種全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，包括以下步驟：

(1)選取來(lái)源于鋰礦選廠的全粒級(jí)鋰輝石尾砂，通過(guò)濃密設(shè)備，形成質(zhì)量濃度75％以上的鋰輝石尾砂漿體；

(2)將井下采掘過(guò)程中產(chǎn)生的500～1000mm的廢石通過(guò)提升設(shè)備運(yùn)輸至地面后，利用顎式破碎機(jī)將其破碎至10～20mm，再利用球磨機(jī)將其粒度研磨至3～5mm以下；

(3)在冶煉廠排出的熔融鋰渣中添加少量生石灰，加水對(duì)其進(jìn)行冷卻，得到CaO改性后的水淬鋰渣，隨后利用棒磨機(jī)、振動(dòng)篩、球磨機(jī)依次對(duì)水淬鋰渣進(jìn)行初步破碎、篩分及研磨，即獲得所需細(xì)顆粒改性水淬鋰渣；

(4)將步驟(1)所得鋰輝石全尾砂漿體及步驟(2)得到的采掘廢石作為充填骨料，步驟(3)所得細(xì)顆粒改性水淬鋰渣作為充填膠結(jié)劑，在攪拌桶中以一定比例混合均勻后，加入清水形成一定濃度的均質(zhì)充填料漿；

(5)通過(guò)充填工業(yè)泵將上述均質(zhì)充填料漿輸送至井下采空區(qū)。

優(yōu)選地，所述步驟(4)所述均質(zhì)充填料漿中各組分的質(zhì)量份組成為：鋰輝石全尾砂25～30份，采掘廢石10～15份，改性水淬鋰渣12～15份。

優(yōu)選地，所述步驟(4)中所述均質(zhì)充填料漿質(zhì)量濃度為70％～74％，密度為2.55～2.67g/cm 3。

優(yōu)選地，所述步驟(3)中熔融鋰渣與生石灰的質(zhì)量份組成為：鋰渣10份，生石灰2～5份。

優(yōu)選地，所述步驟(3)中熔融鋰渣與生石灰的質(zhì)量份組成為：鋰渣10份，生石灰5份。

優(yōu)選地，所述步驟(3)中水淬鋰渣研磨后粒度不大于60μm，比表面積不低于0.50m 2/g。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中鋰輝石尾砂漿體的主要化學(xué)成分包括SiO 2、Al 2O 3、Na 2O及Fe 2O 3。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中鋰輝石尾砂漿體的粒度分布為d 10＝6.684μm，d 30＝25.29μm，d 50＝51.45μm，d 60＝68.08μm，C u＝10.19。

優(yōu)選地，所述步驟(1)中濃密設(shè)備包括立式砂倉(cāng)、深錐濃密機(jī)或陶瓷過(guò)濾機(jī)中的一種或多種。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果為：

1)本發(fā)明提供一種全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，通過(guò)在熔融鋰渣廢料中添加CaO激發(fā)鋰渣活性，進(jìn)一步利用水淬工藝提高鋰渣中玻璃相成分含量，最后通過(guò)機(jī)械研磨增強(qiáng)鋰渣的火山灰活性，進(jìn)而用改性鋰渣替代硅酸鹽水泥。在有效利用熔融鋰渣殘余熱能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)鋰渣的綜合利用。

2)本發(fā)明提供一種全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，鋰輝石全尾砂顆粒表面附著有較多可溶性活性氧化硅，在水化過(guò)程中，可以與Ca(OH) 2作用，促使降低水化熱的同時(shí)提高充填體的強(qiáng)度，有效改善充填體由于溫度應(yīng)力而產(chǎn)生的開(kāi)裂現(xiàn)象，降低鋰尾礦中殘留硫的影響等作用。

3)本發(fā)明提供一種全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，考慮到鋰輝石尾砂產(chǎn)量大但粒度較細(xì)，作為充填骨料不利于充填體強(qiáng)度發(fā)展，而采掘廢石作為礦石回采過(guò)程中產(chǎn)生的大顆粒固廢，可以充當(dāng)充填骨料填補(bǔ)強(qiáng)度發(fā)展缺陷。

4)本發(fā)明提供一種全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，通過(guò)將礦石開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的采掘廢石與選礦排出的鋰輝石全尾砂作為充填骨料，將冶煉排出的高爐鋰渣通過(guò)CaO改性后作為膠凝材料，實(shí)現(xiàn)采-選-冶全過(guò)程鋰廢料的綜合利用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一種全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面將對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例1

請(qǐng)參照?qǐng)D1，本發(fā)明實(shí)施例一種全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法，包括以下步驟：

(1)選取來(lái)源于鋰礦選廠的全粒級(jí)鋰輝石尾砂，通過(guò)立式砂倉(cāng)、深錐濃密機(jī)或陶瓷過(guò)濾機(jī)等濃密設(shè)備，形成質(zhì)量濃度75％以上的鋰輝石尾砂漿體，其中，鋰輝石尾砂漿體的主要化學(xué)成分為SiO 2、Al 2O 3、Na 2O及Fe 2O 3等，粒度分布為d 10＝6.684μm，d 30＝25.29μm，d 50＝51.45μm，d 60＝68.08μm，C u＝10.19；

(2)將井下采掘過(guò)程中產(chǎn)生的廢石(500～1000mm)通過(guò)提升設(shè)備運(yùn)輸至地面后，利用顎式破碎機(jī)將其破碎至10～20mm，再利用球磨機(jī)將其粒度研磨至3～5mm以下；

(3)在冶煉廠排出的熔融鋰渣中添加少量生石灰(CaO)，二者質(zhì)量份組成為：鋰渣10份，生石灰2份；加水對(duì)其進(jìn)行冷卻，得到CaO改性后的水淬鋰渣，隨后利用棒磨機(jī)、振動(dòng)篩、球磨機(jī)分別對(duì)水淬鋰渣進(jìn)行初步破碎、篩分及研磨至粒度不大于60μm，比表面積不低于0.50m 2/g，即獲得所需細(xì)顆粒改性水淬鋰渣；

(4)將步驟(1)所得鋰輝石全尾砂及步驟(2)采掘廢石作為充填骨料，步驟(3)所得細(xì)顆粒改性水淬鋰渣作為充填膠結(jié)劑，在攪拌桶中以一定質(zhì)量份組成混合均勻：鋰輝石全尾砂25份、采掘廢石10份、改性鋰渣12份，加入清水形成質(zhì)量濃度為72％的均質(zhì)充填料漿，密度為2.59g/cm 3；

(5)通過(guò)充填工業(yè)泵將上述均質(zhì)充填料漿輸送至井下采空區(qū)。

(6)在輸送過(guò)程中取250ml左右上述充填料漿，利用流變儀測(cè)得料漿的粘度與屈服應(yīng)力；

(7)分別在充填至井下的3天、7天及28天時(shí)，對(duì)井下充填體進(jìn)行鉆孔取樣，并將其制作成表面平整的充填體試塊；每個(gè)齡期鉆孔3次，每個(gè)鉆孔制作3組充填體試塊，合計(jì)9組充填體試塊，取其平均值作為該齡期充填體抗壓強(qiáng)度。

實(shí)施例2

按照實(shí)施例1所述步驟，其中熔融改性鋰渣中質(zhì)量份組成為：鋰渣10份、生石灰5份；充填料漿中質(zhì)量份組成為：改性鋰渣15份、采掘廢石10份、鋰輝石尾砂25份，充填料漿的質(zhì)量濃度為72％。

實(shí)施例3

按照實(shí)施例1所述步驟，其中熔融改性鋰渣中質(zhì)量份組成為：鋰渣10份、生石灰5份；充填料漿中質(zhì)量份組成為：改性鋰渣15份、采掘廢石15份、鋰輝石尾砂25份，充填料漿的質(zhì)量濃度為72％。

實(shí)施例4

按照實(shí)施例1所述步驟，其中熔融改性鋰渣中質(zhì)量份組成為：鋰渣10份、生石灰5份；充填料漿中質(zhì)量份組成為：改性鋰渣15份、采掘廢石15份、鋰輝石尾砂30份，充填料漿的質(zhì)量濃度為72％。

對(duì)比例1

按照實(shí)施例1所述步驟，將細(xì)顆粒改性水淬鋰渣改為普通硅酸鹽水泥(42.5標(biāo)號(hào))，其他步驟不變，最終充填料漿中質(zhì)量份組成為：采掘廢石10份、鋰輝石尾砂25份、普通硅酸鹽水泥(42.5標(biāo)號(hào))12份，充填料漿的質(zhì)量濃度為72％。

對(duì)比例2

按照實(shí)施例1所述步驟，將細(xì)顆粒改性水淬鋰渣改為普通硅酸鹽水泥(42.5標(biāo)號(hào))，不添加采掘廢石，其他步驟不變，最終充填料漿中質(zhì)量份組成為：鋰輝石尾砂35份、普通硅酸鹽水泥(42.5標(biāo)號(hào))12份，充填料漿的質(zhì)量濃度為72％。

將對(duì)比例及實(shí)施例所制備的充填料漿進(jìn)行粘度及屈服應(yīng)力測(cè)試，結(jié)果如下表。

由上表可以看出，通過(guò)對(duì)比實(shí)施例1與對(duì)比例1，發(fā)現(xiàn)充填料漿中的膠結(jié)劑替換成同樣質(zhì)量份的42.5水泥后，粘度及屈服應(yīng)力均有明顯上升，說(shuō)明同樣質(zhì)量份改性鋰渣的充填料漿具備更好的輸送性能。

通過(guò)對(duì)比例1與對(duì)比例2可以發(fā)現(xiàn)，同樣使用42.5水泥作為膠結(jié)劑時(shí)，當(dāng)充填料漿中的采掘廢石替換成同樣質(zhì)量份的鋰輝石尾砂后，流動(dòng)性有顯著提升，說(shuō)明采掘廢石給充填料漿輸送性帶來(lái)了較強(qiáng)抑制作用。

實(shí)施例1-4的粘度分布在0.47～0.72Pa·S之間，屈服應(yīng)力分布在69.81～96.08Pa，說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施案例的充填料漿滿足輸送要求。

將對(duì)比例及實(shí)施例所制備的充填體進(jìn)行不同齡期的抗壓強(qiáng)度測(cè)試，結(jié)果如下表。

由上表可以看出，通過(guò)對(duì)比實(shí)施例1與對(duì)比例1，發(fā)現(xiàn)充填體中的膠結(jié)劑替換成同樣質(zhì)量份的42.5水泥后，各個(gè)齡期的強(qiáng)度均略有增長(zhǎng)；而由對(duì)比例1與對(duì)比例2可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)采掘廢石被同等質(zhì)量份的鋰輝石尾砂替換后，充填體各齡期的強(qiáng)度迅速下降，說(shuō)明采掘廢石對(duì)充填體強(qiáng)度增長(zhǎng)起到積極作用。

對(duì)比實(shí)施例1與實(shí)施例2可以發(fā)現(xiàn)，在對(duì)熔融鋰渣中添加CaO進(jìn)行改性后，隨著CaO添加量的增大，鋰渣改性后的活性越強(qiáng)，從而使得充填體各齡期強(qiáng)度更高；實(shí)施例1-4的28天抗壓強(qiáng)度分布在1.45～1.98MPa之間，均能滿足空區(qū)處理的強(qiáng)度要求。

以上所述僅為說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

全鋰廢料用于采空區(qū)膠結(jié)充填的方法.pdf