一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法与流程

1.本发明涉及磷石膏无害化处理和资源化利用技术领域，具体涉及一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法。


背景技术：

2.矿产资源是我国资源结构体系当中重要构成部分，可充分满足我国社会对资源的需求，但随着经济的高速发展，各行业对不同矿产资源的需求也不断增加。在长期的矿产资源开采下，矿山的生态环境结构受到严重威胁。因矿山生态环境重构过程中各类基材成本高，且收效甚微，导致真正得到生态恢复的矿山少。
3.磷石膏是湿法磷酸工艺副产物，主要成分为二水硫酸钙，此外还含未分解完的磷矿石、二氧化硅、有机质、磷、氟等杂质。据统计，全国累计堆存量超过8.3亿吨，且每年仍以7500万吨的速度在增长，占用大量土地；此外，磷石膏中所含的水溶性磷、氟和重金属等有害成分会随着自然降雨而浸出，从而进入周边水体中，环境风险高。目前磷石膏的利用大多在农业、建筑、道路三大领域，主要以水泥缓凝剂及各类建材产品等初级化利用途径为主。
4.如果能将磷石膏用于矿山开垦区的生态重构，一方面能提高磷石膏的综合利用范围，另一方面能在低成本的情况下大大的改善矿山生态环境。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法，解决磷石膏综合利用率低、矿山生态重构成本高的问题。
6.为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法，其特征在于步骤如下：
7.s1.将经过水洗深度净化的磷石膏进一步进行化学处理，得到无害化处理后的磷石膏；
8.s2.将处理后的磷石膏与β型建筑石膏混合后的混合物用于矿山生态重构。
9.更进一步的技术方案是所述步骤s2具体步骤如下：
10.s2-1.将无害化磷石膏与β型建筑石膏按比例混合均匀后，运送至矿山表面摊平，堆积后碾压，使其干密度≥96％，得到生态重构基层；
11.s2-2.将无害化磷石膏与β型建筑石膏按比例混合均匀后，在生态重构基层表面间隔堆积成防护层；
12.s2-3.将无害化磷石膏、β型建筑石膏、草籽、土壤、水按比例混合均匀后铺设在防护层之间，得到植被生长层。
13.更进一步的技术方案是所述步骤s1中化学处理具体步骤为向水洗后的磷石膏中依次加入碱性调节剂、靶向凝固稳定剂、激发剂，充分搅拌混合均匀后，经堆存陈化熟化，得到无害化磷石膏。
14.更进一步的技术方案是所水洗述磷石膏、碱性调节剂、靶向凝固稳定剂、激发剂的
用量按重量份计算如下：干基磷石膏100份，碱性调节剂0.5～1.5份，靶向凝固稳定剂1～2份，激发剂0.5～1.5份。
15.更进一步的技术方案是所述碱性调节剂为电石渣、生石灰、苛性钠中的一种或多种。
16.更进一步的技术方案是所述靶向凝固稳定剂为聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁、聚合氯化铝、硅酸盐水泥、氯化钙、明矾中的一种或多种。
17.更进一步的技术方案是所述激发剂为粉煤灰、水玻璃中的一种或多种。
18.更进一步的技术方案是所述经过水洗深度净化所的磷石膏含水量18～25％，ph值为5.14，水溶性磷含量为440mg/l，水溶性氟含量为29.36mg/l。
19.更进一步的技术方案是所述步骤s2-1中磷石膏与β型建筑石膏质量比为2～4:1，s2-2中磷石膏与β型建筑石膏质量比为1～3:1，无害化磷石膏、β型建筑石膏、草籽、土壤、水质量比为1～4:1～3:1:1:1。
20.更进一步的技术方案是所述步骤s2-1中堆积厚度为30～60cm，步骤s2-3中铺设厚度为10～30cm。
21.更进一步的技术方案是水洗深度净化的磷石膏的具体步骤如下：将湿法磷酸生产过程中副产磷石膏加水再浆，控制含固量为20～40％；将再浆磷石膏经过滤机过滤后，石膏滤饼经多级逆流洗涤。
22.工作机理：
23.将湿法磷酸生产时的副产的二水磷石膏先经过物理水洗后，再利用靶向凝固稳定技术，通过碱性调节剂、靶向凝固稳定剂、激发剂等助剂的添加，与磷石膏发生化学反应，将磷石膏中未洗净的可溶性磷、氟等杂质进行固化、稳定，形成难溶性物质，从而达到有毒物质固化稳定，实现磷石膏的无害化处理，满足一般工业固废作为矿山生态修复材料的入场要求。矿山生态重构技术主要是以无害化磷石膏为主要原料，复配磷建筑石膏、草籽、水等，混合均匀后作为生态重构材料，实现生态的重构，预防山体滑坡等自然灾害的出现。
24.其中，化学处理中的靶向凝固稳定技术使用高分子无机盐使可溶性有害成分生成难溶盐，使可溶磷、氟得到固化。根据磷石膏中可溶性磷的三种存在形式：po
43-、hpo
42-、h2po
43-，可溶性氟的一种存在形式：f-，通过添加的助剂与磷石膏发生化学反应，有毒物质固化稳定的主要机理是不溶性物质的生成和吸附包裹效应。即所添加的助剂在磷石膏晶体表面发生化学反应，生成caal2si2o8和3cao
·
al2o2·
3caso4·
32h2o等物质为凝胶活性物质，有助于絮凝团聚，进而靶向吸附、包裹磷石膏中所含的水溶性磷、氟和重金属离子等。有害物质的靶向捕捉、固定、固化，形成难溶、不溶性物质，从而有效的控制作为生态重构材料中可能对环境产生破坏的有害物质的浸出，确保材料的安全环保性。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
26.1.通过磷石膏的无害化处理，再与建筑石膏一起用于生态重构，实现磷石膏的综合利用，降低堆存可能带来的风险，同时推进了矿山的生态建设，环境效益、经济效益显著，具有突出的技术效果和应用价值。
27.2.通过进一步对水洗磷石膏进行化学处理，实现有害物质的靶向捕捉、固定、固化，形成难溶、不溶性物质，从而有效的控制作为生态重构材料中可能对环境产生破坏的有害物质的浸出，确保材料的安全环保性。
附图说明
28.图1为本发明中矿山生态重构的示意图。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
30.实施例1
31.一种利用无害化磷石膏进行生态重构的方法，包括磷石膏无害化处理和矿山生态重构两个技术集成。
32.(1)磷石膏无害化处理
33.具体的，按cn111892314a中公开的磷石膏深度净化方法，将湿法磷酸生产过程中副产磷石膏加水再浆，控制含固量为20～40％；将再浆磷石膏经过滤机过滤后，石膏滤饼经多级逆流洗涤。取经我司磷石膏水洗装置所得水洗磷石膏，含水率18％，浸出液主要指标如表1-1所示。
34.表1-1水洗磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0035][0036]
取水洗磷石膏500份，碱性调节剂生石灰5份，靶向凝固稳定剂聚合硫酸铁5份，激发剂粉煤灰5份混合，与水洗磷石膏充分搅拌30分钟，常温下放于烧杯中静置陈化、熟化后按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)测定浸出液指标，测试结果如表1-2所示。
[0037]
表1-2实施例1无害化磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0038][0039]
注：“/”表示未检出
[0040]
(2)生态重构
[0041]
(i)基层处理
[0042]
将无害化磷石膏与磷建筑石膏按照4:1比例置于高速混合设备中充分搅拌均匀后，利用小型推土机将混合材料运送至外坡面摊平，堆积厚度30厘米，用震动碾压机进行碾压，干密度达≥96％，并在基层底部预留浸出液收集管道。
[0043]
(ⅱ)防护层处理
[0044]
在基层基础上，将无害化磷石膏与磷建筑石膏按照3:1进行配比混合，每间隔1米铺设一条防护层，并设置排水管道。
[0045]
(ⅲ)植被生长层
[0046]
将无害化磷石膏、磷建筑石膏粉、草籽、土壤、水按照1:1:1:1:1混合均匀后作为植被生长料层铺设在防护层之间，铺设厚度10厘米。
[0047]
实施例2
[0048]
(1)磷石膏无害化
[0049]
具体的，取经我司磷石膏水洗装置所得水洗磷石膏，含水率18％，浸出液主要指标如表2-1所示。
[0050]
表2-1水洗磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0051][0052]
取水洗磷石膏500份，碱性调节剂电石渣5份，靶向凝固稳定剂聚合硫酸铁5份，激发剂粉煤灰5份混合，与水洗磷石膏充分搅拌30分钟，常温下放于烧杯中静置陈化、熟化后按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)测定浸出液指标，测试结果如表2-2所示。
[0053]
表2-2实施例2无害化磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0054][0055]
注：“/”表示未检出
[0056]
(2)生态重构
[0057]
(i)基层处理
[0058]
将无害化磷石膏与磷建筑石膏按照3:1比例置于高速混合设备中充分搅拌均匀后，利用小型推土机将混合材料运送至外坡面摊平，堆积厚度50厘米，用震动碾压机进行碾压，干密度达≥96％，并在基层底部预留浸出液收集管道。
[0059]
(ⅱ)防护层处理
[0060]
在基层基础上，将无害化磷石膏与磷建筑石膏按照2:1进行配比混合，每间隔1米铺设一条防护层及排水管道。
[0061]
(ⅲ)植被生长层
[0062]
将无害化磷石膏、磷建筑石膏粉、草籽、土壤、水按照2:1:1:1:1混合均匀后作为植被生长料层铺设在防护层之间，铺设厚度20厘米。
[0063]
实施例3
[0064]
(1)磷石膏无害化部分
[0065]
具体的，取经我司磷石膏水洗装置所得水洗磷石膏，含水率18％，浸出液主要指标如表3-1所示。
[0066]
表3-1水洗磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0067][0068]
取水洗磷石膏500份，碱性调节剂生石灰5份，靶向凝固稳定剂聚合氯化铝5份，激发剂粉煤灰5份混合，与水洗磷石膏充分搅拌30分钟，常温下放于烧杯中静置陈化、熟化后按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)测定浸出液指标，测试结果如表3-2所示。
[0069]
表3-2实施例3无害化磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0070][0071][0072]
(2)生态重构
[0073]
(i)基层处理
[0074]
将无害化磷石膏与磷建筑石膏按照2:1比例置于高速混合设备中充分搅拌均匀后，利用小型推土机将混合材料运送至外坡面摊平，堆积厚度60厘米，用震动碾压机进行碾压，干密度达≥96％，并在基层底部预留浸出液收集管道。
[0075]
(ⅱ)防护层处理
[0076]
在基层基础上，将无害化磷石膏与磷建筑石膏按照1:1进行配比混合，每间隔1米铺设一条防护层及排水管道。
[0077]
(ⅲ)植被生长层
[0078]
将无害化磷石膏、磷建筑石膏粉、草籽、土壤、水按照3:1:1:1:1混合均匀后作为植被生长料层铺设在防护层之间，铺设厚度30厘米。
[0079]
实施例4
[0080]
(1)磷石膏无害化部分
[0081]
具体的，取经我司磷石膏水洗装置所得水洗磷石膏，含水率18％，浸出液主要指标如表4-1所示。
[0082]
表4-1水洗磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0083][0084]
取水洗磷石膏500份，碱性调节剂生石灰5份，靶向凝固稳定剂聚丙烯酰胺5份，激发剂粉煤灰5份混合，与水洗磷石膏充分搅拌30分钟，常温下放于烧杯中静置陈化、熟化后按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)测定浸出液指标，测试结果如表4-2所示。
[0085]
表4-2实施例4无害化磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0086][0087]
注：“/”表示未检出
[0088]
(2)生态重构部分
[0089]
(i)基层处理
[0090]
将无害化磷石膏与磷建筑石膏按照2:1比例置于高速混合设备中充分搅拌均匀后，利用小型推土机将混合材料运送至外坡面摊平，堆积厚度60厘米，用震动碾压机进行碾压，干密度达≥96％，并在基层底部预留浸出液收集管道。
[0091]
(ⅱ)防护层处理
[0092]
在基层基础上，将无害化磷石膏与磷建筑石膏按照1:1进行配比混合，每间隔1米铺设一条防护层及排水管道。
[0093]
(ⅲ)植被生长层
[0094]
将无害化磷石膏、磷建筑石膏粉、草籽、土壤、水按照4:1:1:1:1混合均匀后作为植被生长料层铺设在防护层之间，铺设厚度30cm。
[0095]
实施例5
[0096]
(1)磷石膏无害化处理部分
[0097]
具体的，取经我司磷石膏水洗装置所得水洗磷石膏，含水率18％，浸出液主要指标如表5-1所示。
[0098]
表5-1水洗磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0099][0100]
取水洗磷石膏500份，碱性调节剂生石灰5份，靶向凝固稳定剂硅酸盐水泥5份，激发剂粉煤灰5份混合，与水洗磷石膏充分搅拌30分钟，常温下放于烧杯中静置陈化、熟化后按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)测定浸出液指标，测试结果如表5-2所示。
[0101]
表5-2实施例5无害化磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0102][0103]
注：“/”表示未检出
[0104]
(2)生态重构
[0105]
(i)基层处理
[0106]
将无害化磷石膏与磷建筑石膏按照2:1比例置于高速混合设备中充分搅拌均匀后，利用小型推土机将混合材料运送至外坡面摊平，堆积厚度60厘米，用震动碾压机进行碾压，干密度达≥96％，并在基层底部预留浸出液收集管道。
[0107]
(ⅱ)防护层处理
[0108]
在基层基础上，将无害化磷石膏与磷建筑石膏按照1:1进行配比混合，每间隔1米铺设一条防护层及排水管道。
[0109]
(ⅲ)植被生长层
[0110]
将无害化磷石膏、磷建筑石膏粉、草籽、土壤、水按照3:2:1:1:1混合均匀后作为植被生长料层铺设在防护层之间，铺设厚度30厘米。
[0111]
实施例6
[0112]
(1)磷石膏无害化部分
[0113]
具体的，取经我司磷石膏水洗装置所得水洗磷石膏，含水率18％，浸出液主要指标如表6-1所示。
[0114]
表6-1水洗磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0115][0116]
取水洗磷石膏500份，碱性调节剂生石灰5份，靶向凝固稳定剂聚合硫酸铁5份，激发剂水玻璃5份混合，与水洗磷石膏充分搅拌30分钟，常温下放于烧杯中静置陈化、熟化后按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)测定浸出液指标，测试结果如表6-2所示。
[0117]
表6-2实施例6无害化磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0118][0119]
注：“/”表示未检出
[0120]
(2)生态重构
[0121]
(i)基层处理
[0122]
将无害化磷石膏与磷建筑石膏按照2:1比例置于高速混合设备中充分搅拌均匀后，利用小型推土机将混合材料运送至外坡面摊平，堆积厚度60厘米，用震动碾压机进行碾压，干密度达≥96％，并在基层底部预留浸出液收集管道。
[0123]
(ⅱ)防护层处理
[0124]
在基层基础上，将无害化磷石膏与磷建筑石膏按照1:1进行配比混合，每间隔1米铺设一条防护层及排水管道。
[0125]
(ⅲ)植被生长层
[0126]
将无害化磷石膏、磷建筑石膏粉、草籽、土壤、水按照3:3:1:1:1混合均匀后作为植
被生长料层铺设在防护层之间，铺设厚度30厘米。
[0127]
实施例7
[0128]
为进一步验证化学处理中靶向凝固稳定剂对磷、氟杂质固化稳定效果，进行对比例验证。
[0129]
对比例1
[0130]
取水洗磷石膏500份，碱性调节剂生石灰5份，激发剂粉煤灰5份混合，与水洗磷石膏充分搅拌30分钟，常温下放于烧杯中静置陈化、熟化后按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)测定浸出液指标，测试结果如表7-1所示。
[0131]
表7-1对比例1无害化磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0132][0133]
对比例2
[0134]
取水洗磷石膏500份，碱性调节剂电石渣5份，激发剂粉煤灰5份混合，与水洗磷石膏充分搅拌30分钟，常温下放于烧杯中静置陈化、熟化后按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)测定浸出液指标，测试结果如表7-2所示。
[0135]
表7-2对比例2无害化磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0136][0137]
注：“/”表示未检出
[0138]
对比例3
[0139]
取水洗磷石膏500份，碱性调节剂生石灰5份，激发剂水玻璃5份混合，与水洗磷石膏充分搅拌30分钟，常温下放于烧杯中静置陈化、熟化后按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)测定浸出液指标，测试结果如表7-3所示。
[0140]
表7-3对比例3无害化磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0141][0142]
对比例4
[0143]
取水洗磷石膏500份，碱性调节剂电石渣5份，激发剂水玻璃5份混合，与水洗磷石膏充分搅拌30分钟，常温下放于烧杯中静置陈化、熟化后按照《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》(hj557-2010)测定浸出液指标，测试结果如表7-4所示。
[0144]
表7-4对比例4无害化磷石膏浸出液主要指标(mg/l)
[0145][0146]
由表格7-1至7-4可见，未加入靶向凝固稳定剂处理的磷石膏，其中f和p含量难以满足标准限值的要求。
[0147]
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本技术公开的范围之内。更具体地说，在本技术公开、附图和权利要求的范围内，可以对组成部件或布局进行多种变形和改进。除了对组成部件或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

技术特征：
1.一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法，其特征在于步骤如下：s1.将经过水洗深度净化的磷石膏进一步进行化学处理，得到无害化处理后的磷石膏；s2.将处理后的磷石膏与β型建筑石膏混合后的混合物用于矿山生态重构。2.根据权利要求1所述的一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法，其特征在于：所述步骤s2具体步骤如下：s2-1.将无害化磷石膏与β型建筑石膏按比例混合均匀后，运送至矿山表面摊平，堆积后碾压，使其干密度≥96％，得到生态重构基层；s2-2.将无害化磷石膏与β型建筑石膏按比例混合均匀后，在生态重构基层表面间隔堆积成防护层；s2-3.将无害化磷石膏、β型建筑石膏、草籽、土壤、水按比例混合均匀后铺设在防护层之间，得到植被生长层。3.根据权利要求1所述的一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法，其特征在于：所述步骤s1中化学处理具体步骤为向水洗后的磷石膏中依次加入碱性调节剂、靶向凝固稳定剂、激发剂，充分搅拌混合均匀后，经堆存陈化熟化，得到无害化磷石膏。4.根据权利要求3所述的一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法，其特征在于：所水洗述磷石膏、碱性调节剂、靶向凝固稳定剂、激发剂的用量按重量份计算如下：干基磷石膏100份，碱性调节剂0.5～1.5份，靶向凝固稳定剂1～2份，激发剂0.5～1.5份。5.根据权利要求4所述的一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法，其特征在于：所述碱性调节剂为电石渣、生石灰、苛性钠中的一种或多种。6.根据权利要求4所述的一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法，其特征在于：所述靶向凝固稳定剂为聚丙烯酰胺、聚合硫酸铁、聚合氯化铝、硅酸盐水泥、氯化钙、明矾中的一种或多种。7.根据权利要求4所述的一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法，其特征在于：所述激发剂为粉煤灰、水玻璃中的一种或多种。8.根据权利要求1所述的一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法，其特征在于：所述经过水洗深度净化所的磷石膏含水量18～25％，ph值为5.14，水溶性磷含量为440mg/l，水溶性氟含量为29.36mg/l。9.根据权利要求2所述的一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法，其特征在于：所述步骤s2-1中磷石膏与β型建筑石膏质量比为2～4:1，s2-2中磷石膏与β型建筑石膏质量比为1～3:1，无害化磷石膏、β型建筑石膏、草籽、土壤、水质量比为1～4:1～3:1:1:1。10.根据权利要求2所述的一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法，其特征在于：所述步骤s2-1中堆积厚度为30～60cm，步骤s2-3中铺设厚度为10～30cm。

技术总结
本发明公开了一种利用无害化磷石膏进行矿山生态重构的方法，涉及磷石膏无害化处理和资源化利用技术领域。将经过水洗深度净化的磷石膏进一步进行化学处理，得到无害化处理后的磷石膏；将处理后的磷石膏与β型建筑石膏混合后的混合物用于矿山生态重构。通过磷石膏的无害化处理，再与建筑石膏一起用于生态重构，实现磷石膏的综合利用，降低堆存可能带来的风险，同时推进了矿山的生态建设，环境效益、经济效益显著，具有突出的技术效果和应用价值。通过进一步对水洗磷石膏进行化学处理，实现有害物质的靶向捕捉、固定、固化，形成难溶、不溶性物质，从而有效的控制作为生态重构材料中可能对环境产生破坏的有害物质的浸出，确保材料的安全环保性。安全环保性。安全环保性。


技术研发人员：朱桂华 何宾宾 杨文娟 周琼波 符义忠 龚丽 姜威 杨军 王孟来 高智诚
受保护的技术使用者：云南磷化集团有限公司
技术研发日：2023.04.18
技术公布日：2023/7/25