本发明公开一种协同处置矿山重金属废水的矿山充填材料及其制备方法，属于废水、工业固体废弃物处置技术领域。
背景技术
赤泥是制铝冶金提取氧化铝时排出的碱性固体废弃物，磷石膏是磷矿生产磷酸时产生的副产物酸性石膏。目前，我国赤泥年排放量超过3000万t，磷石膏的年排放量超过5000万t，赤泥主要用于建材、回收铁等，磷石膏则主要用于制取硫酸联产水泥、建材等。但目前赤泥和磷石膏的综合利用率较低，主要的处理方式主要采用筑坝堆存，但是都存在溃坝风险，易污染堆场周边水体、空气、土壤，而且占地多、堆渣费用高等问题。随着铝冶金和磷化工的发展，赤泥和磷石膏堆存量越来越多，利用并减少赤泥、磷石膏已经是铝冶金、磷化工发展和环境保护迫切需要解决的难题之一。
矿山中蕴含着大量资源，如煤炭和各种金属矿物，因生活和经济高速发展的需求，各种矿物资源从矿山中开采出来。矿山开采在带来各种矿产资源的同时，留下了许多矿井矿坑并带来了地表沉陷和环境污染等问题，矿山废水就是一个需要解决的污染问题。
矿山废水的主要危害物质是废水中的重金属离子，重金属废水具有毒效长、生物不可降解的特点，若直接排放则会造成严重的土壤、水体污染。重金属离子进入水体和土壤后会被生物吸附、积累，并且通过食物链进入人体从而导致人体疾病。如日本水俣病、湖南儿童血铅超标等。低成本、高效的重金属废水处理方法一直是环境工作者研究的重点。
矿山重金属废水的主要处理方法有中和法、混凝沉降法、生物法以及人工湿地法等，但存在产生大量污泥或处理缓慢问题。针对矿山生产活动产生的坑内排水,选矿厂尾矿排水,废石场淋浸水等重金属废水，可利用大宗固体废弃物赤泥和磷石膏协同处置矿山重金属废水，即能解决赤泥、磷石膏堆存带来的环境污染、堆存占地和矿山重金属废水处理的问题，又能充填矿山，减少地表沉陷。
技术实现要素：
本发明的目的在于为赤泥、磷石膏资源化、减量化和矿山开采产生的重金属废水处理提供一种综合利用的方法，具体采用以下技术方案实现：
一种协同处置矿山重金属废水的矿山充填材料，该矿山充填材料由以下原料制备得到，各原料及其质量百分比为：赤泥20~50%、磷石膏15~40%、半水石膏4~15%、粉煤灰5~18%、石灰0~10%、激发剂1~10%、重金属废水：20-40%。
优选的，本发明所述矿山充填材料由以下原料制备得到，各原料及其质量百分比为：赤泥25-40%、磷石膏20-35%、半水石膏5~13%、粉煤灰6~15%、石灰2~10%、激发剂2~5%、矿山重金属废水22~30%。
本发明所述赤泥为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、联合法赤泥中的一种或多种混合组成。
本发明所述激发剂为na2sio3、木质素磺酸钠、三乙醇胺中的一种或多种混合组成。
本发明的另一目的在于提供所述协同处置矿山重金属废水的矿山充填材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将固体材料研磨至200目以上。
（2）制备半水石膏：取研磨后的磷石膏在110-180℃下煅烧2-12h，冷却，研磨至200目以上；经过煅烧处理后caso4·0.5h2o含量达到了70%以上。
（3）去除矿山重金属废水中的悬浮物，然后将固体材料和矿山重金属废水按相应的质量百分配比放入水泥搅拌机中搅拌混匀，并持续搅拌5~40min，使其物理化学反应充分完全，即得到矿山下充填材料。
本发明所述矿山重金属废水为矿山坑内排水，选矿厂尾矿排水，废石场淋浸水一种或多种混合组成；其矿山重金属废水含有多种重金属；其利用之前可利用格栅、沉淀池等进行悬浮物去除。
本发明的原理为：赤泥是碱性固废，磷石膏是酸性固废，以赤泥和磷石膏为主要的矿山充填原料，混合搅拌后，可以有效去除赤泥和磷石膏的酸性和碱性。若矿山废水为酸性则被石灰等中和。混合物ph值在6~8之间，其中性环境和混合物中的硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐等成分可对大多数重金属起到很好的固化；此外赤泥的吸附性和半水石膏、石灰、粉煤灰的胶结固化也会将重金属吸附和包裹固化；其混合物具有较高的强度，可用作矿山充填。
本发明的有益效果：矿山充填料的原料75%以上来源于工业固体废弃物和矿山废水。处理工业固体废弃物的同时，协同处置矿山重金属废水，实现了以废治废；充填物浸出液重金属浓度在《地表水环境质量标准》的ⅲ类水以下，制备方法非常简单，易操作，能耗低，所用的设备非常常见，对环境污染很小；消除了矿山地表沉陷且减小了一般尾矿、固废矿山充填物对地下水和周围环境的影响；节约了赤泥和磷石膏堆存土地，避免了对堆场周边地水体、大气、土壤造成严重的污染。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容。
实施例1
本实施例中所用赤泥为云南某厂采用拜耳法生产氧化铝产生的拜耳法赤泥；所用磷石膏是云南某厂采用湿法磷酸生产中产生的工业固废，其中cas042h2o含量高达91%；所用矿山重金属废水为云南某铅锌矿选矿厂废水，废水成分在表1。
表1铅锌矿选矿厂废水浓度及充填废水浓度（mg/l）
一种协同处置矿山重金属废水的矿山充填材料，该矿山充填材料由以下原料制备得到，各原料及其质量百分比为：赤泥50%、磷石膏15%、半水石膏4%、粉煤灰5%、石灰5%、激发剂1%、重金属废水：20%。
本实施例所述矿山充填材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将固体材料研磨至200目以上。
（2）制备半水石膏：取研磨后的磷石膏在110℃下煅烧12h，冷却，研磨至200目以上；经过煅烧处理后caso4·0.5h2o含量达到了70%以上。
（3）去除矿山重金属废水中的悬浮物，然后将固体材料和矿山重金属废水按相应的质量百分配比放入水泥搅拌机中搅拌混匀，并持续搅拌40min，使其物理化学反应充分完全，即得到矿山下充填材料；其可用混泥土泵运送到矿山的采空区进行填充，该充填材料在养护24天之后，测其浸出浓度在表1，其结果低于《地表水环境质量标准》的ⅲ类水。
实施例2
本实施例中所用赤泥为云南某厂采用拜耳法生产氧化铝产生的拜耳法赤泥；所用赤泥为云南某厂采用拜耳法生产氧化铝产生拜耳法赤泥；所用磷石膏是云南某厂采用湿法磷酸生产中产生的工业固废，其中cas042h2o含量高达85%；所用矿山重金属废水为云南某锌铁矿废石堆放场，废水成分在表2。
表2铅锌矿选矿厂废水浓度及充填废水浓度（mg/l）
一种协同处置矿山重金属废水的矿山充填材料，该矿山充填材料由以下原料制备得到，各原料及其质量百分比为：赤泥22%、磷石膏16%、半水石膏5%、粉煤灰7%、激发剂10%、重金属废水：40%。
本实施例所述矿山充填材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将固体材料研磨至200目以上。
（2）制备半水石膏：取研磨后的磷石膏在180℃下煅烧2h，冷却，研磨至200目以上；经过煅烧处理后caso4·0.5h2o含量达到了74%以上。
（3）去除矿山重金属废水中的悬浮物，然后将固体材料和矿山重金属废水按相应的质量百分配比放入水泥搅拌机中搅拌混匀，并持续搅拌5min，使其物理化学反应充分完全，即得到矿山下充填材料；其可用混泥土泵运送到矿山的采空区进行填充，该充填材料在养护24天之后，测其浸出浓度在表2，其结果低于《地表水环境质量标准》的ⅲ类水。
实施例3
本实施例中所用赤泥为云南某厂采用拜耳法生产氧化铝产生拜耳法赤泥；所用磷石膏是云南某厂采用湿法磷酸生产中产生的工业固废，其中cas042h2o含量高达93%；所用矿山重金属废水为云南某铜矿坑废水，废水成分在表3。
表3铅锌矿选矿厂废水浓度及充填废水浓度（mg/l）
一种协同处置矿山重金属废水的矿山充填材料，该矿山充填材料由以下原料制备得到，各原料及其质量百分比为：赤泥20%、磷石膏40%、半水石膏10%、粉煤灰8%、石灰8%、激发剂4%、重金属废水：20%。
本实施例所述矿山充填材料的制备方法，具体包括以下步骤：
（1）将固体材料研磨至200目以上。
（2）制备半水石膏：取研磨后的磷石膏在130℃下煅烧6h，冷却，研磨至200目以上；经过煅烧处理后caso4·0.5h2o含量达到了76%以上。
（3）去除矿山重金属废水中的悬浮物，然后将固体材料和矿山重金属废水按相应的质量百分配比放入水泥搅拌机中搅拌混匀，并持续搅拌20min，使其物理化学反应充分完全，即得到矿山下充填材料；其可用混泥土泵运送到矿山的采空区进行填充，该充填材料在养护24天之后，测其浸出浓度在表3，其结果低于《地表水环境质量标准》的ⅲ类水。