一种利用铅锌尾矿砂制备防辐射砂浆的制备工艺的制作方法

本发明涉及尾矿砂处理技术领域，具体为一种利用铅锌尾矿砂制备防辐射砂浆的制备工艺。

背景技术：

20世纪以来，世界有色金属工业突飞猛进，全球有色金属生产和消费总额大幅提高，并保持着持续增长的势态。在有色金属工业飞速发展的同时，也产生了大量的尾矿砂。

据不完全统计，世界年均尾矿排放量达500亿吨，其中铅、锌、铁等金属尾矿砂排放量约占总量80％，而且尾矿中残余的铅锌的化合物和尾矿砂中的含硫物以及其它共生矿物会对库区的土壤和地下水造成严重的污染，尤其使尾矿砂中含有的铅，经研究表明铅中毒可导致机体免疫能力下降，因此还会成为威胁当地居民健康的“定时炸弹”。

铅锌尾矿砂内含许多未完全提取的矿物，以及各种有毒物质，且尾矿库占地面积巨大，不仅影响生态环境，且随时间的推移，尾矿库的海拔不断升高，不仅要面临溃坝的风险，每年防汛的压力也急剧增加，因此尾矿砂重新利用的问题亟待解决；

利用铅锌尾矿砂制备防辐射砂浆可以很好的利用尾矿砂，中国混凝土使用量在17-18亿m³左右，若仅将1％的预拌混凝土骨料换成铅锌尾矿砂，每年能节约砂石3-4亿吨，消耗的铅锌矿砂相当于4个一等尾矿库的容积，可确保约1万公顷的土地不因堆放铅锌尾矿砂而污染、损失，利用铅锌矿砂制备防辐射混凝土，不仅可以提高尾矿砂资源的利用率，还可以缓解土地资源短缺和重金属污染的压力，而防辐射砂浆可以广泛应用于医院、核电站等场所，本发明提供了一种利用铅锌尾矿砂制备防辐射砂浆的制备工艺。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种利用铅锌尾矿砂制备防辐射砂浆的制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种利用铅锌尾矿砂制备防辐射砂浆的制备工艺，所述防辐射砂浆包括尾矿砂细骨料、硅酸盐水泥、丁苯乳液、重晶石、eva分散乳胶粉、水，所述尾矿砂细骨料由加工设备对铅锌尾矿砂进行粉碎研磨并经漂洗处理后得到，所述加工设备上端开有进料口，下端固定连接有支腿，加工设备内部从上至下依次安装有粉碎机构、研磨机构和漂洗机构，所述粉碎机构和研磨机构之间设有可震动的筛选板，所述筛选板由研磨电机驱动，且筛选板的上侧面为斜面，加工设备靠近筛选板上侧面最低点的一端开有贯穿口，所述贯穿口的外侧设有储料槽，所述储料槽通过其上设有的基板连接有上料皮带，且上料皮带上固定连接有上料框，所述上料皮带由上料电机驱动。

优选的，所述粉碎机构包括两个粉碎轴，且两个粉碎轴上均固定套接有多个粉碎齿，两个粉碎轴上的多个粉碎齿之间相互咬合，所述加工设备的侧壁上固定连接有多个堵块，且堵块的上侧面为斜面，所述粉碎轴由粉碎电机驱动。

优选的，所述研磨机构包括固定块和运动块，所述固定块固定连接在加工设备的内部，运动块滑动连接在加工设备的内部，且其外侧面上固定连接有连接杆，所述连接杆的外端通过加工设备侧壁上开有的第一贯穿槽延伸至保护框的内部，连接杆由安装在保护框内部的研磨电机驱动。

优选的，所述筛选板靠近贯穿口的一端转动连接在加工设备的内部，筛选板的另一端固定连接有连接轴，连接轴通过加工设备上开有的第二贯穿槽延伸至保护框的内部，所述连接轴和连接杆之间连接有连杆，且连杆与研磨电机电机轴上的偏心轮相互连接。

优选的，所述研磨机构的下方设有二级研磨机构，所述二级研磨机构包括收集框，所述收集框通过管道与研磨箱相通，所述研磨箱呈漏斗形，所述研磨箱的上端通过固定管与外界相通，下端设有贯穿孔，研磨箱的内侧面上固定连接有多根干扰杆，所述管道通过连接管与风机相互连接。

优选的，所述漂洗机构包括外框，所述外框的内部转动连接有盛放框，且盛放框由漂洗电机驱动，所述盛放框的侧壁上开有排放槽，所述排放槽的内部设有堵块，且堵块上设有排放孔，所述堵块由安装在盛放框上的电磁阀驱动，且盛放框的内部还设有多个搅拌桨，所述外框的侧壁上设有排料口和多个排出管道，外框的外侧壁还通过多个支架连接有多个排入管道。

优选的，所述尾矿砂细骨料、硅酸盐水泥、丁苯乳液、重晶石、eva分散乳胶粉、水的重量份数分别为600、315、146、196、145、154。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过筛选板、贯穿口和上料皮带之间的配合，实现了将颗粒不合格的尾矿砂重新运输到粉碎机构内，对其重新进行粉碎，从而可以是粉碎效果更好，有利于下一步的研磨工作，通过研磨箱和干扰杆之间的配合，实现了可以对尾矿砂进行二次研磨，更加有利于后续的漂洗工作，本装置将尾矿砂经过多个步骤处理之后可以直接应用于制备防辐射砂浆，不仅可以提高尾矿砂资源的利用率，还可以缓解土地资源短缺和重金属污染的压力，通过本发明方法制备的防辐射砂浆相比采用普通砂浆屏蔽性能明显得到改善，并且此工艺生产的产品铅浸出率符合安全标准。

附图说明

图1为本发明加工设备的整体结构示意图；

图2为本发明加工设备的爆炸图；

图3为本发明保护框的内部结构示意图；

图4为本发明研磨箱的剖视图；

图5为本发明管道和研磨箱的连接示意图；

图6为本发明外框的结构示意图；

图7为本发明盛放框和外框的爆炸图；

图8为本发明排放槽和堵块的连接示意图；

图9为本发明防辐射砂浆板的实验原理简图；

图10为本发明防辐射砂浆板的测量点分布示意图。

图中：1、加工设备，2、进料口，3、支腿，4、筛选板，5、贯穿口，6、储料槽，7、基板，8、上料皮带，9、上料框，10、粉碎齿，11、堵块，12、粉碎电机，13、固定块，14、运动块，15、连接杆，16、第一贯穿槽，17、保护框，18、连接轴，19、第二贯穿槽，20、连杆，21、研磨电机，22、偏心轮，23、收集框，24、管道，25、研磨箱，26、贯穿孔，27、固定管，28、连接管，29、风机，30、外框，31、盛放框，32、排放槽，33、堵块，34、排放孔，35、电磁阀，36、搅拌桨，37、排料口，38、排出管道，39、支杆，40、粉碎轴，41、上料电机，42、干扰杆，43、限位块，44、皮带轴，45、齿轮，46、磨柱，47、安装杆，48、皮带轮，49、传动皮带，50、搅拌电机，51、漂洗电机，52、排入管道，53、支架。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-10，本发明提供一种技术方案：一种利用铅锌尾矿砂制备防辐射砂浆的制备工艺，所述防辐射砂浆包括尾矿砂细骨料、硅酸盐水泥、丁苯乳液、重晶石、eva分散乳胶粉、水，所述尾矿砂细骨料由加工设备1对铅锌尾矿砂进行粉碎研磨并经漂洗处理后得到，并且所述尾矿砂细骨料、硅酸盐水泥、丁苯乳液、重晶石、eva分散乳胶粉、水的重量份数分别为600、315、146、196、145、154。

所述加工设备1上端开有进料口2，下端固定连接有支腿3，加工设备1内部从上至下依次安装有粉碎机构、研磨机构和漂洗机构，需要处理的尾矿砂从进料口2进入加工设备1内部之后会先被粉碎，然后进行研磨，最后对其进行漂洗(漂洗包括清水漂洗、酸洗和碱洗等步骤)，完成处理，此时的尾矿砂即可直接用于制作砂浆的细骨料，所述粉碎机构和研磨机构之间设有可震动的筛选板4，所述筛选板4由研磨电机21驱动，研磨电机21可以带动筛选板4不断震动，筛选板4可以将一些体积较大的尾矿砂结块筛选出去，避免影响下一步的研磨工作，而震动可以使其更好的进行筛选工作，且筛选板4的上侧面为斜面，加工设备1靠近筛选板4上侧面最低点的一端开有贯穿口5，结块体积大于筛选板4漏孔的尾矿砂会通过贯穿口5滑落到加工设备1的外部并进入储料槽6的内部，所述贯穿口5的外侧设有储料槽6，储料槽6固定连接在加工设备1的侧壁上，且其下侧面与加工设备1之间连接有支撑杆，所述储料槽6通过其上设有的基板7连接有上料皮带8，基板7的一端与储料槽6的侧壁固定连接，另一端与加工设备1的侧壁固定连接，一共有两个基板7，两个基板7之间和储料槽6的内部转动连接有多个皮带轴44，基板7的内侧壁上行固定连接有限位块43(限位块43的形状如图2所示)，且上料皮带8上固定连接有上料框9，随着上料皮带8的运动上料框9会将储料槽6内部的粒度不合适的尾矿砂结块舀起并运输到进料口2的上方，然后将其倒入进料口2的内部，上料皮带8连接在限位块43和多个皮带轴44上形呈左端向下偏移的形状从而可以偏转尽量倒干净(如图2所示)，加工设备1上固定连接有与上料框9相适配的接料板，可以使上料框9更好的将其内部的尾矿砂结块倒入加工设备1的内部，所述上料皮带8由上料电机41驱动，位于储料槽6内部的皮带轴44的一端贯穿储料槽6并与上料电机41的电机轴固定连接，上料电机41安装在储料槽6的外侧壁上(上料板41安装在安装板上，安装板连接在储料槽6的外侧壁上，且安装板与储料槽6之间连接有支撑杆)。

具体而言，所述粉碎机构包括两个粉碎轴40，粉碎轴40转动连接在加工设备1的两端侧壁之间，且两个粉碎轴40上均固定套接有多个粉碎齿10，两个粉碎轴40上的多个粉碎齿10之间相互咬合，两个粉碎轴40同时向内转动的时候会使为两个粉碎轴40上的粉碎齿10不断的咬合，从而进行尾矿砂的粉碎工作，使尾矿砂结块变为颗粒，方便后续的研磨工作，所述加工设备1的侧壁上固定连接有多个堵块11，且堵块11的上侧面为斜面，堵块11可以将粉碎齿10之间的缝隙堵住，防止尾矿砂结块没有经过粉碎就从粉碎齿10的缝隙处落下，落到堵块11上的尾矿砂结块会通过斜面滑落到粉碎齿10上，从而被粉碎，所述粉碎轴40由粉碎电机12驱动，两个粉碎轴40的一端均贯穿加工设备1并固定连接有齿轮45，且开两个齿轮45相互啮合，任一齿轮45与粉碎电机12的电机轴相互连接，齿轮45和粉碎电机12的外侧设有固定框53，固定框53可以对齿轮45和粉碎电机12进行保护，粉碎电机12安装在固定框53的内部。

具体而言，所述研磨机构包括固定块13和运动块14，固定块13和运动块14的上端面均为斜面，且固定块13和运动块14上端面的最低点均位于其相互靠近的一侧，落到固定块13和运动块14上的尾矿砂颗粒会滑落到固定块13和运动块14之间被研磨，所述固定块13固定连接在加工设备1的内部，运动块14滑动连接在加工设备1的内部，固定块13和运动块14的内侧面均为斜面，斜面之间留有缝隙，且斜面上固定连接有磨柱46，斜面的设置可以使尾矿砂颗粒经过固定块13和运动块14之间的时间变长，使研磨的时间更长，斜面与磨柱46的设置可以使研磨效果更好，且其外侧面上固定连接有连接杆15，运动块14的外侧面上设有两个连接杆15，可以使运动块14更加稳定的运动，所述连接杆15的外端通过加工设备1侧壁上开有的第一贯穿槽16延伸至保护框17的内部，保护框17固定连接在加工设备1的侧面上，连接杆15由安装在保护框17内部的研磨电机21驱动，研磨电机21转动可以带动连接杆15在第一贯穿槽16的内部上下滑动，从而可以使运动块14上下运动，从而达到研磨效果。

具体而言，所述筛选板4靠近贯穿口5的一端转动连接在加工设备1的内部，筛选板4靠近贯穿口5的一端两侧面上均固定连接有固定轴，固定轴与加工设备1的侧壁转动连接，筛选板4的另一端固定连接有连接轴18，一共有两个连接轴18，连接轴18通过加工设备1上开有的第二贯穿槽19延伸至保护框17的内部，所述连接轴18和连接杆15之间连接有连杆20，连杆20的形状为“h”形，且其四个端点分别与两个连接杆15和两个连接轴18固定连接，且连杆20与研磨电机21电机轴上的偏心轮22相互连接，偏心轮22与连杆20的横杆相互活动接触，研磨电机21带动偏心轮22转动，从而可以使连杆20上下运动，继而使筛选板4和运动块14开始运动，进行工作，保护框17可以对研磨电机21和连杆20进行保护，研磨电机21安装在保护框17的内部。

为了使研磨的效果更好，设置了二级研磨机构，具体而言所述研磨机构的下方设有二级研磨机构，所述二级研磨机构包括收集框23，收集框23固定连接在加工设备1的内部，收集框23的形状呈漏斗状，所述收集框23通过管道24与研磨箱25相通，经过运动块14和固定块13研磨之后的尾矿砂会掉入收集框23的内部，然后通过收集框23进入管道24的内部，管道24与研磨箱25内腔横向方向相切，所述研磨箱25呈漏斗形，所述研磨箱25的上端通过固定管27与外界相通，管道24与研磨箱25相通的地方位于固定管27下端的上方，可以防止尾矿砂从固定管27排出，下端设有贯穿孔26，固定管27可以用来排气和排灰，因为尾矿砂中含有的灰分密度低，会跟随部分气流从固定管27排出，而尾矿砂会从贯穿孔26排出，研磨箱25的内侧面上固定连接有多根干扰杆42，所述管道24通过连接管28与风机29相互连接，风机29可以通过连接管28箱管道24的内部吹气，从而将管道24内部的尾矿砂吹入研磨箱25的内部，尾矿砂在研磨箱25的内部会呈螺旋状不断下降，然后在干扰杆42的作用下相互碰撞被研磨然后排出，排出的尾矿砂会通过研磨箱25下端掉落进漂洗机构的内部。

具体而言，所述漂洗机构包括外框30，外框30的下侧面固定连接有多个支杆39，所述外框30的内部转动连接有盛放框31，且盛放框31由漂洗电机51驱动，漂洗电机51安装在外框30的下方，其电机轴贯穿外框30与盛放框31固定连接，漂洗电机51转动可以带动盛放框31转动，所述盛放框31的侧壁上开有排放槽32，所述排放槽32的内部设有堵块33，且堵块33上设有排放孔34，所述堵块33由安装在盛放框31上的电磁阀35驱动，且盛放框31的内部还设有多个搅拌桨36，搅拌桨36转动连接在安装杆47上，安装杆47的两端与盛放框31的上端侧面固定连接，搅拌桨36的上端贯穿安装杆47，并连接有皮带轮48，且每个安装杆47上均设有两个搅拌桨36，每个安装杆47上均安装有一个搅拌电机50，位于同一个安装杆47上的两个皮带轮48之间连接有传动皮带49，搅拌电机50通过驱动皮带与对应的皮带轮48相互连接，所述外框30的侧壁上设有一个排料口37和多个排出管道38，一共设有三个排出管道38，且三个排出管道38分别用于排出水、酸液和碱液，排料口37用于排出尾矿砂，盛放框31转动使其上的排放孔34来与不同的排出管道38对齐，从而排出不同的漂洗液，当排放孔34与排料口37对齐的时候电磁阀35可以将堵块33拉起，使尾矿砂直接通过排放槽32和排料口37排出，排料口37的外侧且位于外框30上设有斜台，可以使尾矿砂更好的排出，外框30的外侧壁还通过多个支架53连接有多个排入管道52，支架53固定连接在外框30的外侧壁上，排入管道52与外界的漂洗液储存装置相互连接，可以通过不同的排入管道52箱盛放框31的内部排入不同的漂洗液进行漂洗，一共有三个排入管道52，分别用于排入清水、酸液和碱液。

对某尾矿库的铅锌尾矿砂进行取样，采用本发明的工艺利用加工设备1进行粉碎、研磨、漂洗处理，并对处理后的尾矿砂细骨料进行特性表征，测得其表观密度为2730kg/m3，细度模数为0.78，相比普通砂细度模数为2.8，表观密度为2554kg/m3，属特细砂，有利于后续砂浆混合成型。

为了验证尾矿砂制备的防辐射砂浆的性能制备了6组防辐射砂浆板(砂浆板的尺寸为150mm×150mm×25mm)，每组有9块防辐射砂浆板，6组防辐射砂浆板的配比如表1所示：

表1：多组防辐射砂浆板的配比表

混凝土屏蔽性能用其对γ射线的吸收系数μ表示，γ射线在介质中的衰减规为：n＝n0e^-μd

式中：n0为射线初始脉冲读；n为放置试件板后的射线脉冲读数；d为试件板厚度；μ为γ射线吸收系数，单位为cm^-1；

采用bh1326型核技术应用物理实验平台，以137cs(667kev)作为γ射线辐射源，组成设备包括nai(ti)探测仪和多道脉冲幅度分析仪；

实验时将砂浆板置于放射源与探测仪中间(如图9所示)，由于放射源为单点照射，为了全面反映砂浆板的屏蔽性能同时减小误差，在砂浆板表面取9个测试点(如图10所示)进行重复性测试，最后取平均值，其后添加第二块板增加砂浆板的厚度同样进行测试，再计算平均数，一直添加到第9块板，每组测量时长使得脉冲数超过10000，经过实验得出的数据如表2所示：

表2：γ射线吸收系数μ与铅锌尾矿砂掺量的关系

由表2可以得知同普通砂浆相比，用铅锌尾矿砂替代普通河沙，屏蔽性能明显得到改善，当铅锌尾矿砂掺量达到60％、80％和100％时，γ射线的吸收系数越大，说明随着尾矿砂掺量的增加，屏蔽性能越好。

根据gb5085.3-2007《浸出毒性鉴别标准》，固体废物铅的浸出值应在5mg/l以下，不同铅锌尾矿砂替代率下的铅浸出值见表3所示：

表3：防辐射砂浆中的铅浸出值

由表中数据可知，各替代率下的样品中铅的浸出值都在5mg/l以下，符合安全标准。

根据上述实验结果可以得知铅锌尾矿制备的防辐射砂浆具有很好的防辐射性能，同时其铅浸出值完全符合安全标准，故可以得出结论铅锌尾矿制备的防辐射砂浆完全可以代替普通河沙制备的砂浆作为建筑材料使用。

加工设备1的工作原理：将需要处理的尾矿砂结块通过进料口2放入加工设备1的内部，然后尾矿砂会被粉碎齿10粉碎，粉碎过后的尾矿砂会掉落在筛选板4上，体积较大的尾矿砂颗粒会进入储料槽6的内部，然后通过上料皮带8再次进入主框1的内部二次粉碎，体积较小的尾矿砂颗粒会通过筛选板4然后被固定块13和运动块14进行研磨，研磨之后的尾矿砂会通过收集框23和管道24进入研磨箱25的内部进行二次研磨，尾矿砂二次研磨之后会进入盛放框31的内部然后即可进行漂洗(漂洗分为酸洗、碱洗和清水漂洗，通过控制不同的排入管52来控制不同的漂洗液排入盛放框31的内部，从而进行不同的漂洗)，在漂洗的过程中可以通过控制排放孔34与不同的排出管道38相通，从而将不同的漂洗液排出，漂洗完成后可以控制盛放框31转动时排放孔34与排料口37对齐，然后启动电磁阀35拉起堵块33，使漂洗完毕的尾矿砂通过排放槽32和排料口37排出即可，后续可采用常用设备进行烘干。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。