一种磷尾矿基路面与排水沟基层及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及工业固体废弃物再利用技术领域，尤其涉及一种磷尾矿基路面与排水沟基层及其制备方法与应用。

背景技术

近年来国家提出“绿色发展”战略，要求加强尾矿、固体废弃物和废水等资源化利用，减少尾矿、矸石、废石等矿业固体废物的产生量和贮存量，力争重点企业选矿废水实现“零排放”，危险固废无害化处置率达到100％。因此，磷尾矿的排放及堆存已成为制约磷矿山企业可持续发展的主要问题。

磷尾矿作为潜在的“二次资源”，通过多途径资源化利用技术开发，回收有用有价组分，开发附加值高、用途广、功能多样的新材料，最终实现磷尾矿的无害化、减量化、资源化利用，同时解决磷尾矿的堆放问题，环境污染问题，还能保证矿产资源的可持续发展，促进社会的发展，取得重要的经济效益。

在磷尾矿制备路面基层的研究中，CN 113548843 A公布了一种地聚合物稳定磷尾矿路面基层及其制备方法，采用电石渣、粉煤灰、磷渣粉代替水泥及其他石灰稳定胶凝材料，但是试件存在前期强度低、形成强度较慢的问题，难以达到快速施工的要求；作为激发剂的电石渣与被激发剂的粉煤灰皆为粉状，与同样是粉状的磷尾矿混合时存在级配不合理以及混合料均匀搅拌较困难的问题。此外，粗略的尾矿添加量难以有效表征磷尾矿添加量的变化与路面的力学性能及持久性的联系。

发明内容

本发明提供一种磷尾矿基路面与排水沟基层及其制备方法与应用以解决上述背景技术中的问题。

本发明的方案是：

一种磷尾矿基路面与排水沟基层，包括下列重量份的原料：

磷尾矿55～75份；

石料10～30份；

固化剂15～20份。

作为优选的技术方案，包括下列重量份的原料：

磷尾矿 60～70份；

石料 15～23份；

固化剂 15～20份。

作为优选的技术方案，所述磷尾矿为浮选工艺处理后的压滤尾矿，磷尾矿中碳氟磷灰石含量为18～20％，白云石(CaMg(CO

作为优选的技术方案，所述石料包括石粉与公厘石中的一种或两种的组合。

作为优选的技术方案，所述石料为石粉与公厘石的混合物，石料与公厘石头的质量比为1:1，所述石粉的粒径≤3mm，公厘石的粒径≥10mm。

作为优选的技术方案，所述固化剂包括粉煤灰、石灰、铜冶炼渣、铁冶炼渣与硅微粉中的多种混合物；所述固化剂的密度为2.5～3(g/cm

所述固化剂中MgO含量为4～5％，Fe

本发明还公开了一种制备磷尾矿基路面与排水沟基层的方法，包括下列步骤：

1)将55～75重量份的磷尾矿、15～20重量份的固化剂与10～30重量份的石料混合，再加入水，得到混合料；所述混合料含水量为13～18wt％；

2)将55～75重量份的磷尾矿、15～20重量份的固化剂与10～30重量份的石料混合，再加入水，得到混合料浆，所述混合料浆含水量为20～25wt％；

3)依次进行路面及排水沟基础扩宽、填挖，将1)中混合料体摊铺、碾压与养护形成基底层；

4)在养护完成的基底层基础上支模，将2)中混合浆料后注入模具中浇筑、养护形成路面与排水沟一体化基层，完成磷尾矿基路面与排水沟基层建造。

作为优选的技术方案，5)浇筑路面及两侧排水沟养护规定时间后，采用C30混凝土在两侧沟帮及路面上浇筑不少于50mm加固层，保证路面存在1-3°缓坡，引导雨水自道路向两侧排水沟排除；每隔10m切割伸缩缝并及时采用不透水塑料薄膜覆盖安排专人定时洒水养护，因矿山干燥，每天上、下午各洒水两次；

6)排水沟沟帮脱模后及时用C30混凝土填补抹平沟壁并在沟底浇筑不少于50mm加固层，采用小型洒水车继续对路面及排水沟进行整体洒水养护。

本发明还公开了一种磷尾矿基路面与排水沟基层的应用，用于建设磷尾矿基路面、建设排水沟基层。

由于采用了上述技术方案一种磷尾矿基路面与排水沟基层及其制备方法与应用，1)将55～75重量份的磷尾矿、15～20重量份的固化剂与10～30重量份的石料混合，再加入水，得到混合料；所述混合料含水量为13～18wt％；2)将55～75重量份的磷尾矿、15～20重量份的固化剂与10～30重量份的石料混合，再加入水，得到混合料浆，所述混合料浆含水量为20～25wt％；3)依次进行路面及排水沟基础扩宽、填挖，将1)中混合料体摊铺、碾压与养护形成基底层；4)在养护完成的基底层基础上支模，将2)中混合浆料后注入模具中浇筑、养护形成路面与排水沟一体化基层，完成磷尾矿基路面与排水沟基层建造。

本发明的优点：

本发明开发出磷尾矿资源化利用的新方法；本发明提供了一种磷尾矿基路面及排水沟基层的制备方法，该路面及排水沟适用于矿山及乡村建设，改善矿山及周边乡村环境，消纳磷尾矿库存。本发明提高了磷尾矿基路面及排水沟表面耐磨性。本发明推广了磷尾矿基路面及排水沟基层的应用。

⑴本发明提供了一种磷尾矿基路面与排水沟基层，将磷尾矿作为主要原料应用于矿山生态修复区道路及排水沟修建，不仅提高尾矿的使用率，而且和传统土工布铺设的排水沟相比在矿山排水沟的功能性保障，美观，耐用和易于清理方面具备比较大的优势。

⑵本发明提供了上述磷尾矿基路面与排水沟基层的制备方法，物料级配组成合理，工艺简单、适应快速施工要求。

通过本发明各原料的协同作用，使得该磷尾矿基路面与排水沟基层具有较强的无侧限抗压强度，同时实现了磷尾矿的综合利用，降低了施工成本。

⑶本发明提供了上述磷尾矿基路面与排水沟基层的应用，鉴于上述磷尾矿基路面与排水沟基层所具有的优势，使得其在建筑材料领域具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例工艺路线图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

本发明实施例1提供一种磷尾矿基路面及排水沟基层，按质量份计包括以下原料：磷尾矿干基65份，固化剂15份，石料20份，上述磷尾矿基路面及排水沟基层制备方法，包括以下步骤：

(a)磷尾矿堆场处取样测试含水率，选择化学组成及重金属含量合适磷尾矿作为入料。

(b)由于固化剂及磷尾矿粒度较细，初步选择1：1添加石粉与公厘石来实现混合料级配合理性。

(c)将磷尾矿与石料、固化剂按照质量比称量后，加入一定质量比水，混合搅拌形成可流动浆体，搅拌规定时间后注入模具后养护脱模。

对比例1

本对比例提供了一种磷尾矿基路面及排水沟基层制备方法，除了将石料中石粉与公厘石的比例调整为(1:2)，其余原料以及用量与实施例1相同。

对比例2

本对比例提供了一种磷尾矿基路面及排水沟基层制备方法，除了将石料中石粉与公厘石的比例调整为(2:1)，其余原料以及用量与实施例1相同。

对比例3

本对比例提供了一种磷尾矿基路面及排水沟基层制备方法，将磷尾矿的质量比调整为55％，石料的质量比调整为30％，石料中石粉与公厘石的比例为1:1，其余原料以及用量与实施例1相同。

对比例4

本对比例提供了一种磷尾矿基路面及排水沟基层制备方法，将磷尾矿的质量比调整为75％，石料的质量比调整为10％，石料中石粉与公厘石的比例为1:1，其余原料以及用量与实施例1相同。

对比例5

本对比例提供了一种磷尾矿基路面及排水沟基层制备方法，除了更换市售固化剂类型，具体成分为：MgO含量为1～2％，Fe

对比例6

本对比例提供了一种磷尾矿基路面及排水沟基层制备方法，除了将质量比为65％的磷尾矿干基与质量比为15％的固化剂混合干磨5min外，其余原料以及用量与实施例1相同。干磨后固化剂粒度范围为400～500目，尾矿粒度＜450目的占95％以上。

对比例7

本对比例提供了一种磷尾矿基路面及排水沟基层制备方法，除了提高固化剂的质量比为25％，降低石料的质量比为10％外，其余原料以及用量与实施例1相同。

对比例8

本对比例提供了一种磷尾矿基路面及排水沟基层制备方法，除了提高磷尾矿的用量为80％，固化剂20％，不添加石料外，其余与实施例1相同。

按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》(JTG E51-2009)对上述实施例及对比例进行击实试验，按控制的压实度成型试件并测定其无侧限抗压强度，具体结果见表1。

表1

由表1可以看出，和实施例相比，对比例中的石粉与公厘石的比例变化不仅会影响物料的级配合理性还会导致试样抗压强度发生变化；在改变尾矿添加量的情况下并不会显著改变试样的抗压强度，反而合理的尾矿添加量才是关键。同样，选择与磷尾矿能相互作用的固化剂也是提高试样抗压强度的关键；

实施例2

本发明实施例2，以实施例1的试验结果作为指导，提供了一种磷尾矿基路面及排水沟基层制备方法和应用包括以下步骤：

⑴基层按质量份，将磷尾矿75份、固化剂15份、石料10份、加入一定比例水分混合搅拌均匀得到混合料A。面层按质量份，将磷尾矿65份、固化剂15份、石料20份、加入一定比例水分混合搅拌均匀得到混合料B。

⑵将混合料A转运至待施工路面，卸料后采用摊铺机及人工辅助的方式对待施工路面摊铺混合料，道路基底层摊铺厚度控制在20-25cm；采用一台胶轮压路机与一台振动压路机配合的方式快速碾压已摊铺混合料，碾压道路3-5遍保证道路压实度大于96％，洒水养护路基底层并达到设计养护时间后开始铺设道路基层。

⑶碾压完全24小时内每隔10m切割伸缩缝并及时采用不透水塑料薄膜覆盖，安排专人定时洒水养护，因矿山干燥，每天上、下午各洒水两次。

⑷道路基底层及基层铺设碾压宽度确保大于设计施工宽度，保证道路两侧在达到设计宽度时的充分压实度，采用混合料B在道路两侧施工45°护坡，采用小型洒水车继续对路面及护坡进行整体洒水养护。

道路养护28天后，在修建道路不同位置编号Ⅰ-Ⅳ处，取芯样进行检测，检测过程参照JTG E51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中的T0855-2009进行，具体结果见表2。

表2

从表中试验结果发现，修建路面基层与面层均采用磷尾矿进行修建时，合理的粒级配比以及养护方式，对于修建路面的强度提升具有积极作用。然而，使用过程中发现，修建道路面层存在耐磨性不足的问题。

实施例3

本发明实施例3，以实施例1与实施例2的试验结果作为指导，提供了一种磷尾矿基路面及排水沟基层制备方法和应用包括以下步骤：

⑴基底层按质量份，将磷尾矿75份、固化剂15份、石料10份、加入一定比例水分混合搅拌均匀得到混合料a。基层按质量份，将磷尾矿65份、固化剂15份、石料20份、加入一定比例水分混合搅拌均匀得到混合料b，外购C30混凝土作为混合料c。

⑵将混合料a转运至路面及排水沟施工现场，按照设计尺寸调平、碾压、养护路面与排水沟基底层，确保基底层碾压密实度均大于95％，在养护完成的排水沟基底上支模，靠近道路的内沟帮采用单侧支模，外侧沟帮采用双侧支模。

⑶将混合料b浇筑排水沟外沟帮模版后采用振动棒作用混合料浆，两侧排水沟内沟帮浇筑路面基层采用振动棒与振平尺相配合作用，增加料浆密实度、减少松散、提高料浆均匀性，再配合人工辅助摊平。

⑷浇筑路面及两侧排水沟养护规定时间后，采用混合料c在两侧沟帮及路面上浇筑不少于50mm加固层，保证路面存在1-3°缓坡，引导雨水自道路向两侧排水沟排除。每隔10m切割伸缩缝并及时采用不透水塑料薄膜覆盖安排专人定时洒水养护，因矿山干燥，每天上、下午各洒水两次。

⑸排水沟沟帮脱模后及时用C30混凝土填补抹平沟壁并在沟底浇筑不少于50mm加固层，采用小型洒水车继续对路面及排水沟进行整体洒水养护。

道路养护28天后，邀请第三方检测机构在修建道路及排水沟不同位置，取芯样进行检测，检测规范参照JTG 3420-2020《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》进行，具体结果见表3。

表3

结合所有实施例可知，调整磷尾矿、固化剂、石料的重量份，可制备出一般等级的公路和高等级公路的基层材料。该磷尾矿基路面及排水沟基层的强度形成主要是由所筛选固化剂的胶凝特性与磷尾矿、石料的合理级配所决定的。

从表3可知，采用磷尾矿作为道路及排水沟的基层与基底层、C30混凝土作为面层不仅能够有效解决磷尾矿用作道路面层施工时耐磨性低的问题，还能提升路面及排水沟的整体强度及美观性。路面及排水沟在合理养护工序后，取芯样检测抗压强度平均值为25.58MPa，与采用纯C30混凝土施工道路相比，抗压强度接近且施工成本更低，更契合企业对于磷资源全量化利用的发展需要。

实施例4

1)将55重量份的磷尾矿、15重量份的固化剂与10重量份的石料混合，再加入水，得到混合料；所述混合料含水量为13wt％；

2)将75重量份的磷尾矿、20重量份的固化剂与30重量份的石料混合，再加入水，得到混合料浆，所述混合料浆含水量为25wt％；

3)依次进行路面及排水沟基础扩宽、填挖，将1)中混合料体摊铺、碾压与养护形成基底层；

4)在养护完成的基底层基础上支模，将2)中混合浆料后注入模具中浇筑、养护形成路面与排水沟一体化基层，完成磷尾矿基路面与排水沟基层建造。

实施例5

1)将75重量份的磷尾矿、20重量份的固化剂与30重量份的石料混合，再加入水，得到混合料；所述混合料含水量为18wt％；

2)将55重量份的磷尾矿、15重量份的固化剂与10重量份的石料混合，再加入水，得到混合料浆，所述混合料浆含水量为20wt％；

3)依次进行路面及排水沟基础扩宽、填挖，将1)中混合料体摊铺、碾压与养护形成基底层；

4)在养护完成的基底层基础上支模，将2)中混合浆料后注入模具中浇筑、养护形成路面与排水沟一体化基层，完成磷尾矿基路面与排水沟基层建造。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。