CN112919846A - 一种尾矿制备混凝土掺合料的方法 - Google Patents

一种尾矿制备混凝土掺合料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种尾矿制备混凝土掺合料的方法，包括以下步骤：步骤1：将尾矿干燥，尾矿含水量控制在5％以下；步骤2：用去离子水将激发剂配置成溶液；所述的激发剂为以下药剂：偏铝酸钠、石灰和腐殖酸钠；步骤3：称量一定量的尾矿，以尾矿的质量为基准，添加一定量的激发剂溶液，并使尾矿与激发剂饱和溶液混合均匀，在一定温度和一定时间下进行尾矿预处理；步骤4：将步骤3得到的预处理尾矿与活化剂混合，混合后采用磨机粉磨一定时间，获得尾矿混凝土掺合料。通过添加化学激发剂和活化剂，采用化学预处理与机械‑化学活化联合工艺制备了混凝土用掺合料，不仅提高了尾矿的附加值，还真正实现了尾矿的大规模资源化利用。

Description

一种尾矿制备混凝土掺合料的方法
技术领域
本发明属于矿业固废资源化和无机非金属材料领域，具体涉及一种尾矿制备混凝土掺合料的方法。
背景技术
混凝土中的掺合料是一类能改善混凝土性能的天然的或人工的细分散硅质粉状材 料，占混凝土中总胶凝材料用量的20％-70％，是高强混凝土和高性能混凝土的必要组成 材料，也被称为混凝土的第六组分材料。由于这类材料通常具有潜在的火山灰活性，能与石灰、消石灰等钙质材料加水拌合后，能够凝结硬化进而产生强度，或与水泥水化生 成的氢氧化钙起反应，生成具有胶凝能力的水化产物，能改善混凝土性能，节约用水， 调节混凝土强度等级，市场需求巨大。常用于混凝土中的掺合料主要为粉煤灰、粒化高 炉矿渣粉、沸石粉、硅灰等，尤其是粉煤灰应用最为广泛。
尾矿是工业固体废弃物的主要组成部分。世界各国每年采出的金属矿、非金属矿、煤、粘土等高达100亿t以上，排出的尾矿量约50亿t，以有色金属矿山累计堆存的尾 矿为例，美国达到80亿t。目前我国发现的矿产有150多种，开发建立了8000多座矿 山，累计生产尾矿59.7亿t，而且每年仍以3.0亿t的速度在增长。目前，尾矿的综合 利用途径主要包括：1)回收尾矿中的有价组分；2)尾矿用作建筑材料及采空区填充料； 3)尾矿用作土壤改良剂及微量元素肥料；4)利用尾矿复垦植被。目前，我国尾矿综合 利用率仅为15％左右，与国外综合利用率为60％的先进水平相距甚远。
矿物掺合料已经成为配制混凝土的必要组分。随着我国基础建设的大规模展开，粉煤灰、矿渣粉等传统混凝土掺合料已经出现紧缺的问题。尾矿主要化学成分与传统建 筑材料原料相似，且粒度较细，性质稳定，作为建材原料有着天然的优势。若能将尾矿 制备成混凝土掺合料，既可解决传统混凝土掺合料紧缺问题，又能促进尾矿减量化、无 害化和资源化处理；但由于其火山灰活性低，其最大的掺量小。因此，如何提高尾矿的 火山灰活性，成为其大规模资源化利用的关键。
发明内容
本发明针对尾矿综合利用率不高，活性低，综合利用工艺复杂、生产成本高等技术上的不足，提出了一种以尾矿为原料，通过添加化学激发剂和活化剂，采用化学预处 理与机械-化学活化联合工艺制备了混凝土用掺合料，不仅提高了尾矿的附加值，还真 正实现了尾矿的大规模资源化利用，而且开拓了尾矿的应用领域；整体制备工艺绿色环 保，具有重要的环境效益和经济效益。
为达到上述技术效果，本发明提供以下技术方案：
一种尾矿制备混凝土掺合料的方法，包括以下步骤：
步骤1：将尾矿在一定条件下干燥，尾矿含水量控制在5％以下；
步骤2：用去离子水将激发剂配置成溶液；所述的激发剂为以下药剂：偏铝酸钠、石灰和腐殖酸钠；
步骤3：称量一定量的尾矿，以尾矿的质量为基准，添加一定量的激发剂溶液，并使尾矿与激发剂饱和溶液混合均匀，在一定温度和一定时间下进行尾矿预处理；激发剂 添加量为尾矿重量的：0.01％-3％；激发剂的优化组合为：偏铝酸钠、石灰和腐殖酸钠， 三者重量百分比为：10-30％：10-40％：20-70％；激发剂会对尾矿产生表面溶解，使其 表面形成无定形物质以提高活性组分。
步骤4：将步骤3得到的预处理尾矿与活化剂溶液混合，活化剂为：六偏磷酸钠、 硬脂酸、半水石膏和聚合有机多元醇，活化剂占预处理尾矿重量的：0.01％-0.5％，六偏 磷酸钠、硬脂酸、半水石膏和聚合有机多元醇三者重量比为：1-10:1-10：10-40:10-60； 混合后采用磨机粉磨一定时间，活化剂对尾矿起到分散作用，提高尾矿的比表面积，获 得尾矿混凝土掺合料。
所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，步骤1中所述的一定条件下干燥为：采用热气流干燥，干燥温度为100-300℃。
所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，步骤3中，尾矿预处理温度为：5-95℃，尾矿预处理时间为：30min-120h。
所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，步骤4中，粉磨时间为：5min-60min。
所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，步骤4中所述尾矿混凝土掺合料的比表面积为：400-1200m2/kg。
所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，偏铝酸钠质量百分浓度为：20％-60％，石灰质量百分浓度为：0.01％-5％，腐殖酸钠质量百分浓度为：0.01％-5％。
所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，六偏磷酸钠、硬脂酸、半水石膏和聚合有机多元醇四者重量比为：1-10:1-10：10-40:10-60；混合后采用磨机粉磨一定时间，获得 尾矿混凝土掺合料。
所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，以预处理钨尾矿的质量为基准，加入0.01％ 的六偏磷酸钠、0.01％的硬脂酸、0.03％半水石膏和0.02％的聚合有机多元醇。
所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，以预处理钨尾矿的质量为基准，加入0.01％ 的六偏磷酸钠、0.01％的硬脂酸、0.2％半水石膏和0.2％的聚合有机多元醇。
所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，以预处理钨尾矿的质量为基准，加入0.2％的六偏磷酸钠、0.4％的硬脂酸、0.05％半水石膏和0.02％的聚合有机多元醇；或者以预 处理钨尾矿的质量为基准，加入0.1％的六偏磷酸钠、0.1％的硬脂酸、0.3％半水石膏和0.1％的聚合有机多元醇。
根据GB/T17671-2005《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)制备水泥胶砂试块，测 定不同龄期胶砂试块的抗压强度，计算胶砂试块的活性指数。
本发明的有益效果在于：1)本发明以尾矿为原料，通过添加激发剂，采用化学激发与机械-化学活化联合工艺制备了混凝土用掺合料，制备工艺简单易行，绿色环保， 环境效益和经济效益显著，适合大规模工业化生产；2)本发明采用化学激发与机械-化 学活化联合工艺直接把尾矿制备成活性混合材，制备工序耗时短，最快条件下几十分钟 就可制备成活度指数不同的活性混合材，能耗较低；3)本发明方法制备的尾矿混凝土 掺合料比表面积大，活性高，可直接应用于混凝土生产；4)本发明仅使用尾矿为原料， 尾矿掺合料在混凝土中的利用率最高可达30％，可实现尾矿的大规模资源化利用。
附图说明
图1本发明技术工艺流程图。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
实施例1
1、将尾矿烘干，以尾矿与激发剂按照重量百分比计，称量5kg的尾矿；以尾矿的 质量为基准，加入0.04％的偏铝酸钠、0.02％的石灰和0.12％的腐殖酸钠，激发剂均以 水溶液形式加入。将激发剂与尾矿混合均匀后在90℃预处理30min，获得预处理尾矿。
2、将预处理尾矿与活化剂按照重量百分比计，称量3.5kg的预处理尾矿；以尾矿的质量为基准，加入0.01％的六偏磷酸钠、0.01％的硬脂酸、0.03％半水石膏和0.02％的聚合有机多元醇，活化剂均以水溶液形式加入。将预处理尾矿与活化剂搅拌均匀后，采 用磨机粉磨尾矿，粉磨时间为30min，获得尾矿混凝土掺合料。
3、按照重量百分比计，将尾矿混凝土掺合料按30％与P.O42.5水泥混合均匀，按照GB/T17671-2005《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)制备水泥胶砂试块，根据 GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》获得尾矿混凝土掺合料不 同条件下活性试验结果，试验结果见表1。
实施例2
1.将尾矿烘干，以尾矿与激发剂按照重量百分比计，称量5kg的尾矿；以尾矿的质量为基准，加入0.04％的偏铝酸钠、0.02％的石灰和0.12％的腐殖酸钠，激发剂均以水 溶液形式加入。将激发剂与尾矿混合均匀后在90℃预处理120h，获得预处理尾矿。
2.将预处理尾矿与活化剂按照重量百分比计，称量3.5kg的预处理尾矿；以尾矿的质量为基准，加入0.01％的六偏磷酸钠、0.01％的硬脂酸、0.03％半水石膏和0.02％的聚合有机多元醇，活化剂均以水溶液形式加入。将预处理尾矿与活化剂搅拌均匀后，采用 磨机粉磨尾矿，粉磨时间为30min，获得尾矿混凝土掺合料。
3.按照重量百分比计，将尾矿混凝土掺合料按30％与P.O42.5水泥混合均匀，按照GB/T17671-2005《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)制备水泥胶砂试块，根据 GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》获得尾矿混凝土掺合料不 同条件下活性试验结果，试验结果见表1。
实施例3
1.将尾矿烘干，以尾矿与激发剂按照重量百分比计，称量5kg的尾矿；以尾矿的质量为基准，加入0.6％的偏铝酸钠、0.3％的石灰和2.0％的腐殖酸钠，激发剂均以水溶液 形式加入。将激发剂与尾矿混合均匀后在20℃预处理30min，获得预处理尾矿。
2.将预处理尾矿与活化剂按照重量百分比计，称量3.5kg的预处理尾矿；以尾矿的质量为基准，加入0.01％的六偏磷酸钠、0.01％的硬脂酸、0.03％半水石膏和0.02％的聚合有机多元醇，活化剂均以水溶液形式加入。将预处理尾矿与活化剂搅拌均匀后，采用 磨机粉磨尾矿，粉磨时间为30min，获得尾矿混凝土掺合料。
3.按照重量百分比计，将尾矿混凝土掺合料按30％与P.O42.5水泥混合均匀，按照GB/T17671-2005《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)制备水泥胶砂试块，根据 GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》获得尾矿混凝土掺合料不 同条件下活性试验结果，试验结果见表1。
实施例4
1.将尾矿烘干，以尾矿与激发剂按照重量百分比计，称量5kg的尾矿；以尾矿的质量为基准，加入0.6％的偏铝酸钠、0.3％的石灰和2.0％的腐殖酸钠，激发剂均以水溶液 形式加入。将激发剂与尾矿混合均匀后在20℃预处理120h，获得预处理尾矿。
2.将预处理尾矿与活化剂按照重量百分比计，称量3.5kg的预处理尾矿；以尾矿的质量为基准，加入0.01％的六偏磷酸钠、0.01％的硬脂酸、0.03％半水石膏和0.02％的聚合有机多元醇，活化剂均以水溶液形式加入。将预处理尾矿与活化剂搅拌均匀后，采用 磨机粉磨尾矿，粉磨时间为30min，获得尾矿混凝土掺合料。
3.按照重量百分比计，将尾矿混凝土掺合料按30％与P.O42.5水泥混合均匀，按照GB/T17671-2005《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)制备水泥胶砂试块，根据 GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》获得尾矿混凝土掺合料不 同条件下活性试验结果，试验结果见表1。
实施例5
1.将尾矿烘干，以尾矿与激发剂按照重量百分比计，称量5kg的尾矿；以尾矿的质量为基准，加入0.3％的偏铝酸钠、0.2％的石灰和1.6％的腐殖酸钠，激发剂均以水溶液 形式加入。将激发剂与尾矿混合均匀后在25℃预处理72h，获得预处理尾矿。
2.将预处理尾矿与活化剂按照重量百分比计，称量3.5kg的预处理尾矿；以尾矿的质量为基准，加入0.01％的六偏磷酸钠、0.01％的硬脂酸、0.2％半水石膏和0.2％的聚合有机多元醇，活化剂均以水溶液形式加入。将预处理尾矿与活化剂搅拌均匀后，采用磨 机粉磨尾矿，粉磨时间为10min，获得尾矿混凝土掺合料。
3.按照重量百分比计，将尾矿混凝土掺合料按30％与P.O42.5水泥混合均匀，按照GB/T17671-2005《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)制备水泥胶砂试块，根据 GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》获得尾矿混凝土掺合料不 同条件下活性试验结果，试验结果见表1。
实施例6
1.将尾矿烘干，以尾矿与激发剂按照重量百分比计，称量5kg的尾矿；以尾矿的质量为基准，加入0.3％的偏铝酸钠、0.2％的石灰和1.6％的腐殖酸钠，激发剂均以水溶液 形式加入。将激发剂与尾矿混合均匀后在25℃预处理72h，获得预处理尾矿。
2.将预处理尾矿与活化剂按照重量百分比计，称量3.5kg的预处理尾矿；以尾矿的质量为基准，加入0.2％的六偏磷酸钠、0.4％的硬脂酸、0.05％半水石膏和0.02％的聚合有机多元醇，活化剂均以水溶液形式加入。将预处理尾矿与活化剂搅拌均匀后，采用磨 机粉磨尾矿，粉磨时间为10min，获得尾矿混凝土掺合料。
3.按照重量百分比计，将尾矿混凝土掺合料按30％与P.O42.5水泥混合均匀，按照GB/T17671-2005《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)制备水泥胶砂试块，根据GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》获得尾矿混凝土掺合料不 同条件下活性试验结果，试验结果见表1。
实施例7
1.将钨尾矿烘干，以钨尾矿与激发剂按照重量百分比计，称量5kg的尾矿；以尾矿的质量为基准，加入0.3％的偏铝酸钠、0.2％的石灰和1.6％的腐殖酸钠，激发剂均以水 溶液形式加入。将激发剂与尾矿混合均匀后在25℃预处理72h，获得预处理钨尾矿。
2.将预处理钨尾矿与活化剂按照重量百分比计，称量3.5kg的预处理钨尾矿；以钨尾矿的质量为基准，加入0.1％的六偏磷酸钠、0.1％的硬脂酸、0.3％半水石膏和0.1％的聚合有机多元醇，活化剂均以水溶液形式加入。将预处理尾矿与活化剂搅拌均匀后，采 用磨机粉磨尾矿，粉磨时间为30min，获得钨尾矿混凝土掺合料。
3.按照重量百分比计，将钨尾矿混凝土掺合料按30％与P.O42.5水泥混合均匀，按照GB/T17671-2005《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)制备水泥胶砂试块，根据 GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》获得尾矿混凝土掺合料不 同条件下活性试验结果，试验结果见表1。
实施例8
1.将尾矿烘干，以尾矿与激发剂按照重量百分比计，称量5kg的尾矿；以尾矿的质量为基准，加入0.3％的偏铝酸钠、0.2％的石灰和1.6％的腐殖酸钠，激发剂均以水溶液 形式加入。将激发剂与尾矿混合均匀后在25℃预处理72h，获得预处理尾矿。
2.将预处理尾矿与活化剂按照重量百分比计，称量3.5kg的预处理尾矿；以尾矿的质量为基准，加入0.1％的六偏磷酸钠、0.1％的硬脂酸、0.3％半水石膏和0.1％的聚有机有机多元醇，活化剂均以水溶液形式加入。将预处理尾矿与活化剂搅拌均匀后，采用磨 机粉磨尾矿，粉磨时间为60min，获得尾矿混凝土掺合料。
3.按照重量百分比计，将尾矿混凝土掺合料按30％与P.O42.5水泥混合均匀，按照GB/T17671-2005《水泥胶砂强度检验方法》(ISO法)制备水泥胶砂试块，根据 GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》获得尾矿混凝土掺合料不 同条件下活性试验结果，试验结果见表1。
表1尾矿用作混凝土掺合料活性试验结果
Figure BDA0002963040610000081
结论：本发明尾矿混凝土掺合料与水泥不同配比活性试验数据显示，尾矿混凝土掺 合料用量为水泥配比的30％时，水泥胶砂试块3d、7d、28d活性指数都超过了75％，而 未使用激发剂和活化剂情况时，水泥胶砂试块3d、7d、28d活性指数只有65％左右，说 明经过尾矿化学激发与机械-化学活化联合工艺活化后，其活性得到明显提高，最高者 提高20％以上，同时可降低混凝土的能耗和成本。既解决了大量尾矿堆存引起的土地占 用及环境污染问题，也降低了混凝土的生产成本，有望实现尾矿在混凝土领域大规模利 用，具有显著的经济效益和社会效益。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种尾矿制备混凝土掺合料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将尾矿干燥；
步骤2：用去离子水将激发剂配置成溶液；所述的激发剂为以下药剂：偏铝酸钠、石灰和腐殖酸钠；
步骤3：称量一定量的尾矿，以尾矿的质量为基准，添加一定量的激发剂溶液，并使尾矿与激发剂饱和溶液混合均匀，在一定温度和一定时间下进行尾矿预处理；激发剂添加量为尾矿重量的：0.01％-3％；激发剂的优化组合为：偏铝酸钠、石灰和腐殖酸钠，三者重量百分比为：10-30％：10-40％：20-70％；
步骤4：将步骤3得到的预处理尾矿与活化剂溶液混合，活化剂为：六偏磷酸钠、硬脂酸、半水石膏和聚合有机多元醇，活化剂占预处理尾矿重量的：0.01％-0.5％。
2.权利要求1所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，其特征在于，步骤1中所述的一定条件下干燥为：采用热气流干燥，干燥温度为100-300℃。
3.权利要求1所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，其特征在于，步骤3中，尾矿预处理温度为：5-95℃，尾矿预处理时间为：30min-120h。
4.权利要求1所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，其特征在于，步骤4中，粉磨时间为：5min-60min。
5.权利要求1所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，其特征在于，步骤4中所述尾矿混凝土掺合料的比表面积为：400-1200m2/kg。
6.权利要求1所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，其特征在于，偏铝酸钠质量百分浓度为：20％-60％，石灰质量百分浓度为：0.01％-5％，腐殖酸钠质量百分浓度为：0.01％-5％。
7.权利要求1所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，其特征在于，六偏磷酸钠、硬脂酸、半水石膏和聚合有机多元醇四者重量比为：1-10:1-10：10-40:10-60；混合后采用磨机粉磨一定时间，获得尾矿混凝土掺合料。
8.权利要求1所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，其特征在于，以预处理钨尾矿的质量为基准，加入0.01％的六偏磷酸钠、0.01％的硬脂酸、0.03％半水石膏和0.02％的聚合有机多元醇。
9.权利要求1所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，其特征在于，以预处理钨尾矿的质量为基准，加入0.01％的六偏磷酸钠、0.01％的硬脂酸、0.2％半水石膏和0.2％的聚合有机多元醇。
10.权利要求1所述的尾矿制备混凝土掺合料的方法，其特征在于，以预处理钨尾矿的质量为基准，加入0.2％的六偏磷酸钠、0.4％的硬脂酸、0.05％半水石膏和0.02％的聚合有机多元醇；或者以预处理钨尾矿的质量为基准，加入0.1％的六偏磷酸钠、0.1％的硬脂酸、0.3％半水石膏和0.1％的聚合有机多元醇。
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