CN114105543A - 一种全固废泡沫混凝土的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种全固废泡沫混凝土的制备方法，以铅锌尾矿为主要原料，辅以疏浚底泥、煤泥、铝灰渣、铜渣、废石粉、赤泥、双聚氰胺废渣、精炼渣、电解锰渣、氟石膏、秸秆等原料进行泡沫混凝土制备。本发明的制备方法包括粉料1、粉料2、粉料3、铅锌尾矿分选、粉料4、秸秆纤维、成品制备等工序。制备得到的泡沫混凝土强度和干密度达到JC/T1062‑2007《泡沫混凝土砌块》中A5.0、B06级的要求，此外抗冻性、导热系数和碳化系数均达到同类产品要求，产品质量稳定，生产成本有效降低；且本发明回收的金属精选粉中Fe品位可达85～95％，Fe回收率为90～97％，铜品位达0.5～0.7％，铜回收率为75～85％。

Description

一种全固废泡沫混凝土的制备方法
技术领域
本发明属于灰砂砖建筑材料技术领域，尤其涉及一种全固废泡沫混凝土的制备方法。
背景技术
泡沫混凝土含有大量的气孔，具有密度低、保温隔热性能好，燃烧等级为A 级不燃的优良性能被广泛用在吸声隔声、建筑保温、地下充填等工程领域中。泡 沫混凝土作为一种发泡类无机非金属材料，在满足轻质、保温的条件下，其产品 存在抗压强度普遍较低的缺点。用于节能的泡沫混凝土密度为300～800kg/m3时,其抗压强度为0.5～3.0MPa％。因此，如何制备轻质高强泡沫混凝土是解决问 题的关键。针对这一问题，不同学者提出不同的改进措施。一种观点认为，速凝 剂和早强剂可以提高泡沫混凝土的早期强度，从而提高施工效率。另一种观点认 为，尾矿取代部分硅酸盐水泥，利用多组分协同效应可以提高泡沫混凝土的强度。
对于利用工业固体废弃物制备泡沫混凝土，国内外学者做了大量的研究。邱军付等通过在大掺量粉煤灰的水泥一粉煤灰制品中添加适量的粉煤灰激发剂，制备出干表观密度为240kg/m3、粉煤灰掺量达45％，导热系数为0.064W/(m·k)，强度为0.42MPa的泡沫混凝土保温板。赵铁军等研究了粉煤灰掺量对泡沫混凝土抗压强度的影响，在一定条件下，粉煤灰替代水泥用量高达75％。熊传胜等探索研究了钢渣及粉煤灰的掺量的不同对泡沫混凝土基本性能的影响。汪新道等研究了泡沫混凝土中加入粉煤灰、矿粉等量取代水泥对泡沫混凝土的干湿表观密度、强度无不利影响，由于矿粉的活性高于粉煤灰，能够弥补粉煤灰早期火山灰效应滞后的缺陷而导致早期强度降低的问题，适宜掺量为粉煤灰20％、矿粉25％。Jones 等在泡沫混凝土中用未经任何处理的低钙粉煤灰来代替一定量的砂，从而使泡沫混凝土的流动性和后期强度得到了显著的提高。Nambiar等研究用粉煤灰部分代替砂对泡沫混凝土的干表观密度等级以及对不同龄期的抗压强度的影响，对于给定干表观密度等级的泡沫混凝土，用粉煤灰来代替砂能够大大提高泡沫混凝土的抗压强度。
在各种尾矿大量堆存的当下，国内已有部分科研工作者针对利用尾矿资源制备泡沫混凝土进行了一定研究。狄燕青以粉磨后钼尾矿为原料之一，研究了钼尾矿掺量对发泡混凝土材料力学性能和干密度的影响。当钼尾矿掺量为10％，水胶比为0.51、发泡剂掺量为5％、聚丙烯纤维掺量为0.5％时成功制备出了抗压强度为0.45MPa，干密度为237kg/m3的超轻泡沫混凝土。田雨泽的研究表明，当铁尾矿粉的掺量从10％增加到30％时，泡沫混凝土的抗压强度逐渐增大；当掺量从30％增加到50％时，泡沫混凝土的抗压强度逐渐减小。王银生以金尾矿进行泡沫混凝土制备试验，金尾矿掺量达73.3％，制备出表观密度为954kg/m3、抗压强度为11.7MPa、导热系数为0.21W/(m·K)的砌块。
由此可见对于综合利用固体废弃物资源与制泡沫混凝相结合已逐渐引起科研工作者们的高度重视。对于利用矿渣、粉煤灰等制备泡沫混凝土已经进行了大量的研究工作，制备技术也趋于成熟。然而，对于利用尾矿制备泡沫混凝土的研究相对较少，特别是铅锌尾矿制备泡沫混凝土的研究未见报导。
发明内容
本发明提供一种全固废泡沫混凝土的制备方法，以铅锌尾矿为主要原料，辅以疏浚底泥、煤泥、铝灰渣、铜渣、废石粉、赤泥、双聚氰胺废渣、精炼渣、电解锰渣、氟石膏、秸秆等原料进行泡沫混凝土制备。不仅能够解决多种类、多类型固废的无害化、减量化和资源化难题，推进工业固废、化工固废、水利固废和农业固废协同利用及环境保护，为泡沫混凝土的生产提供原料，推动建筑建材的低碳化发展。
本发明一种全固废泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、疏浚底泥预处理：将疏浚底泥静置脱水，使其含水量为25～35％，再搅拌、晾干、过筛，筛下产物于105℃进行烘干，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到300～400m2/kg；
S2、煤泥预处理：将煤泥堆放晾干，使其含水量小于15～25％，而后于105℃烘干，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到250～350m2/kg；
S3、铝灰渣预处理：首先将铝灰渣进行筛选，筛除铝灰渣中的有机物杂质，而后将铝灰渣置于105℃电热干燥箱烘干12h，再放入水泥球磨机中粉磨至比表面积250～350m2/kg；
S4、铜渣的预处理：将铜渣置于105℃电热干燥箱烘干12h后，放入水泥球磨机中粉磨至比表面积250～350m2/kg；
S5、废石粉的预处理：首先将废弃石粉进行筛选，筛除废弃石粉中的有机物杂质，而后置于105℃电热干燥箱烘干12h，再放入水泥球磨机中粉磨至比表面积250～350m2/kg；
S6、赤泥预处理：将赤泥堆放晾干，使其含水量小于10～15％，而后于105℃烘干12h，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到400～500m2/kg；
S7、压制成型：将预处理后的S1、S2、S3、S4、S5和S6中的各物料按质量比1.4～1.5:1.9～3:0.8～1:2.4～2.6:1～1.5:1～1.6放入行星磨中混合均匀；得到的干料混合物加入其质量8～11％的水，然后将混合料放入模具，经液压压力机压制成尺寸为φ30mm×20mm的球团；
S8、高温煅烧：将步骤S7压制成型后的球团放入加盖刚玉坩埚，再置于马弗炉中高温煅烧；煅烧后的物料取出后进行水淬急冷，得到改性产物；
S9、湿法选矿：将S8中的改性产物用颚式破碎机破碎至1～3mm颗粒，而后采用RK/BK型三辊四筒棒磨机进行湿磨，在弱磁场磁选管中进行湿式分离，所得磁性产物为含有铁、铜的金属精选湿粉，非磁性产物为尾渣改性粉，即湿粉料 1，将上述产物分别烘干，即得金属精选粉和粉料1；
S10、粉料2制备：将双聚氰胺废渣置于105℃电热干燥箱中烘干12h，然后和步骤S5预处理后的废石粉按照质量比20～40％:60～80％混合均匀，而后置于马弗炉内煅烧，煅烧制度为：由室温升至300℃，升温速率为2℃/min，而后保温 30min；再由300℃升至所需温度750℃～900℃，升温速率为5℃/min，而后保温 50～100min；煅烧完成后鼓风冷却至100℃时取出试样；再将冷却至室温的粉料放入球磨机中粉磨至比表面积350～500m2/kg，得到粉料2；
S11、精炼渣预处理：将精炼渣置于105℃烘箱内烘干12h至恒重，然后放入球磨机中粉磨至比表面积350～500m2/kg，得到粉料3；
S12、铅锌尾矿预处理：首先铅锌尾矿用水力旋流器进行筛分，保持其料浆浓度为25～40％，而后将筛分后颗粒尺寸大于0.045mm置于105℃电热鼓风烘干箱中烘干12h，备用；
S13、电解锰渣+氟石膏的预处理：将电解锰渣和氟石膏分别置于105℃电热干燥箱中烘干12h，然后按照质量比1:1放入水泥球磨机中，粉磨至比表面积 300～400m2/kg，得到粉料4；
S14、秸秆预处理：先去掉秸秆表皮叶，而后取根部以上30～50cm，切成3～5cm 小段，再将小段秸秆置于50型揉丝机进行处理，处理完成后筛选长度为0.5～1cm，直径为0.075～0.10mm的纤维备用；
S15、泡沫混凝土的制备：首先粉状原料和纤维放入搅拌机中按比例混合均匀，所述粉状原料为铅锌尾矿、粉料1、粉料2、粉料3和粉料4，其质量百分比为35～45:32～43:9～12:4～5:6～8；所述纤维为秸秆纤维，其加入量为泡沫混凝土体积量的2.5‰，再按水料比为0.5～0.6：1加入45～55℃温水，搅拌80～100s，然后再加入干料总量0.065～0.075％的铝粉，搅拌30～50s，浇注入模具，在温度50～60℃的条件下静停蒸护8～10h，拆模后养护至规定龄期，即得本发明的泡沫混凝土。
可选地，所述步骤S1中疏浚底泥的主要成分和含量为：SiO240～60％，Al2O3 10～30％，Fe2O31～15％，MgO 1～5％，CaO 3～10％，Na2O 0.1～5％，K2O 0.1～5％，P2O50.01～3％， TiO2 0.01～3％，烧失量1～20％；所述步骤S2中煤泥的主要成分和含量为：SiO2 30～60％，Al2O310～35％，Fe2O32～15％，FeO 0.1～5％，MgO 0.1～5％，CaO 1～15％，K2O 0.01～2％，SO30.1～5％，烧失量10～25％，热值为1500～3000千卡/千克；所述步骤 S3中铝灰渣为分离出金属铝后的细灰，主要化学成分和含量为：SiO25～15％， Al2O350～70％，AlN15～25％，AlCl31～5％，AlF31～5％，烧失量5～25％；所述步骤 S4中铜渣为观呈浅褐色，铜渣的矿物组成为镁铁矿、磁铁矿、铁橄榄石和镁铁橄榄石，铁物相主要以磁铁矿(Fe3O4)和铁橄榄石(2FeO·SiO2)的形式存在，铜主要以辉铜矿(Cu2S)、金属铜、氧化铜，主要化学成分和含量为：SiO216～28％， FeO 48～65％，Fe3O412～19％，CaO 0.1～2％，Co 0～2％，Al2O35～10％，Cu 1.1～2.9％；所述步骤S5中废石粉的主要矿物相为方解石和石英，其主要化学成分和含量为： SiO26～24％，Al2O33～11％，CaO 55～78％，Fe2O30.1～6％，MgO 2～7％，K2O0.01～1％， Na2O 0.01～1％，烧失量12～30％；所述步骤S6中赤泥的主要化学组成为：SiO25～30％， Al2O315～30％，Fe2O310～40％，MgO 0.1～2％，CaO 10～20％，K2O 0.01～1％，Na2O 1～10％， TiO21～8％，烧失量9～15％。
可选地，所述步骤S10中双氰胺废渣干基粒度0.01～0.1mm，主要矿物组成为方解石，其主要化学成分和含量为：SiO25～15％，Al2O31～10％，CaO 45～70％， Fe2O31～5％，MgO 0.01～3％，K2O+Na2O 0.01～2％，C 5～20％，烧失量20～40％；所述步骤S11中精炼渣主要成分和含量为：CaO 35～50％，Al2O330～45％，SiO21～5％， MgO 2～8％，Fe2O31～5％，SO31～4％。
可选地，所述步骤S12中铅锌尾矿主要成分和含量为：SiO245％～65％；Al2O3 1％～12％；Fe2O3+FeO 3％～17％；P2O50.01％～4％；MgO 0.1％～8％；CaO 15％～30％；K2O0.1％～1％； Na2O 0.1％～1％；TiO20.01～0.3％；MnO 0.01～0.7％；烧失量0.1％～4％，其他0.01％～2％。
可选地，所述步骤S13中电解锰渣主要成分和含量为：SiO225～40％，CaO 5～15％，Al2O35～15％，Fe2O30.1～7％，MgO 0.1～3％，MnO 0.1～5％，SO320～40％，K2O 0.1～3％，Na2O 0.01～1％，P2O50.01～1％，TiO20.01～1％；所述氟石膏的主要化学成分和含量为：CaO 32～40％，SiO20.1～5％，Al2O30.1～3％，MgO 0.1～1％，SO335～55％， CaF22～7％；磷石膏的主要化学成分和含量为：CaO 35～50％，SiO21～4％，Al2O3 0～1.5％，MgO 1～4％，SO330～45％，P2O51～6％。
可选地，所述步骤S1、S2、S6行星式球磨机分散时间为20～30min，磨机速率为200r/min。
可选地，所述步骤S7中，压制成型的压力为15～25MPa。
可选地，所述步骤S8中，高温煅烧制度为：从室温以10℃/min升至 1150～1250℃，保温1～3h。
可选地，所述步骤S9中，湿法磨细至细度小于0.074mm，弱磁选管磁选分离设置的强度为1600～1800Oe。
可选地，所述步骤S10制备的粉料2中有效CaO量为66～70％，MgO含量＜3.5％，消解温度为65～69℃，消解时间为10～14min，0.08方孔筛筛余为9～13％，，符合 ASTM C 5-2003《建筑用生石灰标准规范》标准要求。
本发明所述的赤泥为拜耳法赤泥，主要矿物是赤铁矿，含有少量的二氧化硅、钛矿物、勃姆石和硅铝酸钠水合物。依据HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》测试表明，其8项重金属指标均低于GB/T 14848-2017《地下水质量标准》中的标准限值。
本发明所述的精炼渣矿物组成为钙铝石(C12A7)和水钙铝榴石(C3AH6)，细化后的精炼渣依据HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》测试表明，其8项重金属指标均低于GB/T 14848-2017《地下水质量标准》中的标准限值。
本发明中按1:1混合的电解锰渣和氟石膏符合GB/T 21371-2019《用于水泥中的工业副产石膏》中规定的工业副产品石膏要求。氟石膏为湿法石膏，主要成分为，含有少量的CaF2。混合的石膏中CaSO4·2H2O和CaSO4总和≥90％，氯离子≤0.4％，pH值≥5。
本发明的有益效果
(1)与现有的泡沫混凝土生产相比，发明中原料由疏浚底泥、煤泥、铝灰渣、铜渣、废石粉、赤泥、双聚氰胺废渣、精炼渣、铅锌尾矿、电解锰渣、氟石膏、秸秆废弃物组成，废弃物的利用率达100％。原材料的放射性符合GB6566的规定，其8项重金属指标均低于GB/T14848-2017《地下水质量标准》中的标准限值，更绿色、低碳、环保，符合国家提倡的建材产品“双碳”要求。
(2)本发明提供的全固废泡沫混凝土产品，其强度和干密度达到JC/T 1062-2007《泡沫混凝土砌块》中A5.0、B06级的要求，此外抗冻性、导热系数和碳化系数均达到同类产品要求，产品质量稳定，生产成本有效降低。
(3)本发明基于以废治废的思路，使各种废弃物得到了高值利用。充分利用煤泥作为还原剂，回收铜渣和赤泥有价金属组分，同时煤泥中的利用有效降低了焙烧温度(降低焙烧温度达50～150℃)，实现了废弃物资源的高附加值利用。
(4)本发明回收的金属精选粉中Fe品位可达85～95％，Fe回收率为90～97％，铜品位达0.5～0.7％，铜回收率为75～85％；
(5)本发明利用多种工业固体废弃物的特性，充分发挥多元固废间的协同效应。粉料1中的Si能补充泡沫混凝土中对活性硅材料的需求。双聚氰胺废渣和废石粉混合煅烧，为体系提供了有效CaO，同时对粉料1的活性起到了化学激发，同时为铅锌尾矿中活性SiO2的反应提供了碱性环境；精炼渣富含铝质成分，作为粉料3加入原料体系后，补充了原料体系对铝质成分的需求，铝质原料早期的快速水化，为泡沫混凝土的早期强度提供保障；粉料4中的CaSO4·2H2O起到缓凝的作用，防止泡沫混凝土中的原料快速水化，引起发气和坯体不协调造成的塌模，同时对粉料1起到激发作用；秸秆在泡沫混凝土中起到了增韧的功效。
附图说明
图1为本发明粉料1的制备工艺流程；
图2为本发明粉料2的制备工艺流程；
图3为本发明泡沫混凝土的制备工艺流程；
图4为本发明实施实例2铅锌尾矿掺量对泡沫混凝土制品性能的影响；
图5为本发明实施实例2铅锌尾矿掺量对泡沫混凝土制品吸水率的影响；
图6为本发明实施实例2不同养护龄期F-4泡沫混凝土制品XRD图谱；
图7为本发明实施实例2不同养护龄期F-4泡沫混凝土制品孔壁外表面3000 倍SEM图：(a)1d，(b)3d，(c)7d，(d)28d；
图8为本发明实施实例2不同养护龄期F-4泡沫混凝土制品孔壁外表面 10000倍SEM图：(a)1d，(b)3d，(c)7d，(d)28d；
图9为本发明图8(c)中标注点R、S、T的能谱分析图谱。
具体实施方式
以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，达成技术功效的实现并据以实施。
实施例1
一种全固废泡沫混凝土的制备方法，包括粉料1、粉料2、粉料3、铅锌尾矿分选、粉料4、秸秆纤维、成品制备等工序。
上述全固废泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、疏浚底泥预处理：将疏浚底泥静置脱水，使其含水量为25％，再搅拌(每天搅拌1次)、晾干、过筛，筛下产物进行烘干处理(烘干条件105℃)，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到300 m2/kg；
S2、煤泥预处理：将煤泥堆放晾干，使其含水量小于15％，再搅拌(每天搅拌1次)、晾干，而后进行烘干处理(烘干条件105℃)，以脱除煤泥中的游离水，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到250m2/kg；
S3、铝灰渣预处理：首先将铝灰渣进行筛选，筛除铝灰渣中的有机物杂质，而后将铝灰渣置于电热干燥箱烘干12h(烘干条件105℃)，烘干后的铝灰渣放入水泥球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积250m2/kg；
S4、铜渣的预处理：将铜渣置于电热干燥箱烘干12h(烘干条件105℃)，烘干后的镍渣放入水泥球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积250m2/kg；
S5、废石粉的预处理：首先将废弃石粉进行筛选，筛除废弃石粉中的有机物杂质，而后置于电热干燥箱烘干12h(烘干条件105℃)，烘干后的废石粉放入水泥球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积250m2/kg；
S6、赤泥预处理：将赤泥堆放晾干，使其含水量小于10％，再搅拌(每天搅拌1次)、晾干，而后进行12h烘干处理(烘干条件105℃)，以脱除赤泥中的游离水，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到400m2/kg；
S7、压制成型：将预处理后的S1、S2、S3、S4、S5和S6中各物料按质量比 1.4:2.4:0.8:2.4:1.5:1.5放入行星磨中混合均匀；得到的干料混合物加入其质量8％的水，然后将混合料放入模具，经液压压力机压制成球(球团尺寸φ30mm× 20mm)；
S8、高温煅烧：将步骤S7压制成型后的球团放入加盖刚玉坩埚(坩埚尺寸φ 150mm×200mm)，再将坩埚置于马弗炉中高温煅烧；煅烧后的物料取出后进行水淬急冷，得到改性产物；
S9、湿法选矿：将S8中的改性产物用颚式破碎机破碎至1～3mm颗粒，而后采用RK/BK型三辊四筒棒磨机进行湿磨，在弱磁场磁选管中进行湿式分离，所得磁性产物为含有铁、铜的金属精选湿粉，非磁性产物为尾渣改性粉，即湿粉料 1，将上述产物分别烘干，即得金属精选粉和粉料1；
S10、粉料2制备：将双聚氰胺废渣置于电热干燥箱中烘干12h(烘干条件 105℃)，烘干后的双聚氰胺废渣和步骤S5废石粉按照质量比20％:80％混合均匀，而后置于马弗炉内煅烧，煅烧制度为：由室温升至300℃，升温速率为2℃/min，而后保温30min；再由300℃升至所需温度750℃，升温速率为5℃/min，而后保温100min；煅烧完成后鼓风冷却至100℃时取出试样；再将冷却至室温的粉料放入球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积350m2/kg，得到粉料2；
S11、精炼渣预处理：将精炼渣置于105℃烘箱内烘干12h至恒重，保证含水率不大于0.2％。烘干后的精炼渣放入球磨机中粉磨，粉磨至比表面积350m2/kg，得到粉料3；
S12、铅锌尾矿预处理：首先铅锌尾矿用水力旋流器进行筛分(料浆浓度25％)，而后将筛分后颗粒尺寸大于0.045mm置于电热鼓风烘干箱中烘干12h(烘干条件 105℃)，烘干后备用；
S13、电解锰渣+氟石膏的预处理：将电解锰渣和氟石膏分别置于电热干燥箱中烘干12h(烘干条件105℃)，烘干后的电解锰渣和氟石膏按照质量比1:1放入水泥球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积300m2/kg，得到粉料4；
S14、秸秆预处理：首选玉米秸秆，先去掉秸秆表皮叶，而后取根部以上 30～50cm，切成3～5cm小段，再将小段秸秆置于50型揉丝机进行处理，处理完成后筛选长度为0.5～1cm，直径为0.075～0.10mm的纤维备用；
S15、泡沫混凝土的制备：首先粉状原料和纤维放入搅拌机中按比例混合均匀，所述粉状原料为铅锌尾矿、粉料1、粉料2、粉料3和粉料4，其质量百分比为40:39:9:5:7；所述纤维为秸秆纤维，其加入量为泡沫混凝土体积量的2‰, 再按水料比为0.5：1加入45℃温水，搅拌80s，然后再加入干料总量0.065％的铝粉，搅拌30s，浇注入模具，在温度50℃的条件下静停蒸护10h，拆模后放入温度为(20±1)℃、湿度＞90％以上的标准条件下养护28天。
本实施例中赤泥为拜耳法赤泥，主要矿物是赤铁矿，含有少量的二氧化硅、钛矿物、勃姆石和硅铝酸钠水合物。依据HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》测试表明，其8项重金属指标均低于GB/T 14848-2017《地下水质量标准》中的标准限值。
本实施例中精炼渣矿物组成为钙铝石(C12A7)和水钙铝榴石(C3AH6)，细化后的精炼渣依据HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》测试表明，其8项重金属指标均低于GB/T 14848-2017《地下水质量标准》中的标准限值。
本实施例中按1:1混合的电解锰渣和氟石膏符合GB/T 21371-2019《用于水泥中的工业副产石膏》中规定的工业副产品石膏要求。氟石膏为湿法石膏，主要成分为，含有少量的CaF2。混合的石膏中CaSO4·2H2O和CaSO4总和≥90％，氯离子≤0.4％，pH值≥5。
本实施例中步骤S1中疏浚底泥的主要成分和含量为：SiO240～60％，Al2O3 10～30％，Fe2O31～15％，MgO 1～5％，CaO 3～10％，Na2O 0.1～5％，K2O 0.1～5％，P2O50.01～3％， TiO2 0.01～3％，烧失量1～20％。
步骤S2中煤泥的主要成分和含量为：SiO230～60％，Al2O310～35％，Fe2O32～15％，FeO 0.1～5％，MgO 0.1～5％，CaO 1～15％，K2O 0.01～2％，SO30.1～5％，烧失量10～25％，热值为1500～3000千卡/千克。
步骤S3中铝灰渣为分离出金属铝后的细灰，主要化学成分和含量为：SiO2 5～15％，Al2O350～70％，AlN 15～25％，AlCl31～5％，AlF31～5％，烧失量5～25％；
步骤S4中铜渣为观呈浅褐色，铜渣的矿物组成为镁铁矿、磁铁矿、铁橄榄石和镁铁橄榄石，铁物相主要以磁铁矿(Fe3O4)和铁橄榄石(2FeO·SiO2)的形式存在，铜主要以辉铜矿(Cu2S)、金属铜、氧化铜，主要化学成分和含量为： SiO216～28％，FeO 48～65％，Fe3O412～19％，CaO 0.1～2％，Co 0～2％，Al2O35～10％， Cu 1.1～2.9％；
步骤S5中废石粉的主要矿物相为方解石和石英，其主要化学成分和含量为：SiO26～24％，Al2O33～11％，CaO 55～78％，Fe2O30.1～6％，MgO 2～7％，K2O 0.01～1％，Na2O 0.01～1％，烧失量12～30％。
步骤S6中赤泥的主要化学组成为：SiO25～30％，Al2O315～30％，Fe2O310～40％，MgO 0.1～2％，CaO 10～20％，K2O 0.01～1％，Na2O 1～10％，TiO21～8％，烧失量9～15％；
步骤S10中双氰胺废渣干基粒度0.01～0.1mm，主要矿物组成为方解石，其主要化学成分和含量为：SiO25～15％，Al2O31～10％，CaO 45～70％，Fe2O31～5％， MgO 0.01～3％，K2O+Na2O 0.01～2％，C 5～20％，烧失量20～40％。
步骤S11中精炼渣主要成分和含量为：CaO 35～50％，Al2O330～45％，SiO21～5％，MgO 2～8％，Fe2O31～5％，SO31～4％。
步骤S12中铅锌尾矿主要成分和含量为：SiO245％～65％；Al2O31％～12％； Fe2O3+FeO 3％～17％；P2O50.01％～4％；MgO 0.1％～8％；CaO 15％～30％；K2O 0.1％～1％；Na2O 0.1％～1％；TiO20.01～0.3％；MnO 0.01～0.7％；烧失量0.1％～4％，其他0.01％～2％。
步骤S13中电解锰渣主要成分和含量为：SiO225～40％，CaO 5～15％，Al2O3 5～15％，Fe2O30.1～7％，MgO 0.1～3％，MnO 0.1～5％，SO320～40％，K2O 0.1～3％，Na2O 0.01～1％，P2O50.01～1％，TiO20.01～1％。
步骤S13中氟石膏的主要化学成分和含量为：CaO 32～40％，SiO20.1～5％，Al2O30.1～3％，MgO 0.1～1％，SO335～55％，CaF22～7％；磷石膏的主要化学成分和含量为：CaO 35～50％，SiO21～4％，Al2O30～1.5％，MgO 1～4％，SO330～45％，P2O51～6％。
步骤S1、S2、S6行星式球磨机分散时间为22min，磨机速率为200r/min。
步骤S7中，压制成型的压力为15MPa。
步骤S8中，高温煅烧制度为：从室温以10℃/min升至1150℃，保温3h。
步骤S9中，湿法磨细至细度小于0.074mm的颗粒占90％以上，弱磁选管磁选分离设置的强度为1600Oe。
可选地，所述步骤S10制备的粉料2中有效CaO量为66％，MgO含量为3.4％，消解温度为65℃，消解时间为14min，0.08方孔筛筛余为13％，，符合ASTM C 5-2003 《建筑用生石灰标准规范》标准要求。
本实施例得到的金属精选粉指标如表1所示。
表1实施例1中金属精选粉的指标分析
Figure BDA0003424001850000111
本实施例制备的泡沫混凝土，测试结果如表2所示。
表2实施例1中28天养护龄期泡沫混凝土测试结果
Figure BDA0003424001850000112
实施例2
一种全固废泡沫混凝土的制备方法，包括粉料1、粉料2、粉料3、铅锌尾矿分选、粉料4、秸秆纤维、成品制备等工序。
上述全固废泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、疏浚底泥预处理：将疏浚底泥静置脱水，使其含水量为30％，再搅拌(每天搅拌1次)、晾干、过筛，筛下产物进行烘干处理(烘干条件105℃)，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到350 m2/kg；
S2、煤泥预处理：将煤泥堆放晾干，使其含水量小于20％，再搅拌(每天搅拌1次)、晾干，而后进行烘干处理(烘干条件105℃)，以脱除煤泥中的游离水，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到300m2/kg；
S3、铝灰渣预处理：首先将铝灰渣进行筛选，筛除铝灰渣中的有机物杂质，而后将铝灰渣置于电热干燥箱烘干12h(烘干条件105℃)，烘干后的铝灰渣放入水泥球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积300m2/kg；
S4、铜渣的预处理：将铜渣置于电热干燥箱烘干12h(烘干条件105℃)，烘干后的镍渣放入水泥球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积300m2/kg；
S5、废石粉的预处理：首先将废弃石粉进行筛选，筛除废弃石粉中的有机物杂质，而后置于电热干燥箱烘干12h(烘干条件105℃)，烘干后的废石粉放入水泥球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积300m2/kg；
S6、赤泥预处理：将赤泥堆放晾干，使其含水量小于12％，再搅拌(每天搅拌1次)、晾干，而后进行12h烘干处理(烘干条件105℃)，以脱除赤泥中的游离水，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到475m2/kg；
S7、压制成型：将预处理后的S1、S2、S3、S4、S5和S6中各物料按质量比 1.4:3:0.8:2.6:1:1放入行星磨中混合均匀；得到的干料混合物加入其质量10％的水，然后将混合料放入模具，经液压压力机压制成球(球团尺寸φ30mm×20 mm)；
S8、高温煅烧：将步骤S7压制成型后的球团放入加盖刚玉坩埚(坩埚尺寸φ 150mm×200mm)，再将坩埚置于马弗炉中高温煅烧；煅烧后的物料取出后进行水淬急冷，得到改性产物；
S9、湿法选矿：将S8中的改性产物用颚式破碎机破碎至1～3mm颗粒，而后采用RK/BK型三辊四筒棒磨机进行湿磨，在弱磁场磁选管中进行湿式分离，所得磁性产物为含有铁、铜的金属精选湿粉，非磁性产物为尾渣改性粉，即湿粉料 1，将上述产物分别烘干，即得金属精选粉和粉料1；
S10、粉料2制备：将双聚氰胺废渣置于电热干燥箱中烘干12h(烘干条件 105℃)，烘干后的双聚氰胺废渣和步骤S5废石粉按照质量比30％:70％混合均匀，而后置于马弗炉内煅烧，煅烧制度为：由室温升至300℃，升温速率为2℃/min，而后保温30min；再由300℃升至所需温度825℃，升温速率为5℃/min，而后保温75min；煅烧完成后鼓风冷却至100℃时取出试样；再将冷却至室温的粉料放入球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积425m2/kg，得到粉料2；
S11、精炼渣预处理：将精炼渣置于105℃烘箱内烘干12h至恒重，保证含水率不大于0.2％。烘干后的精炼渣放入球磨机中粉磨，粉磨至比表面积425 m2/kg，得到粉料3；
S12、铅锌尾矿预处理：首先铅锌尾矿用水力旋流器进行筛分(料浆浓度 32％)，而后将筛分后颗粒尺寸大于0.045mm置于电热鼓风烘干箱中烘干12h(烘干条件105℃)，烘干后备用；
S13、电解锰渣+氟石膏的预处理：将电解锰渣和氟石膏分别置于电热干燥箱中烘干12h(烘干条件105℃)，烘干后的电解锰渣和氟石膏按照质量比1:1放入水泥球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积350m2/kg，得到粉料4；
S14、秸秆预处理：首选玉米秸秆，先去掉秸秆表皮叶，而后取根部以上 30～50cm，切成3～5cm小段，再将小段秸秆置于50型揉丝机进行处理，处理完成后筛选长度为0.5～1cm，直径为0.075～0.10mm的纤维备用；
S15、泡沫混凝土的制备：泡沫混凝土的制备：首先粉状原料和纤维放入搅拌机中按比例混合均匀，所述粉状原料为铅锌尾矿、粉料1、粉料2、粉料3和粉料4，其质量百分比为35:43:10:4:8；所述纤维为秸秆纤维，其加入量为泡沫混凝土体积量的2.5‰,再按水料比为0.55：1加入50℃温水，搅拌90s，然后再加入干料总量0.070％的铝粉，搅拌40s，浇注入模具，在温度55℃的条件下静停蒸护9h，拆模后放入温度为(20±1)℃、湿度＞90％以上的标准条件下养护28天。
本实施例中赤泥为拜耳法赤泥，主要矿物是赤铁矿，含有少量的二氧化硅、钛矿物、勃姆石和硅铝酸钠水合物。依据HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》测试表明，其8项重金属指标均低于GB/T 14848-2017《地下水质量标准》中的标准限值。
本实施例中精炼渣矿物组成为钙铝石(C12A7)和水钙铝榴石(C3AH6)，细化后的精炼渣依据HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》测试表明，其8项重金属指标均低于GB/T 14848-2017《地下水质量标准》中的标准限值。
本实施例中按1:1混合的电解锰渣和氟石膏符合GB/T 21371-2019《用于水泥中的工业副产石膏》中规定的工业副产品石膏要求。氟石膏为湿法石膏，主要成分为，含有少量的CaF2。混合的石膏中CaSO4·2H2O和CaSO4总和≥90％，氯离子≤0.4％，pH值≥5。
本实施例中步骤S1中疏浚底泥的主要成分和含量为：SiO240～60％，Al2O3 10～30％，Fe2O31～15％，MgO 1～5％，CaO 3～10％，Na2O 0.1～5％，K2O 0.1～5％，P2O50.01～3％， TiO2 0.01～3％，烧失量1～20％。
步骤S2中煤泥的主要成分和含量为：SiO230～60％，Al2O310～35％，Fe2O32～15％，FeO 0.1～5％，MgO 0.1～5％，CaO 1～15％，K2O 0.01～2％，SO30.1～5％，烧失量10～25％，热值为1500～3000千卡/千克。
步骤S3中铝灰渣为分离出金属铝后的细灰，主要化学成分和含量为：SiO2 5～15％，Al2O350～70％，AlN 15～25％，AlCl31～5％，AlF31～5％，烧失量5～25％；
步骤S4中铜渣为观呈浅褐色，铜渣的矿物组成为镁铁矿、磁铁矿、铁橄榄石和镁铁橄榄石，铁物相主要以磁铁矿(Fe3O4)和铁橄榄石(2FeO·SiO2)的形式存在，铜主要以辉铜矿(Cu2S)、金属铜、氧化铜，主要化学成分和含量为： SiO216～28％，FeO 48～65％，Fe3O412～19％，CaO 0.1～2％，Co 0～2％，Al2O35～10％， Cu 1.1～2.9％；
步骤S5中废石粉的主要矿物相为方解石和石英，其主要化学成分和含量为：SiO26～24％，Al2O33～11％，CaO 55～78％，Fe2O30.1～6％，MgO 2～7％，K2O 0.01～1％，Na2O 0.01～1％，烧失量12～30％。
步骤S6中赤泥的主要化学组成为：SiO25～30％，Al2O315～30％，Fe2O310～40％，MgO 0.1～2％，CaO 10～20％，K2O 0.01～1％，Na2O 1～10％，TiO21～8％，烧失量9～15％；
步骤S10中双氰胺废渣干基粒度0.01～0.1mm，主要矿物组成为方解石，其主要化学成分和含量为：SiO25～15％，Al2O31～10％，CaO 45～70％，Fe2O31～5％，MgO 0.01～3％，K2O+Na2O 0.01～2％，C 5～20％，烧失量20～40％。
步骤S11中精炼渣主要成分和含量为：CaO 35～50％，Al2O330～45％，SiO21～5％，MgO 2～8％，Fe2O31～5％，SO31～4％。
步骤S12中铅锌尾矿主要成分和含量为：SiO245％～65％；Al2O31％～12％； Fe2O3+FeO 3％～17％；P2O50.01％～4％；MgO 0.1％～8％；CaO 15％～30％；K2O 0.1％～1％；Na2O 0.1％～1％；TiO20.01～0.3％；MnO 0.01～0.7％；烧失量0.1％～4％，其他0.01％～2％。
步骤S13中电解锰渣主要成分和含量为：SiO225～40％，CaO 5～15％，Al2O3 5～15％，Fe2O30.1～7％，MgO 0.1～3％，MnO 0.1～5％，SO320～40％，K2O 0.1～3％，Na2O 0.01～1％，P2O50.01～1％，TiO20.01～1％。
步骤S13中氟石膏的主要化学成分和含量为：CaO 32～40％，SiO20.1～5％，Al2O30.1～3％，MgO 0.1～1％，SO335～55％，CaF22～7％；磷石膏的主要化学成分和含量为：CaO 35～50％，SiO21～4％，Al2O30～1.5％，MgO 1～4％，SO330～45％，P2O51～6％。
步骤S1、S2、S6行星式球磨机分散时间为25min，磨机速率为200r/min。
步骤S7中，压制成型的压力为20MPa。
步骤S8中，高温煅烧制度为：从室温以10℃/min升至1200℃，保温2h。
步骤S9中，湿法磨细至细度小于0.074mm的颗粒占92％以上，弱磁选管磁选分离设置的强度为1700Oe。
步骤S10制备的粉料2中有效CaO量为69％，MgO含量为3.1％，消解温度为 68℃，消解时间为11min，0.08方孔筛筛余为12％，，符合ASTM C 5-2003《建筑用生石灰标准规范》标准要求。
本实施例得到的金属精选粉指标如表3所示。
表3实施实例2中金属精选粉的指标分析
Figure BDA0003424001850000151
本实施例制备得到泡沫混凝土，测试结果如表4所示。
表4实施例2中28天养护龄期泡沫混凝土测试结果
Figure BDA0003424001850000161
实施例3
一种全固废泡沫混凝土的制备方法，包括粉料1、粉料2、粉料3、铅锌尾矿分选、粉料4、秸秆纤维、成品制备等工序。
上述全固废泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、疏浚底泥预处理：将疏浚底泥静置脱水，使其含水量为35％，再搅拌(每天搅拌1次)、晾干、过筛，筛下产物进行烘干处理(烘干条件105℃)，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到400 m2/kg；
S2、煤泥预处理：将煤泥堆放晾干，使其含水量小于25％，再搅拌(每天搅拌1次)、晾干，而后进行烘干处理(烘干条件105℃)，以脱除煤泥中的游离水，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到350m2/kg；
S3、铝灰渣预处理：首先将铝灰渣进行筛选，筛除铝灰渣中的有机物杂质，而后将铝灰渣置于电热干燥箱烘干12h(烘干条件105℃)，烘干后的铝灰渣放入水泥球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积350m2/kg；
S4、铜渣的预处理：将铜渣置于电热干燥箱烘干12h(烘干条件105℃)，烘干后的镍渣放入水泥球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积350m2/kg；
S5、废石粉的预处理：首先将废弃石粉进行筛选，筛除废弃石粉中的有机物杂质，而后置于电热干燥箱烘干12h(烘干条件105℃)，烘干后的废石粉放入水泥球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积350m2/kg；
S6、赤泥预处理：将赤泥堆放晾干，使其含水量小于15％，再搅拌(每天搅拌1次)、晾干，而后进行12h烘干处理(烘干条件105℃)，以脱除赤泥中的游离水，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到500m2/kg；
S7、压制成型：将预处理后的S1、S2、S3、S4、S5和S6中各物料按质量比 1.5:1.9:1:2.5:1.5:1.6放入行星磨中混合均匀；得到的干料混合物加入其质量 11％的水，然后将混合料放入模具，经液压压力机压制成球(球团尺寸φ30mm× 20mm)；
S8、高温煅烧：将步骤S7压制成型后的球团放入加盖刚玉坩埚(坩埚尺寸φ 150mm×200mm)，再将坩埚置于马弗炉中高温煅烧；煅烧后的物料取出后进行水淬急冷，得到改性产物；
S9、湿法选矿：将S8中的改性产物用颚式破碎机破碎至1～3mm颗粒，而后采用RK/BK型三辊四筒棒磨机进行湿磨，在弱磁场磁选管中进行湿式分离，所得磁性产物为含有铁、铜的金属精选湿粉，非磁性产物为尾渣改性粉，即湿粉料 1，将上述产物分别烘干，即得金属精选粉和粉料1；
S10、粉料2制备：将双聚氰胺废渣置于电热干燥箱中烘干12h(烘干条件 105℃)，烘干后的双聚氰胺废渣和步骤S5废石粉按照质量比40％:60％混合均匀，而后置于马弗炉内煅烧，煅烧制度为：由室温升至300℃，升温速率为2℃/min，而后保温30min；再由300℃升至所需温度900℃，升温速率为5℃/min，而后保温50min；煅烧完成后鼓风冷却至100℃时取出试样；再将冷却至室温的粉料放入球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积500m2/kg，得到粉料2；
S11、精炼渣预处理：将精炼渣置于105℃烘箱内烘干12h至恒重，保证含水率不大于0.2％。烘干后的精炼渣放入球磨机中粉磨，粉磨至比表面积500 m2/kg，得到粉料3；
S12、铅锌尾矿预处理：首先铅锌尾矿用水力旋流器进行筛分(料浆浓度 40％)，而后将筛分后颗粒尺寸大于0.045mm置于电热鼓风烘干箱中烘干12h(烘干条件105℃)，烘干后备用；
S13、电解锰渣+氟石膏的预处理：将电解锰渣和氟石膏分别置于电热干燥箱中烘干12h(烘干条件105℃)，烘干后的电解锰渣和氟石膏按照质量比1:1放入水泥球磨机中(转速48r/min)，粉磨至比表面积400m2/kg，得到粉料4；
S14、秸秆预处理：首选玉米秸秆，先去掉秸秆表皮叶，而后取根部以上 30～50cm，切成3～5cm小段，再将小段秸秆置于50型揉丝机进行处理，处理完成后筛选长度为0.5～1cm，直径为0.075～0.10mm的纤维备用；
S15、泡沫混凝土的制备：泡沫混凝土的制备：首先粉状原料和纤维放入搅拌机中按比例混合均匀，所述粉状原料为铅锌尾矿、粉料1、粉料2、粉料3和粉料4，其质量百分比为45:32:12:5:6；所述纤维为秸秆纤维，其加入量为泡沫混凝土体积量的3‰,再按水料比为0.6：1加入55℃温水，搅拌100s，然后再加入干料总量0.075％的铝粉，搅拌50s，浇注入模具，在温度60℃的条件下静停蒸护8h，拆模后放入温度为(20±1)℃、湿度＞90％以上的标准条件下养护28天。
本实施例中赤泥为拜耳法赤泥，主要矿物是赤铁矿，含有少量的二氧化硅、钛矿物、勃姆石和硅铝酸钠水合物。依据HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》测试表明，其8项重金属指标均低于GB/T 14848-2017《地下水质量标准》中的标准限值。
本实施例中精炼渣矿物组成为钙铝石(C12A7)和水钙铝榴石(C3AH6)，细化后的精炼渣依据HJ 557-2010《固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法》测试表明，其8项重金属指标均低于GB/T 14848-2017《地下水质量标准》中的标准限值。
本实施例中按1:1混合的电解锰渣和氟石膏符合GB/T 21371-2019《用于水泥中的工业副产石膏》中规定的工业副产品石膏要求。氟石膏为湿法石膏，主要成分为，含有少量的CaF2。混合的石膏中CaSO4·2H2O和CaSO4总和≥90％，氯离子≤0.4％，pH值≥5。
本实施例中步骤S1中疏浚底泥的主要成分和含量为：SiO240～60％，Al2O3 10～30％，Fe2O31～15％，MgO 1～5％，CaO 3～10％，Na2O 0.1～5％，K2O 0.1～5％，P2O50.01～3％， TiO2 0.01～3％，烧失量1～20％。
步骤S2中煤泥的主要成分和含量为：SiO230～60％，Al2O310～35％，Fe2O32～15％，FeO 0.1～5％，MgO 0.1～5％，CaO 1～15％，K2O 0.01～2％，SO30.1～5％，烧失量10～25％，热值为1500～3000千卡/千克。
步骤S3中铝灰渣为分离出金属铝后的细灰，主要化学成分和含量为：SiO2 5～15％，Al2O350～70％，AlN 15～25％，AlCl31～5％，AlF31～5％，烧失量5～25％；
步骤S4中铜渣为观呈浅褐色，铜渣的矿物组成为镁铁矿、磁铁矿、铁橄榄石和镁铁橄榄石，铁物相主要以磁铁矿(Fe3O4)和铁橄榄石(2FeO·SiO2)的形式存在，铜主要以辉铜矿(Cu2S)、金属铜、氧化铜，主要化学成分和含量为： SiO216～28％，FeO 48～65％，Fe3O412～19％，CaO 0.1～2％，Co 0～2％，Al2O35～10％， Cu 1.1～2.9％；
步骤S5中废石粉的主要矿物相为方解石和石英，其主要化学成分和含量为：SiO26～24％，Al2O33～11％，CaO 55～78％，Fe2O30.1～6％，MgO 2～7％，K2O 0.01～1％，Na2O 0.01～1％，烧失量12～30％。
步骤S6中赤泥的主要化学组成为：SiO25～30％，Al2O315～30％，Fe2O310～40％，MgO 0.1～2％，CaO 10～20％，K2O 0.01～1％，Na2O 1～10％，TiO21～8％，烧失量9～15％；
步骤S10中双氰胺废渣干基粒度0.01～0.1mm，主要矿物组成为方解石，其主要化学成分和含量为：SiO25～15％，Al2O31～10％，CaO 45～70％，Fe2O31～5％， MgO 0.01～3％，K2O+Na2O 0.01～2％，C 5～20％，烧失量20～40％。
步骤S11中精炼渣主要成分和含量为：CaO 35～50％，Al2O330～45％，SiO21～5％，MgO 2～8％，Fe2O31～5％，SO31～4％。
步骤S12中铅锌尾矿主要成分和含量为：SiO245％～65％；Al2O31％～12％； Fe2O3+FeO 3％～17％；P2O50.01％～4％；MgO 0.1％～8％；CaO 15％～30％；K2O 0.1％～1％；Na2O 0.1％～1％；TiO20.01～0.3％；MnO 0.01～0.7％；烧失量0.1％～4％，其他0.01％～2％。
步骤S13中电解锰渣主要成分和含量为：SiO225～40％，CaO 5～15％，Al2O3 5～15％，Fe2O30.1～7％，MgO 0.1～3％，MnO 0.1～5％，SO320～40％，K2O 0.1～3％，Na2O 0.01～1％，P2O50.01～1％，TiO20.01～1％。
步骤S13中氟石膏的主要化学成分和含量为：CaO 32～40％，SiO20.1～5％，Al2O30.1～3％，MgO 0.1～1％，SO335～55％，CaF22～7％；磷石膏的主要化学成分和含量为：CaO 35～50％，SiO21～4％，Al2O30～1.5％，MgO 1～4％，SO330～45％，P2O51～6％。
步骤S1、S2、S6行星式球磨机分散时间为30min，磨机速率为200r/min。
步骤S7中，压制成型的压力为25MPa。
步骤S8中，高温煅烧制度为：从室温以10℃/min升至1250℃，保温1h。
步骤S9中，湿法磨细至细度小于0.074mm的颗粒占95％以上，弱磁选管磁选分离设置的强度为1800Oe。
步骤S10制备的粉料2中有效CaO量为68％，MgO含量为3.4％，消解温度为 67℃，消解时间为10min，0.08方孔筛筛余为11％，，符合ASTM C 5-2003《建筑用生石灰标准规范》标准要求。
本实施例得到的金属精选粉指标如表5所示。
表5实施例3中金属精选粉的指标分析
Figure BDA0003424001850000201
本实施例制备得到泡沫混凝土，测试结果如表6所示。
表6实施例3中28天养护龄期泡沫混凝土测试结果
Figure BDA0003424001850000202
下面结合附图对本发明做进一步说明：
实施例2铅锌尾矿掺量对泡沫混凝土性能的影响
固定粉料2钙质原料用量为10％，粉料4用量为8％，Al粉掺量0.07％，水灰比为0.55。变动铅锌尾矿掺量，随之变化粉料1的掺量。制得泡沫混凝制品，对应的制品编号分别为F-1、F-2、F-3、F-4和F-5。
图4反应了泡沫混凝土28天抗压强度、绝干密度与铅锌尾矿掺量的关系，由对应曲线可以看出，随着铅锌尾矿的掺量的增加泡沫混凝土的强度曲线呈现先上升后缓慢降低的趋势，当铅锌尾矿的掺量为35％时，泡沫混凝土的强度最高达 5.42MPa。表明当铅锌尾矿的掺量为40％时，对于制品的强度而言已经得到一个强度较佳的掺入量水平。同时，制品的绝干密度随着铅锌尾矿的掺量的增加呈现出不断上升的趋势，由最初掺量25％时的绝干密度为586.4kg/m3增加到掺量为 45％时的622.5kg/m3。很明显铅锌尾矿掺量的增加对于泡沫混凝土制品的绝干密度有着明显的负面影响。结合生产过程中料浆稠度随铅锌尾矿掺量增加而增加的现象。分析主要原因认为：经粉磨处理的铅锌尾矿粒度较细、具有较大的比表面积，随之需水量也在增大；当水料比一定的时，随着料浆体系中铅锌尾矿掺量的增加，料浆稠度也随之增加。料浆稠度的增加将致料浆流动性降低、使Al发气形成气泡需要克服更强的外界阻力，发气过程不顺畅导致憋气现象的发生，最终致使发气高度不能满足要求，绝干密度过大不能满足制品性能的要求。
对于轻质墙体材料吸水率而言一般受孔隙率、原料组分、气孔结构特征等因素的影响。泡沫混凝土吸水后，其导热系数、强度等性能会发生相应的变化。正常吸水后的泡沫混凝土会出现导热系数上升、抗压强度下降、耐久性下降等问题，因此吸水率对于泡沫混凝土而言也是一个重要的参考指标，性能优良的泡沫混凝土需具有相对较小的导热系数。
图5反应了铅锌尾矿掺量对泡沫混凝土制品吸水率的影响，由图中可以看出吸水率随着铅锌尾矿的掺量增加呈先下降而后上升的趋势，吸水率由25％时的 35.7％下降至最终45％掺量对应29.5％。分析认为影响制品吸水率最直接的因素为制品的孔隙率，吸水率随着制品绝干密度的降低而增加。但从25％～45％变化期间吸水率并非呈现一直下降的趋势。当铅锌尾矿掺量增加至45％时，吸水率较掺量 40％的有小幅增加，认为主要因为铅锌尾矿的掺量增加导致制品在成型过程中发气不顺畅，孔壁发生破坏、贯通较多且形成了较多的毛细孔，导致制品吸水率的增加。
实施例2中F-4泡沫混凝土制品的物相组成图
图6给出了F-4泡沫混凝土制品经不同养护时间所得制品的XRD图。其中 C-1、C-2、C-3、C-4为泡沫混凝土分别经1d、3d、7d、28d标准养护后的XRD 图。下对比4种不同养护龄期的图谱能看出有明显的特征衍射峰变化，这说明随着养护时间的增加、水化反应的进行，泡沫混凝土的矿物组成发生了明显的变化。图中C-1在12°、21°、24°左右时都明显存在着石膏的衍射峰，但随着养护时间的增加石膏晶体的衍射峰逐渐消失，同时在C-2、C-3、C-4衍射峰中逐渐有钙钒石晶体的衍射峰出现，且峰值随着养护时间的增加而增强。这说明在养护的过程中，石膏在不断地被溶解和消耗，其溶解所释放出的[Ca2+]、[SO4 2-]离子与料浆中的[OH-]、[AlO2-]离子发生反应生成硫铝酸盐(钙矾石)，钙矾石在制品的养护前期开始逐渐形成，伴随整个养护过程，为制品的前期提供强度支撑，并随着数量的增多而提升了后期强度。而且在四个图谱中，CaCO3的衍射峰在几个阶段都有，这是因为水泥熟料在水化过程中生成大量的Ca(OH)2，养护过程中，没有参与反应的发生重结晶残留在制品中。
对养护1d、3d、7d、28d制品取样，进行扫描电镜分析，具体见图7、图8。其中图7泡沫混凝土制品养护1d、3d、7d、28d制品孔壁外表面3000倍SEM照片，图8为泡沫混凝土制品1d、3d、7d、28d制品孔壁外表面10000倍SEM照片，图9为养护7天制品中水化产物的EDS图。由图7和图8可知，泡沫混凝土制品的孔壁外表面有晶体生长足够的空间，因此，随着养护时间的增长，生长的晶体越来越多，晶体形貌越来越规整。其中，在3000倍SEM照片下可以看出不同养护时间制品的孔壁外表面大体的形貌特征，养护1d的制品表面离散的分布着絮团状集合体(据推测为胶凝状水化硅酸钙和杆棒状晶体钙矾石聚集生长)，养护 3d的制品中，这种絮团集合体逐渐增多，到养护7d时，杆棒状的晶体沿着截面生长，长度增长，穿插在絮团状集合体中，到养护28d时，集中生长的干棒状晶体基本将孔壁外表面覆盖，形成晶体连生体，增强孔壁的支撑力度。在放大10000 倍SEM照片(见图8)可以明显看出这种聚合体的形貌变化，在养护1d的制品中，聚合体是分散的存在于孔壁表面，杆棒状晶体附着与凝胶表面；在养护3d 的制品中，这种聚合体增多，几乎覆盖整个孔壁外表面；在养护7d的制品中，聚合体中的杆棒状晶体沿纵向生长，凝胶类物质逐渐变少，杆棒状晶体越突出，呈穿插结构。从养护7d制品中水化产物的EDS图(图9)可以得出，R点所表征的凝胶类物质为C-S-H凝胶，T点表征的晶体为钙矾石，而S点所表征的是掺杂有钙矾石成晶晶核的凝胶类物质，这与XRD分析相吻合；在养护28d制品中，聚合体只剩下杆棒状的钙矾石晶体，交叉生长覆盖整个孔壁外表面。
综上所述，本发明以铅锌尾矿为主要原料，辅以疏浚底泥、煤泥、铝灰渣、铜渣、废石粉、赤泥、双聚氰胺废渣、精炼渣、电解锰渣、氟石膏、秸秆等原料进行泡沫混凝土制备。不仅能够解决多种类、多类型固废的无害化、减量化和资源化难题，推进工业固废、化工固废、水利固废和农业固废协同利用及环境保护，制备得到的泡沫混凝土强度和干密度达到JC/T1062-2007《泡沫混凝土砌块》中A5.0、B06级的要求，此外抗冻性、导热系数和碳化系数均达到同类产品要求，产品质量稳定，生产成本有效降低；且本发明回收的金属精选粉中Fe品位可达 85～95％，Fe回收率为90～97％，铜品位达0.5～0.7％，铜回收率为75～85％。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全固废泡沫混凝土的制备方法，包括以下步骤：
S1、疏浚底泥预处理：将疏浚底泥静置脱水，使其含水量为25～35％，再搅拌、晾干、过筛，筛下产物于105℃进行烘干，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到300～400m2/kg；
S2、煤泥预处理：将煤泥堆放晾干，使其含水量小于15～25％，而后于105℃烘干，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到250～350m2/kg；
S3、铝灰渣预处理：首先将铝灰渣进行筛选，筛除铝灰渣中的有机物杂质，而后将铝灰渣置于105℃电热干燥箱烘干12h，再放入水泥球磨机中粉磨至比表面积250～350m2/kg；
S4、铜渣的预处理：将铜渣置于105℃电热干燥箱烘干12h后，放入水泥球磨机中粉磨至比表面积250～350m2/kg；
S5、废石粉的预处理：首先将废弃石粉进行筛选，筛除废弃石粉中的有机物杂质，而后置于105℃电热干燥箱烘干12h，再放入水泥球磨机中粉磨至比表面积250～350m2/kg；
S6、赤泥预处理：将赤泥堆放晾干，使其含水量小于10～15％，而后于105℃烘干12h，取出后在干燥空气中冷却，采用行星式球磨机进行分散，使物料的比表面积达到400～500m2/kg；
S7、压制成型：将预处理后的S1、S2、S3、S4、S5和S6中的各物料按质量比1.4～1.5:1.9～3:0.8～1:2.4～2.6:1～1.5:1～1.6放入行星磨中混合均匀；得到的干料混合物加入其质量8～11％的水，然后将混合料放入模具，经液压压力机压制成尺寸为φ30mm×20mm的球团；
S8、高温煅烧：将步骤S7压制成型后的球团放入加盖刚玉坩埚，再置于马弗炉中高温煅烧；煅烧后的物料取出后进行水淬急冷，得到改性产物；
S9、湿法选矿：将S8中的改性产物用颚式破碎机破碎至1～3mm颗粒，而后采用RK/BK型三辊四筒棒磨机进行湿磨，在弱磁场磁选管中进行湿式分离，所得磁性产物为含有铁、铜的金属精选湿粉，非磁性产物为尾渣改性粉，即湿粉料1，将上述产物分别烘干，即得金属精选粉和粉料1；
S10、粉料2制备：将双聚氰胺废渣置于105℃电热干燥箱中烘干12h，然后和步骤S5预处理后的废石粉按照质量比20～40％:60～80％混合均匀，而后置于马弗炉内煅烧，煅烧制度为：由室温升至300℃，升温速率为2℃/min，而后保温30min；再由300℃升至所需温度750℃～900℃，升温速率为5℃/min，而后保温50～100min；煅烧完成后鼓风冷却至100℃时取出试样；再将冷却至室温的粉料放入球磨机中粉磨至比表面积350～500m2/kg，得到粉料2；
S11、精炼渣预处理：将精炼渣置于105℃烘箱内烘干12h至恒重，然后放入球磨机中粉磨至比表面积350～500m2/kg，得到粉料3；
S12、铅锌尾矿预处理：首先铅锌尾矿用水力旋流器进行筛分，保持其料浆浓度为25～40％，而后将筛分后颗粒尺寸大于0.045mm置于105℃电热鼓风烘干箱中烘干12h，备用；
S13、电解锰渣+氟石膏的预处理：将电解锰渣和氟石膏分别置于105℃电热干燥箱中烘干12h，然后按照质量比1:1放入水泥球磨机中，粉磨至比表面积300～400m2/kg，得到粉料4；
S14、秸秆预处理：先去掉秸秆表皮叶，而后取根部以上30～50cm，切成3～5cm小段，再将小段秸秆置于50型揉丝机进行处理，处理完成后筛选长度为0.5～1cm，直径为0.075～0.10mm的纤维备用；
S15、泡沫混凝土的制备：首先粉状原料和纤维放入搅拌机中按比例混合均匀，所述粉状原料为铅锌尾矿、粉料1、粉料2、粉料3和粉料4，其质量百分比为35～45:32～43:9～12:4～5:6～8；所述纤维为秸秆纤维，其加入量为泡沫混凝土体积量的2.5‰,再按水料比为0.5～0.6：1加入45～55℃温水，搅拌80～100s，然后再加入干料总量0.065～0.075％的铝粉，搅拌30～50s，浇注入模具，在温度50～60℃的条件下静停蒸护8～10h，拆模后养护至规定龄期，即得本发明的泡沫混凝土。
2.根据权利要求1所述的全固废泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中疏浚底泥的主要成分和含量为：SiO2 40～60％，Al2O3 10～30％，Fe2O3 1～15％，MgO 1～5％，CaO 3～10％，Na2O 0.1～5％，K2O 0.1～5％，P2O5 0.01～3％，TiO2 0.01～3％，烧失量1～20％；所述步骤S2中煤泥的主要成分和含量为：SiO2 30～60％，Al2O3 10～35％，Fe2O3 2～15％，FeO 0.1～5％，MgO 0.1～5％，CaO 1～15％，K2O 0.01～2％，SO3 0.1～5％，烧失量10～25％，热值为1500～3000千卡/千克；所述步骤S3中铝灰渣为分离出金属铝后的细灰，主要化学成分和含量为：SiO2 5～15％，Al2O3 50～70％，AlN 15～25％，AlCl3 1～5％，AlF3 1～5％，烧失量5～25％；所述步骤S4中铜渣为观呈浅褐色，铜渣的矿物组成为镁铁矿、磁铁矿、铁橄榄石和镁铁橄榄石，铁物相主要以磁铁矿(Fe3O4)和铁橄榄石(2FeO·SiO2)的形式存在，铜主要以辉铜矿(Cu2S)、金属铜、氧化铜，主要化学成分和含量为：SiO2 16～28％，FeO48～65％，Fe3O4 12～19％，CaO 0.1～2％，Co 0～2％，Al2O3 5～10％，Cu 1.1～2.9％；
所述步骤S5中废石粉的主要矿物相为方解石和石英，其主要化学成分和含量为：SiO26～24％，Al2O3 3～11％，CaO 55～78％，Fe2O3 0.1～6％，MgO 2～7％，K2O 0.01～1％，Na2O0.01～1％，烧失量12～30％；所述步骤S6中赤泥的主要化学组成为：SiO2 5～30％，Al2O315～30％，Fe2O310～40％，MgO 0.1～2％，CaO 10～20％，K2O 0.01～1％，Na2O 1～10％，TiO2 1～8％，烧失量9～15％。
3.根据权利要求1所述的全固废泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S10中双氰胺废渣干基粒度0.01～0.1mm，主要矿物组成为方解石，其主要化学成分和含量为：SiO2 5～15％，Al2O3 1～10％，CaO 45～70％，Fe2O3 1～5％，MgO 0.01～3％，K2O+Na2O0.01～2％，C 5～20％，烧失量20～40％；所述步骤S11中精炼渣主要成分和含量为：CaO 35～50％，Al2O330～45％，SiO2 1～5％，MgO 2～8％，Fe2O3 1～5％，SO3 1～4％。
4.根据权利要求1所述的全固废泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S12中铅锌尾矿主要成分和含量为：SiO2 45％～65％；Al2O3 1％～12％；Fe2O3+FeO 3％～17％；P2O50.01％～4％；MgO 0.1％～8％；CaO 15％～30％；K2O 0.1％～1％；Na2O 0.1％～1％；TiO2 0.01～0.3％；MnO 0.01～0.7％；烧失量0.1％～4％，其他0.01％～2％。
5.根据权利要求1所述的全固废泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S13中电解锰渣主要成分和含量为：SiO2 25～40％，CaO 5～15％，Al2O3 5～15％，Fe2O3 0.1～7％，MgO 0.1～3％，MnO 0.1～5％，SO3 20～40％，K2O 0.1～3％，Na2O 0.01～1％，P2O50.01～1％，TiO20.01～1％；所述氟石膏的主要化学成分和含量为：CaO 32～40％，SiO2 0.1～5％，Al2O3 0.1～3％，MgO 0.1～1％，SO3 35～55％，CaF2 2～7％；磷石膏的主要化学成分和含量为：CaO 35～50％，SiO2 1～4％，Al2O3 0～1.5％，MgO 1～4％，SO3 30～45％，P2O51～6％。
6.根据权利要求1所述的全固废泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S1、S2、S6行星式球磨机分散时间为20～30min，磨机速率为200r/min。
7.根据权利要求1所述的全固废泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S7中，压制成型的压力为15～25MPa。
8.根据权利要求1所述的全固废泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S8中，高温煅烧制度为：从室温以10℃/min升至1150～1250℃，保温1～3h。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的全固废泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S9中，湿法磨细至细度小于0.074mm，弱磁选管磁选分离设置的强度为1600～1800Oe。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的全固废泡沫混凝土的制备方法，其特征在于，所述步骤S10制备的粉料2中有效CaO量为66～70％，MgO含量＜3.5％，消解温度为65～69℃，消解时间为10～14min，0.08方孔筛筛余为9～13％，，符合ASTM C 5-2003《建筑用生石灰标准规范》标准要求。
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