CN101182141A - 一种利用铁尾矿制备高强结构材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用铁尾矿制备高强结构材料的方法，属于建筑材料领域，涉及一种以铁尾矿为主要原料制备胶凝材料和以铁尾矿为细骨料制备细骨料混凝土的高强结构材料的方法，利用固体废弃物作为骨料和替代部分水泥生产生态型结构材料。通过对铁尾矿进行一定的机械粉磨，同时加入一定量矿渣替代部分水泥熟料，经过“磨-混磨”工艺制备出性能优良的生态型混合胶凝材料，再与作为骨料的粗粒铁尾矿混合后制备成高强结构材料，通过蒸养或蒸压条件得到最高抗压强度达到100MPa以上的高强结构材料。本发明方法制备的高强结构材料，节约天然砂石资源，废物利用率高，环境污染危害小，生产成本低，工艺简单。可制备成具有高强度等级要求的各种混凝土预制件。

Description

一种利用铁尾矿制备高强结构材料的方法
技术领域：
本发明属于建筑材料领域，涉及一种以铁尾矿为主要原料制备胶凝材料和以铁尾矿为细骨料制备细骨料混凝土的高强结构材料的方法，利用固体废弃物作为骨料和替代部分水泥生产生态型结构材料。
背景技术：
钢铁工业是我国国民经济的支柱产业之一。近几年随着我国国名经济的快速发展，钢铁行业也得到了快速发展，2005年我国钢产量已达3.5亿吨。但与此同时，由于铁尾矿的大量排放及其利用率极低也带来了一系列的社会问题。2005年我国自产铁精矿为2.34亿吨，以此计算，铁尾矿总排放量在5亿吨以上，废石及弃土总量也在5亿吨以上。另外我国现有大中型尾矿库1500余座，金属矿山尾矿及废石和弃土堆存总量超过100亿吨，占地100万亩以上，并引起各种环境污染和生态破坏，更有甚者部分尾矿库还存在灾害性水污染甚至溃坝的危险。
目前的已有技术主要包括用尾矿烧制红砖、用尾矿生产建筑用砂、用尾矿来生产建筑砌块、用尾矿中的粗粒部分配制混凝土等。王辅亚等利用含富硫铁尾矿加入矿渣、激发剂制成砌筑材料(“用富硫尾矿制取砌筑材料的实验研究”《环境工程》2002.10 Vol 20.5)，尾矿用量质量百分比可达87％，强度达到58MPa；王先进等发明了采用铁尾矿和高钙煤灰渣生产砌筑水泥的方法(专利申请号91106080.4，公开号CN 1065851A)，该发明将铁尾矿和高钙煤灰渣、硫酸钠、早强剂、进行混合，铁尾矿用量质量百分比为10％～40％，生产出最大标号为32.5MPa的无熟料水泥；西万明等发明了铁选矿尾矿砂生产烧结的生态节能砖的方法(专利申请号：200510090762.6，公开号CN 1736933A)，尾矿用量质量百分比为45％～55％。在上述技术中，尾矿烧制生态节能砖的尾矿利用率还较低。利用尾矿生产建筑用砂方面虽然在技术和质量上已不存在障碍，但由于成本问题，一直未能将此技术大规模推广应用。在尾矿生产建筑砌块方面，因尾矿的成分复杂和粒级太细等原因也导致在成本和质量控制方面还存在许多问题，且强度水平比较低。
随着我国铁矿资源的紧张程度不断加剧，目前我国的磁铁石英岩型铁矿在选矿过程中磨矿粒度不断向更细的方向发展，以便增大回收率和提高铁精矿的品味。因此排出的铁尾矿粒度一般-200目要占到80％以上，这就更进一步增加了现有技术利用尾矿的难度。
总之，目前全国铁尾矿整体利用率平均不到5％，如果不开发出能够大宗整体消纳尾矿的跨越式新技术，我国的尾矿堆存将会越来越多，对环境和生态的破坏会越来越大。
发明内容：
本发明的目的在于通过采用尾矿中的粗粒尾矿作为细骨料、细尾矿和矿渣替代部分水泥熟料，实现尾矿的资源化处理，减少环境污染，降低了水泥用量，减少了水泥生产过程中的能源消耗与环境污染，降低了生产成本。
一种利用铁尾矿制备高强结构材料的方法，具体步骤如下：
1.利用方孔筛筛分出粒度在0.08～0.315mm的尾矿作为结构材料的细骨料。
2.利用磨机将步骤1剩余尾矿和其它原料分别磨细，磨细后各种原料的比表面积分别达到：细尾矿400～1200m2/kg、水泥熟料400～800m2/kg、矿渣400～800m2/kg、无水石膏或/和半水石膏或/和二水石膏或/和脱硫石膏或/和氟石膏或/和磷石膏400～800m2/kg。
3.将步骤2中得到的各种原料按照以下质量百分比混磨：细尾矿30％～50％；水泥熟料20％～30％；矿渣20％～30％；无水石膏或/和半水石膏或/和二水石膏或/和脱硫石膏或/和氟石膏或/和磷石膏5％～12％，最终得到比表面积为450～950m2/kg的混合胶凝材料。
4.将步骤1中得到的粒度为0.08～0.315mm的尾矿和步骤3中得到的混合胶凝材料进行混合，再加入所得混合物总质量0.5％～2.0％的萘系高效减水剂或三聚氰胺系高效减水剂或聚羧酸系高效减水剂，拌匀后在磨具内浇注、振动成型，静养8～24h，养护条件为5～40℃室温养护，并覆盖薄膜密封，或涂刷混凝土养护剂或洒水养护，或在相对湿度为90％以上和20℃的标准养护箱中养护。脱模后的试件可以分4种方式进行养护，第一：在温度为40～90℃的温度条件下进行蒸养；第二：在温度为40～90℃的温度条件下蒸养24～72h，然后在温度为20℃和相对湿度为90％以上标准养护箱中养护；第三：在150～200的温度条件和1.0MPa～1.4MPa大气压下进行蒸压；第四：先在40～90℃的温度条件下进行蒸养，然后在150～200℃的温度条件和1.0MPa～1.4MPa大气压下进行蒸压。
如上所述的尾矿的主要化学成分的质量百分比为：SiO2 55％～75％；Al2O35％～15％；Fe2O3 5％～15％；FeO 5％～15％；MgO 1％～5％；CaO 1％～8％；K2O0.01％～3％；Na2O 0.01％～3％；烧失量0.1％～3％，其他0.1％～1％。
如上所述的水泥熟料的主要化学成分的质量百分比为：CaO 60％～70％；SiO2 15～23％；Al2O3 3～8％；Fe2O3 3％～9％；MgO 0.01％～5％；fCaO 0.1％～15％；烧失量0.1％～1％；其它0.1～1％。
如上所述的矿渣的主要化学成份的质量百分比为：CaO 30％～40％；SiO225％～35％；Al2O3 10％～20％；Fe2O3 0.1％～5％；FeO 5％～15％；MgO 5％～10％；K2O 0.01％～5％；  Na2O 0.01％～3％；烧失量0.1％～1％；其它0.1％～1％。
本发明通过采用尾矿中的粒度在0.08～0.315mm的尾矿作为细骨料、用细度磨至400～1200m2/kg的细尾矿和矿渣替代部分水泥熟料，实现了尾矿的资源化处理，减少了环境污染。相对于传统的结构材料的制备工艺，该方法降低了水泥用量，减少了水泥生产过程中的能源消耗与环境污染，降低了生产成本；粗粒尾矿作为细骨料，降低了天然资源消耗量，减小了对生态环境的破坏。该方法制备的高强结构材料可用于生产高强度等级要求的各种混凝土预制件，完全能满足建筑工业的需要。
具体实施方式
实施例1：
步骤1.利用方孔筛筛分出粒度在0.08～0.315mm的尾矿作为细骨料。
步骤2.利用磨机将步骤1剩余尾矿和其它原料分别磨细，磨细后各种原料的比表面积分别达到：细尾矿1047m2/kg、水泥熟料590m2/kg、矿渣480m2/kg、石膏770m2/kg。
步骤3.将质量百分比为35％的细尾矿、29％的水泥熟料、29％的矿渣、7％的石膏一起混磨至比表面积达到680m2/kg。
步骤4.将质量百分比为50％的作为骨料的粗尾矿、50％的步骤3所得混合胶凝材料混合，加入所得混合物总质量1％的UNF-5萘系高效减水剂拌匀后在磨具内浇注、振动成型，静养24h后脱模，在温度为40℃的温度条件下进行蒸养，分别测试蒸养1天、3天和28天抗压强度，材料的强度性能如下表所示：
表1实施例1所得产品强度性能
    抗压强度(MPa)
    1天     3天     28天
    43.4     58.3     76.6
实施例2：
步骤1.利用方孔筛筛分出粒度在0.08～0.315mm的尾矿作为细骨料。
步骤2.利用磨机将步骤1剩余尾矿和其它原料分别磨细，磨细后各种原料的比表面积分别达到：细尾矿585m2/kg、水泥熟料660m2/kg、矿渣580m2/kg、石膏730m2/kg。
步骤3.将质量百分比为42％的细尾矿、25.7％的水泥熟料、26.3％的矿渣、6％的石膏一起混磨至比表面积达到750m2/kg。
步骤4.将质量百分比为30％的作为细骨料的尾矿、70％的步骤3所得混合胶凝材料进行混合，加入所得混合物总质量1.4％的Susper-320聚羧酸系高效减水剂，拌匀后在磨具内浇注、振动成型，静养24h后脱模，在温度为90℃的温度条件下进行蒸养24h，然后在温度为20℃和相对湿度为90％以上标准养护箱中养护，分别测试养护1天、3天和28天的抗压强度。材料的强度性能如下表所示：
表2实施例2所得产品强度性能
    抗压强度(MPa)
    1天     3天     28天
    75.5     83.1     89.6
实施例3：
步骤1.利用方孔筛筛分出粒度在0.08～0.315mm的粗尾矿作为细骨料。
步骤2.利用磨机将步骤1剩余尾矿和其它原料分别磨细，磨细后各种原料的比表面积分别达到：细尾矿859m2/kg、水泥熟料470m2/kg、矿渣710m2/kg、石膏682m2/kg。
步骤3.将质量百分比为40％的细尾矿、26％的水泥熟料、26％的矿渣、8％的石膏一起混磨至比表面积达到680m2/kg。
步骤4.将质量百分比为60％的作为细骨料的粗尾矿、40％的步骤3所得混合胶凝材料混合，加入所得混合物总质量1.5％的UNF-5萘系高效减水剂，拌匀后在磨具内浇注、振动成型，静养12h后脱模，在温度为40℃的温度条件下蒸养12h，再在180℃的温度条件和1.2MPa大气压下进行蒸压，蒸压8h后测定材料的抗压强度为101.2MPa。

Claims (4)

1.一种利用铁尾矿制备高强结构材料的方法，其特征在于生产步骤如下：
①利用方孔筛筛分出粒度在0.08～0.315mm的尾矿作为细骨料；
②利用磨机将步骤1剩余尾矿和其它原料分别磨细，磨细后各种原料的比表面积分别达到：细尾矿400～1200m2/kg、水泥熟料400～800m2/kg、矿渣400～800m2/kg、无水石膏或/和半水石膏或/和二水石膏或/和脱硫石膏或/和氟石膏或/和磷石膏400～800m2/kg；
③将步骤②中得到的各种原料按照以下质量百分比混磨：细尾矿30％～50％；水泥熟料20％～30％；矿渣20％～30％；无水石膏或/和半水石膏或/和二水石膏或/和脱硫石膏或/和氟石膏或/和磷石膏5％～12％，最终得到比表面积为450～950m2/kg的混合胶凝材料；
④将步骤①中得到的粒度为0.08～0.315mm的尾矿和步骤③中得到的混合胶凝材料进行混合，加入总质量0.5％～2.0％的萘系高效减水剂或三聚氰胺系高效减水剂或聚羧酸系高效减水剂，拌匀后在磨具内浇注、振动成型，静养8～24h，养护条件为5～40℃室温养护，并覆盖薄膜密封，或涂刷混凝土养护剂或洒水养护，或在相对湿度为90％以上和20℃的标准养护箱中养护；脱模后的试件分4种方式进行养护，第一：在温度为40～90℃的温度条件下进行蒸养；第二：在温度为40～90℃的温度条件下蒸养24～72h，然后在温度为20℃和相对湿度为90％以上标准养护箱中养护；第三：在150～200的温度条件和1.0MPa～1.4MPa大气压下进行蒸压；第四：先在40～90℃的温度条件下进行蒸养，然后在150～200℃的温度条件和1.0MPa～1.4MPa大气压下进行蒸压。
2.按照权利要求1所述的一种利用铁尾矿制备高强结构材料的方法，其特征在于：作为细骨料的尾矿为粒度在0.08～0.315mm的粗粒铁尾矿，其化学成份的质量百分比为：SiO2 55％～75％；Al2O3 5％～15％；Fe2O3 5％～15％；FeO 5％～15％；MgO 1％～5％；CaO 1％～8％；K2O 0.01％～3％；Na2O 0.01％～3％；烧失量0.1％～3％，其他0.1％～1％。
3.按照权利要求1所述的一种利用铁尾矿制备高强结构材料的方法，其特征在于：替代部分水泥的原料的磨至400～1200m2/kg的细尾矿，其化学成份的质量百分比为：SiO2 55％～75％；Al2O3 5％～15％；Fe2O3 5％～15％；FeO 5％～15％；MgO1％～5％；CaO 1％～8％；K2O 0.01％～3％；Na2O 0.01％～3％；烧失量0.1％～3％，其他0.1％～1％。
4.按照权利要求1所述的一种利用铁尾矿制备高强结构材料的方法，其特征在于：替代部分水泥熟料的原料的矿渣，其化学成份的质量百分比为：CaO 30％～40％；SiO2 25％～35％；Al2O3 10％～20％；Fe2O3 0.1％～5％；FeO 5％～15％；MgO5％～10％；  K2O 0.01％～5％；  Na2O 0.01％～3％；烧失量0.1％～1％；其它0.1％～1％。
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