CN104163582B - 一种以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料的水泥及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料的水泥，是由以下原料按配比构成的复合粉体，磁化还原焙烧铁尾矿30‑40wt%，熟料45wt%，石膏5wt%，工业废渣10‑20wt％。将原状磁化还原焙烧铁尾矿在100±5℃下烘干；将烘干后的磁化还原焙烧铁尾矿通过1毫米方孔筛；向磁化还原焙烧铁尾矿中加入工业废渣、熟料和石膏，混合均匀，得到本发明的水泥。本发明能有效利用磁化还原焙烧铁尾矿达到30%以上，水泥3天抗压强度可达到23.6MPa,28天抗压强度最高可达到40.5MPa，实现了磁化还原焙烧铁尾矿的资源化利用，为我国堆存的大量磁化还原焙烧铁尾矿找到了解决办法，具有很好的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料的水泥及其制备方法。
背景技术
近年来随着我国经济的快速发展，钢铁工业也得到了快速发展，但与此同时，铁尾矿作为炼钢选铁的固体废弃物，其排放量也越来越多，截止到2011年，我国产出铁尾矿达到28.99亿吨，如此庞大的铁尾矿排放产生了一系列经济和环境问题，为了有效利用铁尾矿，人们开展了利用铁尾矿生产建筑用砂、建筑砌块、瓷质砖、建筑板材、粘结砂浆、饰面砖、低膨胀微晶玻璃、通体砖、人工鱼礁等诸多方面的研究并已经成功地实现了产业化，为大量的铁尾矿找到了出路。
与普通铁尾矿不同，磁化还原焙烧铁尾矿作为铁尾矿的一个分支是赤铁矿、褐铁矿、菱铁矿及其共生矿（红矿）等弱磁性铁矿物加热到一定温度后，与适量的还原剂相作用，转变为具有强磁性磁铁矿，然后进行强磁选矿所剩余的固体废弃物。我国赤铁矿、褐铁矿和铁锰矿石等弱磁性铁矿物储量丰富，已探明储量18.34亿吨,占铁矿石探明储量的3.4%,另有保有储量18.21亿吨。例如：陕西省柞水县境内大西沟铁矿是我国目前探明储量最大的菱铁矿床，储量约3亿吨。云南玉溪某褐铁矿，储量约5000万吨。据估计，生产1吨钢铁要产生0.3吨磁化还原焙烧铁尾矿，这样势必产生大量的磁化还原焙烧铁尾矿，不仅占用了大量土地和造成资源浪费，而且也给人类生活带来严重污染和危害，破坏了生态平衡。
为了资源化利用磁化还原焙烧铁尾矿，人们开展了利用磁化还原焙烧铁尾矿制备染料吸附剂和陶瓷砖的研究。这些方法确实有效地利用了磁化还原焙烧铁尾矿，但也存在一些局限性。如利用磁化还原焙烧铁尾矿制备陶瓷砖需经历高温过程，故能耗高；利用磁化还原焙烧铁尾矿制备染料吸附剂，市场用量较小，对磁化还原焙烧铁尾矿的大规模利用无显著意义。
经检索，目前还没有关于磁化还原焙烧铁尾矿资源化利用的专利公开。
建筑材料工业，特别是水泥工业消纳大量的工业废渣，既可用作水泥熟料原燃料，也可用作水泥混合材，同时其固体废弃物排放几乎为零。例如：磷渣、钢渣和铜渣等工业废弃物现在已经广泛地应用于水泥熟料生产中，而且工艺已经十分成熟。粉煤灰和矿渣等工业废渣，现在已经作为一种资源和商品，被应用于水泥混凝土行业。磁化还原焙烧铁尾矿作为选矿固体废弃物，其化学组成主要为硅、铝和铁等。这也为磁化还原焙烧铁尾矿大量应用于水泥工业提供了条件。
发明内容
本发明的目的在于充分利用磁化还原焙烧铁尾矿，提供一种以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料的水泥及其制备方法。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料的水泥，是由磁化还原焙烧铁尾矿、熟料、石膏和工业废渣按配比构成的复合粉体，磁化还原焙烧铁尾矿占复合粉体的质量百分比为30-40%，熟料占复合粉体的质量百分比为45%，石膏占复合粉体的质量百分比为5%，工业废渣占复合粉体的质量百分比为10-20％。
所述磁化还原焙烧铁尾矿的细度为80微米方孔筛筛余≤10%，45微米方孔筛筛余≤25%。
所述工业废渣是粉煤灰、石灰石和矿渣中的一种或多种组合。
所述粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰的比表面积为400-450m2/kg。
所述矿渣是由钢铁厂排放的水淬渣，粉磨至比表面积为400-500m2/kg。
所述熟料强度要求≥50MPa，粉磨细度控制在80微米方孔筛筛余≤10%，比表面积为350±10m2/kg。
所述石膏为SO2大于30%的天然二水石膏。
一种以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料的水泥制备方法，其步骤如下：
1）烘干：将原状磁化还原焙烧铁尾矿在100±5℃下烘干；
2）筛分：将烘干后的磁化还原焙烧铁尾矿通过1毫米方孔筛，用以去除磁化还原焙烧铁尾矿中大颗粒；
3）混合：向30-40重量份的磁化还原焙烧铁尾矿中加入10-20重量份的工业废渣、45重量份的熟料和5重量份的石膏，混合均匀，得到以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料具有适宜胶砂流动性能的水泥。
采用上述方案后，本发明将预处理过的磁化还原焙烧铁尾矿与工业废渣、熟料和石膏按适当配比混合均匀，得到以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料的水泥。经验证，以本发明制备的水泥能有效利用磁化还原焙烧铁尾矿达到30%以上，水泥3天抗压强度可达到23.6MPa,28天抗压强度最高可达到40.5MPa。本发明以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料，实现了磁化还原焙烧铁尾矿的资源化利用，为我国堆存的大量磁化还原焙烧铁尾矿找到了解决办法，具有很好的经济效益和社会效益。
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
本发明的水泥，是由磁化还原焙烧铁尾矿、工业废渣（粉煤灰、石灰石或矿渣）、熟料和石膏复合得到的。
其中：原料之一的磁化还原焙烧铁尾矿无需粉磨，只需将原状磁化还原焙烧铁尾矿在100±5℃下烘干，然后通过1毫米方孔筛，去除大颗粒即可，磁化还原焙烧铁尾矿粉的细度可达到80微米方孔筛筛余≤10%；45微米方孔筛筛余≤25%。研究表明，磁化还原焙烧铁尾矿粉的细度对试样强度的影响不显著，当磁化还原焙烧铁尾矿粉细度逐渐由45μm方孔筛筛余24.7％降低至8.3％时，试样的强度仅仅增加了1.5MPa，因此该磁化还原焙烧铁尾矿粉的细度可以控制在一个很宽的范围内。在本发明中，所用磁化还原焙烧铁尾矿粉的用量可占复合粉体质量百分比的30-40％。
用于本发明中的另一重要原料工业废渣（粉煤灰、石灰石或矿渣），可商购获得。工业废渣的作用是改善水泥的物理性能。其中，粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰的比表面积为400-450m2/kg, 矿渣是由钢铁厂排放的水淬渣，粉磨至比表面积为400-500m2/kg，研究发现，复合粉体掺加粉煤灰或矿渣后，掺加磁化还原焙烧铁尾矿的复合粉体胶砂流动性能明显变好。尤其掺加矿渣后，不仅复合粉体的胶砂流动性能明显变好，后期强度也有显著提高。在本发明中，粉煤灰或矿渣的用量可占复合粉体质量百分比的10-20％。
用于本发明中的另一重要原料熟料，要求28天抗压强度≥50MPa，粉磨细度控制在80微米筛余≤10%，比表面积为350±10m2/kg。在本发明中，熟料可占复合粉体质量百分比的45%。
本发明所用石膏为SO2大于30%的天然二水石膏。在本发明中，石膏可占复合粉体质量百分比的5%。
本发明还进一步提供以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料具有适宜胶砂流动性能的水泥制备方法，具体可选择以下步骤：
第一步，烘干：将原状磁化还原焙烧铁尾矿在100±5℃下烘干。
第二步，筛分：将烘干后的磁化还原焙烧铁尾矿通过1毫米方孔筛，用以去除大颗粒。
第三步，混合：将磁化还原焙烧铁尾矿、熟料、石膏以及工业废渣粉按适当比例混合均匀，得到复合粉体。
实施例1
制备以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料具有适宜胶砂流动性能的水泥，并检测其胶砂流动度和力学性能
本实施例中采用复合粉煤灰以期望改善复合粉体的胶砂流动性能，具体方法包括以下步骤：
1）烘干：将原状磁化还原焙烧铁尾矿在100±5℃下烘干。
2）筛分：将烘干后的磁化还原焙烧铁尾矿通过1毫米方孔筛，用以去除大颗粒。
3）混合：向30-40重量份的磁化还原焙烧铁尾矿中加入10-20重量份的粉煤灰、45重量份的熟料和5重量份的石膏，混合均匀，得到以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料具有适宜胶砂流动性能的水泥。
其中，取30重量份磁化还原焙烧铁尾矿、65重量份熟料、5重量份石膏制备的水泥450g，在水灰比（重量比）0.5、胶砂比（重量比）1/3的条件下成型砂浆试样，得到试样B1（对比例）。
取30重量份磁化还原焙烧铁尾矿、20重量份粉煤灰、45重量份熟料、5重量份石膏制备的水泥450g，在水灰比0.5、胶砂比1/3的条件下成型砂浆试样，得到试样B2。
取35重量份磁化还原焙烧铁尾矿、60重量份熟料、5重量份石膏制备的水泥450g，在水灰比0.5、胶砂比1/3的条件下成型砂浆试样，得到试样B3（对比例）。
取35重量份磁化还原焙烧铁尾矿、15重量份粉煤灰、45重量份熟料、5重量份石膏制备的水泥450g，在水灰比0.5、胶砂比1/3的条件下成型砂浆试样，得到试样B4。
取40重量份磁化还原焙烧铁尾矿、55重量份熟料、5重量份石膏制备的水泥450g，在水灰比0.5、胶砂比1/3的条件下成型砂浆试样，得到试样B5（对比例）。
取40重量份磁化还原焙烧铁尾矿、10重量份粉煤灰、45重量份熟料、5重量份石膏制备的水泥450g，在水灰比0.5、胶砂比1/3的条件下成型砂浆试样，得到试样B6。
参照《水泥胶砂流动度测定方法》（GB/T 2419-2005）和《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999）分别测试以上实施例1中所述各试样的胶砂流动度和3天、28天强度。结果如表1所示，通过复掺粉煤灰可以改善复合粉体的胶砂流动性能。其中，当磁化还原焙烧铁尾矿掺量30%和35%时，分别掺加20%和15%粉煤灰，可使水泥的胶砂流动度提高5%以上。当磁化还原焙烧铁尾矿掺量达到40%时，掺加10%粉煤灰对水泥胶砂流动性能改善不明显。
复掺粉煤灰将降低复合粉体的3天和28天强度，在同等掺量磁化还原焙烧铁尾矿下，复掺粉煤灰将使复合粉体的3天和28天强度降低2-4MPa。
表1掺加粉煤灰、石灰石粉水泥胶砂流动度
实施例2
制备以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料具有适宜胶砂流动性能的水泥，并检测其胶砂流动度和力学性能
本实施例中采用掺加适量矿渣，以期望提高水泥的后期强度，具体方法包括以下步骤：
1）烘干：将原状磁化还原焙烧铁尾矿在100±5℃下烘干。
2）筛分：将烘干后的磁化还原焙烧铁尾矿通过1毫米方孔筛，用以去除大颗粒。
3）混合：向30-40重量份的磁化还原焙烧铁尾矿粉中加入20-10重量份的矿渣、45重量份的熟料和5重量份的石膏，混合均匀，得到以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料具有适宜胶砂流动性能的水泥。
取30重量份磁化还原焙烧铁尾矿、20重量份矿渣、45重量份熟料、5重量份石膏制备的水泥450g，在水灰比0.5、胶砂比1/3的条件下成型砂浆试样，得到试样C1。
取35重量份磁化还原焙烧铁尾矿、15重量份矿渣、45重量份熟料、5重量份石膏制备的水泥450g，在水灰比0.5、胶砂比1/3的条件下成型砂浆试样，得到试样C2。
取40重量份磁化还原焙烧铁尾矿、10重量份矿渣、45重量份熟料、5重量份石膏制备的水泥450g，在水灰比0.5、胶砂比1/3的条件下成型砂浆试样，得到试样C3。
参照《水泥胶砂流动度测定方法》（GB/T 2419-2005）和《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999）分别测试以上实施例2中所述各试样的胶砂流动度和3天、28天强度。结果如表2所示，通过复掺矿渣可以改善复合粉体的胶砂流动性能。其中，当磁化还原焙烧铁尾矿掺量30%和35%时，分别掺加20%和15%矿渣可使水泥的胶砂流动度提高3-5%。当磁化还原焙烧铁尾矿掺量达到40%时，掺加10%矿渣对水泥胶砂流动性能改善不明显。
复掺矿渣将降低复合粉体的3天抗压强度，在同等掺量磁化还原焙烧铁尾矿下，复掺矿渣将使复合粉体的3天抗压强度降低2-4MPa。当磁化还原焙烧铁尾矿掺量30%和35%时，分别掺加20%和15%矿渣可使水泥的28天强度提高2MPa左右。当磁化还原焙烧铁尾矿掺量达到40%时，掺加10%矿渣对水泥28天强度改善不明显。
表2掺加矿粉水泥的3天、28天强度
Claims (5)
1.一种以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料的水泥，其特征在于：是由磁化还原焙烧铁尾矿、熟料、石膏和工业废渣按配比构成的复合粉体，磁化还原焙烧铁尾矿占复合粉体的质量百分比为30-35%，熟料占复合粉体的质量百分比为45%，石膏占复合粉体的质量百分比为5%，工业废渣占复合粉体的质量百分比为15-20％；所述磁化还原焙烧铁尾矿的细度为80微米方孔筛筛余≤10%，45微米方孔筛筛余≤25%；所述工业废渣是粉煤灰、石灰石和矿渣中的一种或多种组合；所述熟料强度要求≥50MPa，粉磨细度控制在80微米方孔筛筛余≤10%，比表面积为350±10m2/kg。
2.如权利要求1所述的一种以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料的水泥，其特征在于：所述粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰的比表面积为400-450m2/kg。
3.如权利要求1所述的一种以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料的水泥，其特征在于：所述矿渣是由钢铁厂排放的水淬渣，粉磨至比表面积为400-500m2/kg。
4.如权利要求1所述的一种以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料的水泥，其特征在于：所述石膏为SO2大于30%的天然二水石膏。
5.如权利要求1所述的一种以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料的水泥，其特征在于：制备方法步骤如下：
1）烘干：将原状磁化还原焙烧铁尾矿在100±5℃下烘干；
2）筛分：将烘干后的磁化还原焙烧铁尾矿通过1毫米方孔筛，用以去除磁化还原焙烧铁尾矿中大颗粒；
3）混合：向30-35重量份的磁化还原焙烧铁尾矿中加入15-20重量份的工业废渣、45重量份的熟料和5重量份的石膏，混合均匀，得到以磁化还原焙烧铁尾矿为混合材料具有适宜胶砂流动性能的水泥。
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