CN104230243A - 一种免烧免蒸尾矿砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种免烧免蒸尾矿砖及其制备方法，其中铝土矿尾矿30-40％，铁尾矿40-50％，水泥10-30％，新型外加剂0.5-3.0％，原料混匀后加入11-14％的水，搅拌均匀后进入压砖机，经20-50MPa压制成型，自然养护10-28天后制得免烧免蒸尾矿砖。本发明制成的尾矿砖无侧限抗压强度最高可达到21MPa，体积密度1681kg/m3～2099kg/m3，完全达到国标《非烧结垃圾尾矿砖》的标准要求，可根据不同要求制备MU10、MU15、MU20的尾矿砖。为合理有效地利用铁尾矿和铝土矿尾矿提供思路，为尾矿的合理二次利用带来借鉴，可以产生巨大的社会效益、环境效益和经济效益，为现阶段中国政府倡导的经济转型，调整产业结构策略提供思路。
Description
技术领域
本发明涉及尾矿处理及建筑材料领域，特别涉及一种免烧免蒸尾矿砖及其制备方法。
背景技术
在我国，尾矿储存量大。传统处理尾矿的方法是建立尾矿坝，进行堆存处理，但是这种做法对建设场地的现场尾矿坝的地质条件有很严苛要求，有溃坝的风险，对选厂周边的居民带来巨大隐患，还会污染、破坏所在地的生态环境。总之，传统尾矿处理方式不但造成资源浪费，而且导致环境污染。
同时在建筑用砖领域，国家为保护耕地，保护黏土资源，已经禁止使用黏土造砖，利用固体废物研制建筑用砖是很好的研究方向，而免烧免蒸砖以其成本低廉，工艺简单备受关注。
专利CN1727301A描述的用铁尾矿、粉煤灰和碎石等压制免烧免蒸砖，尾矿利用率低，所需固体废弃物组分多而不易实现。专利CN102557533A专利所述利用赤铁矿尾矿制备免烧免蒸砖所需添加剂种类多，造成成本偏高，且其产品只能有MU15一种类型的尾矿砖，适应性小。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种免烧免蒸尾矿砖及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：
一种免烧免蒸尾矿砖，其各组分按质量分数包括：铝土矿尾矿30-40％，铁尾矿40-50％，水泥10-30％，新型外加剂0.5-3.0％。
进一步的，所述新型外加剂由Nature Plus Inc生产的土壤固化剂加入质量分数5％的固体CaCl2以及10％的酸化水玻璃在微波加热到60℃下反应20min进行混合改性后得到。
进一步的，所述酸化水玻璃由20％的硫酸和工业水玻璃按体积比1：1配置得到。
进一步的，所述铁尾矿包括SiO2、CaO、Al2O3、MgO。
进一步的，所述铁尾矿的粒度分布在-1.7mm～+0.11mm不低于80％。
进一步的，所述铝土尾矿中主要成分为Al2O3和SiO2，粒级-0.038mm的不低于80％。
进一步的，所述水泥选取42.5普通硅酸盐水泥，比表面积为1070㎡/kg。
一种上述免烧免蒸尾矿砖的制备方法，该方法为将上述各组分按比例混匀后加入11-14％的水，搅拌均匀后进入压砖机，经20-50MPa压制成型，自然养护10-28天后制得免烧免蒸尾矿砖。
所用土壤固化剂为Nature Plus Inc生产，褐黑色透明液体，极易溶于水，密度约为1.01～1.09g/cm3，PH值为4.5～5.5之间，呈弱酸性，无毒无害。其能在分子级别上改变粘土矿物的化学结构。该固化剂是一种表面活性剂，可以改变粘土矿物的亲水性，其能改善粘土矿物的离子交换能力，使其吸附特定离子，从而促进物料颗粒间的相互作用，增加物料间结合的致密性，从而最终从宏观上增加试件的无侧限抗压强度。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明利用自主研发的新型添加剂对铁尾矿和铝土矿尾矿进行激发，通过不同配比可以制成不同级别的尾矿砖，同时尾矿总产量超过80％，实现了尾矿资源的大宗利用，本发明制成的尾矿砖无侧限抗压强度最高可达到21MPa，体积密度1681kg/m3～2099kg/m3，完全达到国标《非烧结垃圾尾矿砖》的标准要求，可根据不同要求制备MU10、MU15、MU20的尾矿砖。为合理有效地利用铁尾矿和铝土矿尾矿提供思路，为尾矿的合理二次利用带来借鉴，可以产生巨大的社会效益、环境效益和经济效益。
附图说明
图1为铁尾矿的XRD图谱。
图2为铝土尾矿的XRD图谱。
图3为水泥粒度分布图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明方案做进一步详细描述：
一种免烧免蒸尾矿砖，其各组分按质量分数包括：铝土矿尾矿30-40％，铁尾矿40-50％，水泥10-30％，新型外加剂0.5-3.0％。
进一步的，所述新型外加剂由Nature Plus Inc生产的土壤固化剂加入质量分数5％的固体CaCl2以及10％的酸化水玻璃在微波加热到60℃下反应20min进行混合改性后得到。
进一步的，所述酸化水玻璃由20％的硫酸和工业水玻璃按体积比1：1配置得到。
进一步的，所述铁尾矿包括SiO2、CaO、Al2O3、MgO。
进一步的，所述铁尾矿的粒度分布在-1.7mm～+0.11mm不低于80％。
进一步的，所述铝土尾矿中主要成分为Al2O3和SiO2，粒级-0.038mm的不低于80％。
进一步的，所述水泥选取42.5普通硅酸盐水泥，比表面积为1070㎡/kg。
本发明中使用到的铁尾矿取自湖北省某铁选厂尾矿坝，经晾晒、烘干后得到试验所需的尾矿，备用。
取少量铁尾矿，经X射线衍射分析后，其主要的矿物组成见图1。
由图1可知，此铁尾矿的矿物组成主要成分是金云母、钙磷石、硅钙石，其次为泻利盐、斜绿泥石等。
而此铁尾矿的化学成分和粒度分析见表1和表2。
表1 铁尾矿的化学组成
表2 铁尾矿粒度分析
此铁尾矿中以SiO2居多，达到34.39％，其次为CaO、Al2O3、MgO，这些成分易于与水泥发生水化反应，进而提高产品的强度。
铁尾矿的粒度集中分布在-1.7mm～+0.11mm之间，达到了80％，尾矿中的粒度较大的部分可以在试件成型过程中起到骨架的作用，最终提高试件强度。
铝土矿尾矿
本发明中使用到的铝土矿尾矿取自河南某铝土矿选厂，晾晒、烘干后取样进行了X射线衍射分析，结果如图2。
由图2可知，此铝土矿尾矿的矿物组成的主要成分是水铝石、高岭石，其次为石英与刚玉等。
而此铝土矿尾矿的化学成分和粒度分析见表3和表4。
表3 铝土矿尾矿的化学组成
表4 铝土矿尾矿的粒度分析
此铝土矿尾矿中Al2O3和SiO2含量最高，分别达到了42.41％和36.96％。经过粒度分析后得知，此铝土矿尾矿的粒度较细，粒级-0.038的达到了80％以上。
水泥资料
所用的水泥是42.5普通硅酸盐水泥(南方水泥公司生产)，呈灰白色，化学成分见表5，采用激光粒度分析仪测定其粒度特性，比表面积为1070㎡/kg，其粒度分布图见图3。
表5 水泥的化学成分
初始强度阶段，在高压成型等条件下，借助添加的原料间的自然胶结性，砖坯中的物料颗粒相互紧密接触，产生分子间吸引力，形成具有较高强度和密实度的砖坯。在免烧砖制备过程中，砖坯的初始强度不但体现砖坯的密实程度，而且能决定试件后期强度的增长。
早期强度形成阶段，新型添加剂和水泥作为胶凝剂，发生水化反应，产生游离钙，进一步被尾矿颗粒吸附，和尾矿中的Si、Al等成分发生化学反应，生成的水化硅(铝)酸盐凝胶由于结构相互交织而形成网状结构，此结构具有耐水性，伴随早期的水化反应，砖坯的表观含水量降低，进而提高试件的抗压强度。
后期强度形成，原材料中的SiO2和Al2O3可以与胶结剂水化产物Ca(OH)2在水的作用下，发生缓慢的化学反应，生成含水硅酸钙或含水铝酸钙，缓慢提高试件强度。另外，空气中存在的CO2，甚至可以与砖坯材料中的Ca(OH)2成分发生反应，生成碳酸钙，而此晶体结构生成物也能促进砖的强度提高，还可以提高表面硬度。
实施例1：
称铁尾矿500KG，铝土矿尾矿300KG，水泥200KG，新型添加剂20KG，加入120KG水，先将尾矿和水泥在搅拌机中进行干混5min，然后加入含有添加剂的水混匀10min，将混合料倒进制砖机在25MPa下压制3min成型。成型后的砖坯移入养护厂进行洒水养护25天，所得成品砖无侧限抗压强度达到16MPa，密度1800kg/m3,吸水率、饱和系数、抗冻性能、抗软化性能、耐碱性能都达到《非烧结垃圾尾矿砖》MU15级别。
实施例2：
称铁尾矿500KG，铝土矿尾矿400KG，水泥100KG，新型添加剂30KG，加入130KG水，先将尾矿和水泥在搅拌机中进行干混5min，然后加入含有添加剂的水混匀10min，将混合料倒进制砖机在40MPa下压制3min成型。成型后的砖坯移入养护厂进行洒水养护20天，所得成品砖无侧限抗压强度达到11.5MPa，密度1750kg/m3,吸水率、饱和系数、抗冻性能、抗软化性能、耐碱性能都达到《非烧结垃圾尾矿砖》MU10级别。
实施例3：
称铁尾矿450KG，铝土矿尾矿250KG，水泥300KG，新型添加剂25KG，加入140KG水，先将尾矿和水泥在搅拌机中进行干混5min，然后加入含有添加剂的水混匀10min，将混合料倒进制砖机在50MPa下压制10min成型。成型后的砖坯移入养护厂进行洒水养护28天，所得成品砖无侧限抗压强度达到20.8MPa，密度1650kg/m3,吸水率、饱和系数、抗冻性能、抗软化性能、耐碱性能都达到《非烧结垃圾尾矿砖》MU20级别。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种免烧免蒸尾矿砖，其特征在于，其各组分按质量分数包括：铝土矿尾矿30-40％，铁尾矿40-50％，水泥10-30％，新型外加剂0.5-3.0％。
2.根据权利要求1所述的免烧免蒸尾矿砖，其特征在于，所述新型外加剂由Nature Plus Inc生产的土壤固化剂加入质量分数5％的固体CaCl2以及10％的酸化水玻璃在微波加热到60℃下反应20min进行混合改性后得到。
3.根据权利要求2所述的免烧免蒸尾矿砖，其特征在于，所述酸化水玻璃由20％的硫酸和工业水玻璃按体积比1：1配置得到。
4.根据权利要求1所述的免烧免蒸尾矿砖，其特征在于，所述铁尾矿包括SiO2、CaO、Al2O3、MgO。
5.根据权利要求4所述的免烧免蒸尾矿砖，其特征在于，所述铁尾矿的粒度分布在-1.7mm～+0.11mm不低于80％。
6.根据权利要求1所述的免烧免蒸尾矿砖，其特征在于，所述铝土尾矿中主要成分为Al2O3和SiO2，粒级-0.038mm的不低于80％。
7.根据权利要求1所述的免烧免蒸尾矿砖，其特征在于，所述水泥选取42.5普通硅酸盐水泥，比表面积为1070㎡/kg。
8.权利要求1-7任一免烧免蒸尾矿砖的制备方法，其特征在于，该方法为将上述各组分按比例混匀后加入11-14％的水，搅拌均匀后进入压砖机，经20-50MPa压制成型，自然养护10-28天后制得免烧免蒸尾矿砖。
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