CN105237030B - 一种磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合材料，该混合材料包括磷尾矿，磷石膏，钛铁渣，高炉锰铁渣，水泥熟料，外加剂。其制备方法是将磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合物各组分称量好，倒入双卧轴强制搅拌机中搅拌混合，加水快速搅拌3~5min，再加水搅拌混合5~10min即可得到磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土浆体，浇筑，静置3小时后，养护，得到现浇泡沫混凝土砌块或结构层，即，磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合材料。成本低廉，制备的现浇泡沫混凝土性能优良；原料主要为磷尾矿、钛铁渣、高炉锰铁渣和磷石膏等废弃物，磷尾矿利用率高；采用常温养护工艺，能耗低；无需泡沫预先搅拌，制备工艺更简单，实用性强。
Description
技术领域
本发明专利涉及一种磷矿选矿尾矿制备现浇泡沫混凝土混合物及制备方法，属于混凝土材料及制备领域。
背景技术
磷尾矿是磷矿磨细、浮选精矿时排出的细分选工业废弃物。我国磷矿储量中80％是中低品位磷矿，磷矿开采浮选会产生大量P2O5≤10％、MgO≥15％浮选尾矿，每生产1吨磷精矿，将产生0.44吨的尾矿，每年将产生700万吨以上的磷矿尾矿，其利用率仅为7％左右，大部分作为废弃物存放在尾矿库中。地处边远地区的乡镇选矿厂甚至直接将尾矿排放到自然场地之中，尾矿中的可迁移元素发生化学迁移也会污染大气和水土,并导致土地退化,植被破坏甚至直接威胁到人畜的生存，尾矿中的有关成分以及残留的选矿剂也对生态环境造成严重的危害。磷石膏及选矿尾矿的堆放，不仅占用大量有限土地、危害环境，长期堆放也成为尾矿坝下游安全重大隐患，磷矿选矿尾矿问题已成为磷化工企业经济快速发展和环境保护的世界难题。
目前关于磷矿选矿尾矿资源化研究和应用比较少，且多集中水泥生料配料、混合材、免烧结墙体砖以及加气混凝土方面。如杨力远等人研究了利用65％磷尾矿、5％～10％水泥、20％～30％生石灰和铝粉等制备浆体，并在蒸压釜经过180℃和1MPa蒸压处理，制备出轻质加气混凝土砌块，这和本专利申请内容有本质区别。本专利制备的为泡沫混凝土，属于有别于加气混凝土的物理发泡和常温养护技术。薛俊利用磷渣和磷尾矿制备出泡沫混凝土砌块，磷尾矿用量在磷尾矿45％～62％，磷渣20％～37％，石灰10％～18％，水泥8％～10％等制备浆体后置于蒸汽压力为0.8～1.0MPa的蒸压釜内制备出符合《泡沫混凝土JGT266-2011》标准泡沫混凝土砌块，且其泡沫采用预先搅拌方式，磷尾矿利用率在65％以下，配方中还需要大量水泥。这和本专利采用所有原料先同时搅拌混合、后分两次加水搅拌制备方式常温养护技术和磷尾矿利用率66％以上明显不同。
目前泡沫混凝土分为自然养护泡沫混凝土、蒸汽养护泡沫混凝土和蒸压养护泡沫混凝土，已有大量研究均为蒸压养护泡沫混凝土，且为泡沫预先单独制备方式，工艺较繁琐，能耗高。
取自某磷化工选矿尾矿，物相分析结果显示其主要矿物为白云石、石英等。烘干其化学成分如下，
表1磷尾矿化学组成
| CaO | SiO2 | Al2O3 | MgO | SO3 | Fe2O3 | K2O | MnO | Na2O | P2O5 | TiO2 | 烧失量 |
| 含量 | 46.64 | 6.58 | 1.55 | 15.82 | 7.14 | 0.81 | 0.61 | 11.02 | 0.09 | 6.96 | 0.13 |
发明内容
本发明的目的在于充分利用磷尾矿，采用磷石膏、矿渣、外加剂等对进行激发改性，并通过合适的搅拌工艺，制备一种新型磷尾矿现浇泡沫混凝土，主要原料为工业废弃物，成本低廉，采用所有原料先同时搅拌混合、后分两次加水搅拌制备工艺和常温养护方式，工艺简单、性能优良，消耗磷尾矿量大，制备的新型现浇泡沫混凝土属于低碳环保材料，适用范围广。
本发明是这样实现上述目的的：一种磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合物，其特征在于：按重量百分比计，磷尾矿为66～74％，磷石膏为4～11％，钛铁渣为7～13％，高炉锰铁渣4～13％，水泥熟料3％～7％，外加剂3.0～6.0％。外加剂由发泡成分和辅助成分组成，其中发泡成分为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、月硅酸钾、羧甲基纤维素、十二醇等一种和多种复合而成，占外加剂总重量的50～60％。辅助成分由偏铝酸钠、草酸钾、氟铝酸钠、三乙醇胺、萘磺酸盐甲醛缩合物等中间的一种和多种磨细复合而成，占外加剂总重量的30～50％。
磷矿选矿尾矿主要以白云石、石英等硅铝基矿物为主，其中白云石在碱性条件下能产生一定活性。磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合物溶于水搅拌过程中，一方面磷石膏、钛铁渣、高炉锰铁渣、水泥熟料和外加剂中辅助成分发生矿物溶解、交联性能的产物生成、碱性溶液形成等多项化学反应，并进一步激发磷尾矿中的活性成分的分解、胶黏和包裹，形成具有一定胶凝性能的浆体；另一方面，在水和搅拌机快速搅拌作用下，第一次搅拌外加剂中发泡成分迅速分布与浆体中，第二次搅拌后，泡沫开始大量形成，大量性能稳定、尺寸合适的泡沫均匀分布在浆体中。这两个方面几乎是同时进行的。浇筑浇筑至模具或施工部位后，静置3小时后，初始强度形成，逐渐在泡沫表面形成包裹气体的胶结层并完全封闭空气，气孔结构基本稳定，在20～40℃、湿度大于90％条件下养护至28天，即制备出符合规范要求现浇泡沫混凝土砌块或结构层。
本发明的优点：(1)成本低廉，制备的现浇泡沫混凝土性能优良；(2)原料主要为磷尾矿、钛铁渣、高炉锰铁渣和磷石膏等废弃物，磷尾矿利用率高；(3)采用常温养护工艺，能耗低；(4)无需泡沫预先搅拌，制备工艺更简单，实用性强；
具体实施方式
实施例1
取磷尾矿66kg,磷石膏11kg，钛铁渣为7kg，高炉锰铁渣4kg，水泥熟料7kg，外加剂5kg(十二烷基硫酸钠占1.4kg,月硅酸钾占0.5kg,十二醇占0.6kg；偏铝酸钠占1.2kg,草酸钾占0.2kg,三乙醇胺占0.3kg,萘磺酸盐甲醛缩合物占0.8kg)。将所有原料称量好，加入双卧轴强制搅拌机中搅拌混合3～5min后，加入20％～30％按照料浆浓度计算出水量后,快速搅拌3～5min,然后将剩余的水量加完，搅拌混合5～10min即可得到磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土浆体，浇筑至模具或施工部位，静置3小时后，在20～40℃、湿度大于90％条件下养护至28天，得到现浇泡沫混凝土砌块或结构层即，磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合材料。该材料符合《泡沫混凝土JGT266-2011》规范。
以下为不同料浆浓度下现浇泡沫混凝土性能
| 序号 | 料浆浓度 | 抗压强度(MPa) | 干密度(kg/m3) | 导热系数(W/m·K) |
| 1 | 20 | 4.62 | 533 | 0.061 |
| 2 | 25 | 5.74 | 638 | 0.072 |
| 3 | 30 | 7.46 | 716 | 0.086 |
实施例2：
取磷尾矿66kg,磷石膏4kg，钛铁渣为13kg，高炉锰铁渣10kg，水泥熟料4kg，外加剂3kg(十二烷基磺酸钠占0.4kg，十二烷基苯磺酸钠占1.1kg，月硅酸钾占0.3kg,十二醇占0.5kg；三乙醇胺占0.3kg,萘磺酸盐甲醛缩合物占0.4kg)。将所有原料称量好，加入双卧轴强制搅拌机中搅拌混合3～5min后，加入20％～30％按照料浆浓度计算出水量后，快速搅拌3～5min,然后将剩余的水量加完，搅拌混合5～10min即可得到磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土浆体，浇筑至模具或施工部位，静置3小时后，在20～40℃、湿度大于90％条件下养护至28天，得到现浇泡沫混凝土砌块或结构层即，磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合材料。该材料符合《泡沫混凝土JGT266-2011》规范。
以下为不同料浆浓度下现浇泡沫混凝土性能
| 序号 | 料浆浓度 | 抗压强度(MPa) | 干密度(kg/m3) | 导热系数(W/m·K) |
| 1 | 20 | 4.76 | 575 | 0.066 |
| 2 | 25 | 5.81 | 687 | 0.076 |
| 3 | 30 | 6.78 | 781 | 0.087 |
实施例3：
取磷尾矿69kg,磷石膏4kg，钛铁渣为8kg，高炉锰铁渣13kg，水泥熟料3kg，外加剂3kg(十二烷基硫酸钠占0.6kg,月硅酸钾占0.25kg,十二醇占0.3kg，羧甲基纤维素0.1kg；偏铝酸钠占1.0kg,氟铝酸钠占0.4kg,三乙醇胺占0.05kg,萘磺酸盐甲醛缩合物占0.3kg)。将所有原料称量好，加入双卧轴强制搅拌机中搅拌混合3～5min后，加入20％～30％按照料浆浓度计算出水量后,快速搅拌3～5min,然后将剩余的水量加完，搅拌混合5～10min即可得到磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土浆体，浇筑至模具或施工部位，静置3小时后，在20～40℃、湿度大于90％条件下养护至28天，得到现浇泡沫混凝土砌块或结构层即，磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合材料。该材料符合《泡沫混凝土JGT266-2011》规范。
以下为不同料浆浓度下现浇泡沫混凝土性能
| 序号 | 料浆浓度 | 抗压强度(MPa) | 干密度(kg/m3) | 导热系数(W/m·K) |
| 1 | 20 | 4.32 | 608 | 0.082 |
| 2 | 25 | 5.22 | 705 | 0.092 |
| 3 | 30 | 6.69 | 772 | 0.010 |
实施例4：
取磷尾矿74kg,磷石膏5kg，钛铁渣为8kg，高炉锰铁渣4kg，水泥熟料6kg，外加剂3kg(十二烷基硫酸钠占1.1kg,月硅酸钾占0.25kg,十二醇占0.3kg；偏铝酸钠占0.8kg,氟铝酸钠占0.2kg,三乙醇胺占0.15kg,萘磺酸盐甲醛缩合物占0.2kg)。将所有原料称量好，加入双卧轴强制搅拌机中搅拌混合3～5min后，加入20％～30％按照料浆浓度计算出水量后,快速搅拌3～5min,然后将剩余的水量加完，搅拌混合5～10min即可得到磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土浆体，浇筑至模具或施工部位，静置3小时后，在20～40℃、湿度大于90％条件下养护至28天，得到现浇泡沫混凝土砌块或结构层即，磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合材料。该材料符合《泡沫混凝土JGT266-2011》规范。
以下为不同料浆浓度下现浇泡沫混凝土性能
| 序号 | 料浆浓度 | 抗压强度(MPa) | 干密度(kg/m3) | 导热系数(W/m·K) |
| 1 | 20 | 4.47 | 631 | 0.069 |
| 2 | 25 | 5.66 | 742 | 0.076 |
| 3 | 30 | 6.44 | 794 | 0.087 |
Claims (6)
1.一种磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合材料，其特征在于，该混合材料包括如下重量百分数的原料组成：磷尾矿为66~74%，磷石膏为4~11%，钛铁渣为7~13%，高炉锰铁渣4~13%，水泥熟料3%~7%，外加剂3.0~6.0%；
所述的外加剂由发泡成分和辅助成分组成，其中发泡成分为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、月硅酸钾、羧甲基纤维素、十二醇一种或多种复合而成，占外加剂总重量的50-60%；辅助成分由偏铝酸钠、草酸钾、氟铝酸钠、三乙醇胺、萘磺酸盐甲醛缩合物中的一种或多种磨细复合而成，占外加剂总重量的30-50%；发泡成分与辅助成分的量总和为100%。
2.根据权利要求1所述的磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合材料，其特征在于，该混合材料的原料按重量百分数计，磷尾矿为66%，磷石膏为4%，钛铁渣为13%，高炉锰铁渣10%，水泥熟料4%，外加剂3.0%。
3.根据权利要求1或2所述的磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合材料，其特征在于，所述的磷尾矿经自然风干，过0.60mm筛后，0.075mm以下颗粒大于70%。
4.根据权利要求1或2所述的磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合材料，其特征在于，所述的磷石膏是原状磷石膏加入生石灰中和，至pH为7.0-8.0后，在60℃下烘干，粉磨至磷石膏的比表面积达750m2/kg以上。
5.根据权利要求1或2所述的磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合材料，其特征在于，钛铁渣粉、高炉锰铁渣粉和水泥熟料的比表面积分别控制在350 m2/kg以上。
6.权利要求1-5任一项所述的磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合材料的制备方法，其特征在于：将磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合物各原料组分称量好，倒入双卧轴强制搅拌机中搅拌混合3~5min后，加入占原料总重量为20%~30%的水，快速搅拌3~5min，然后将剩余的水加完，搅拌混合5~10min即可得到磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土浆体，浇筑至模具或施工部位，静置3小时后，在20~40℃、湿度大于90%条件下养护至28天，得到现浇泡沫混凝土砌块或结构层，即，磷矿选矿尾矿现浇泡沫混凝土混合材料。
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