CN107117844B - 一种利用还原铁尾渣制备水泥混凝土矿物掺合料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用还原铁尾渣制备水泥混凝土矿物掺合料的方法，以达到减少水泥用量、提高水泥混凝土性能和彻底根除该类工业废渣占地和污染环境的目的。该尾渣矿物成分以硅、铝酸盐矿物为主。对尾渣细磨时，以三异丙醇胺：三乙醇胺(质量比)＝2：1、掺量0.02％(占尾渣质量百分比)为助磨条件，并以硫酸钠：氯化钙(质量比)＝1：1、掺量0.8％(占尾渣质量百分比)为化学激发条件对其进行活性激发，使其具有水泥胶凝材料活性特征。用该激发尾渣替代一定量的水泥来拌制多种强度等级的水泥混凝土，实现该固体工业废渣的综合利用。

Description

一种利用还原铁尾渣制备水泥混凝土矿物掺合料的方法
技术领域
本发明属于矿物类物质技术领域，更具体地，涉及一种利用还原铁尾渣制备水泥混凝土矿物掺合料的方法。
背景技术
水泥混凝土作为一种重要的物质，目前已经被广泛应用在各种工业生产活动中。
然而，现有的水泥混凝土材料本身存在一些缺陷，首先，它的主要组成物是水泥，水泥是高能耗、重污染、资源消耗类的工业品；其次，使用水泥制备的水泥混凝土，往往性能偏低。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种利用还原铁尾渣制备水泥混凝土矿物掺合料的方法，其目的在于，解决现有水泥混凝土中过度使用高能耗、重污染、资源消耗类水泥、以及水泥混凝土性能偏低的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种利用还原铁尾渣制备水泥混凝土矿物掺合料的方法，包括以下步骤：
(1)将铁矿样破碎至3mm大小以下，按铁矿样：煤：偏铝酸钠：元明粉的质量比＝1：0.4：0.05：0.01的比例混匀，对混合的固体进行低温余热和高温还原焙烧，以得到焙砂；
(2)将得到的焙砂磨至0.075mm大小以下的焙砂数量占总焙砂数量的77～83％为止，并在72KA/m条件下进行一粗一扫弱磁选，以得到还原铁尾渣。
(3)以三异丙醇胺和三乙醇胺作为复合助磨剂对铁尾渣进行助磨，其中三异丙醇胺与三乙醇胺的质量比为2：1，掺量为铁尾渣的0.02％。
(4)将步骤(3)处理后得到的铁尾渣进行粉磨，并掺入硫酸钠和氯化钙作为复合激发剂对粉磨后的铁尾渣进行活性激发，其中硫酸钠与氯化钙的质量比为1：1、掺量为尾渣的0.8％；
(5)使用步骤(4)处理得到的铁尾渣作为矿物掺合料，替代配制水泥混凝土所需水泥总量的35％或以下的水泥。
优选地，低温预热过程是在400℃～500℃下进行，时长为2小时。
优选地，高温还原焙烧过程是在1100～1250℃下进行，时长为3小时。
优选地，助磨过程是发生在磨矿浓度68～73％、介质充填率46～50％的条件下。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1、本发明制备得到的矿物掺合料能够在制备水泥混凝土的过程中替代部分水泥，从而直接减少了水泥的消耗，并因此降低了能耗、污染和资源消耗。
2、本发明的矿物掺合料是通过尾渣经过物理激发和化学激发后得到，使用该矿物掺合料配置的水泥混凝土比现有的水泥混凝土具备更好的性能。
3、本发明方法极大地消耗了铁矿中的尾渣，从而实现了该固体工业废渣的综合利用，并能够防止该废渣污染环境。
附图说明
图1是本发明利用还原铁尾渣制备水泥混凝土矿物掺合料的方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明的整体思路在于，提供一种可在水泥混凝土中部分取代水泥成分的矿物掺合料，用于减少水泥用量，提高混凝土性能，彻底根除工业废渣占地和污染环境的问题。
矿物掺合料是在水泥混凝土制备过程中加入的具有一定细度和活性的矿物类物质，目前矿物掺合料绝大部分来源于工业过程产生的固体废弃物(如矿渣、粉煤灰、硅灰、煤矸石等)，同时也有少部分来源于天然矿(如石灰石、黏土等)。矿物掺合料的使用既可以大幅降低水泥的用量(由于水泥为高能耗、重污染、资源消耗类工业品)，又能够大量消耗工业废渣，具有良好的经济和环保效益。目前我国普通硅酸盐水泥中都含有一定量的矿物掺合料，现代水泥混凝土的生产中也普遍掺加有矿物掺合料。
如图1所示，本发明利用还原铁尾渣制备水泥混凝土矿物掺合料的方法包括以下步骤：
(1)将高磷铁矿样破碎至3mm大小以下，按铁矿样：煤：偏铝酸钠：元明粉的质量比＝1：0.4：0.05：0.01的比例混匀(偏铝酸钠、元明粉为常见脱磷剂)，在400℃～500℃低温预热2小时，并在1100～1250℃高温还原焙烧3小时；
(2)将还原焙烧后得到的焙砂磨至0.075mm大小以下的焙砂数量占总焙砂数量的77～83％为止，并在72KA/m条件下进行一粗一扫弱磁选，以得到还原铁尾渣。
此时，对得到的还原铁尾渣进行化学多项分析和矿物组成鉴定，尾渣矿物成分以硅、铝酸盐矿物为主，详细结果分别见表1和表2。
尾渣中CaO、MgO属于碱性氧化物，是尾渣形成活性的主要化学相，因此，采用合适的化学激发剂激发该潜在活性成分，是使该尾渣从工业废渣转变为具有化学反应活性的胶凝材料的必要手段。
表1铁尾渣的化学多项分析结果(％)
成分 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe
含量 42.11 25.67 9.34 8.70 6.82 1.53
成分 P<sub>2</sub>O<sub>5</sub> K<sub>2</sub>O Na<sub>2</sub>O SO<sub>3</sub> 不定型碳 Cl<sup>-</sup>
含量 1.64 0.42 0.88 1.36 0.86 0.08
表2铁尾渣的矿物组成(镜下鉴定)(％)
矿物 石英 黏土矿物 石膏 磷灰石 金属铁 磁铁矿 赤铁矿
含量 34 37 2 3 1.5 2.5 0.5
(3)在磨矿浓度68～73％、介质充填率46～50％的条件下，以三异丙醇胺和三乙醇胺作为复合助磨剂对铁尾渣进行助磨(即物理激发)，其中三异丙醇胺与三乙醇胺的质量比为2：1，掺量为铁尾渣的0.02％。
(4)将步骤(3)处理后得到的铁尾渣进行粉磨，并掺入硫酸钠和氯化钙作为复合激发剂对粉磨后的铁尾渣进行活性激发(即化学激发)，其中硫酸钠与氯化钙的质量比为1：1、掺量为尾渣的0.8％；
(5)使用步骤(4)处理得到的铁尾渣作为矿物掺合料替代配制水泥混凝土所需水泥总量的35％或以下的水泥。
通过实验证明，当替代量小于35％时，水泥混凝土各龄期强度普遍接近或超过基准值。
实施例1：
固定磨矿浓度71％、介质充填率48％，将掺量为0.02％、0.03％、0.04％的三异丙醇胺-三乙醇胺复合助磨剂分别加入磨机中，其中三异丙醇胺：三乙醇胺＝2：1。对所得磨矿产品进行比表面积测定，并与不掺任何助磨剂的空白样比较。详细结果见表3。
表3三异丙醇胺与三乙醇胺组成的复合助磨剂的助磨效果
实施例2：
尾渣经粉磨后掺入化学激发剂，即将硫酸钠与氯化钙按质量1：1混合均匀，以0.2％、0.4％、0.6％和0.8％的掺量分别掺入还原铁尾渣中，按C30水泥混凝土基准配合比配制水泥混凝土(配合比见表4)，标准养护至各龄期，测得3d、7d、28d的强度，并与C30水泥混凝土基准样及掺加未激发尾渣水泥混凝土样本进行对比。详细结果见表5。
表4 C30水泥混凝土基准配合比(kg/m3)
表5硫酸钠-氯化钙激发的尾渣对水泥混凝土强度的影响(MPa)
实施例3：
采用经磨矿后比表面积分别为364m2/kg、423m2/kg、441m2/kg、467m2/kg、479m2/kg的尾渣，以胶凝材料总量的25％为掺量，用尾渣替代水泥，将硫酸钠与氯化钙按质量1：1混合均匀，以0.8％(尾渣质量百分比)的掺量掺入尾渣复合胶凝材料中，同时加入1.0％(胶凝材料总质量百分比)的萘系高效减水剂，配制C30水泥混凝土，研究尾渣不同比表面积对水泥混凝土强度的影响。详细结果见表6。
表6激发尾渣比表面积对水泥混凝土强度的影响(MPa)
实施例4：
尾渣经粉磨后以胶凝材料总质量的15％、25％、35％、45％、55％为掺量取代水泥，将硫酸钠与氯化钙按质量1：1混合均匀，以0.8％(尾渣质量百分比)为掺量加入矿渣复合胶凝材料中，同时加入1.0％(胶凝材料总质量百分比)的萘系高效减水剂，配制C30水泥混凝土，研究不同掺量尾渣对水泥混凝土强度的影响。详细结果见表7。
表7激发尾渣的掺量对水泥混凝土强度的影响(MPa)
由于矿物掺合料含有与水泥成分相似的Si02、A1203、Fe203、CaO等活性成分，常温下能与水泥水化产物发生二次水化反应(即“火山灰效应”)，因此，将其掺入水泥砂浆中取代部分胶凝材料，对水泥混凝土工作性能(如和易性、塌落度经时损失)、力学性能(如后期强度)、耐久性能(如抗冻性、抗渗性、耐蚀性)等具有改善作用。通过制备水泥混凝土的矿物掺合料，不仅有节约水泥、降低工程造价、提高水泥混凝土性能的意义，还能为发展水泥基材料行业带来技术上的革新。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种利用还原铁尾渣制备水泥混凝土矿物掺合料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将铁矿样破碎至3mm大小以下，按铁矿样：煤：偏铝酸钠：元明粉的质量比＝1：0.4：0.05：0.01的比例混匀，对混合的固体进行低温预热和高温还原焙烧，以得到焙砂；其中低温预热过程是在400℃～500℃下进行，时长为2小时，高温还原焙烧过程是在1100～1250℃下进行，时长为3小时；
(2)将得到的焙砂磨至0.075mm大小以下的焙砂数量占总焙砂数量的77～83％为止，并在72 KA/m条件下进行一粗一扫弱磁选，以得到还原铁尾渣；
(3)以三异丙醇胺和三乙醇胺作为复合助磨剂对铁尾渣进行助磨，其中三异丙醇胺与三乙醇胺的质量比为2：1，掺量为铁尾渣的0.02％；
(4)将步骤(3)处理后得到的铁尾渣进行粉磨，并掺入硫酸钠和氯化钙作为复合激发剂对粉磨后的铁尾渣进行活性激发，其中硫酸钠与氯化钙的质量比为1：1，掺量为尾渣的0.8％；
(5)使用步骤(4)处理得到的铁尾渣作为矿物掺合料，替代配制水泥混凝土所需水泥总量的15％的水泥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，助磨过程是发生在磨矿浓度68～73％、介质充填率46～50％的条件下。
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鄂西某还原铁尾渣物理与化学激发试验;李国栋等;《中国矿业科技文汇—2016》;20160715;第108页"1试样性质"、第108-110页"2试验结果与讨论"

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