CN108117291B - 一种废弃铜尾矿渣高效活化剂及其制备方法 - Google Patents

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    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients

Abstract

本发明提供一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂，它由以下重量份的组分混合组成：氧化钙20～40份、偏硅酸钠30～40份、硫酸钠20～30份、三聚磷酸钠6～10份。本发明的活化剂可显著提高废弃铜尾矿渣粉的火山灰活性，在废弃铜尾矿渣中掺加1％‑2％的本发明所述活化剂，废弃铜尾矿渣的火山灰活性即可在原有的基础上提高35‑75％，解决了废弃铜尾矿渣处理和再利用的技术难题。本发明还提供制备所述用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂的方法。

Description

一种废弃铜尾矿渣高效活化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于工业固体废物循环利用技术领域，具体地讲，涉及一种废弃铜尾矿渣粉高效活化剂，及其制备方法。
背景技术
据有关资料表明：我国铜尾矿库存量就达60亿吨，且每年新增铜尾矿渣为4亿吨。这些铜尾矿渣都存放在尾矿库坝内。这些库坝不仅危害周围环境、占有大量的耕地、危及当地居民的人身安全，亟需提高铜尾渣回收利用率。因此，废弃铜尾矿渣的资源化利用，成为当前各国研究的热点。
将废弃铜尾矿渣在专门研磨设备中研磨10min，即可得到比表面积超过300m2/Kg的废弃铜尾矿渣粉。我国基础设施建设需要数亿吨的矿物掺合料，但由于矿物掺合料资源有限，造成其价格大幅上涨。因此，将废弃铜尾矿渣粉作为矿物掺合料，是提高其资源化利用的重要途径。但由于其火山灰活性低，其最大的掺量仅为8％。因此，激发废弃铜尾矿渣粉的火山灰活性，成为其资源化利用的关键技术。
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：提供一种可用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂，能够有效激发废弃铜尾矿渣的反应活性，使其具有再利用的价值。
为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：
提供一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂，由以下重量份的组分混合组成：
本发明优选的方案中，所述的活化剂由以下重量份的组分混合组成：
本发明更优选的方案中，所述的活化剂由以下重量份的组分混合组成：
本发明最优选的方案中，所述的活化剂由以下重量份的组分混合组成：
本发明优选的方案中，所述用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂比表面积高于300m2/kg。
本发明优选的一种实施方式中，所述的用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂按以下方法制备得到：按重量份计，将20～40份氧化钙、30～40份偏硅酸钠、20～30份硫酸钠和6～10份三聚磷酸钠混合均匀后在90℃～110℃加热4～6小时，然后再干燥6小时，最后研磨至比表面积超过300m2/kg。
进一步地，所述的氧化钙为化学纯，其CaO含量≥90％，相对密度为3.32～3.35g/cm3。
进一步地，所述的偏硅酸钠为化学纯，其Na2SiO3含量≥90％，相对密度为1.05～1.35g/cm3。
进一步地，硫酸钠为化学纯，其Na2SO4含量≥90％，相对密度为1.667g/cm3。
进一步地，所述的三聚磷酸钠为化学纯，其Na5P3O10含量≥90％，相对密度为0.35～0.90g/cm3。
本发明的另一目的在于提供制备本发明所述活化剂的方法，包括以下步骤：
S1、按重量份计，将将20～40份氧化钙、30～40份偏硅酸钠、20～30份硫酸钠和6～10份三聚磷酸钠混合均匀，形成混合物；
S2、将S1得到的混合物在温度90℃～110℃的烘箱内加热4～6小时；
S3、将S2加热后的混合物再干燥6个小时后，研磨至比表面积大于300m2/kg，即获得本发明所述的用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂。
本发明优选的所述制备方法中，所述的氧化钙为化学纯，其CaO含量≥90％，相对密度为3.32～3.35g/cm3；所述的偏硅酸钠为化学纯，其Na2SiO3含量≥90％，相对密度为1.05～1.35g/cm3；所述的硫酸钠为化学纯，其Na2SO4含量≥90％，相对密度为1.667g/cm3；所述的三聚磷酸钠为化学纯，其Na5P3O10含量≥90％，相对密度为0.35～0.90g/cm3。
现存的大量废弃铜尾矿渣是没有火山灰活性的物质，无法获得有价值的再利用。本发明人通过大量试验筛选得到氧化钙、偏硅酸钠、硫酸钠和三聚磷酸钠等物质复配的组合物可以激发废弃铜尾矿渣的火山灰活性，并获得了良好的激发效果，特别是它们以特定比例混合复配后具有更加优异的激发效果。只需在废弃铜尾矿渣中掺加1％-2％的本发明所述活化剂，废弃铜尾矿渣的火山灰活性即可在原有的基础上提高35-75％。因此，本发明的活化剂可显著提高废弃铜尾矿渣粉的火山灰活性，为铜尾矿渣粉提供了作为水泥的矿物掺合料的再利用途径，解决了废弃铜尾矿渣处理和再利用的技术难题，保护了有限的矿物掺合料资源，保护了铜矿区的环境和居民生命安全，降低了混凝土价格。
掺加了本发明活化剂的废弃铜尾矿渣作为矿物掺合料用于混凝土制备时，所述活化剂对废弃铜尾矿渣粉的活化作用体现于水泥硬化的全过程。先是水泥熟料矿物、废弃铜尾矿渣粉和废弃铜尾矿渣粉高效活化剂水化生成了水化硅酸钙CaSiO3·nH2O(C-S-H)、水化铝酸钙CaAl2O4·nH2O(C-A-H)和氢氧化钙Ca(OH)2(C-H)。第二步是氢氧化钙Ca(OH)2(C-H)与废弃铜尾矿渣粉高效活化剂中的偏硅酸钠Na2SiO3、硫酸钠Na2SO4应生成了水化硅酸钙CaSiO3.nH2O(C-S-H)、水化硫铝酸钙3CaO·Al2O3·3CaSO4·nH2O(AFt)。随着水化时间的延长，废弃铜尾矿渣粉高效活化剂中的偏硅酸钠和三聚磷酸钠与水泥水化产物更充分，生成难溶的水化硅酸钙CaSiO3·nH2O(C-S-H)和水化硫铝酸钙3CaO·Al2O3·3CaSO4·nH2O(AFt)。水泥的强度得到进一步提高，水泥的后期强度更高。其反应式如下：
Ca(OH)2+Na2SiO3→CaSiO3(C-S-H)+2NaOH
Ca(OH)2+Na2SO4→CaSO4+2NaOH
3CaAl2O4+3CaSO4→3CaO·Al2O3·3CaSO4
具体实施方式
以下，将来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。
本领域技术人员应当理解的是，尽管在这里可使用术语“第一”、“第二”等来描述各种物质，但是这些物质不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个物质与另一个物质区分开来。
实施例1
一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂，由以下重量份的组分混合组成：
其制备方法如下：
按上述重量比例将氧化钙、偏硅酸钠、硫酸钠和三聚磷酸钠混合均匀，形成混合物；将得到的混合物在温度100℃的烘箱内加热6小时；加热后的混合物再干燥6个小时后，研磨至比表面积大于300m2/kg，即获得一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂。
所述的氧化钙为化学纯，其CaO含量≥90％，相对密度为3.32～3.35g/cm3；所述的偏硅酸钠为化学纯，其Na2SiO3含量≥90％，相对密度为1.05～1.35g/cm3；所述的硫酸钠为化学纯，其Na2SO4含量≥90％，相对密度为1.667g/cm3；所述的三聚磷酸钠为化学纯，其Na5P3O10含量≥90％，相对密度为0.35～0.90g/cm3。
实施例2
一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂，由以下重量份的组分混合组成：
其制备方法如下：
按上述重量比例将氧化钙、偏硅酸钠、硫酸钠和三聚磷酸钠混合均匀，形成混合物；将得到的混合物在温度90℃的烘箱内加热6小时；加热后的混合物再干燥6个小时后，研磨至比表面积大于300m2/kg，即获得一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂。
所述的氧化钙为化学纯，其CaO含量≥90％，相对密度为3.32～3.35g/cm3；所述的偏硅酸钠为化学纯，其Na2SiO3含量≥90％，相对密度为1.05～1.35g/cm3；所述的硫酸钠为化学纯，其Na2SO4含量≥90％，相对密度为1.667g/cm3；所述的三聚磷酸钠为化学纯，其Na5P3O10含量≥90％，相对密度为0.35～0.90g/cm3。
实施例3
一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂，由以下重量份的组分混合组成：
其制备方法如下：
按上述重量比例将氧化钙、偏硅酸钠、硫酸钠和三聚磷酸钠混合均匀，形成混合物；将得到的混合物在温度110℃的烘箱内加热4小时；加热后的混合物再干燥6个小时后，研磨至比表面积大于300m2/kg，即获得一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂。
所述的氧化钙为化学纯，其CaO含量≥90％，相对密度为3.32～3.35g/cm3；所述的偏硅酸钠为化学纯，其Na2SiO3含量≥90％，相对密度为1.05～1.35g/cm3；所述的硫酸钠为化学纯，其Na2SO4含量≥90％，相对密度为1.667g/cm3；所述的三聚磷酸钠为化学纯，其Na5P3O10含量≥90％，相对密度为0.35～0.90g/cm3。
实施例4
一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂，由以下重量份的组分混合组成：
其制备方法如下：
按上述重量比例将氧化钙、偏硅酸钠、硫酸钠和三聚磷酸钠混合均匀，形成混合物；将得到的混合物在温度100℃的烘箱内加热5小时；加热后的混合物再干燥6个小时后，研磨至比表面积大于300m2/kg，即获得一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂。
所述的氧化钙为化学纯，其CaO含量≥90％，相对密度为3.32～3.35g/cm3；所述的偏硅酸钠为化学纯，其Na2SiO3含量≥90％，相对密度为1.05～1.35g/cm3；所述的硫酸钠为化学纯，其Na2SO4含量≥90％，相对密度为1.667g/cm3；所述的三聚磷酸钠为化学纯，其Na5P3O10含量≥90％，相对密度为0.35～0.90g/cm3。
实施例5
一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂，由以下重量份的组分混合组成：
其制备方法如下：
按上述重量比例将氧化钙、偏硅酸钠、硫酸钠和三聚磷酸钠混合均匀，形成混合物；将得到的混合物在温度100℃的烘箱内加热4小时；加热后的混合物再干燥6个小时后，研磨至比表面积大于300m2/kg，即获得一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂。
所述的氧化钙为化学纯，其CaO含量≥90％，相对密度为3.32～3.35g/cm3；所述的偏硅酸钠为化学纯，其Na2SiO3含量≥90％，相对密度为1.05～1.35g/cm3；所述的硫酸钠为化学纯，其Na2SO4含量≥90％，相对密度为1.667g/cm3；所述的三聚磷酸钠为化学纯，其Na5P3O10含量≥90％，相对密度为0.35～0.90g/cm3。
实施例6
一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂，由以下重量份的组分混合组成：
其制备方法如下：
按上述重量比例将氧化钙、偏硅酸钠、硫酸钠和三聚磷酸钠混合均匀，形成混合物；将得到的混合物在温度90℃的烘箱内加热4小时；加热后的混合物再干燥6个小时后，研磨至比表面积大于300m2/kg，即获得一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂。
所述的氧化钙为化学纯，其CaO含量≥90％，相对密度为3.32～3.35g/cm3；所述的偏硅酸钠为化学纯，其Na2SiO3含量≥90％，相对密度为1.05～1.35g/cm3；所述的硫酸钠为化学纯，其Na2SO4含量≥90％，相对密度为1.667g/cm3；所述的三聚磷酸钠为化学纯，其Na5P3O10含量≥90％，相对密度为0.35～0.90g/cm3。
实施例7
一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂，由以下重量份的组分混合组成：
其制备方法如下：
按上述重量比例将氧化钙、偏硅酸钠、硫酸钠和三聚磷酸钠混合均匀，形成混合物；将得到的混合物在温度110℃的烘箱内加热6小时；加热后的混合物再干燥6个小时后，研磨至比表面积大于300m2/kg，即获得一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂。
所述的氧化钙为化学纯，其CaO含量≥90％，相对密度为3.32～3.35g/cm3；所述的偏硅酸钠为化学纯，其Na2SiO3含量≥90％，相对密度为1.05～1.35g/cm3；所述的硫酸钠为化学纯，其Na2SO4含量≥90％，相对密度为1.667g/cm3；所述的三聚磷酸钠为化学纯，其Na5P3O10含量≥90％，相对密度为0.35～0.90g/cm3。
实施例8
一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂，由以下重量份的组分混合组成：
其制备方法如下：
按上述重量比例将氧化钙、偏硅酸钠、硫酸钠和三聚磷酸钠混合均匀，形成混合物；将得到的混合物在温度110℃的烘箱内加热5小时；加热后的混合物再干燥6个小时后，研磨至比表面积大于300m2/kg，即获得一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂。
所述的氧化钙为化学纯，其CaO含量≥90％，相对密度为3.32～3.35g/cm3；所述的偏硅酸钠为化学纯，其Na2SiO3含量≥90％，相对密度为1.05～1.35g/cm3；所述的硫酸钠为化学纯，其Na2SO4含量≥90％，相对密度为1.667g/cm3；所述的三聚磷酸钠为化学纯，其Na5P3O10含量≥90％，相对密度为0.35～0.90g/cm3。
应用例1-8
应用例1-8分别采用实施例1-8的高校活化剂与废弃铜尾矿渣粉混合，然后作为活性矿物掺合料用于混凝土的制备，其中，废弃铜尾矿渣粉掺量30％，实施例1-8的铜尾矿渣高效活化剂的掺量均为1.5％，活性及混凝土性能测定结果见表1。
表1
由上表1中应用结果可知，本发明所述的活化剂能够有效激发废弃铜尾矿渣粉的火山灰活性，使其作为混凝土的活性掺合料时可发挥理想的效果。
虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员应当理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (6)

1.一种用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂，由以下重量份的组分混合组成：
所述活化剂比表面积高于300m2/kg；
所述的活化剂按以下方法制备得到：按重量份计，将29～34份氧化钙、35～37份偏硅酸钠、24～26份硫酸钠和7～9份三聚磷酸钠混合均匀后在90℃～110℃加热4～6小时，然后再干燥6小时，最后研磨至比表面积超过300m2/kg。
2.权利要求1所述的活化剂，其特征在于，所述的活化剂由重量份的组分混合组成：
3.权利要求1-2任意一项所述的活化剂，其特征在于：所述的氧化钙为化学纯，其CaO含量≥90％，相对密度为3.32～3.35g/cm3；所述的偏硅酸钠为化学纯，其Na2SiO3含量≥90％，相对密度为1.05～1.35g/cm3；所述的硫酸钠为化学纯，其Na2SO4含量≥90％，相对密度为1.667g/cm3；所述的三聚磷酸钠为化学纯，其Na5P3O10含量≥90％，相对密度为0.35～0.90g/cm3。
4.制备权利要求1所述活化剂的方法，包括以下步骤：
S1、按重量份计，将29～34份氧化钙、35～37份偏硅酸钠、24～26份硫酸钠和7～9份三聚磷酸钠混合均匀，形成混合物；
S2、将S1得到的混合物在温度90℃～110℃的烘箱内加热4～6小时；
S3、将S2加热后的混合物再干燥6个小时后，研磨至比表面积大于300m2/kg，即获得所述的用于废弃铜尾矿渣粉的高效活化剂。
5.权利要求4所述的方法，其特征在于：S1中所述的氧化钙、偏硅酸钠、硫酸钠和三聚磷酸钠的重量份比例为：30:36:25:9。
6.权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的氧化钙为化学纯，其CaO含量≥90％，相对密度为3.32～3.35g/cm3；所述的偏硅酸钠为化学纯，其Na2SiO3含量≥90％，相对密度为1.05～1.35g/cm3；所述的硫酸钠为化学纯，其Na2SO4含量≥90％，相对密度为1.667g/cm3；所述的三聚磷酸钠为化学纯，其Na5P3O10含量≥90％，相对密度为0.35～0.90g/cm3。
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