CN110540374A - 一种铅锌尾矿—冶炼渣复合水泥及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铅锌尾矿—冶炼渣复合水泥及其制备方法。原料各质量百分比分别为：硅酸盐水泥熟料60％～75％，铅锌尾矿6％～10％，铅锌冶炼渣14％～26％，石膏5％，助磨剂0.1％～0.5％。主要通过两种处理工艺将铅锌尾矿、铅锌冶炼渣、硅酸盐水泥熟料和石膏制备成复合水泥：其一，将铅锌尾矿、铅锌冶炼渣及分别放入球磨机中分别粉磨，水泥熟料和石膏共同粉磨，粉磨的同时加入助磨剂；其二，将粉磨好的上述原料充分混合均化。所得复合水泥的工作性能良好，各龄期强度、胶砂流动度、标准稠度用水量、凝结时间和安定性等指标符合相关要求，同时降低成本。本发明工艺简单，可显著提高工业废渣利用率，具有良好的经济效益和环境效益。

Description

一种铅锌尾矿—冶炼渣复合水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于水泥生产技术领域，特别涉及一种铅锌尾矿—冶炼渣复合水泥及其制备方法。
背景技术
复合硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。水泥中混合材料总掺加量按质量百分比应大于20％，不超过50％。
水泥工业一直是一个高成本、高消耗、高污染的产业，与目前国家着力建设的环境友好型社会和资源节约型社会相悖，因此，为了使水泥工业走向低成本、低消耗、绿色环保的可持续发展道路，应充分应用工业废渣这一廉价且易得的资源生产复合硅酸盐水泥。
用工业固废生产的复合硅酸盐水泥具有众多优缺点，例如掺加粒化高炉矿渣的硅酸盐水泥优点是耐腐蚀、耐水性好、耐热性好、水化热低、蒸养时强度发展快和潮湿环境中后期强度增长较快，缺点是早期强度低、干缩性较大、常有泌水现象且和易性较差。目前复合硅酸盐水泥已被广泛应用于道路、海工、大坝等工程中。
铅锌尾矿是在铅锌浮选作业过程中产生的副产物，是由选矿厂排放的尾矿矿浆经过自然脱水后形成的固体矿物废料。目前铅锌尾矿仅有5％左右用于配置水泥熟料、生产墙砖和混凝土制品，20％左右用于回填矿坑，剩余均露天堆放，综合利用率不足30％。大量堆放的铅锌尾矿不仅占用农田，其中重金属经雨水淋泡后溶出的重金属还会污染和河流。而铅锌尾矿中有部分成分与水泥相似，将其作为水泥混合材用于配置复合水泥，不仅能解决大量堆存对环境的危害，而且生产出的复合水泥各项性能符合国家相关标准。
铅锌冶炼渣是铅锌矿冶炼提取后，经过高温熔融，然后水淬急冷形成的玻璃态固体颗粒，在硫酸盐或碱激发后具备一定水化活性，可以作为水泥混合材配置水泥或生产建材。2016年我国铅锌产量达到1094万吨，据统计，铅锌冶炼系统每生产万吨铅会产生7100吨废渣，每生产万吨锌会产生9600吨废渣。产生的废渣中含有大量有价元素，但其中含有的重金属元素又制约了其在建材行业的广泛应用。近些年来研究发现，铅锌冶炼渣具有和水泥相似的矿物成分，且其经过高温冶炼，具备一定活性，对其进行无害化预处理后作为二次资源再利用，是一种既环保又经济的处理方式。
目前，有众多学者进行了单一铅锌尾矿或铅锌冶炼渣在建材方向的资源化利用的探索。并未发现同时使用铅锌尾矿和铅锌冶炼渣用于配置水泥进行的研究。公开号CN108516709A的中国发明专利申请(公开日2018年9月11日)公开了一种以铅锌尾矿为原料的硫铝酸盐水泥熟料的制备方法，制备的硫铝酸盐水泥熟料性能满足目前相关国家的标准。公开号CN107915451A的中国发明专利申请(公开日2018年4月17日)公开了一种铅锌尾矿透水混凝土及其制备方法。制成的透水混凝土具有透水性好、强度高、成本低、抗冻融性好等优点，具有良好的经济效益和社会效益。公开号CN105565691A的中国发明专利申请(公开日2016年5月11日)公开了一种铅锌冶炼渣基地聚物胶凝材料及制备方法，制备的胶凝材料制备工艺简单，能耗较小，制备过程无污染，地聚合物胶凝性能良好，力学性能、耐腐蚀和耐磨性好，抗干缩性强。
发明内容
本发明目的就是以铅锌尾矿、铅锌冶炼渣、水泥熟料和石膏为主要原料配置一种复合水泥，该复合水泥能够大量利用铅锌工业生产中产生的副产物铅锌尾矿和铅锌冶炼渣。本发明所生产的复合水泥在满足《GB 175—2007通用硅酸盐水泥》要求的同时，还大量消纳了铅锌尾矿和铅锌冶炼渣，不仅降低了生产成本，并且具有良好的环境效益。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种铅锌尾矿—冶炼渣复合水泥，是由以下重量组分原料混合制得：硅酸盐水泥熟料60％～75％，铅锌尾矿6％～10％，铅锌冶炼渣14％～26％，石膏5％，助磨剂0.1～0.5％。
所述的，铅锌尾矿主要成分为CaO：10.5±1％、Fe2O3：8.0±1％、MgO：4.5±1％、SiO2：40.0±1％、SO3：2.5±1％、碱含量：2.6±1％、loss：12.5±1％，投入球磨机中粉磨至比表面积500～750m2/kg。
所述的，铅锌冶炼渣主要成分为CaO：21.5±1％、Fe2O3：34.0±1％、MgO：2.3±1％、SiO2：29.0±1％、Al2O3：10.3±1％、SO3：1.6±1％，投入球磨机中并加入一定量助磨剂粉磨至比表面积450～600m2/kg。
所述的，硅酸盐水泥熟料主要成分为SiO2：22.0±1％、Al2O3：5.0±1％、Fe2O3：2.5±1％、CaO6：2.0±1％、Al2O3：16.0±1％、MgO：1.5±1％、SO3：2.5±1％、loss：1.5±1％。石膏主要成分为CaSO4，共同投入球磨机中粉磨至比表面积350～400m2/kg。
将上述粉磨得到的微粉按如下质量百分比:硅酸盐水泥熟料60％～75％，铅锌尾矿6％～10％，铅锌冶炼渣14％～26％，石膏5％。使用搅拌机混合均匀即可。混合均匀的微粉经水化作用后能够生成C-S-H凝胶、氢氧化钙和钙矾石等产物，这与水泥水化产物相同，故将上述微粉充分混合后可发挥与水泥相似的作用。
本发明的有益效果是：
1.本发明能够大量利用工业副产物铅锌尾矿和铅锌冶炼渣中的有效成分来制备复合水泥，制成的复合水泥3d抗折强度4.6～5.1MPa，3d抗压强度16.7～19.7MPa，28d抗折强度7.9～8.6MPa，28d抗压强度42.6～44.9MPa，胶砂流动度195～210mm，标准稠度用水量26％～28.6％,初凝时间158～218min，终凝时间199～346min，安定性合格。
2.本发明制备过程简单，有利于节能减排，降低了生产成本，且有利于保护环境。
具体实施方式
实施例1
(1)一种铅锌尾矿和冶炼渣复合水泥，是由以下重量份的原料制得：硅酸盐水泥熟料70％，铅锌尾矿5％，铅锌冶炼渣20％，石膏5％，助磨剂掺量为胶凝材料总量的0.5％。
(2)将步骤(1)中所述原料烘干至水分低于1％，使用球磨机将铅锌尾矿、铅锌冶炼渣分别粉磨至比表面积741.0m2/kg、470.0m2/kg，硅酸盐水泥熟料和石膏共同粉磨至比表面积370m2/kg，助磨剂掺量为0.5％。
(3)将步骤(2)中粉磨得到的微粉按照步骤(1)中的比例使用搅拌机充分搅拌均匀即可。
(4)将步骤(3)中制得的复合水泥按国家标准，经标准制样、成型和养护后，测得3d抗压强度为16.7MPa，28d抗压强度为42.6MPa，胶砂流动度195mm，标准稠度用水量27％，初凝时间200min，终凝时间325min，安定性合格。
实施例2
(1)一种铅锌尾矿和冶炼渣复合水泥，是由以下重量份的原料制得：硅酸盐水泥熟料75％，铅锌尾矿8％，铅锌冶炼渣12％，石膏5％，助磨剂掺量为胶凝材料总量的0.3％。
(2)将步骤(1)中所述原料烘干至水分低于1％，使用球磨机将铅锌尾矿、铅锌冶炼渣分别粉磨至比表面积690.0m2/kg、505.0m2/kg，硅酸盐水泥熟料和石膏共同粉磨至比表面积390.0m2/kg，助磨剂掺量为0.3％。
(3)将步骤(2)中粉磨得到的微粉按照步骤(1)中的比例使用搅拌机充分搅拌均匀即可。
(4)将步骤(3)中制得的复合水泥按国家标准，经标准制样、成型和养护后，测得3d抗压强度为19.7MPa，28d抗压强度为44.9MPa，胶砂流动度205mm，标准稠度用水量26.4％，初凝时间205min，终凝时间295min，安定性合格。

Claims (6)

1.一种铅锌尾矿—冶炼渣复合水泥，其特征在于，是由以下重量组分的原料混合制得：水泥熟料60％～75％，铅锌尾矿4％～10％，铅锌冶炼渣14％～26％，石膏5％，助磨剂0.1～0.5％。
2.根据权利要求书1所述的水泥熟料和石膏，其特征在于，所述硅酸盐水泥熟料主要成分为SiO2：22.0±1％、Al2O3：5.0±1％、Fe2O3：2.5±1％、CaO6：2.0±1％、Al2O3：16.0±1％、MgO：1.5±1％、SO3：2.5±1％、loss：1.5±1％。石膏主要成分为CaSO4，共同投入球磨机中粉磨至比表面积350～400m2/kg。
3.根据权利要求书1所述的铅锌尾矿，其特征在于，所述铅锌尾矿主要成分为CaO：10.5±1％、Fe2O3：8.0±1％、MgO：4.5±1％、SiO2：40.0±1％、SO3：2.5±1％、碱含量：2.6±1％、loss：12.5±1％，投入球磨机中粉磨至比表面积500～750m2/kg。
4.根据权利要求书1所述的铅锌冶炼渣，其特征在于，所述铅锌冶炼渣主要成分为CaO：21.5±1％、Fe2O3：34.0±1％、MgO：2.3±1％、SiO2：29.0±1％、Al2O3：10.3±1％、SO3：1.6±1％，投入球磨机中并加入一定量助磨剂粉磨至比表面积450～600m2/kg。
5.根据权利要求书1所述的助磨剂，其特征在于，所述助磨剂主要是由三乙醇胺、三异丙醇胺、乙二醇、丙三醇和糖蜜其中一组分或几种组分按比例混合而成，上述物质均为液体。
6.根据权利要求书2、3、4中所得铅锌尾矿、铅锌冶炼渣、水泥熟料和石膏微粉，按权利要求书1中所述质量比混合，强力搅拌至均匀。
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