CN110668779A - 一种无机砂的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于人造砂生产技术领域，公开了一种无机砂的生产方法，其包括如下步骤：步骤1）尾矿组分分析和配料，步骤2）制备胚料颗粒，步骤3）蒸压养护，步骤4）、颗粒冷却。本发明以工业固废为主要原料，通过组分分析和配方调节形成类似天然砂的配方工艺，通过高压喷塑成型控制砂砾尺寸及形貌，再通过蒸压养护获得人工合成的无机砂产品。本发明生产过程无废料排放，无污染；资源化利用固体废弃物制备性能优异的无机砂，为社会提供优质建筑用沙的同时，解决了尾矿环境危害问题。

Description

一种无机砂的生产方法

技术领域

本发明属于人造砂生产技术领域，具体涉及一种人工制造的无机砂的生产方法。

背景技术

长期以来，砂石骨料主要来源是河道砂石，随着基础设施建设的日益加快，天然河道采砂已造成砂石资源枯竭、水源污染、引发河堤安全等各种资源、生态、社会问题。同时，基建是国家发展重要抓手，砂石骨料行业是受益者；每年近180亿吨的市场销量，已经奠定了砂石第一大矿种的地位。2018年以来，全国砂石市场紧俏，各地市场价格持续升高，河沙价格一度突破150元/吨。随着“砂荒”蔓延，各地乃至国家层面纷纷为填补建筑用砂缺口寻找出路，机制砂应运而生。目前，市场上出现的机制砂，大都是通过将大块石料/矿山废石，通过逐级破碎而来，在外力破碎过程中，难免受力不均，造成机制砂强度降低；因而，机制砂的总体性能不如天然砂好；在破碎过程中，难免产生石粉泥料，对水泥拌合具有一定的影响。

CN108752028A公开了一种凝灰岩尾矿机制砂的制备方法，其组成以及质量分数为：碳化硅9-15份，氧化镥5-10份，氧化铝3-8份，醋酸盐5-7份，高岭土4-9份，铝酸锶3-10份，水玻璃2-6份，石墨烯5-7份，高岭土4-8份，凝灰岩粉末6-9份，硼砂4-8份，二氧化钼6-9份，长石3-10份，硫酸亚铁7-9份，铝酸锶3-8份，石膏2-6份，氮化硼6-10份，活性催化剂1-5份，环氧树脂1-3份，硅酸铝纤维8-13份，堇青石11-13份，氧化锆9-14份，氧化铝7-15份，陶土5-8份，燧石1-3份。

CN108726926A公开了一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合水泥砂浆的方法，按下述各组分制备：拜耳法赤泥、烧结法赤泥；铝土矿选矿尾矿；钢渣粉、砂子、苛性碱、硅粉。其制备步骤：在拜耳法赤泥、烧结法赤泥、铝土矿选矿尾矿中添加苛性碱，置于球磨机制得球磨料；将球磨料放入中温窑炉改性，得改性料；在改性料中加入钢渣粉和硅粉，制得混合料；将混合料放入球磨机制得赤泥及铝土矿选矿尾矿地聚合物水泥；将该聚合物水泥与砂子混合均匀，加入水，边搅拌，边注浆，该地聚合物水泥砂浆具有较宽的流动范围，在室温下形成硬化浆体。

上述专利技术或者采用了大量的无机原料和树脂等，或者原料组分复杂，成本较高，不适合建筑推广使用。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺陷，本发明无机砂以工业固废（细尾矿）为主要原料，通过组分分析和配方调节形成类似天然砂的配方工艺，通过高压喷塑成型控制砂砾尺寸及形貌，再通过蒸压养护获得人工合成的无机砂产品。本发明生产过程无废料排放，无污染；资源化利用固体废弃物制备性能优异的无机砂，为社会提供优质建筑用沙同时，解决了尾矿环境危害问题。

本发明是通过如下技术方案来实现的。

一种无机砂的生产方法，其包括如下步骤：步骤1）尾矿组分分析和配料，步骤2）制备胚料颗粒，步骤3）蒸压养护，步骤4）、颗粒冷却。

具体地，所述生产方法包括如下步骤：

步骤1）尾矿组分分析和配料：

主原料选择铁矿细尾矿、铜矿尾矿、钢渣中的一种或两种以上的混合物；根据主原料组分，选择高炉炉渣、石膏矿尾矿、萤石矿尾矿、石灰中的一种或两种以上的混合物为辅料；用辅料来调节主原料的摩尔比至Ca:Si:O=1:0.8-1.5:3-6之间；然后添加适量高岭土、菱苦土、黏土中的一种或几种为助剂，搅拌混匀；

步骤2）制备胚料颗粒：

将1）步骤中的混合物料，按照1:1-5的质量配比，与浓度为3-10%的硅酸钠溶液；混合成浆料；浆料泵入高压喷料造粒机，进行喷料造粒，干燥后获得胚料颗粒；

步骤3）蒸压养护：将步骤2形成的颗粒胚料，进入蒸压养护隧道窑，120-160℃流水线养护12-24小时，促使颗粒胚料中的无机凝胶成分充分反应生成稳定的化学键链结构；

步骤4）、颗粒冷却：

将步骤3）蒸压养护后的颗粒，通过冷却管道，经管道内行走，继续养护并逐渐降温至室温状态，获得无机砂成品。

优选地，所述主原料选用铁矿尾矿，细度200-315目；辅料选用高炉炉渣，细度为200-315目；助剂选用高岭土；将铁矿尾矿、高炉矿渣以及高岭土按照质量比为5:2:1混匀备用。

优选地，所述主原料选用铜矿尾矿，细度200-315目；辅料选用石膏矿尾矿，细度为200-315目；助剂选用菱苦土；将铜矿尾矿、石膏矿尾矿以及菱苦土按照质量比为7:3:1混匀备用。

优选地，所述主原料选用钢渣，细度200-315目；辅料选用石灰，细度为200-315目；助剂选用黏土；将钢渣、石灰以及黏土按照质量比为6:2:1混匀备用。

优选地，所述步骤2）中，浆料制备时，采用硅酸钠水溶液，边搅拌边逐渐加入1）步骤混合物料；待加入物料达到相应的比例后，浆料泵入高压喷料造粒机进行喷料造粒；通过调节喷料造粒机喷料口孔径，可获得不同形状和大小的颗粒；颗粒经热风干燥至含水率约5-15%后，获得颗粒胚料；

优选地，所述硅酸钠溶液的浓度为3-10%。

与现有技术相比，本发明的效果主要包括但是并不限于以下几个方面：

本发明采用细尾矿为主要原料，根据其组分，通过多种尾矿组分的相互配合，添加少量无机助剂构成无机凝胶配方；采用高压喷塑成型，然后经蒸汽养护，采用由小→大的思路合成，称之为“无机砂”；

本发明合成的无机砂，为纯无机凝胶合成材料，且合成过程中无需破坏，沙粒颗粒类似天然形状，强度不受外力破坏，且大小可根据需要调整；在资源化利用细尾矿的同时，为建筑行业提供了优质的无机砂产品，环保效益和经济效益十分可观；

本发明制备无机骨料（砂）根据无机凝胶机理生产制作，以工业固废资源化利用为契入点，全程无需添加有机胶黏剂，生产过程无挥发性气体，环保无污染；

本发明制备的骨料砂，大小形态经过科学配比，形成了不同形状、不同规格配比的骨料颗粒；产品坚固性、强度、吸水率等指标达到/优于《建设用砂(GB/T14684-2011)》相关标准要求I类指标；且人工合成制备过程中，不产生泥料/泥块，无针片装颗粒。

具体实施方式

本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的产品及方法已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品及方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种无机砂的生产方法，是通过以下技术步骤实现的：

1）、尾矿组分分析，配料：

常见天然石材组大多为硅酸盐、碳酸盐、氧化铝类物质，各类尾矿中含有大量的硅酸盐、碳酸盐以及相应的金属矿物组分。根据主要原材料的组分不同，选取一种或数种其他尾矿固废，相互配合，组成近似的组分；充分发挥金属矿物的交联络合作用，进行相应的配方设计。主原料可根据周边固废资源进行选择，可以选择铁矿细尾矿、铜矿尾矿、钢渣、建筑垃圾细粉（重料）等中的一种或几种。根据主原料组分，选择高炉炉渣、石膏矿尾矿、萤石矿尾矿、石灰等中的一种或几种为辅料，调节主要组分至Ca:Si:O=1:0.8-1.5:3-6之间；然后添加适量高岭土、菱苦土、黏土中的一种或几种为助剂，搅拌混匀。

例，主原料选用铁矿尾矿，细度300目，其辅助选用高炉炉渣，细度为300目，助剂选用高岭土，将上述原料，混匀备用；铁矿尾矿、高炉矿渣以及高岭土的质量比为5:2:1；

2）、制备胚料颗粒：

将1）步骤中的混合物料，按照1:1的质量配比，与浓度为5%的硅酸钠溶液混合成浆料；浆料泵入高压喷料造粒机，进行喷料造粒，干燥后获得胚料颗粒；具体地；浆料制备时，采用浓度为5%硅酸钠水溶液，边搅拌边逐渐加入1）步骤的混合物料；防止物料结块，待加入物料达到相应的比例后，浆料泵入高压喷料造粒机进行喷料造粒；通过调节喷料造粒机喷料口孔径，可获得不同形状和大小的颗粒；颗粒经热风干燥至含水率约5-15%后，获得颗粒胚料；

3）、蒸压养护：将步骤2形成的颗粒胚料，进入蒸压养护隧道窑，120-160℃流水线养护12-24小时，促使颗粒胚料中的无机凝胶成分充分反应生成稳定的化学键链结构；

4）、颗粒冷却：

将步骤3）蒸压养护后的颗粒，传送至降温管道内，经管道内行走，继续养护并逐渐降温至室温状态，获得无机砂成品。

实施例2

一种无机砂的生产方法，是通过以下技术步骤实现的：

1）、尾矿组分分析、配料：

主原料选用铜矿尾矿，细度250目，其辅助选用石膏矿尾矿，细度为250目，助剂选用菱苦土，将上述原料，混匀备用；铜矿尾矿、石膏矿尾矿以及菱苦土的质量比为7:3:1；

2）、制备胚料颗粒：

将1）步骤中的混合物料，按照1:2的质量配比，与浓度为4%（质量体积比）的硅酸钠溶液混合成浆料；浆料泵入高压喷料造粒机，进行喷料造粒，干燥后获得胚料颗粒；具体地；浆料制备时，采用浓度为4%硅酸钠水溶液，边搅拌边逐渐加入1）步骤混合物料；防止物料结块，待加入物料达到相应的比例后，浆料泵入高压喷料造粒机进行喷料造粒；通过调节喷料造粒机喷料口孔径，可获得不同形状和大小的颗粒；颗粒经热风干燥至含水率约10%后，获得颗粒胚料；

3）、蒸压养护：将步骤2形成的颗粒胚料，进入蒸压养护隧道窑，120℃流水线养护18小时，促使颗粒胚料中的无机凝胶成分充分反应生成稳定的化学键链结构；

4）、颗粒冷却：

将步骤3）蒸压养护后的颗粒传送至降温管道内，经管道内行走，继续养护并逐渐降温至室温状态，获得无机砂成品。

实施例3

一种无机砂的生产方法，是通过以下技术步骤实现的：

1）、尾矿组分分析，配料：

主原料选用钢渣，细度200目，其辅助选用石灰，细度为200目，助剂选用黏土，将上述原料，混匀备用；钢渣、石灰以及黏土的质量比为6:2:1；

2）、制备胚料颗粒：

将1）步骤中的混合物料，按照1:1.5的质量配比，与浓度为3%的硅酸钠溶液混合成浆料；浆料泵入高压喷料造粒机，进行喷料造粒，干燥后获得胚料颗粒；具体地；浆料制备时，采用浓度为3%硅酸钠水溶液，边搅拌边逐渐加入1）步骤混合物料；防止物料结块，待加入物料达到相应的比例后，浆料泵入高压喷料造粒机进行喷料造粒；通过调节喷料造粒机喷料口孔径，可获得不同形状和大小的颗粒；颗粒经热风干燥至含水率约12%后，获得颗粒胚料；

3）、蒸压养护：将步骤2形成的颗粒胚料，进入蒸压养护隧道窑，140℃流水线养护16小时，促使颗粒胚料中的无机凝胶成分充分反应生成稳定的化学键链结构；

4）、颗粒冷却：

将步骤3）蒸压养护后的颗粒粒传送至降温管道内，经管道内行走，继续养护并逐渐降温至室温状态，获得无机砂成品。

实施例4

参照建设用砂(GB/T14684-2011)标准进行检测产品性能。

以实施例1制备的粒径1.25mm的无机砂为例，主要指标如下：

吸水率：1.9%；

石粉（小于75μm）含量：0.31%；

砂的坚固性采用硫酸钠溶液检验，五次循环损失率：4.8%；

有机物含量：符合标准；

压碎指标：9%，满足I类要求；

氯离子含量＜0.01%；

孔隙度＜44%；

轻物质（表面密度小于2000kg/立方米）含量：0.57%；

松散堆积密度：1627kg/立方米；

表观密度：2914kg/立方米。

本发明制备无机砂以工业固废资源化利用为契入点，全程无需添加有机胶黏剂，生产过程无挥发性气体，环保无污染；本发明无机砂大小形态经过科学配比，形成了不同形状、不同规格配比的骨料颗粒；产品坚固性、强度、吸水率等相关指标达到/优于《建设用砂(GB/T14684-2011)》相关标准要求I类指标；且人工合成制备过程中，不产生泥料/泥块，无针片装颗粒。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.一种无机砂的生产方法，其包括如下步骤：步骤1）尾矿组分分析和配料，步骤2）制备胚料颗粒，步骤3）蒸压养护，步骤4）、颗粒冷却。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述生产方法包括如下步骤：

步骤1）尾矿组分分析和配料：

主原料选择铁矿尾矿、铜矿尾矿、钢渣中的一种或两种以上的混合物；根据主原料组分，选择高炉炉渣、石膏矿尾矿、萤石矿尾矿、石灰中的一种或两种以上的混合物为辅料，用辅料添加到主原料中，调节摩尔比至Ca:Si:O=1:0.8-1.5:3-6之间；然后添加适量高岭土、菱苦土、黏土中的一种或几种为助剂，搅拌混匀；

步骤2）制备胚料颗粒：

取1）步骤中的混合物料，按照1:1-5的质量配比与浓度为3-10%的硅酸钠溶液混合成浆料；浆料泵入高压喷料造粒机，进行喷料造粒，干燥后获得胚料颗粒；

步骤3）蒸压养护：将步骤2）形成的颗粒胚料进入蒸压养护隧道窑，120-160℃流水线养护12-24小时，促使颗粒胚料中的无机凝胶成分充分反应生成稳定的化学键链结构；

步骤4）、颗粒冷却：

将步骤3）蒸压养护后的颗粒，通过冷却管道，经管道内行走，继续养护并逐渐降温至室温状态，获得无机砂成品。

3.根据权利要求2的生产方法，其特征在于，所述主原料选用铁矿尾矿，细度200-315目；辅料选用高炉炉渣，细度为200-315目；助剂选用高岭土；将铁矿尾矿、高炉矿渣以及高岭土按照质量比为5:2:1混匀备用。

4.根据权利要求2的生产方法，其特征在于，所述主原料选用铜矿尾矿，细度200-315目；辅料选用石膏矿尾矿，细度为200-315目；助剂选用菱苦土；将铜矿尾矿、石膏矿尾矿以及菱苦土按照质量比为7:3:1混匀备用。

5.根据权利要求2的生产方法，其特征在于，所述主原料选用钢渣，细度200-315目；辅料选用石灰，细度为200-315目；助剂选用黏土；将钢渣、石灰以及黏土按照质量比为6:2:1混匀备用。

6.根据权利要求2的生产方法，其特征在于，所述步骤2）中，浆料制备时，采用硅酸钠水溶液，边搅拌边逐渐加入步骤1）的混合物料；待加入物料达到相应的比例后，浆料泵入高压喷料造粒机进行喷料造粒；通过调节喷料造粒机喷料口孔径，可获得不同形状和大小的颗粒；颗粒经热风干燥至含水率约5-15%后，获得颗粒胚料。

7.根据权利要求2或6的生产方法，其特征在于，所述硅酸钠溶液的浓度为3-10%。

8.按照权利要求1-7任其一所述的生产方法得到的无机砂。