CN112094061A - 一种铁尾矿基混凝土掺合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种铁尾矿基混凝土掺合料及其制备方法，属于建筑材料制备领域，所述掺合料的原料组成包括铁尾矿60%‑70%、钢渣5%‑10%、高炉渣5%‑15%、粉煤灰5%‑8%、脱硫石膏和氟石膏（1:1混合）5%‑10%。本发明采用固废为主要原料，消耗尾矿，降低掺合料生产成本，同时缓解超细矿粉资源紧缺，另一方面可以减少水泥的使用量，降低因水泥生产所导致的能源和环境问题。

Description

一种铁尾矿基混凝土掺合料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料制备领域，具体涉及一种铁尾矿基混凝土掺合料及其制备方法。
背景技术
随着我国矿业的迅猛发展, 各种尾矿排放量巨大。铁尾矿是铁选厂在特定的经济技术条件下, 将铁矿石磨细, 选取“有用组分”后排出的固体或粉状的残渣。据统计, 截至2013年底, 我国尾矿累积堆存量已达到146亿吨, 其中铁尾矿的堆存量达26.14亿吨, 而且每年近3亿吨的速度迅速增长。目前我国尾矿综合利用率不足10%, 铁尾矿的综合利用率更是仅为7%左右, 与发达国家60%的综合利用率还相差很大。目前铁尾矿作为二次资源,其综合利用主要集中在有价金属的二次回收、生产水泥、填充采空区、作为土壤改良剂及微量元素肥料、制备微晶玻璃、制作新型墙体材料及混凝土骨料等方面。利用铁尾矿制备大宗建筑材料混凝土是一种很好的利用途径, 但以往对铁尾矿在水泥混凝土行业中的应用研究主要是作为骨料用于混凝土中, 这使铁尾矿在混凝土中的掺量及使用价值受到了很大的限制。铁尾矿由于其化学组成和矿物组成等特点, 经过一定的活化处理后具有火山灰胶凝活性, 可开发为混凝土的掺合料, 以此来提高其附加值, 可进一步降低混凝土成本。
混凝土中一般使用 30%-50%的掺合料代替水泥，并使用各种外加剂以降低混凝土成本和提高性能；其中，所使用的混凝土掺合料多以矿渣粉和粉煤灰为主。近些年来，在一些大中城市，由于建筑规模急剧扩大，伴随着预拌混凝土产业也在全国迅速发展，由此带来了矿渣粉和粉煤灰的用量也急剧增加，从而导致矿渣粉作为混凝土掺合料出现短缺，进而使矿渣粉的价格不断升高。此外，随着环境保护意识的增强以及碳排放税的实施，火力发电在能源结构中所占比重会日益下降，电厂的粉煤灰排放预期会有明显的缩减，与之相矛盾的是混凝土的需求量仍然会以5%左右的速度递增，因此，寻求一种矿渣粉和粉煤灰在混凝土中的替代资源，就尤为迫切。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供一种铁尾矿基混凝土掺合料及其制备方法及其制备方法，采用铁尾矿、钢渣、高炉渣、粉煤灰、脱硫石膏和氟石膏为主要原材料，消耗尾矿，降低掺合料生产成本，同时缓解超细矿粉资源紧缺，另一方面可以减少水泥的使用量，降低因水泥生产所导致的能源和环境问题。
本发明采用的技术方案如下：
一种铁尾矿基混凝土掺合料，所述掺合料的原料组成包括铁尾矿60%-70%、钢渣5%-10%、高炉渣5%-15%、粉煤灰5%-8%、脱硫石膏和氟石膏1:1混合物 5%-10%。
进一步地，所述铁尾矿按照重量份数计包括下列组分：二氧化硅70%-72%、氧化铁5-10%、氧化铝3-8%、氧化钙5-10%、氧化镁2-4%、三氧化硫0.1-0.3%、氧化钾0.5-1%、氧化钠0.1-0.4%，细度模数为1.3-1.5，粒径分布在0.5mm-2mm。
进一步地，所述钢渣的按照重量份数计包括下列组分：氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
进一步地，所述高炉渣按照重量份数计包括下列组分：二氧化硅32%-40%、氧化钙32%-50%、氧化铝6-15%、氧化锰2-10%、三氧化硫0.1-0.3%。
进一步地，所述粉煤灰按照重量份数计包括下列组分二氧化硅40%-45%，氧化铝45%-50%、氧化铁5%-8%、氧化钙1%-2%、氧化镁1%-2%。
所述的一种铁尾矿基混凝土掺合料的其制备方法，包括以下步骤：
（1）将铁尾矿、钢渣、粉煤灰、高炉渣分别烘干至水分<0.5%，烘干方式可采用辐射加热方式；
（2）取一定质量的铁尾矿放入球磨机中，并加入铁尾矿质量0.5%的聚羧酸盐进行粉磨，粉磨时间为30min；
（3）取一定质量的钢渣放入球磨机中，并请加入钢渣质量0.05%的助磨剂，粉磨时间为35min。
（4）将粉磨后的铁尾矿和钢渣、高炉渣、粉煤灰、脱硫石膏和氟石膏按配比加入得到球磨机中，粉磨时间为40min，制得混凝土掺合料。
进一步地，所述助磨剂为的配比按质量分计为三乙醇胺：三异丙醇胺：乙二醇=20：10：15。
本发明的有益效果如下：
1)本发明选择铁尾矿、钢渣、高炉渣、粉煤灰、脱硫石膏和氟石膏为原料，固废利用率高，大幅度提高了固体废物附加值，实现了固体废物的资源化利用，减少因填埋堆放造成场地资源浪费和一系列生态问题。
2)在掺合料的制备过程中采用多次多级粉磨其铁尾矿其内部结构发生断裂、变形和晶格畸变，活性提高，利用“微磨球效应”可将铁尾矿的磨细至微米级进一步增强其活性，活性二氧化硅消耗氢氧化钙晶体形成凝胶体有助于提高混凝土的强度等级，同时磨细的尾矿和钢渣可以起到填充作用，改善混凝土的孔结构，进一步提高强度。
3)用本掺合料制备的混凝土保水性、黏聚性适宜，密实性和抗碳化性能好，还可以缓解碱骨料反应。
4)钢渣的引入可以增强其后期强度，高炉渣和粉煤灰可以保障前期强度，不仅在性能上互补，也可以达到良好的级配效应。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明，但以下详细说明不视为对本发明的限定。
实施例1
一种铁尾矿基混凝土掺合料及其制备方法，所述掺合料的原料组成包括铁尾矿60%、钢渣10%、高炉渣15%、粉煤灰8%、脱硫石膏和氟石膏（1:1混合）7%，所述制备方法主要包括原料预处理和多级粉磨，在制备过程中加入适量聚羧酸盐和助磨剂。
所述铁尾矿按照重量份数计包括下列组分：二氧化硅70%-72%、氧化铁5-10%、氧化铝3-8%、氧化钙5-10%、氧化镁2-4%、三氧化硫0.1-0.3%、氧化钾0.5-1%、氧化钠0.1-0.4%，细度模数为1.3-1.5，粒径分布在0.5mm-2mm。
所述钢渣的按照重量份数计包括下列组分：氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
所述高炉渣按照重量份数计包括下列组分：二氧化硅32%-40%、氧化钙32%-50%、氧化铝6-15%、氧化锰2-10%、三氧化硫0.1-0.3%。
所述粉煤灰按照重量份数计包括下列组分二氧化硅40%-45%，氧化铝45%-50%、氧化铁5%-8%、氧化钙1%-2%、氧化镁1%-2%。
所述助磨剂为的配比按质量分计为三乙醇胺：三异丙醇胺：乙二醇=20：10：15。
一种铁尾矿基混凝土掺合料及其制备方法的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铁尾矿、钢渣、粉煤灰、高炉渣分别烘干至水分<0.5%，烘干方式可采用辐射加热方式；
（2）取一定质量的铁尾矿放入球磨机中，并加入铁尾矿质量0.5%的聚羧酸盐进行粉磨，粉磨时间为30min；
（3）取一定质量的钢渣放入球磨机中，并请加入钢渣质量0.05%的助磨剂，粉磨时间为35min。
（4）将粉磨后的铁尾矿和钢渣、高炉渣、粉煤灰、石膏按配比加入得到球磨机中，粉磨时间为40min，制得混凝土掺合料。
实施例2
一种铁尾矿基混凝土掺合料及其制备方法，所述掺合料的原料组成包括铁尾矿65%、钢渣5%、高炉渣10%、粉煤灰7%、脱硫石膏和氟石膏（1:1混合）8%，所述制备方法主要包括原料预处理和多级粉磨，在制备过程中加入适量聚羧酸盐和助磨剂。
所述铁尾矿按照重量份数计包括下列组分：二氧化硅70%-72%、氧化铁5-10%、氧化铝3-8%、氧化钙5-10%、氧化镁2-4%、三氧化硫0.1-0.3%、氧化钾0.5-1%、氧化钠0.1-0.4%，细度模数为1.3-1.5，粒径分布在0.5mm-2mm。
所述钢渣的按照重量份数计包括下列组分：氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
所述高炉渣按照重量份数计包括下列组分：二氧化硅32%-40%、氧化钙32%-50%、氧化铝6-15%、氧化锰2-10%、三氧化硫0.1-0.3%。
所述粉煤灰按照重量份数计包括下列组分二氧化硅40%-45%，氧化铝45%-50%、氧化铁5%-8%、氧化钙1%-2%、氧化镁1%-2%。
所述助磨剂为的配比按质量分计为三乙醇胺：三异丙醇胺：乙二醇=20：10：15。
一种铁尾矿基混凝土掺合料及其制备方法的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铁尾矿、钢渣、粉煤灰、高炉渣分别烘干至水分<0.5%，烘干方式可采用辐射加热方式；
（2）取一定质量的铁尾矿放入球磨机中，并加入铁尾矿质量0.5%的聚羧酸盐进行粉磨，粉磨时间为30min；
（3）取一定质量的钢渣放入球磨机中，并请加入钢渣质量0.05%的助磨剂，粉磨时间为35min。
（4）将粉磨后的铁尾矿和钢渣、高炉渣、粉煤灰、石膏按配比加入得到球磨机中，粉磨时间为40min，制得混凝土掺合料。
实施例3
一种铁尾矿基混凝土掺合料及其制备方法，所述掺合料的原料组成包括铁尾矿70%、钢渣10、高炉渣5、粉煤灰5%、脱硫石膏和氟石膏（1:1混合）10%，所述制备方法主要包括原料预处理和多级粉磨，在制备过程中加入适量聚羧酸盐和助磨剂。
所述铁尾矿按照重量份数计包括下列组分：二氧化硅70%-72%、氧化铁5-10%、氧化铝3-8%、氧化钙5-10%、氧化镁2-4%、三氧化硫0.1-0.3%、氧化钾0.5-1%、氧化钠0.1-0.4%，细度模数为1.3-1.5，粒径分布在0.5mm-2mm。
所述钢渣的按照重量份数计包括下列组分：氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
所述高炉渣按照重量份数计包括下列组分：二氧化硅32%-40%、氧化钙32%-50%、氧化铝6-15%、氧化锰2-10%、三氧化硫0.1-0.3%。
所述粉煤灰按照重量份数计包括下列组分二氧化硅40%-45%，氧化铝45%-50%、氧化铁5%-8%、氧化钙1%-2%、氧化镁1%-2%。
所述助磨剂为的配比按质量分计为三乙醇胺：三异丙醇胺：乙二醇=20：10：15。
一种铁尾矿基混凝土掺合料及其制备方法的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铁尾矿、钢渣、粉煤灰、高炉渣分别烘干至水分<0.5%，烘干方式可采用辐射加热方式；
（2）取一定质量的铁尾矿放入球磨机中，并加入铁尾矿质量0.5%的聚羧酸盐进行粉磨，粉磨时间为30min；
（3）取一定质量的钢渣放入球磨机中，并请加入钢渣质量0.05%的助磨剂，粉磨时间为35min。
（4）将粉磨后的铁尾矿和钢渣、高炉渣、粉煤灰、石膏按配比加入得到球磨机中，粉磨时间为40min，制得混凝土掺合料。
实施例4
一种铁尾矿基混凝土掺合料及其制备方法，所述掺合料的原料组成包括铁尾矿70%、钢渣8%、高炉渣5%、粉煤灰8%、脱硫石膏和氟石膏（1:1混合）9%，所述制备方法主要包括原料预处理和多级粉磨，在制备过程中加入适量聚羧酸盐和助磨剂。
所述铁尾矿按照重量份数计包括下列组分：二氧化硅70%-72%、氧化铁5-10%、氧化铝3-8%、氧化钙5-10%、氧化镁2-4%、三氧化硫0.1-0.3%、氧化钾0.5-1%、氧化钠0.1-0.4%，细度模数为1.3-1.5，粒径分布在0.5mm-2mm。
所述钢渣的按照重量份数计包括下列组分：氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
所述高炉渣按照重量份数计包括下列组分：二氧化硅32%-40%、氧化钙32%-50%、氧化铝6-15%、氧化锰2-10%、三氧化硫0.1-0.3%。
所述粉煤灰按照重量份数计包括下列组分二氧化硅40%-45%，氧化铝45%-50%、氧化铁5%-8%、氧化钙1%-2%、氧化镁1%-2%。
所述助磨剂为的配比按质量分计为三乙醇胺：三异丙醇胺：乙二醇=20：10：15。
一种铁尾矿基混凝土掺合料及其制备方法的制备方法，包括以下步骤：
（1）将铁尾矿、钢渣、粉煤灰、高炉渣分别烘干至水分<0.5%，烘干方式可采用辐射加热方式；
（2）取一定质量的铁尾矿放入球磨机中，并加入铁尾矿质量0.5%的聚羧酸盐进行粉磨，粉磨时间为30min；
（3）取一定质量的钢渣放入球磨机中，并请加入钢渣质量0.05%的助磨剂，粉磨时间为35min。
（4）将粉磨后的铁尾矿和钢渣、高炉渣、粉煤灰、石膏按配比加入得到球磨机中，粉磨时间为40min，制得混凝土掺合料。

Claims (7)

1.一种铁尾矿基混凝土掺合料，其特征在于：所述掺合料的原料组成包括铁尾矿60%-70%、钢渣5%-10%、高炉渣5%-15%、粉煤灰5%-8%、脱硫石膏和氟石膏1:1混合物 5%-10%。
2.根据权利要求1所述的一种铁尾矿基混凝土掺合料，其特征在于：所述铁尾矿按照重量份数计包括下列组分：二氧化硅70%-72%、氧化铁5-10%、氧化铝3-8%、氧化钙5-10%、氧化镁2-4%、三氧化硫0.1-0.3%、氧化钾0.5-1%、氧化钠0.1-0.4%，细度模数为1.3-1.5，粒径分布在0.5mm-2mm。
3.根据权利要求1所述的一种铁尾矿基混凝土掺合料，其特征在于：所述钢渣的按照重量份数计包括下列组分：氧化钙40%~50%、三氧化二铁5%~20%、二氧化硅10%~20%、氧化亚铁7%-10%、氧化铝2%~5%、氧化镁4%-10%。
4.根据权利要求1所述的一种铁尾矿基混凝土掺合料，其特征在于：所述高炉渣按照重量份数计包括下列组分：二氧化硅32%-40%、氧化钙32%-50%、氧化铝6-15%、氧化锰2-10%、三氧化硫0.1-0.3%。
5.根据权利要求1所述的一种铁尾矿基混凝土掺合料，其特征在于：所述粉煤灰按照重量份数计包括下列组分二氧化硅40%-45%，氧化铝45%-50%、氧化铁5%-8%、氧化钙1%-2%、氧化镁1%-2%。
6.根据权利要求1所述的一种铁尾矿基混凝土掺合料的其制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）将铁尾矿、钢渣、粉煤灰、高炉渣分别烘干至水分<0.5%，烘干方式可采用辐射加热方式；
2）取一定质量的铁尾矿放入球磨机中，并加入铁尾矿质量0.5%的聚羧酸盐进行粉磨，粉磨时间为30min；
3）取一定质量的钢渣放入球磨机中，并请加入钢渣质量0.05%的助磨剂，粉磨时间为35min；4）将粉磨后的铁尾矿和钢渣、高炉渣、粉煤灰、脱硫石膏和氟石膏按配比加入得到球磨机中，粉磨时间为40min，制得混凝土掺合料。
7.根据权利要求6所述的一种铁尾矿基混凝土掺合料的其制备方法，其特征在于：所述助磨剂为的配比按质量分计为三乙醇胺：三异丙醇胺：乙二醇=20：10：15。
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