CN112456911B - 一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法及其制备的尾矿混凝土 - Google Patents

一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法及其制备的尾矿混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法及其制备的尾矿混凝土，涉及建筑材料技术领域。一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法，包括以下步骤：S1改性：取三丁氨基甲基硅烷，加入乙醇，搅拌，加入烷基酚聚氧乙烯醚和尾矿料，搅拌，干燥，制得改性尾矿料；S2混料：取粉料原料，加入改性尾矿料，混合均匀，制得粉料；所述粉料原料包括碎石、砂子和粉煤灰；S3混凝土制备：取水，加入外加料，搅拌，再加入步骤S2制得的粉料，搅拌3‑8min，再加入水泥，继续搅拌4‑10min，制得尾矿混凝土；所述外加料包括减水剂和聚乙烯醇纤维。其制备方法具有可改善产品强度性能的优点。

Description

一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法及其制备的尾矿 混凝土
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法及其制备的尾矿混凝土。
背景技术
尾矿和尾矿弃渣是选矿厂生产过程中产生的主要废弃物，其中尾矿为选矿中分选的有用目标组分含量较低而无法用于生产的部分，尾矿弃渣为选矿厂对金属矿石提取后留下的残余脉石与矿砂。尾矿和尾矿弃渣通常占矿石总量的50-90％，尾矿和尾矿弃渣的主要化学成分为二氧化硅、氧化铁、氧化铝和氧化钙等物质。选矿厂大量的尾矿和尾矿弃渣给生态环境带来一定的负担，人们尝试用尾矿和尾矿弃渣原料生产混凝土。
目前常用的利用尾矿和尾矿弃渣生产混凝土的方法是将尾矿或尾矿弃渣作为骨料添加至混凝土中，有助于废弃物的回收利用，有助于减轻环境负担。
针对上述相关技术，发明人认为，由于尾矿和尾矿弃渣表面粗糙，孔隙率大，吸水率高，影响混凝土的坍落度与和易性，给尾矿混凝土产品的强度带来一定的不利影响。
发明内容
为了改善尾矿混凝土的强度性能，本申请提供一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法及其制备的尾矿混凝土。
第一方面，本申请提供一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法，采用如下的技术方案：
一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法，包括以下步骤：
S1改性：取三丁氨基甲基硅烷，加入15-30倍三丁氨基甲基硅烷重量的乙醇，搅拌不少于15min，加入烷基酚聚氧乙烯醚和尾矿料，搅拌不少于60min，将物料于50-70℃干燥不少于120min，制得改性尾矿料；
S2混料：取粉料原料，加入改性尾矿料，混合均匀，制得粉料；所述粉料原料包括碎石、砂子和粉煤灰；
S3混凝土制备：取水，加入外加料，搅拌，再加入步骤S2制得的粉料，搅拌3-8min，再加入水泥，继续搅拌4-10min，制得尾矿混凝土；所述外加料包括减水剂和聚乙烯醇纤维；
所述步骤S1-S3中使用的原料按如下重量配比投料：三丁氨基甲基硅烷0.8-2.4份，烷基酚聚氧乙烯醚0.5-0.8份，尾矿料60-120份，碎石80-160份，砂子100-150份，粉煤灰30-80份，水40-60份，水泥60-100份，减水剂3-8份，聚乙烯醇纤维6-18份。
通过采用上述技术方案，通过使用尾矿料，有助于减轻环境负担，有助于实现废弃物回收利用；通过用三丁氨基甲基硅烷和烷基酚聚氧乙烯醚对尾矿料进行改性，将三丁氨基甲基硅烷溶解在乙醇中，再加入尾矿料，随着干燥处理脱除乙醇，三丁氨基甲基硅烷附着在尾矿料表面，对尾矿料进行表面改性，降低尾矿料的吸水率，有助于减少尾矿混凝土塌落度的损失，有助于提高尾矿混凝土的稳定性，有助于改善尾矿混凝土的强度性能；加入烷基酚聚氧乙烯醚有助于三丁氨基甲基硅烷均匀分散在尾矿料表面，加入烷基酚聚氧乙烯醚对尾矿料进行改性处理有助于改善尾矿料与水泥等组分之间的相容性，有助于提高尾矿混凝土的抗压强度；在混凝土中加入聚乙烯醇纤维有助于改善混凝土抗裂性能，聚乙烯醇纤维上的羟基集团对三丁氨基甲基硅烷分子上的氨基基团具有一定的吸附作用，有助于改善尾矿混凝土产品的强度性能。
优选的，所述步骤S1-S3中使用的原料按如下重量配比投料：三丁氨基甲基硅烷1.3-1.9份，烷基酚聚氧乙烯醚0.5-0.8份，尾矿料85-95份，碎石110-130份，砂子100-150份，粉煤灰50-60份，水40-60份，水泥75-85份，减水剂3-8份，聚乙烯醇纤维10-14份。更优的，三丁氨基甲基硅烷1.6份，烷基酚聚氧乙烯醚0.65份，尾矿料90份，碎石120份，砂子125份，粉煤灰55份，水50份，水泥80份，减水剂5.5份，聚乙烯醇纤维12份。
通过采用上述技术方案，使用更优的原料投料配比，有助于改善尾矿混凝土的机械性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
优选的，所述尾矿料为尾矿和尾矿弃渣中的一种或两种的混合。
通过采用上述技术方案，使用尾矿或尾矿弃渣部分取代混凝土骨料，有助于减轻环境负担，有助于实现废弃物循环利用。
优选的，所述减水剂为氨基磺酸盐类减水剂。
通过采用上述技术方案，使用氨基磺酸盐类减水剂一方面有助于水泥充分水化，减少气泡，提高产品抗裂性能；另一方面，氨基磺酸盐类减水剂与改性尾矿料之间的相容性良好，有助于提高改性尾矿料与混凝土中其它组分之间的粘结强度，更好地改善产品强度性能。
优选的，所述尾矿料的粒径不大于8mm，所述碎石的粒径为4-20mm，所述砂子的粒径不大于4mm，所述粉煤灰的粒径不大于90μm。
通过采用上述技术方案，使用粒径大小合适的混凝土原料，有助于改善混凝土各组分之间的粘附强度，改善混凝土产品机械性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
优选的，所述粉料原料还包括5-8重量份的纳米二氧化硅。
通过采用上述技术方案，在混凝土中加入纳米二氧化硅，对尾矿料表面的微裂纹进行填充，有助于改善产品抗裂性能。
优选的，所述外加料还包括1.5-3重量份的羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯。
通过采用上述技术方案，在尾矿混凝土中加入羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯，有助于提高改性尾矿料在碎石、砂子等其它骨料上的附着力，更好地改善产品机械性能。
第二方面，本申请提供一种尾矿混凝土，采用如下的技术方案：
一种尾矿混凝土，由上述的利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法制得。
通过采用上述技术方案，使用本申请公开的方法制备尾矿混凝土，有助于提高尾矿混凝土的强度性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
综上所述，本发明包括以下至少一种有益技术效果：
1.本申请通过使用尾矿料，有助于减轻环境负担，有助于实现废弃物回收利用；通过用三丁氨基甲基硅烷和烷基酚聚氧乙烯醚对尾矿料进行改性，将三丁氨基甲基硅烷溶解在乙醇中，再加入尾矿料，随着干燥处理脱除乙醇，三丁氨基甲基硅烷附着在尾矿料表面，对尾矿料进行表面改性，降低尾矿料的吸水率，有助于减少尾矿混凝土塌落度的损失，有助于提高尾矿混凝土的稳定性，有助于改善尾矿混凝土的强度性能；加入烷基酚聚氧乙烯醚有助于三丁氨基甲基硅烷均匀分散在尾矿料表面，加入烷基酚聚氧乙烯醚对尾矿料进行改性处理有助于改善尾矿料与水泥等组分之间的相容性，有助于提高尾矿混凝土的抗压强度；在混凝土中加入聚乙烯醇纤维有助于改善混凝土抗裂性能，聚乙烯醇纤维上的羟基集团对三丁氨基甲基硅烷分子上的氨基基团具有一定的吸附作用，有助于改善尾矿混凝土产品的强度性能；
2.本申请通过采用选取合适粒径大小的原料、加入纳米二氧化硅、加入羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯、选用氨基磺酸盐类减水剂等方式，有助于改善尾矿混凝土的机械性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
具体实施方式
选矿厂大量的尾矿和尾矿弃渣给生态环境带来一定的负担，目前常用的利用尾矿和尾矿弃渣生产混凝土的方法是将尾矿或尾矿弃渣作为骨料添加至混凝土中，有助于废弃物的回收利用，有助于减轻环境负担。针对上述相关技术，发明人认为，由于尾矿和尾矿弃渣表面粗糙，孔隙率大，吸水率高，影响了混凝土的坍落度与和易性，给尾矿混凝土产品的强度带来一定的不利影响。本申请通过用三丁氨基甲基硅烷和烷基酚聚氧乙烯醚对尾矿料进行改性，将三丁氨基甲基硅烷溶解在乙醇中，再加入尾矿料，随着干燥处理脱除乙醇，三丁氨基甲基硅烷附着在尾矿料表面，对尾矿料进行表面改性，降低尾矿料的吸水率，有助于减少尾矿混凝土塌落度的损失，有助于提高尾矿混凝土的稳定性，有助于改善尾矿混凝土的强度性能；加入烷基酚聚氧乙烯醚有助于三丁氨基甲基硅烷均匀分散在尾矿料表面，加入烷基酚聚氧乙烯醚对尾矿料进行改性处理有助于改善尾矿料与水泥等组分之间的相容性，有助于提高尾矿混凝土的抗压强度；在混凝土中加入聚乙烯醇纤维有助于改善混凝土抗裂性能，聚乙烯醇纤维上的羟基集团对三丁氨基甲基硅烷分子上的氨基基团具有一定的吸附作用，有助于改善尾矿混凝土产品的强度性能。
实施例
本发明所涉及的原料均为市售，原料的型号及来源如表1所示。
表1原料的规格型号及来源
Figure BDA0002821460130000051
以下实施例中碎石和砂子均产自四川。将砂子用孔径为4mm的筛网筛分，粒径大于4mm的颗粒用粉碎机粉碎至不大于4mm为止，选用粒径不大于4mm砂子。将粉煤灰用孔径为90μm的筛网筛分，选用粒径不大于90μm的粉煤灰。将碎石用孔径分别为为4mm和20mm的筛网筛分，粒径大于20mm的颗粒用粉碎机粉碎至不大于20mm为止，选用粒径为4-20mm的碎石。实施例中使用的尾矿和尾矿弃渣为铁矿场的尾矿和尾矿弃渣经破碎加工后制得，产自四川威远；尾矿和尾矿弃渣的粒径均不大于8mm，粒径大于8mm的部分用粉碎机粉碎至粒径不大于8mm后再用。
实施例1：一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法，包括如下步骤：
S1改性：取20kg尾矿和70kg尾矿弃渣，混合均匀，制得尾矿料。取1.6kg三丁氨基甲基硅烷，加入搅拌罐，加入40kg乙醇，封闭搅拌20min，加入0.65kg烷基酚聚氧乙烯醚，继续搅拌5min，加入尾矿料，封闭搅拌80min，转出物料，将物料于60℃干燥150min，制得改性尾矿料。
S2混料：取120kg碎石，加入125kg砂子、55kg粉煤灰、6kg纳米二氧化硅和步骤S1制得的改性尾矿料，混合均匀，制得粉料。
S3混凝土制备：取50kg水，加入5.5kg氨基磺酸盐类减水剂、12kg聚乙烯醇纤维和2.5kg羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯，以150转/分钟的转速搅拌，再加入步骤S2制得的粉料，搅拌6min，再加入80kg水泥，继续搅拌8min，制得尾矿混凝土。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，实施例2不加入纳米二氧化硅，其它均与实施例1保持一致。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，实施例3不加入羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯，其它均与实施例1保持一致。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，实施例4用90kg尾矿代替由尾矿与尾矿弃渣组成的混合物，其它均与实施例1保持一致。
实施例5
实施例5与实施例1的区别在于，实施例5用90kg尾矿弃渣代替由尾矿与尾矿弃渣组成的混合物，其它均与实施例1保持一致。
实施例6-13
实施例6-13与实施例1的区别在于，实施例6-13各原料的添加量不同，其它均与实施例1保持一致，实施例6-13各原料的添加量见表2。
表2实施例6-13的各原料的添加量
Figure BDA0002821460130000071
实施例14-17
实施例14-17与实施例1的区别在于，实施例14-17各步骤工艺参数不同，其它均与实施例1保持一致，实施例14-17各步骤工艺参数见表3。
表3实施例14-17各步骤中的参数
Figure BDA0002821460130000072
Figure BDA0002821460130000081
对比例
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1不加入聚乙烯醇纤维，对比例1不用三丁氨基甲基硅烷、烷基酚聚氧乙烯醚和乙醇对尾矿料进行改性，不经改性步骤，对比例1直接将尾矿料加入粉料原料中，其它均与实施例1保持一致。
对比例2
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2不用三丁氨基甲基硅烷、烷基酚聚氧乙烯醚和乙醇对尾矿料进行改性，不经改性步骤，对比例1直接将尾矿料加入粉料原料中，其它均与实施例1保持一致。
对比例3
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3不加入聚乙烯醇纤维，其它均与实施例1保持一致。
对比例4
对比例4与实施例1的区别在于，对比例4不加入三丁氨基甲基硅烷，其它均与实施例1保持一致。
对比例5
对比例5与实施例1的区别在于，对比例5不加入烷基酚聚氧乙烯醚，其它均与实施例1保持一致。
对比例6
对比例6与实施例1的区别在于，对比例6不加乙醇对尾矿料进行改性，对比例6直接将尾矿料、三丁氨基甲基硅烷重量和烷基酚聚氧乙烯醚加入粉料原料中，其它均与实施例1保持一致。
性能检测
1、坍落度：参照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》，检测初始塌落度和50min的塌落度。
2、抗压强度：参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，制作成若干边长为150mm的立方体标准试块，室温养护28天，进行抗压强度测试，实验结果如表4。
表4不同混凝土产品性能测试结果对比表
Figure BDA0002821460130000091
Figure BDA0002821460130000101
对比例1未加入聚乙烯醇纤维，且不用三丁氨基甲基硅烷、烷基酚聚氧乙烯醚和乙醇对尾矿料进行改性，不经改性步骤，制得的尾矿混凝土产品的塌落度损失率较大，抗压强度偏低，不利于延长产品使用寿命，不利于产品市场推广。对比例2不用三丁氨基甲基硅烷、烷基酚聚氧乙烯醚和乙醇对尾矿料进行改性，不经改性步骤，制得的尾矿混凝土产品的塌落度损失率较大，抗压强度偏低。对比例3未加入聚乙烯醇纤维，制得的尾矿混凝土产品的的塌落度损失率不大，但抗压强度依然不高。对比例4未加入三丁氨基甲基硅烷，制得的尾矿混凝土产品的塌落度损失率不大，但抗压强度依然不高。对比例5未加入烷基酚聚氧乙烯醚，制得的尾矿混凝土产品的塌落度损失率较大，抗压强度偏低。对比例6不用乙醇对尾矿料进行改性，直接将尾矿料、三丁氨基甲基硅烷重量和烷基酚聚氧乙烯醚加入粉料原料中，制得的尾矿混凝土产品的塌落度损失率较大，抗压强度偏低，不利于延长产品使用寿命，不利于产品市场推广。
对比实施例1和对比例1-6的实验结果，可以看出，在制备尾矿混凝土的过程中，加入按本申请公开的方法用三丁氨基甲基硅烷、烷基酚聚氧乙烯醚和乙醇对尾矿料改性制得的改性尾矿料，并加入聚乙烯醇纤维，制得的尾矿混凝土产品的塌落度损失率小，抗压强度高，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
对比实施例1和实施例2的实验结果，实施例2未加入纳米二氧化硅，制得的尾矿混凝土产品的塌落度损失率小，抗压强度稍有降低。对比实施例1和实施例3的实验结果，实施例3未加入羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯，制得的尾矿混凝土产品的塌落度损失率不大，抗压强度稍有降低。对比实施例1和实施例4的实验结果，实施例4用单一的尾矿代替由尾矿与尾矿弃渣组成的混合物，制得的尾矿混凝土产品的塌落度损失率和抗压强度均无明显变化。对比实施例1和实施例5的实验结果，实施例5用单一的尾矿弃渣代替由尾矿与尾矿弃渣组成的混合物，制得的尾矿混凝土产品的塌落度损失率和抗压强度均无明显变化。
相比于实施例1，实施例6-13中各原料的添加量不同，实施例14-17中各步骤工艺参数有所不同，制得的尾矿混凝土产品的塌落度损失率和抗压强度均无明显变化，具有优异的机械性能，有助于延长产品使用寿命，有利于产品市场推广。
本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1改性：取三丁氨基甲基硅烷，加入15-30倍三丁氨基甲基硅烷重量的乙醇，搅拌不少于15min，加入烷基酚聚氧乙烯醚和尾矿料，搅拌不少于60min，将物料于50-70℃干燥不少于120min，制得改性尾矿料；所述尾矿料的粒径不大于8mm；
S2混料：取粉料原料，加入改性尾矿料，混合均匀，制得粉料；所述粉料原料包括碎石、砂子和粉煤灰；所述粉料原料还包括5-8重量份的纳米二氧化硅；
S3混凝土制备：取水，加入外加料，搅拌，再加入步骤S2制得的粉料，搅拌3-8min，再加入水泥，继续搅拌4-10min，制得尾矿混凝土；所述外加料包括减水剂和聚乙烯醇纤维；所述外加料还包括1.5-3重量份的羟乙基甲基丙烯酸酯磷酸酯；
所述步骤S1-S3中使用的原料按如下重量配比投料：三丁氨基甲基硅烷0.8-2.4份，烷基酚聚氧乙烯醚0.5-0.8份，尾矿料60-120份，碎石80-160份，砂子100-150份，粉煤灰30-80份，水40-60份，水泥60-100份，减水剂3-8份，聚乙烯醇纤维6-18份。
2.根据权利要求1所述的一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法，其特征在于，所述步骤S1-S3中使用的原料按如下重量配比投料：三丁氨基甲基硅烷1.3-1.9份，烷基酚聚氧乙烯醚0.5-0.8份，尾矿料85-95份，碎石110-130份，砂子100-150份，粉煤灰50-60份，水40-60份，水泥75-85份，减水剂3-8份，聚乙烯醇纤维10-14份。
3.根据权利要求1所述的一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法，其特征在于：所述尾矿料为尾矿和尾矿弃渣中的一种或两种的混合。
4.根据权利要求1所述的一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法，其特征在于：所述减水剂为氨基磺酸盐类减水剂。
5.根据权利要求4所述的一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法，其特征在于：所述碎石的粒径为4-20mm，所述砂子的粒径不大于4mm，所述粉煤灰的粒径不大于90μm。
6.一种尾矿混凝土，其特征在于，由权利要求1-5中任意一项所述的一种利用尾矿及尾矿弃渣生产混凝土的方法制得。
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