CN112777957A - 一种基于尾矿制备再生骨料的制备工艺与骨料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于尾矿制备再生骨料的制备工艺与骨料，涉及尾矿资源化利用技术领域，所述制备工艺包括如下步骤：步骤S1：取尾矿滤饼，向尾矿滤饼中加入黄砂与水泥，搅拌均匀，得到混合物A；步骤S2：向混合物A中加入减水剂与增稠剂，搅拌均匀，得到混合物B；步骤S3：将混合物B压制成型，得到骨料。本发明直接以选矿作业产生的尾矿滤饼为主要原料，水泥为胶凝材料，黄砂为结构加固材料，所述滤饼不需要通过烘干与粉碎等作业，直接在一定含水率条件下加入水泥与黄砂进行搅拌，成型过程会促使胶凝材料和其它材料的有效接触，加入减水剂与增稠剂以提高混合物的黏稠度而使得其能够压制成型，最终得到混合均匀并具有一定结构强度的骨料。

Description

一种基于尾矿制备再生骨料的制备工艺与骨料

技术领域

本发明涉及尾矿资源化利用技术领域，具体而言，涉及一种基于尾矿制备再生骨料的制备工艺与骨料。

背景技术

随着工业生产的发展，工业废料日益增加。目前，钢铁行业产生的工业固废(如选铁尾矿、炼钢重力灰与粉煤灰工业固废等)，储量已达2000万吨，此类固废的高价值回收利用是目前亟待解决的难题。

目前对于尾矿的再回收利用主要以堆存、填埋、焚烧、化学转化与微生物处理等，转化工艺复杂，转化率低，转化成本高，并未做到资源的二次利用，没有实现二次价值的回收。

铁尾矿是提炼铁精矿之后经脱水过滤而副产的废渣，其含水率较高，粒度较小，在水的毛细作用力下细粒尾矿极易聚集形成团块。因此，在细粒铁尾矿制备再生骨料的过程中，水泥砂浆搅拌机无法物料混匀，往往需要先将尾矿先烘干，磨细和筛分，再用于混料的制备过程。当使用一般的砂浆搅拌机搅拌时，由于搅拌轴动力有限，尾矿和水结合形成的团块不能打散，同时旋转时将物料挤压粘附于搅拌锅底部，该部分需要额外手动打散，耗时耗力。因此该方法无法将高含水细粒尾矿和水泥及其他组分充分混合，导致骨料抗压强度不高。此外高含水细粒尾矿难以成型，超过压制成型所需水分，从而在模具侧面漏出。

发明内容

本发明解决的问题是，现有的尾矿含水量高，混合的物料很难满足压制对物料水分的要求，高含水的细粒铁尾矿团块与其他配料不能混合均匀，尾矿搅拌之前需要先晒干，磨细和筛分，尾矿处理工艺复杂，转化率低，能耗高。

为解决上述问题，本发明提供一种基于尾矿制备再生骨料的制备工艺，包括如下步骤：

步骤S1：取尾矿滤饼，向所述尾矿滤饼中加入黄砂与水泥，搅拌均匀，得到混合物A；

步骤S2：向所述混合物A中加入减水剂与增稠剂，搅拌均匀，得到混合物B；

步骤S3：将所述混合物B压制成型，得到骨料。

本发明所述的尾矿制备再生骨料的制备工艺，直接以选矿作业产生的尾矿滤饼为主要原料，水泥为胶凝材料，黄砂为结构加固材料，在加水搅拌后形成浆体，能在空气中硬化，并且能把尾矿等其他材料牢固地胶结在一起，形成具有一定抗压强度的产品。本发明所述的制备工艺，所述滤饼的物料粒度细，含水率高，减水剂与增稠剂的加入，以及水泥等凝胶材料的综合作用，使得含水率较高的尾矿滤饼不需要烘干粉碎，直接在较高含水率的条件下混合而形成一定预制形状的混合物B，成型过程会促使胶凝材料和其它材料的有效接触，加入减水剂与增稠剂以提高混合物的黏稠度而使得其能够压制成型，最终得到混合均匀并具有一定固定形状的预制骨料，以便于再通过养护等后续工艺来制备高强度的骨料。

进一步地，所述尾矿滤饼的物料平均粒度在5微米至50微米范围内，含水率在10％至30％范围内。

进一步地，所述步骤S1中，所述尾矿滤饼、所述黄砂与所述水泥的混合质量比在(70-85)：(5-15)：(5-15)范围内。

进一步地，所述步骤S1中的搅拌速度在400转/分钟至600转/分钟范围内，搅拌时长在20秒至60秒范围内；所述步骤S2中的搅拌速度在1300转/ 分钟至1500转/分钟范围内，搅拌时长在1分钟至4分钟范围内。

进一步地，所述减水剂包括三乙醇胺、聚羧酸、氨基磺酸盐与萘系减水剂中的至少一种。

进一步地，所述减水剂与所述水泥的质量比在0.005％至0.015％范围内。

进一步地，所述增稠剂包括纤维素醚、聚丙烯酸酯、碱溶性丙烯酸与聚氨酯中的至少一种。

进一步地，所述增稠剂与所述水泥的质量比在0.05％至0.5％范围内。

进一步地，所述步骤S3中，将所述混合物B压制成型后，常温养护26 至30日得到所述骨料。

本发明的另一目的在于提供一种骨料，由上述任一项所述的基于尾矿制备再生骨料的制备工艺制备而成。

本发明所述的骨料相对于现有技术的有益效果，与上述基于尾矿制备再生骨料的制备工艺相对于现有技术的有益效果相同，在此不再赘述。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合具体实施方式对本发明的具体发明做详细的说明。

在本发明的描述中，应当说明的是，在本发明的发明中所提到的术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，并不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本申请发明的描述中，术语“一些具体发明”的描述意指结合该发明或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个发明或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个发明或示例中以合适的方式结合。

目前，世界上工业废物数量庞大，种类繁多，成分复杂，处理相当困难。如今只是有限的几种工业废物得到利用，如美国、瑞典等国利用了钢铁渣，日本、丹麦等国利用了粉煤灰和煤渣。其他工业废物仍以消极堆存为主，部分有害的工业固体废物采用填埋、焚烧、化学转化、微生物处理等方法进行处置；有的投入海洋；简单的消极堆存不仅占用大量土地，造成人力物力的浪费，而且许多工业废渣含有易溶于水的物质，通过淋溶污染土壤和水体；粉状的工业废物，随风飞扬，污染大气，有的还散发臭气和毒气。有的废物甚至淤塞河道，污染水系，影响生物生长，危害人体健康。

我国社会现代化的发展消耗了大量矿产资源，尤其在庞大的钢铁行业发展之下，选铁与炼钢产生的工业尾矿数量巨大，但尾矿的综合利用率不足20％。铁尾矿主要成分为硅、镁、铝和铁等元素，可用于硅酸盐建材领域制备砂石骨料。尾矿和再生骨料之间的技术转化是尾矿利用的一个新方向，该技术可以缓解骨料需求的市场，提升尾矿的有效处理。铁尾矿是提炼铁精矿之后经脱水过滤而副产的废渣，产生的尾矿多通过压滤机进行脱水而形成滤饼。但是受压滤工艺的限制，其含水率较高，含水率通常在10％-30％范围内，粒度范围为5-50微米，在水的毛细作用力下细粒尾矿极易聚集形成团块，混料不均匀会影响骨料的强度。

现有的尾矿制备骨料的方法为尾矿滤饼先晾晒，除去大部分水分，然后将其打磨成细粉状，经50目筛分去除大颗粒组分后的到用于试验的尾矿料。先将尾矿和其他配料倒入砂浆搅拌机内进行干混5分钟，然后加入一定比例的水进行湿混，每搅拌5分钟后暂停手动打散一次，重复3次后可混合均匀用于压制。现有的尾矿回收利用需要经过复杂的烘干与搅拌工艺来预先脱水，造成尾矿回收的工艺复杂化，回收设备与人工等成本增大。

为了解决上述问题，本发明提出一种基于尾矿制备再生骨料的制备工艺，，包括如下步骤：

步骤S1：取尾矿滤饼，向所述尾矿滤饼中加入黄砂与水泥，搅拌均匀，得到混合物A；具体地，本发明所述的尾矿滤饼，指的是铁矿在选矿作业过程中，产生的尾矿经过压滤机压滤后形成的滤饼，不需要进行进一步脱水，所述尾矿滤饼的物料平均粒度(D50)在5微米至50微米范围内；

具体地，所述水泥选取PC425水泥。

步骤S2：向所述混合物A中加入减水剂与增稠剂，搅拌均匀，得到混合物B；

步骤S3：将所述混合物B压制成型，得到骨料。

本发明以选矿作业产生的尾矿滤饼为主要原料，水泥为胶凝材料，黄砂为结构加固材料，在加水搅拌后形成浆体，能在空气中硬化，并且能把尾矿等其他材料牢固地胶结在一起，形成具有一定抗压强度的产品。本发明所述的制备工艺，所述滤饼不需要通过烘干与粉碎等作业，直接在一定含水率条件下加入水泥与黄砂进行搅拌，成型过程会促使胶凝材料和其它材料的有效接触，加入减水剂与增稠剂以提高混合物的黏稠度而使得其能够压制成型，最终得到混合均匀并具有一定结构强度的骨料。

具体地，所述尾矿滤饼的物料平均粒度在5微米至50微米范围内，所述尾矿滤饼的含水率在10％-30％范围内，含水率在10％至30％范围内。

具体地，所述尾矿滤饼、所述黄砂与所述水泥的混合质量比在(70-85)： (5-15)：(5-15)范围内。本实施例所述的所述尾矿滤饼、所述黄砂与所述水泥的混合质量比，能够确保最终骨料具有一定的强度，同时提高滤饼的占比，提高滤饼的消耗量，减小水泥的使用量，降低成本低，成品骨料抗压强度可达到GB-T14685-2011《建设用卵石、碎石》要求)。尾矿粒度较细，需要额外添加部分黄砂来调整颗粒级配，减少试样空隙，提高堆积密度，在骨料中起支撑作用，黄砂量大且价格便宜，能够较大程度的降低骨料的制作成本。水泥是常见的胶凝材料，其主要成分是硅酸三钙(C3S)和硅酸二钙(C2S)，加入适量的水后可形成水化硅酸钙(C-S-H)塑性浆体，能将砂、石等散粒牢固地粘接在一起。水泥和黄砂的添加均有利于骨料的强度，水泥、黄砂和尾矿的添加量通过正交试验确定的。

所述步骤S1中的搅拌速度在400转/分钟至600转/分钟范围内，搅拌时长在20秒至60秒范围内，以将所述尾矿滤饼、所述黄砂与所述水泥进行初步打散，低速搅拌能够避免滤饼中的碎石等颗粒对搅拌桶造成破坏，搅拌时间短，缩短工艺时间。

所述步骤S2中的搅拌速度大于所述步骤S1中的搅拌速度，所述步骤S2 中的搅拌速度在1300转/分钟至1500转/分钟范围内，搅拌时长在1分钟至4 分钟范围内。

具体地，所述减水剂包括三乙醇胺、聚羧酸、氨基磺酸盐与萘系减水剂中的至少一种。所述减水剂与所述水泥的质量比在0.005％至0.015％范围内。

所述增稠剂包括纤维素醚、聚丙烯酸酯、碱溶性丙烯酸与聚氨酯中的至少一种。所述增稠剂与所述水泥的质量比在0.05％至0.5％范围内。

较好地，在所述步骤S3中，在对所述混合物B压制成型后，进行常温养护26天至30天，优选养护28天，进一步提高再生骨料的强度。养护过程中会发生水向气体转变的过程，该过程产生的热胀力会对再生骨料内部孔壁造成一定的压应力，静养养护改变了混凝土内部孔结构，平均孔径下降，使混凝土获得足够的结构强度，以抵抗高温养护的热胀作用。

本实施例通过两端不同转速的搅拌作用，先低速将尾矿、黄砂与水泥的混合物混匀(由于具有一定的含水量，搅拌混匀难度不大)，再对加入减水剂与增稠剂的混合物料进行高速搅拌混匀，可以减少干法混料所需的尾矿前处理，包括烘干、磨细和筛分等步骤；同时高含水细粒尾矿可以与物料各组分混合均；增稠剂可以有效地保住物料中的水分，满足成型时的需求，避免压力成型时水或浆体侧漏。

本发明还提供多种基于尾矿制备再生骨料制备工艺的具体实施方式，以制备出再生骨料。

实施方式一

本实施方式提供一种基于尾矿制备再生骨料制备工艺的具体实施方式，包括：

步骤S1、称取1500g的尾矿滤饼，所述尾矿滤饼为铁尾矿压滤成型的滤饼，平均粒度为23微米左右，含水率为18％；向所述尾矿滤饼中加入黄砂与 PC425水泥，所述尾矿滤饼、所述黄砂与所述水泥的混合质量比为75：10： 15，放置搅拌机中搅拌均匀，搅拌速度为500转/分钟，搅拌时长为30秒，得到混合物A；

步骤S2：向所述混合物A中加入三乙醇胺与纤维素醚，所述三乙醇胺的加入质量与所述水泥的加入质量比为0.01％，所述纤维素醚的加入质量与所述水泥的加入质量比为0.3％，放置搅拌机中搅拌均匀，搅拌速度为1500转/分钟，搅拌时长为2分钟，得到混合物B；

步骤S3：搅拌完成后打开搅拌装置的盒盖，待水分挥发10分钟后，再将所述混合物B放置压力机中压制成型，常温养护28日，得到骨料。

通过本实施方式制备出的骨料，测得抗压强度为34.842Mpa，已与c30混凝土的强度相当，可用于多种施工场景。

实施方式二

本实施方式提供另一种基于尾矿制备再生骨料制备工艺的具体实施方式，包括：

步骤S1、称取1500g的尾矿滤饼，所述尾矿滤饼为铁尾矿压滤成型的滤饼，平均粒度为50微米左右，含水率为10％；向所述尾矿滤饼中加入黄砂与 PC425水泥，所述尾矿滤饼、所述黄砂与所述水泥的混合质量比为85：10：5，放置搅拌机中搅拌均匀，搅拌速度为400转/分钟，搅拌时长为60秒，得到混合物A；

步骤S2：向所述混合物A中加入三乙醇胺与纤维素醚，所述三乙醇胺的加入质量与所述水泥的加入质量比为0.005％，所述纤维素醚的加入质量与所述水泥的加入质量比为0.3％，放置搅拌机中搅拌均匀，搅拌速度为1500转/ 分钟，搅拌时长为4分钟，得到混合物B；

步骤S3：将所述混合物B放置压力机中压制成型，常温养护28日，得到骨料。

实施方式三

本实施方式提供另一种基于尾矿制备再生骨料制备工艺的具体实施方式，包括：

步骤S1、称取1500g的尾矿滤饼，所述尾矿滤饼为铁尾矿压滤成型的滤饼，平均粒度为5微米左右，含水率为30％；向所述尾矿滤饼中加入黄砂与 PC425水泥，所述尾矿滤饼、所述黄砂与所述水泥的混合质量比为85：5：10，放置搅拌机中搅拌均匀，搅拌速度为600转/分钟，搅拌时长为20秒，得到混合物A；

步骤S2：向所述混合物A中加入三乙醇胺与聚丙烯酸酯，所述三乙醇胺的加入质量与所述水泥的加入质量比为0.015％，所述聚丙烯酸酯的加入质量与所述水泥的加入质量比为0.5％，放置搅拌机中搅拌均匀，搅拌速度为1300 转/分钟，搅拌时长为1分钟，得到混合物B；

步骤S3：将所述混合物B放置压力机中压制成型，常温养护26日，得到骨料。

实施方式四

本实施方式提供另一种基于尾矿制备再生骨料制备工艺的具体实施方式，包括：

步骤S1、取一定量的尾矿滤饼，所述尾矿滤饼为铁尾矿压滤成型的滤饼，平均粒度为35微米左右，含水率为22％；向所述尾矿滤饼中加入黄砂与PC425 水泥，所述尾矿滤饼、所述黄砂与所述水泥的混合质量比为70：15：15，放置搅拌机中搅拌均匀，搅拌速度为450转/分钟，搅拌时长为50秒，得到混合物A；

步骤S2：向所述混合物A中加入三乙醇胺与碱溶性丙烯酸，所述三乙醇胺的加入质量与所述水泥的加入质量比为0.01％，所述碱溶性丙烯酸的加入质量与所述水泥的加入质量比为0.08％，放置搅拌机中搅拌均匀，搅拌速度为 1450转/分钟，搅拌时长为3分钟，得到混合物B；

步骤S3：将所述混合物B放置压力机中压制成型，常温养护29日，得到骨料。

实施方式五

本实施方式提供另一种基于尾矿制备再生骨料制备工艺的具体实施方式，包括：

步骤S1、取一定量的尾矿滤饼，所述尾矿滤饼为铁尾矿压滤成型的滤饼，平均粒度为17微米左右，含水率为14％；向所述尾矿滤饼中加入黄砂与PC425 水泥，所述尾矿滤饼、所述黄砂与所述水泥的混合质量比为80：10：10，放置搅拌机中搅拌均匀，搅拌速度为400转/分钟，搅拌时长为60秒，得到混合物A；

步骤S2：向所述混合物A中加入三乙醇胺与聚氨酯，所述三乙醇胺的加入质量与所述水泥的加入质量比为0.015％，所述聚氨酯的加入质量与所述水泥的加入质量比为0.05％，放置搅拌机中搅拌均匀，搅拌速度为1500转/分钟，搅拌时长为1分钟，得到混合物B；

步骤S3：将所述混合物B放置压力机中压制成型，常温养护30日，得到骨料。

在上述实施例的基础上，本实施例还提供一种骨料，所述骨料由上述任一实施方式所述的尾矿制备再生骨料制备工艺制备而成，包括铁尾矿所含的硅，镁，铝和铁等元素，黄沙与水泥等辅料，以及三乙醇胺等减水剂与纤维素醚等增稠剂。

本实施例所述的骨料，具有一定的结构强度，能够用于多种施工场景，价格便宜。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于尾矿制备再生骨料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：取尾矿滤饼，向所述尾矿滤饼中加入黄砂与水泥，搅拌均匀，得到混合物A；

步骤S2：向所述混合物A中加入减水剂与增稠剂，搅拌均匀，得到混合物B；

步骤S3：将所述混合物B压制成型，养护，得到骨料。

2.根据权利要求1所述的基于尾矿制备再生骨料的制备工艺，其特征在于，所述尾矿滤饼的物料平均粒度在5微米至50微米范围内，含水率在10％至30％范围内。

3.根据权利要求1所述的基于尾矿制备再生骨料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S1中，所述尾矿滤饼、所述黄砂与所述水泥的混合质量比在(70-85)：(5-15)：(5-15)范围内。

4.根据权利要求1所述的基于尾矿制备再生骨料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S1中的搅拌速度在400转/分钟至600转/分钟范围内，搅拌时长在20秒至60秒范围内；所述步骤S2中的搅拌速度在1300转/分钟至1500转/分钟范围内，搅拌时长在1分钟至4分钟范围内。

5.根据权利要求1所述的基于尾矿制备再生骨料的制备工艺，其特征在于，所述减水剂包括三乙醇胺、聚羧酸、氨基磺酸盐与萘系减水剂中的至少一种。

6.根据权利要求1或5所述的基于尾矿制备再生骨料的制备工艺，其特征在于，所述减水剂与所述水泥的质量比在0.005％至0.015％范围内。

7.根据权利要求1所述的基于尾矿制备再生骨料的制备工艺，其特征在于，所述增稠剂包括纤维素醚、聚丙烯酸酯、碱溶性丙烯酸与聚氨酯中的至少一种。

8.根据权利要求1或7所述的基于尾矿制备再生骨料的制备工艺，其特征在于，所述增稠剂与所述水泥的质量比在0.05％至0.5％范围内。

9.根据权利要求1或7所述的基于尾矿制备再生骨料的制备工艺，其特征在于，所述步骤S3中，将所述混合物B压制成型后，常温养护26至30日得到所述骨料。

10.一种骨料，其特征在于，由上述权利要求1-9任一项所述的基于尾矿制备再生骨料的制备工艺制备而成。