CN113185250A - 一种超细尾矿基胶凝材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超细尾矿基胶凝材料，包括复合改性超细尾矿粉体颗粒40‑50份、碳酸钙超细粉体10‑15份、水泥熟料12‑18份、脱硫石膏5‑9份以及早强剂3‑5份；其中，所述复合改性超细尾矿粉体颗粒由尾矿原料在超细微粉碎后，经表面改性剂进行表面处理得到。在本发明所述的超细尾矿基胶凝材料中，所添加的复合改性超细尾矿粉体颗粒以及碳酸钙超细粉末是一种高比表面积、高水化活性的超细粉体，将其共同作为水泥掺料时，可以有效提高水泥的抗压强度，降低孔隙率；同时，经过复合改性处理的超细尾矿粉体颗粒还可以有效稳定固化材料中的重金属、易溶盐等有害物质，消除浸出危害。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料领域，具体涉及一种可以有效避免尾矿中重金属以及有害物质浸出的超细尾矿基胶凝材料及其制备方法。
背景技术
据不完全统计，目前我国金属矿山堆积的尾矿在80亿吨以上，大部分的尾矿作为固体废料直接排入河沟或抛置于矿山附近的尾矿库中，既造成了资源浪费还对环境造成了很大的污染。同时，尾矿颗粒粒径较小，长期堆放会导致尾矿中含有的重金属及其他可溶于水的有害物质渗入地下水中，或随风飘扬形成扬尘，继而污染周边生态环境，危害动植物以及农作物的生长，并最终危及人类健康。因此，对尾矿的综合利用已经成为现代工业发展和环境保护亟待解决的重要问题。
目前国内外对尾矿的综合利用还停留在少量的利用的基础上，尚无法实现大幅度减少或免除尾矿的排放。此外，现有尾矿的综合处理在不同程度上都需要外掺水泥或其他胶凝材料，存在处理成本高，利用程度低等缺点，而且并未解决尾矿掺和料固结后的材料强度和重金属的浸出问题。
发明内容
基于现有对尾矿综合处理时，存在的上述问题和缺陷，本发明提供了一种利用超细粉体技术结合化学包覆法复合改性尾矿原料，以有效避免尾矿掺和料固结后的重金属以及其它有害物质浸出的超细尾矿基胶凝材料及其制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种超细尾矿基胶凝材料，包括复合改性超细尾矿粉体颗粒40-50份、碳酸钙超细粉体10-15份、水泥熟料12-18份、脱硫石膏5-9份以及早强剂3-5份；其中，所述复合改性超细尾矿粉体颗粒由尾矿原料在超细微粉碎后，经表面改性剂进行表面处理得到。
进一步地，所述复合改性超细尾矿粉体颗粒的制备方法如下：将尾矿原料50-60份、助磨剂3-6份、分散剂5-8份以及表面改性剂15-20份混合均匀后，置于超微粉碎设备中，在真空环境下，将混合料磨粉至颗粒粒径为纳米级别。
作为优选，所述碳酸钙超细粉体的颗粒粒径≤50μm。
作为优选，所述助磨剂为焦磷酸钠、二乙醇胺、三乙醇胺、三乙醇胺磷酸盐中的一种或多种组合物。
作为优选，所述分散剂为磺酸盐类分散剂、醛酮缩聚类分散剂或聚羧酸醚类分散剂。
作为优选，所述表面改性剂为硅烷、钛酸酯、铝酸酯中的任意一种。
作为优选，所述早强剂为磨粉至颗粒粒径≤80μm的明矾石粉或明矾粉。
本发明还提供了一种用于制备上述超细尾矿基胶凝材料的方法，包括以下步骤：
步骤一，将尾矿原料烘干后置于超微粉碎设备中，按比例添加助磨剂、分散剂以及表面改性剂，混合均匀后，在真空条件下，将混合料磨粉至颗粒粒径小于等于50nm；
步骤二，将碳酸钙放入球磨机，磨粉至微米级粉体颗粒；
步骤三，将步骤一、步骤二处理得到粉体颗粒与水泥熟料、脱硫石膏搅拌均匀后，加入早强剂以及适量水，机械搅拌5-10min，即得所述超细尾矿基胶凝材料。
本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
1、本发明采用机械力法对尾矿原料以及碳酸钙固体颗粒进行超细微粉碎，所得到的超细尾矿原料以及碳酸钙超细粉体均具有颗粒粒度细、分布窄、质量均匀、比表面积大、表面活性高的特点，将其共同作为水泥掺料时，可以有效降低水泥的孔隙率，提高混凝土的整体强度和密实度，避免水泥胶凝体凝结硬化过程中，由于收缩、泌水等因素出现孔隙或轻微裂缝的问题。
2、本发明采用机械力法结合化学包覆法同时对尾矿原料进行复合改性处理，经超细微粉碎后的尾矿颗粒中，其含有的大量重金属、易溶盐以及其它有害物质通过吸附、沉降、离子交换或钝化的方式与化学改性剂发生反应，并最终以不溶性沉淀物的形式包覆于有机材料内部；复合改性处理后的尾矿原料作为水泥掺料时，基本可以避免尾矿中重金属浸出或有害物质溶出，继而从根本上解决了现有尾矿综合利用时存在的资源利用低、环境污染和占用耕地的问题。
3、在本发明所述的超细尾矿基胶凝材料配方中，所添加的复合改性超细尾矿粉体颗粒以及碳酸钙超细粉末是一种高比表面积、高水化活性的超细粉体，对水泥强度贡献大，既可以缩短水泥早强时间，还可以实现尾矿在水泥和混凝土中的高效资源化利用。因此，在本发明所述的胶凝材料配方中可以大幅度减少传统水泥熟料的使用，从而实现在降低制备成本的同时，有效减少传统水泥生产所造成的能源消耗和二氧化碳排放问题。
4、本发明所述的超细尾矿基胶凝材料在制备过程中，充分利用了尾矿废渣等废弃物，无需再分类，提高了资源利用效率；减少了废弃物中有毒有害物质的排放；同时，制备得到超细尾矿基胶凝材料具有高强度、抗腐蚀、抗渗、耐久性、使用寿命长等突出优点，对于提高工程建设质量、延长设施使用寿命、降低后续维护频率、节约建设维修成本，具有重要意义。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：一种超细尾矿基胶凝材料，包括复合改性超细尾矿粉体颗粒40份、碳酸钙超细粉体10份、水泥熟料12份、脱硫石膏5份以及早强剂3份；其中，所述复合改性超细尾矿粉体颗粒由尾矿原料在超细微粉碎后，经表面改性剂进行表面处理得到；所述碳酸钙超细粉体的颗粒粒径≤50μm。
实施例2：一种超细尾矿基胶凝材料，包括复合改性超细尾矿粉体颗粒50份、碳酸钙超细粉体15份、水泥熟料18份、脱硫石膏9份以及早强剂5份；其中，所述复合改性超细尾矿粉体颗粒由尾矿原料在超细微粉碎后，经表面改性剂进行表面处理得到；所述碳酸钙超细粉体的颗粒粒径≤50μm。
实施例3：一种超细尾矿基胶凝材料，包括复合改性超细尾矿粉体颗粒48份、碳酸钙超细粉体13份、水泥熟料16份、脱硫石膏7份以及早强剂4份；其中，所述复合改性超细尾矿粉体颗粒由尾矿原料在超细微粉碎后，经表面改性剂进行表面处理得到；所述碳酸钙超细粉体的颗粒粒径≤50μm。
其中，在本实施例1至3中，所述复合改性超细尾矿粉体颗粒的粒径为纳米级别。
实施例4：一种用于制备实施例1至3所述超细尾矿基胶凝材料的方法，包括以下步骤：
步骤一，将50-60份的尾矿原料烘干后置于超微粉碎设备中，添加助磨剂3-6份、分散剂5-8份以及表面改性剂15-20份，混合均匀后，在真空条件下，将混合料磨粉至颗粒粒径小于等于50nm；
步骤二，将10-15份的碳酸钙放入球磨机，磨粉至微米级粉体颗粒；
步骤三，将步骤一、步骤二处理得到的粉体颗粒按比例与水泥熟料、脱硫石膏搅拌均匀后，加入早强剂以及适量水，机械搅拌5-10min，即得所述超细尾矿基胶凝材料。
其中，在步骤一中，所述助磨剂为焦磷酸钠、二乙醇胺、三乙醇胺、三乙醇胺磷酸盐中的一种或多种组合物；所述分散剂为磺酸盐类分散剂、醛酮缩聚类分散剂或聚羧酸醚类分散剂；所述表面改性剂为硅烷、钛酸酯、铝酸酯中的任意一种。
进一步地，在本实施例4中，所述早强剂为磨粉至颗粒粒径≤80μm的明矾石粉或明矾粉。
应用实施例4所述制备方法得到的超细尾矿基胶凝材料的性能参数如下：
表1：
本发明实施例1、实施例2、实施例3所述的超细尾矿基胶凝材料，可在15分钟至2小时内固化成形；28天抗压强度达65Mpa；28天抗折强度达9.4Pa；均高于现有混凝土材料制备的标准要求。
本发明实施例1、实施例2、实施例3所述超细尾矿基胶凝材料重金属浸出检测分析结果如下
表2：
综上，本发明实施例1至3所述的超细尾矿基胶凝材料可以起到稳定固化重金属的作用，消除浸出危害。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种超细尾矿基胶凝材料，其特征在于，包括复合改性超细尾矿粉体颗粒40-50份、碳酸钙超细粉体10-15份、水泥熟料12-18份、脱硫石膏5-9份以及早强剂3-5份；其中，所述复合改性超细尾矿粉体颗粒由尾矿原料在超细微粉碎后，经表面改性剂进行表面处理得到。
2.根据权利要1所述的超细尾矿基胶凝材料，其特征在于，所述复合改性超细尾矿粉体颗粒的制备方法如下：将尾矿原料50-60份、助磨剂3-6份、分散剂5-8份以及表面改性剂15-20份混合均匀后，置于超微粉碎设备中，在真空环境下，将混合料磨粉至颗粒粒径为纳米级。
3.根据权利要1所述的超细尾矿基胶凝材料，其特征在于，所述碳酸钙超细粉体的颗粒粒径≤50μm。
4.根据权利要2所述的超细尾矿基胶凝材料，其特征在于，所述助磨剂为焦磷酸钠、二乙醇胺、三乙醇胺、三乙醇胺磷酸盐中的一种或多种组合物。
5.根据权利要2所述的超细尾矿基胶凝材料，其特征在于，所述分散剂为磺酸盐类分散剂、醛酮缩聚类分散剂或聚羧酸醚类分散剂。
6.根据权利要2所述的超细尾矿基胶凝材料，其特征在于，所述表面改性剂为硅烷、钛酸酯、铝酸酯中的任意一种。
7.根据权利要1所述的超细尾矿基胶凝材料，其特征在于，所述早强剂为磨粉至颗粒粒径≤80μm的明矾石粉或明矾粉。
8.一种制备权利要求1至7任一所述超细尾矿基胶凝材料的方法，其特征在于，包括步骤如下：
步骤一，将尾矿原料烘干后置于超微粉碎设备中，按比例添加助磨剂、分散剂以及表面改性剂，混合均匀后，在真空条件下，将混合料磨粉至颗粒粒径小于等于50nm；
步骤二，将碳酸钙放入球磨机，磨粉至微米级粉体颗粒；
步骤三，将步骤一、步骤二处理得到粉体颗粒与水泥熟料以及脱硫石膏搅拌均匀后，加入早强剂以及适量水，机械搅拌5-10min，即得所述超细尾矿基胶凝材料。
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