CN113277819A - 一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法 - Google Patents

一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及工业废弃物资源化利用技术领域，特别涉及一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法。本申请提供的一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，包括以下步骤：S1，对白云石基尾矿进行轻烧，得到尾矿焙烧物；S2，将步骤S1的尾矿焙烧物与固体添加物、工业废弃磷石膏、电解锰渣按一定比例均匀混合，粉磨，得到胶凝材料；S3，向步骤S2的胶凝材料中加水拌合，养护成型，即得到建筑材料。本申请以白云石基尾矿、工业废弃磷石膏和电解锰渣作为原料制备建筑材料，实现了工业固体废弃物的综合利用。

Description

一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法
技术领域
本申请涉及工业固体废弃物资源化利用技术领域，特别涉及一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法。
背景技术
废弃尾矿的堆积不仅占用大量土地，而且残存的重金属会造成环境污染。如何充分利用废弃尾矿成为关注的重点。
磷石膏是生产高浓度磷复合肥时产生的一种工业副产品，其主要成分是二水石膏，磷石膏中通常残存有磷酸和硫酸。磷石膏的现有堆存量超过3亿吨，而有效利用率不足10％，远未达到设定的固体废弃物综合利用率。
电解锰渣是电解金属锰生产过程中产生的一类固体废弃物，碳酸锰矿石经破碎、酸浸、中和、除杂、压滤等工艺制得合格电解液，与此同时产生电解锰渣。电解锰渣在雨水的冲刷作用下形成渗滤液，其中锰和氨氮的含量可分别高达150mg/g和20mg/g，若直接排入地下，会对生态环境造成破坏。
基于上述工业固体废弃物的利用状态，开发出能够综合利用这三种工业固体废弃物的方法具有重要意义。
发明内容
本申请实施例提供一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，利用本申请的方法能够实现废弃尾矿、磷石膏和电解锰渣的综合利用。
第一方面，本申请提供了一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，包括以下步骤：
S1，对白云石基尾矿进行轻烧，得到尾矿焙烧物；
S2，将步骤S1的尾矿焙烧物与固体添加物、工业废弃磷石膏、电解锰渣按一定比例均匀混合，而后粉磨，得到胶凝材料；
S3，向步骤S2的胶凝材料中加水拌合，养护成型，即得到建筑材料。
一些实施例中，按质量份计，所述固体添加物、工业废弃磷石膏、电解锰渣和尾矿焙烧物的用量为：固体添加物5～15份，工业废弃磷石膏1～4份，电解锰渣2～6份，尾矿焙烧物0.5～1.5份。
一些实施例中，按质量份计，所述固体添加物、工业废弃磷石膏、电解锰渣和尾矿焙烧物的用量为：固体添加物10份，工业废弃磷石膏2.2份，电解锰渣4份，尾矿焙烧物1份。
一些实施例中，所述固体添加物选用矿粉、钢渣或粉煤灰中的任一种。
一些实施例中，步骤S1中，煅烧的温度为900℃。
一些实施例中，步骤S3中，养护成型的时间为7d，7d内拌合后的胶凝材料可以实现完全固化，固化后各组分会持续缓慢水化，抗压性能缓慢上升，一般在28d达到抗压强度的80％。
一些实施例中，所述白云石基尾矿的主要成分为白云石，白云石的质量含量为60％～80％，尾矿焙烧物的主要成分为氧化镁和氧化钙。一些优选实施例中，所述白云石基尾矿中白云石的质量含量为70％。
一些实施例中，所述工业废弃磷石膏的含水率为10％～30％，pH小于6。
一些实施例中，所述工业废弃磷石膏中硫酸的含量不大于100mg/g。
一些实施例中，所述工业废弃磷石膏中磷酸的含量不大于250mg/g。
一些实施例中，所述电解锰渣中的游离锰的含量不大于150mg/g，氨氮含量不大于20mg/g。
第二方面，本申请还提供了利用上述方法制得的建筑材料。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
1、本申请制备建筑材料的原料均来源于工业固体废弃物，原料来源广泛，成本低，适合工业化生产，实现了工业固体废弃物的综合利用；
2、本申请提供的方法首先对白云石基尾矿进行煅烧，得到尾矿焙烧物，尾矿焙烧物中的氧化镁和氧化钙水化呈碱性，促进固体添加物中硅氧键的断裂，在工业废弃磷石膏和电解锰渣存在的条件下，硫酸根与固体添加物中活性的Al2O3和水化铝酸钙反应生成钙矾石，该过程消耗大量的钙离子和氯离子；同时，尾矿焙烧物中的氧化镁、工业废弃磷石膏中残余的磷酸根与电解锰渣中的铵根反应生成鸟粪石；除此之外，尾矿焙烧物水解产生的OH-可以与工业废弃磷石膏中过量的硫酸中和，调节电解锰渣的酸碱性，在制得高性能建筑材料的同时，实现了电解锰渣的无害化处理。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，利用本申请的方法能够实现废弃尾矿、磷石膏和电解锰渣的综合利用。
参考图1，本申请实施例提供的利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，包括以下步骤：
步骤S1，在900℃的温度条件下对白云石基尾矿进行轻烧，得到尾矿焙烧物；其中，白云石基尾矿的主要成分为白云石，白云石的化学成分为CaMg(CO3)2，白云石基尾矿中白云石的质量含量为60％～80％，尾矿焙烧物的主要成分为氧化钙和氧化镁；
步骤S2，按质量份计，将步骤S1的尾矿焙烧物0.5～1.5份与固体添加物5～15份、工业废弃磷石膏1～4份、电解锰渣2～6份均匀混合，粉磨，得到胶凝材料；固体添加物选用矿粉、钢渣或粉煤灰中的任一种；工业废弃磷石膏的含水率为10％～30％，pH小于6，工业废弃磷石膏中硫酸的含量不大于100mg/g，磷酸的含量不大于250mg/g；电解锰渣中游离锰的含量不大于150mg/g，氨氮含量不大于20mg/g；
步骤S3，向步骤S2的胶凝材料中加水拌合，养护7d，即得到建筑材料，建筑材料中的各组分会持续缓慢水化，抗压性能缓慢上升。
本申请实施例中，尾矿焙烧物作为固体添加物(矿粉、钢渣、粉煤灰)的碱性激发剂；工业废弃磷石膏作为固体添加物(矿粉、钢渣、粉煤灰)的硫酸盐激发剂。
上述制备过程中的化学反应为：
CaO+H2O→Ca(OH)2
MgO+H2O→Mg(OH)2
H2SO4+MgO→MgSO4+H2O
H2SO4+CaO→CaSO4+H2O
H2SO4→2H++SO4 2-
H3PO4→H++H2PO4 -
H2PO4 -→H++HPO4 2-
HPO4 2-→H++PO4 3-
CaSO4→Ca2++SO4 2-
NH4 ++Mg2++PO4 3-+6H2O→NH4MgPO4·6H2O
NH4 ++Mn2++PO4 3-+6H2O→NH4MnPO4·6H2O
3(Mn2+,Ca2+,Mg2+)+2PO4 3-→(Mn，Ca，Mg)3(PO4)2
(Mn2+，Ca2+，Mg2+)+HPO4 2-→(Mn，Ca，Mg)HPO4
本申请实施例中，尾矿焙烧物中的氧化钙和氧化镁水化后呈碱性，与工业废弃磷石膏中的硫酸钙协同激发工业固体废弃物的水化活性；同时工业废弃磷石膏中的磷酸与尾矿焙烧物中的氧化镁、氧化钙和电解锰渣中的氨氮和锰反应，可溶性的Mn2+、NH4 +与释放出的Ca2+、Mg2+、PO4 3-、HPO4 2-反应生成不溶性的磷酸盐及鸟粪石Mg(NH4)PO4·6H2O；而且多余的氧化钙和氧化镁可以与磷石膏中的硫酸反应。
本申请实施例中，在胶凝材料的养护过程中，电解锰渣所含铵根在28d左右可被大部分消耗，工业固体废弃物中的各种有害物质最终趋于完全稳定化。
下面结合具体实施例对本申请提供的无害化处理电解锰渣的组合物及其使用方法进行详细说明。
实施例1：
本申请实施例1提供了一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，包括以下步骤：
步骤S1，在900℃下对白云石基尾矿进行轻烧，得到尾矿焙烧物；白云石基尾矿中白云石的质量含量为70％；
步骤S2，称取10吨矿粉、2.2吨工业废弃磷石膏、4吨电解锰渣、1吨尾矿焙烧物，均匀混合，粉磨，得到胶凝材料；使用的工业废弃磷石膏中硫酸的含量为80mg/g,磷酸的含量为250mg/g；电解锰渣中游离锰含量为150mg/g，氨氮含量为20mg/g；
步骤S3，向胶凝材料中加水拌合，养护7d，即得到建筑材料。
实施例1中，每1吨为一份。
实施例2：
本申请实施例2提供了一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，包括以下步骤：
步骤S1，在900℃下对白云石基尾矿进行3h轻烧，得到尾矿焙烧物；白云石基尾矿中白云石的质量含量为60％；
步骤S2，称取8吨矿粉、2.5吨工业废弃磷石膏、3.5吨电解锰渣、1.2吨尾矿焙烧物，均匀混合，粉磨，得到胶凝材料；使用的工业废弃磷石膏中硫酸的含量为60mg/g,磷酸的含量为220mg/g；电解锰渣中游离锰含量为120mg/g，氨氮含量为10mg/g；
步骤S3，向胶凝材料中加水拌合，养护7d，即得到建筑材料。
实施例2中，每1吨为一份。
实施例3：
本申请实施例3提供了一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，包括以下步骤：
步骤S1，在900℃下对白云石基尾矿进行3h轻烧，得到尾矿焙烧物；白云石基尾矿中白云石的质量含量为65％；
步骤S2，称取10吨矿粉、2吨钢渣、2.4吨工业废弃磷石膏、4吨电解锰渣、1.3吨尾矿焙烧物，均匀混合，粉磨，得到胶凝材料；使用的工业废弃磷石膏中硫酸的含量为80mg/g,磷酸的含量为200mg/g；电解锰渣中游离锰含量为110mg/g，氨氮含量为15mg/g；
步骤S3，向胶凝材料中加水拌合，养护7d，即得到建筑材料。
实施例3中，每1吨为一份。
实施例4：
本申请实施例4提供了一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，包括以下步骤：
步骤S1，在900℃下对白云石基尾矿进行3h轻烧，得到尾矿焙烧物；白云石基尾矿中白云石的质量含量为75％；
步骤S2，称取10吨粉煤灰、2.2吨工业废弃磷石膏、4.2吨电解锰渣、0.8吨尾矿焙烧物，均匀混合，粉磨，得到胶凝材料；使用的工业废弃磷石膏中硫酸的含量为60mg/g，磷酸的含量为200mg/g；电解锰渣中游离锰含量为80mg/g，氨氮含量为10mg/g；
步骤S3，向胶凝材料中加水拌合，养护7d，即得到建筑材料。
实施例4中，每1吨为一份。
实施例5：
本申请实施例5提供了一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，包括以下步骤：
步骤S1，在900℃下对白云石基尾矿进行3h轻烧，得到尾矿焙烧物；白云石基尾矿中白云石的质量含量为70％；
步骤S2，称取13吨矿粉、3.2吨工业废弃磷石膏、3.5吨电解锰渣、0.6吨尾矿焙烧物，均匀混合，粉磨，得到胶凝材料；使用的工业废弃磷石膏中硫酸的含量为80mg/g，磷酸的含量为190mg/g；电解锰渣中游离锰含量为120mg/g，氨氮含量为15mg/g；
步骤S3，向胶凝材料中加水拌合，养护7d，即得到建筑材料。
实施例5中，每1吨为一份。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对白云石基尾矿进行轻烧，得到尾矿焙烧物；
S2，将步骤S1的尾矿焙烧物与固体添加物、工业废弃磷石膏、电解锰渣按一定比例均匀混合，而后粉磨，得到胶凝材料；
S3，向步骤S2的胶凝材料中加水拌合，养护成型，即得到建筑材料。
2.根据权利要求1所述的利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，其特征在于，按质量份计，所述固体添加物、工业废弃磷石膏、电解锰渣和尾矿焙烧物的用量为：固体添加物5～15份，工业废弃磷石膏1～4份，电解锰渣2～6份，尾矿焙烧物0.5～1.5份。
3.根据权利要求1所述的利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，其特征在于，按质量份计，所述固体添加物、工业废弃磷石膏、电解锰渣和尾矿焙烧物的用量为：固体添加物10份，工业废弃磷石膏2.2份，电解锰渣4份，尾矿焙烧物1份。
4.根据权利要求1所述的利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，其特征在于，所述固体添加物选用矿粉、钢渣或粉煤灰中的任一种。
5.根据权利要求1所述的利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，其特征在于，步骤S1中，轻烧的温度为900℃。
6.根据权利要求1所述的利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，其特征在于，步骤S3中，养护成型的时间为7d。
7.根据权利要求1所述的利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，其特征在于，所述工业废弃磷石膏的含水率为10％～30％，pH小于6。
8.根据权利要求1所述的利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，其特征在于，所述工业废弃磷石膏中硫酸的含量不大于100mg/g，磷酸的含量不大于250mg/g。
9.根据权利要求1所述的利用工业固体废弃物制备建筑材料的方法，其特征在于，所述电解锰渣中的游离锰的含量不大于150mg/g，氨氮含量不大于20mg/g。
10.一种建筑材料，其特征在于，利用权利要求1-9任一项所述的方法制得。
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