CN113695359A - 一种利用铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法 - Google Patents
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- Environmental & Geological Engineering (AREA)
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Abstract
本发明涉及工业固废综合利用技术领域的一种利用铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法，包括以下步骤：1)将铝土矿选矿尾矿加入赤泥烘干，煤矸石分级筛选备用；2)混合料配置热值、破碎、沉化；3)成型、码坯、烘干；4)煅烧、淬冷；制成熟料A；5)利用淬冷余热低温改性工业副产石膏制成建筑石膏B，并烘干原料及混合料坯体；6)取熟料A、建筑石膏B，复合激发剂、助剂细磨，得到胶凝材料。该发明利用低品位煤矸石煅烧矿尾、赤泥，使改性后的熟料具有吸附重金属的能力，加入激发剂、助剂经细磨制成成品。产品性能稳定、用途广、绿色环保；利用余热改性工业副产石膏，低耗高值，为大规模利用工业固废提供一条切实可行的技术路线。
Description
技术领域
本发明属于工业固废综合利用技术领域，特别是涉及一种利用铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法。
背景技术
铝土矿选矿尾矿是有色金属尾矿主要工业固废之一，其颗粒细、形态软弱粘稠、沉降速度慢，又无任何胶结性，库存1～3年含水量仍高达50％以上，利用难度大，堆存量巨大；煤矸石作为共伴生矿是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量低、但比煤坚硬的黑灰色岩石，是煤矿行业排放量最大的固体废弃物，且煤矸石中的重金属经过长期的自然侵蚀，易发生风化、迁移，并随降水渗进土壤中污染地下水；赤泥是氧化铝生产过程中的又一固体废弃物，是目前排放量较大、对自然环境危害严重的主要工业废渣之一，存在碱性高、水化活性低、含水量高等特点且含有微量重金属，在烘干粒化过程中处理难度大，成本高，其综合利用已成为世界难题，库存量呈逐年上升趋势；钛石膏是采用硫酸法生产钛白粉时排出的以二水石膏为主要成分的工业废渣，且排放量较大、对自然环境危害严重，表观现象上类似铝土矿选矿尾矿，具有含水量大，粘度高，杂质多等特点，并含有少量对人体、环境有害的重金属离子，几乎没有得到利用。
上述四种工业固废受资源禀赋、能源结构、发展阶段、产品附加值低等因素影响，利用难度高、储存量巨大，是国内外工业固废综合治理的重中之重。截止目前，在铝土矿选矿尾矿综合利用方面，利用铝土矿选矿尾矿制备低温陶瓷木材、低温陶瓷胶凝材料和砖的研究成果仅处于试验阶段。在煤矸石综合利用方面，将高热值的(热值在800大卡～1800大卡)煤矸石、粉煤灰和锅炉炉渣掺混进行燃烧发电；将低品位煤矸石、粉煤灰代替燃料和黏土烧结新型墙体材料等专利技术，得到了大规模应用。据不完全统计，国内2005年～2015年新建各类用于煤矸石、粉煤灰烧结砖的隧道窑、旋转隧道窑装备约上万条，利用煤矸石、粉煤灰近30亿吨，煤矸石得到了极大的综合利用。然而，随着技术和产品的换代更新，一方面烧结砖和砌块逐渐被装配式新型墙体材料替代，另一方面是燃烧技术、燃煤热效率大幅度提升，现排的粉煤灰、炉渣基本燃尽，残余热值较低；而现剩存的煤矸石因热值低和窑炉设计上的缺陷造成生产成本增加，导致国内近万条以烧结煤矸石、粉煤灰生产墙体材料的隧道窑濒临停产或关闭，据不完全统计，此类固定资产投资约4000亿元，若停产、闲置将造成很大的资源浪费。且目前低品位煤矸石(热值＜800大卡)仍堆存数亿吨，每年新增数千万吨，带来了巨大的环境负担。
专利号为CN101318787B的专利文献公开了一种铝工业工艺废渣全部转型为建筑材料的工艺与方法，其利用赤泥、锅炉炉渣、选矿尾矿、化灰渣、煤气发生炉渣、淤泥六种废渣自身的物质属性，通过干燥、粉碎、合理配比、加工成型、固结或烧结工艺转化为新型的路用材料和建筑墙体材料。实践过程中，受粉煤灰及炉渣内燃值连年快速下降，低品位煤矸石烧结和窑炉设计缺陷导致生产成本增加，加之新型墙体材料换代升级的影响，应用效果不佳，显示出该专利技术的不成熟和局限性。
专利号为CN105060749A的专利文献公开了一种用隧道窑处理磷石膏制备特种硬石膏胶凝材料的方法，利用48％～75％份磷石膏、8％～25％份石煤和15％～50％份废石渣进行配料、混合、均化、成型，在隧道窑内煅烧，得到特种硬石膏熟渣，然后粉磨成特种石膏胶凝材料；专利号为CN201410334309.4的专文献公开了一种综合利用赤泥、磷石膏和煤矸石的方法，以赤泥、磷石膏、煤矸石作为主要原燃材料，辅以校正材料电石渣、磷渣、铬渣、钡渣、废焦炭屑、煤、植物残渣进行混合、碾压，其配合比为赤泥∶磷石膏∶煤矸石∶校正料＝35～80∶5～35∶5～35∶0～35，制成含湿物料，挤压成型为块状、粒状和棒状，或用成球盘成型为球状，进行烘干。上述两个发明专利虽然为利用隧道窑烧结工艺处理工业固废制备胶凝材料提供了一种新的思路，但以煤矸石作为部分燃料，在950℃～1400℃温度条件下煅烧0.25～24h，需要增加大量的燃煤或煤石作为煅烧热源，且未考虑隧道窑断面大，配料、热辐射、热交换必须与烧结空间科学匹配才能保证烧结质量的技术问题，所以能耗大、热效率低，产量低，成本高，烧结质量无法保证，不能形成规模生产，更未涉及到对固废中碱含量和重金属的处理和烧结余热的综合利用。
专利号为CN112745049A的专利文献公开了一种煤矸石基掺合料及其制备方法，以80-90份煤矸石为原料，将其预磨成粉，然后将煤矸石粉与5-15份氧化钙和5-15份石膏进行湿混、蒸养、煅烧，随后将煅烧后的产物冷却后与3-6份硅烷偶联剂进行共同粉磨，最后将共同粉磨后的产物与15-20份粉煤灰和5-10份石灰石粉进行混合得到所述煤矸石基掺合料；该专利仅将煤矸石仅作为混凝土掺合料来使用，而未涉及煤矸石是一种既可以提供热能对其他固废进行煅烧处理，又能通过自身燃烧的余热处理其他固废，且工序多、能耗高、生产能力低，工艺复杂，存在着一定的局限性，与同类产品相比没有价格优势。
综合上述专利技术、研究成果发现，铝土矿选矿尾矿(共伴生矿)、赤泥、工业副产石膏等多数为亲水性固废，而从化学成分、矿物分析得知，其具有生产水泥的矿物成分，通过烘干脱水、碱激发、金属盐激发活化、热力活化、机械活化的工艺技术，生产人造胶凝材料在一定的使用范围内代替水泥，成为该技术领域的热门话题；但现有技术中对铝土矿选矿尾矿、煤矸石、赤泥和钛石膏的综合利用不涉及对固废中碱含量和重金属的处理以及烧结余热的综合利用，且存在技术不成熟、局限性大、工序多、能耗高、热效率低、产量低、成本高和质量不稳定等缺陷，不能形成规模生产。由此，亟待研发一种新的利用铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法以改进现有技术。
发明内容
本发明的第一个目的：旨在提供一种利用铝土矿选矿尾矿为主要原料，赤泥作为辅助原料，用低热值煤矸石中的残余热能，通过对其(热值)合理掺配、破碎与尾矿、赤泥混料、成型，能在隧道窑中自燃，一是为处理固废中的重金属提供温度环境，二是将煅烧后矿物成分稳定的煤矸石一并作为原料用于制备胶凝材料的方法。本发明的另一个目的：旨在提供一种利用隧道窑“一烧多烘”工艺，用余热对含水量大、粘度高、杂质多的工业固废进行脱水烘干，为制备胶凝材料提供必要条件；并对工业副产石膏进行改性，直接生产建筑石膏产品；实现设备共享、一机多用、产品多样、节能环保的技术方案。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法，包括如下步骤：
1)原材料处理：在铝土矿选矿尾矿中加入赤泥并烘干至粉状后，作为原料A待用，其中铝土矿选矿尾矿与赤泥的干基质量比为1.5～2∶0.5～1；将煤矸石进行分级筛选、破碎，并混配至发热值≥600kJ/kg，作为原料B待用；
2)将原料A和原料B进行配热、匀质、沉化，得到混合料；
3)将混合料通过成型、码坯和烘干，制成混合料坯体，所述混合料坯体的内燃值为230kJ/kg～280kJ/kg；
4)将混合料坯体进行煅烧和淬冷，制成熟料A；
5)将步骤4)的煅烧、淬冷过程中产生的部分高温烟气引入分体式烘干窑中，所述分体式烘干窑包括一条高温窑和两条低温窑，所述高温窑利用高温烟气的余热对工业副产石膏低温改性，制成建筑石膏B；所述高温烟气经高温窑余热利用后转为低温烟气，所述低温烟气分两路分别引入两条低温窑中，一条所述低温窑用于混合料坯体烘干，另一条所述低温窑用于对原材料或工业副产石膏进行预处理；
6)将熟料A、建筑石膏B、复合激发剂和助剂按质量比60～80：5～15：5～15：0.1～5进行掺混，并机械细磨至比表面积为400㎡/kg～450㎡/kg，得到胶凝材料。
优选的，所述铝土矿选矿尾矿的含水量为15％～50％，其主要成分包括SiO2：18wt％～55wt％、Fe2O3：4.84wt％～13.25wt％、Al2O3：23.73wt％～57.6wt％、CaO：0.36wt％～5.97wt％、TiO2：1.16wt％～3.87wt％、MgO：0.18wt％～1.69wt％、K2O：0.37wt％～4.71wt％、Na2O3：0.06wt％～0.84wt％；且所述铝土矿选矿尾矿为氧化铝生产工艺中将水硬性铝石与高岭土分离产出的废渣，同时也包括掺有少量絮凝剂、粉煤灰、水泥用于加速沉淀的混合物。
优选的，所述赤泥的含水量为10％～60％，在本配方中作为CaO的补充剂；其主要成分包括TiO2：2.64wt％～4.40wt％、Fe2O3：5.00wt％～11.40wt％、Al2O3：6.40wt％～21.06wt％、CaO：36.01wt％～46.80wt％、MgO：0.93wt％～2.03wt％、SiO2：21.06wt％～25.90wt％、K2O：0.20wt％～0.77wt％、Na2O：2.60wt％～3.21wt％；且所述赤泥为制铝工业烧结法提取氧化铝时排出的污染性废渣。
优选的，所述煤矸石的热值为200kJ/kg～1000kJ/kg，其主要成分包括SiO2：37wt％～65wt％、Fe2O3：2.2wt％～14.6wt％、Al2O3：8wt％～36wt％、CaO：0.4wt％～4.6wt％、TiO2：0.2wt％～4wt％、MgO：0.1wt％～2.4wt％、SO3：4.85wt％～5.50wt％，K2O+Na2O：1.45wt％～3.9wt％；且所述煤矸石为聚煤盆地煤层沉积过程的产物，是成煤物质与其他沉积物结合而生成的可燃性矿石。
优选的，所述工业副产石膏为钛石膏、脱硫石膏或磷石膏中的一种，且钛石膏、脱硫石膏或磷石膏中CaSO4·2H2O的含量≥80％，含水量为20％～60％。
优选的，所述复合激发剂为氢氧化钠、水玻璃、42.5普通硅酸盐水泥和S95级高炉淬水矿渣中的至少两种；所述助剂为磷酸钡、木质素磺酸钙、硫酸钠和硼砂中的任意两种。
优选的，所述工业副产石膏采用钛石膏时，所述钛石膏是硫酸法生产钛白粉时，为治理酸性废水，加入石灰(或电石渣)以中和大量的酸性废水而产生的以二水石膏为主要成分的废渣。所述钛石膏经过低温窑预处理后通过制砖机制备成钛石膏坯体，且钛石膏坯体的含水量≤10％；在高温窑中，使钛石膏坯体在170～230℃的温度区间进行低温改性，改性时间为4～8h。完成改性后，磨细至比表面积350㎡/kg～400㎡/kg，即得建筑石膏B。
优选的，所述钛石膏的主要成分包括：TiO2：1.25wt％～4.58wt％、Fe2O3：4.80wt％～29.63wt％、Al2O3：0.82wt％～5.86wt％、CaO：21.60wt％～35.78wt％、MgO：0.82wt％～2.98wt％、SO3：31.96wt％～37.31wt％、SiO2：0.95wt％～3.04wt％。
优选的，所述将煤矸石进行分级筛选、破碎，并混配至发热值≥600kJ/kg，是将发热值≤200kJ/kg的低热值煤矸石与发热值≥800kJ/kg的煤矸石进行分级筛选、分别破碎，然后混合测其发热值≥600kJ/kg；所述混合料中各原料的干基质量比为，原料B：铝土矿选矿尾矿：赤泥＝35～60∶20～30∶10～15，且混合料的内燃值为250kJ/kg～260kJ/kg，细度≤80μm，筛余量≤15％，含水量≤10％。
优选的，在所述步骤2)中，所述匀质是采用强制性拌合机搅拌10min～15min，所述沉化的时间不低于24h。
优选的，在所述步骤3)中，所述成型是采用专用制砖机将混合料制成带有均匀圆孔的长方体；所述码坯是将多层(16～18层)所述长方体堆码在窑车上，使长方体的层与层之间风道通畅；所述烘干是在所述分体式烘干窑的一条低温窑内对窑车上的长方体进行烘干，且烘干温度为85℃～105℃，烘干时间为8h～12h，烘干至混合料坯体的含水率≤4％。
优选的，在所述步骤4)中，所述煅烧是将混合料坯体通过窑车顶入隧道窑的烧结区中点火后煅烧，其煅烧温度分布曲线呈上凸抛物线状，即煅烧温度为650-800℃-650℃，煅烧时间为1h～2h；然后被后续窑车顶入隧道窑的冷却区，温度降至650℃～550℃时进行淬冷；所述淬冷是用木质素磺酸钙与水按固液比1∶37.5混合后的淬冷液，进行炮雾喷淋淬冷，所述淬冷液的喷淋重量为单个窑车上混合料坯体总重的0.5％～2％，使混合料坯体在20min内降温至150℃以下，出窑后即得胶凝材料熟料A。
优选的，所述步骤6)中得到的胶凝材料可作为道路水泥产品，适用于道路工程和小型预制件的制作。
优选的，所述步骤5)中制成的建筑石膏B可作为建筑胶凝材料使用。
本发明的水化机理是，将煤矸石、铝土矿选矿尾矿、赤泥通过机械粉磨和热处理双重活化作用下，煅烧除去煤矸石中的碳，使煤矸石中的高岭土，铝土矿选矿尾矿中的一水硬铝石、高岭石和赤泥中的赤铁矿、菱铁矿、真铁矿、文石、方解石、石英、锐钛矿在500℃～600℃时，发生脱水和分解，生成偏高岭石和无定形的SiO2和Al2O3。此时，煤矸石中的碳燃烧不完全，高岭土组分分解不彻底。700℃时，发生如下化学反应：
Al2O3·2SiO2→Al2O3+2SiO2；
铝土矿选矿尾矿比表面积和化学反应活性增大，比表面积增大是由煅烧后的一水硬铝石造成的；化学反应活性的增大是由一水硬铝石与高岭石的反应造成的；同时，赤泥中的方解石和三水铝石在700℃时有硅酸二钙生成，钙霞石、水钙铝硫石等铝硅酸盐脱去羟基，相对稳定的硅氧四面体和铝氧八面体结构遭到破坏，结构聚合物变低，赤泥反应活性提高；赤泥中的氧化钙、文石、方解石、少量的天然碱、水玻璃、火碱粒径细、比表面积大，具有多孔结构，；菱铁矿、方解石和文石既有骨架又有一定的胶结作用，形成复杂多样的晶体结构，如岛状、环状、链状、层状、架状的硅酸盐、铝硅酸盐、铝的硅酸盐、铝的铝硅酸盐等，当煅烧温度至718～776℃时，混合物中的部分Ca、SiO2和H2O结合形成莫来石晶相；其晶体化学式：Ca5(Si6O17)(H2O)5，呈为多孔状、纳米片状集合体的斜托勃莫来石晶体；结构中硅氧骨干以八方环为基本结构单元，以Ca、O、OH形成的配位多面体存于环与环之间，水分子位于八方环中心和八方环层间位置，硅氧八方环平面(与c、b组成的面平行)沿a轴方向堆砌成八方管孔状，八方管孔结构又以似层形式排列成斜托勃莫来石。斜托勃莫来石纳米晶片，以随机方式堆垛形成纳米、微米多孔状集合体，为镉、铬、硒、汞、铅、钡、砷、锑重金属提供了吸附空间，可以将其有效吸附。
煅烧后被后续窑车依次顶入冷却区，温度为650～550℃时进行淬冷；所述淬冷是利用特制的淬冷液进行炮雾喷淋淬冷，使混合料坯体在20min内降温至150℃以下迅速生成玻璃体；同时，在水分子的作用下与熟料内的CaO进行熟化，得到Ca(OH)2，体积增大，使混合料坯体在内部产生应力，易于破碎；含有木质素磺酸钙的淬冷液又作为胶凝材料的减水剂洒布在混合料坯体上，易于熟料细磨时匀质。
本发明与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明利用煤矸石中残余热能，通过合理热值配置，烘干和煅烧含水量大、粘度高、杂质多的铝土矿选矿尾矿、赤泥和工业副产石膏，制备胶凝材料，为大规模综合利用工业固废开辟了一条新的途径。
2、采用现代隧道窑一次码烧工艺对混合料进行成型、码坯、烘干、煅烧，在一定的空间内增加产能，形成生产的连续性，按4.6m×3.8m的隧道窑断面尺寸计算，每条生产线年消耗上述工业固废可达30万吨；如将国内近万条濒临停产、改行的隧道窑部分用于生产胶凝材料替代部分水泥，在很短的时间内即可将现库存的工业固废消耗殆尽，实现产品的换代升级。
3、经过发明人对隧道窑烧结工业固废的反复实践和论证，发现煤矸石、铝土矿选矿尾矿、赤泥在烧结温度718～776℃时，可生成莫来石晶相，具有吸附重金属的特性，可减少利用工业固废制备胶凝材料中的重金属析出对环境的污染。
4、利用隧道窑热力循环系统，将余热引入分体式烘干窑，通过高温窑对钛石膏脱水改性，制成建筑石膏B，低温窑对待烧结的混合料坯体和原材料及工业副产石膏进行烘干，该方法采用“一烧多烘”工艺，真正实现了低耗高值、节能环保、循环经济的理念。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面对本发明作进一步说明，但不能理解为本发明仅适用于下面实施例，该领域的技术人员根据上述本发明的内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
实施例1
本发明提供了一种铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法，包括如下步骤：
1)原材料处理：在铝土矿选矿尾矿中加入赤泥并烘干至粉状后，作为原料A待用，将煤矸石进行分级筛选、破碎，并混配至发热值等于600kJ/kg，作为原料B待用；
2)将原料A和原料B进行配热、匀质、沉化，得到混合料，所述混合料中各原料的干基质量比为，原料B：铝土矿选矿尾矿：赤泥＝50∶20∶10，且混合料的内燃值为250kJ/kg，细度≤80μm，筛余量≤15％，含水量≤10％。采用强制性拌合机搅拌15min进行混配后，送入沉化车间，沉化时间不低于24h；
3)将混合料通过成型、码坯和烘干，制成混合料坯体；所述成型是采用专用制砖机将混合料制成带有均匀圆孔的长方体；所述码坯是将18层所述长方体堆码在窑车上，使长方体的层与层之间风道通畅；所述烘干是在所述分体式烘干窑的一条低温窑内对窑车上的长方体进行烘干，且烘干温度为85℃，烘干时间为12h，烘干至混合料坯体的含水率≤4％。
4)将混合料坯体进行煅烧和淬冷，制成熟料A；所述煅烧是将混合料坯体通过窑车顶入隧道窑的烧结区中点火后煅烧，其煅烧温度分布曲线呈上凸抛物线状，即煅烧温度为750℃，煅烧时间为2h；然后被后续窑车顶出烧结区。自此隧道窑进入连续自燃工况(正常生产的隧道窑除每年检修一次外，无需二次点火)，当窑车被顶入隧道窑冷却区，温度降至550℃时进行淬冷；所述淬冷是用木质素磺酸钙与水按固液比1∶37.5混合后的淬冷液，进行炮雾喷淋淬冷，所述淬冷液的喷淋重量为单个窑车上混合料坯体总重的2％，使混合料坯体在20min内降温至150℃以下，出窑后即得胶凝材料熟料A。
5)将步骤4)的煅烧、淬冷过程中产生的部分高温烟气引入分体式烘干窑中，所述分体式烘干窑包括一条高温窑和两条低温窑，所述高温窑利用高温烟气的余热对工业副产石膏低温改性，制成建筑石膏B；所述高温烟气经高温窑余热利用后转为低温烟气，所述低温烟气分两路分别引入两条低温窑中，一条所述低温窑用于混合料坯体烘干，另一条所述低温窑用于对原材料或工业副产石膏进行预处理；
6)将熟料A、建筑石膏B、复合激发剂和助剂按质量比80：8：10：1进行掺混，并机械细磨至比表面积为400㎡/kg～450㎡/kg，得到胶凝材料；所述复合激发剂为42.5普通硅酸盐水泥与S95级高炉淬水矿渣混配，且42.5普通硅酸盐水泥和S95级高炉淬水矿渣的质量比为4:6；所述助剂为磷酸钡与木质素磺酸钙混配，且磷酸钡和木质素磺酸钙的质量比为1:1。
在本实施例中，铝土矿选矿尾矿为中国铝业河南分公司氧化铝生产工艺中将水硬性铝石与高岭土分离产出的废渣，同时也包括掺有少量絮凝剂、粉煤灰、水泥用于加速沉淀的混合物，含水量为50％，其主要成分包括SiO2：18wt％～55wt％、Fe2O3：4.84wt％～13.25wt％、Al2O3：23.73wt％～57.6wt％、CaO：0.36wt％～5.97wt％、TiO2：1.16wt％～3.87wt％、MgO：0.18wt％～1.69wt％、K2O：0.37wt％～4.71wt％、Na2O3：0.06wt％～0.84wt％；
在本实施例中，所述赤泥为中国铝业河南分公司烧结法提取氧化铝时排出的污染性废渣。所述赤泥的含水量为60％，在本配方中作为CaO的补充剂；其主要成分包括TiO2：2.64wt％～4.40wt％、Fe2O3：5.00wt％～11.40wt％、Al2O3：6.40wt％～21.06wt％、CaO：36.01wt％～46.80wt％、MgO：0.93wt％～2.03wt％、SiO2：21.06wt％～25.90wt％、K2O：0.20wt％～0.77wt％、Na2O：2.60wt％～3.21wt％；
在本实施例中，所述煤矸石的热值为400kJ/kg～1000kJ/kg，为焦作煤业集团矿区产出的煤炭固废，混配后发热量不低于600kJ/kg，其主要成分包括SiO2：37wt％～65wt％、Fe2O3：2.2wt％～14.6wt％、Al2O3：8wt％～36wt％、CaO：0.4wt％～4.6wt％、TiO2：0.2wt％～4wt％、MgO：0.1wt％～2.4wt％、SO3：4.85wt％～5.50wt％，K2O+Na2O：1.45wt％～3.9wt％；且所述煤矸石为聚煤盆地煤层沉积过程的产物，是成煤物质与其他沉积物结合而生成的可燃性矿石。
在本实施例中，所述工业副产石膏为龙蟒佰利联产出的钛石膏，是该企业硫酸法生产钛白粉时，为治理酸性废水，加入石灰或电石渣以中和大量的酸性废水而产生的以二水石膏为主要成分的废渣。所述钛石膏中CaSO4·2H2O的含量≥80％，含水量为20％～60％，且其主要成分包括：TiO2：1.25wt％～4.58wt％、Fe2O3：4.80wt％～29.63wt％、Al2O3：0.82wt％～5.86wt％、CaO：21.60wt％～35.78wt％、MgO：0.82wt％～2.98wt％、SO3：31.96wt％～37.31wt％、SiO2：0.95wt％～3.04wt％。所述钛石膏经过低温窑预处理后通过制砖机制备成钛石膏坯体，且钛石膏坯体的含水量≤10％；在高温窑中，使钛石膏坯体在170～230℃的温度区间进行低温改性，改性时间为8h，完成改性后，磨细至比表面积350㎡/kg～400㎡/kg，即得建筑石膏B。
实施例2
与实施例1不同的是，实施例2的步骤4)中，煅烧温度为800℃，煅烧时间为1h；步骤6)中，是将熟料A、建筑石膏B、复合激发剂和助剂按质量比80：10：9：1进行掺混，且所述复合激发剂中，42.5普通硅酸盐水泥和S95级高炉淬水矿渣的质量比为1:9。
实施例3
与实施例1不同的是，实施例3的步骤4)中，煅烧温度为776℃，煅烧时间为2h；步骤6)中，是将熟料A、建筑石膏B、复合激发剂和助剂按质量比80：6：13：1进行掺混；所述复合激发剂采用氢氧化钠与水玻璃混配，且氢氧化钠和水玻璃的质量比为6:7，所述助剂中，磷酸钡与木质素磺酸钙的质量比为2:8。
实施例4
与实施例1不同的是，实施例4的步骤4)中，煅烧温度为800℃，煅烧时间为1h；步骤6)中，是将熟料A、建筑石膏B、复合激发剂和助剂按质量比80：5：14：1进行掺混；所述复合激发剂采用水玻璃与S95级高炉淬水矿渣混配，且水玻璃和S95级高炉淬水矿渣的质量比为4:10，所述助剂采用硼砂与木质素磺酸钙混配，且硼砂和木质素磺酸钙质量比为1:9。
实施例5
与实施例1不同的是，实施例5的步骤4)中，煅烧温度为800℃，煅烧时间为1h；步骤2)中，混合料的各原料的干基质量比为，原料B：铝土矿选矿尾矿：赤泥＝45∶20∶10，步骤6)中，是将熟料A、建筑石膏B、复合激发剂和助剂按质量比75：10：14：1进行掺混；所述复合激发剂中，42.5普通硅酸盐水泥和S95级高炉淬水矿渣质量比为2:12，所述助剂采用硼砂与木质素磺酸钙混配，且硼砂和木质素磺酸钙质量比为1:9。
实施例6
与实施例5不同的是，步骤6)中，是将熟料A、建筑石膏B、复合激发剂和助剂按质量比75：8：16：1进行掺混；所述复合激发剂中，42.5普通硅酸盐水泥和S95级高炉淬水矿渣质量比为6:10。
实施例7
与实施例5不同的是，步骤6)中，是将熟料A、建筑石膏B、复合激发剂和助剂按质量比75：8：16：1进行掺混；所述复合激发剂中，42.5普通硅酸盐水泥和S95级高炉淬水矿渣质量比为10:6。
依据GB/T1346-2011测试上述实施例1～7制得的胶凝材料的凝结时间、安定性，依据GB/T17671-1999测定上述实施例1～7制得的胶凝材料的抗压、抗折强度，结果如表1所示：
表1 胶凝材料的抗压、抗折强度及安定性检测表
依据《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》GB5085.3-2007测得上述实施例1～7制得的胶凝材料的重金属浸出毒性，结果如表2所示：
表2 胶凝材料重金属因子检测表
依据《建筑材料放射性核素限量》GB6565-2001测得上述实施例1～7胶凝材料的放射性内、外照射指数，结果如表3所示：
表3 胶凝材料放射性核素检测表
上述实施例1～7在制备胶凝材料的过程中，同时制备了建筑石膏B，该建筑石膏B是以β半水硫酸钙CaSO4·1/2H2O为主要成分，不添加任何外加剂的粉状胶凝材料。参照《建筑石膏》GB/T9776-1988的标准进行检测，其物理力学性能见表4：
表4 建筑石膏B物理力学性能
经检测，本发明制备的建筑石膏B性能稳定，满足《建筑石膏》GB/T9776-1988的要求，为二级工业副产建筑石膏，记注：N2.0 GB/T 9776-2008，可直接作为建筑石膏使用。
Claims (10)
1.一种铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)原材料处理：在铝土矿选矿尾矿中加入赤泥并烘干至粉状后，作为原料A待用，其中铝土矿选矿尾矿与赤泥的干基质量比为1.5～2∶0.5～1；将煤矸石进行分级筛选、破碎，并混配至发热值≥600kJ/kg，作为原料B待用；
2)将原料A和原料B进行配热、匀质、沉化，得到混合料，所述配热用于将混合料的内燃值调配到230kJ/kg～280kJ/kg；
3)将混合料通过成型、码坯和烘干，制成混合料坯体；
4)将混合料坯体进行煅烧和淬冷，制成熟料A；
5)将步骤4)的煅烧、淬冷过程中产生的部分高温烟气引入分体式烘干窑中，所述分体式烘干窑包括一条高温窑和两条低温窑，所述高温窑利用高温烟气的余热对工业副产石膏低温改性，制成建筑石膏B；所述高温烟气经高温窑余热利用后转为低温烟气，所述低温烟气分两路分别引入两条低温窑中，一条所述低温窑用于混合料坯体烘干，另一条所述低温窑用于对原材料或工业副产石膏进行预处理；
6)将熟料A、建筑石膏B、复合激发剂和助剂按质量比60～80：5～15：5～15：0.1～5进行掺混，并机械细磨至比表面积为400㎡/kg～450㎡/kg，得到胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的利用铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法，其特征在于：
所述铝土矿选矿尾矿的含水量为15％～50％，其主要成分包括SiO2：18wt％～55wt％、Fe2O3：4.84wt％～13.25wt％、Al2O3：23.73wt％～57.6wt％、CaO：0.36wt％～5.97wt％、TiO2：1.16wt％～3.87wt％、MgO：0.18wt％～1.69wt％、K2O：0.37wt％～4.71wt％、Na2O3：0.06wt％～0.84wt％；
所述赤泥的含水量为10％～60％，其主要成分包括TiO2：2.64wt％～4.40wt％、Fe2O3：5.00wt％～11.40wt％、Al2O3：6.40wt％～21.06wt％、CaO：36.01wt％～46.80wt％、MgO：0.93wt％～2.03wt％、SiO2：21.06wt％～25.90wt％、K2O：0.20wt％～0.77wt％、Na2O：2.60wt％～3.21wt％；
所述煤矸石的热值为200kJ/kg～1000kJ/kg，其主要成分包括SiO2：37wt％～65wt％、Fe2O3：2.2wt％～14.6wt％、Al2O3：8wt％～36wt％、CaO：0.4wt％～4.6wt％、TiO2：0.2wt％～4wt％、MgO：0.1wt％～2.4wt％、SO3：4.85wt％～5.50wt％，K2O+Na2O：1.45wt％～3.9wt％；
所述工业副产石膏为钛石膏、脱硫石膏或磷石膏中的一种，且钛石膏、脱硫石膏或磷石膏中CaSO4·2H2O的含量≥80％，含水量为20％～60％；
所述复合激发剂为氢氧化钠、水玻璃、42.5普通硅酸盐水泥和S95级高炉淬水矿渣中的至少两种；所述助剂为磷酸钡、木质素磺酸钙、硫酸钠和硼砂中的任意两种。
3.根据权利要求2所述的利用铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法，其特征在于：所述工业副产石膏采用钛石膏时，所述钛石膏经过低温窑预处理后通过制砖机制备成钛石膏坯体，且钛石膏坯体的含水量≤10％；在高温窑中，使钛石膏坯体在170～230℃的温度区间进行低温改性，改性时间为4～8h，完成改性后，磨细至比表面积350㎡/kg～400㎡/kg，即得建筑石膏B。
4.根据权利要求3所述的利用铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法，其特征在于：所述钛石膏的主要成分包括：TiO2：1.25wt％～4.58wt％、Fe2O3：4.80wt％～29.63wt％、Al2O3：0.82wt％～5.86wt％、CaO：21.60wt％～35.78wt％、MgO：0.82wt％～2.98wt％、SO3：31.96wt％～37.31wt％、SiO2：0.95wt％～3.04wt％。
5.根据权利要求1所述的利用铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法，其特征在于：所述将煤矸石进行分级筛选、破碎，并混配至发热值≥600kJ/kg，是将发热值≤200kJ/kg的低热值煤矸石与发热值≥800kJ/kg的煤矸石进行分级筛选、分别破碎，然后混合测其发热值≥600kJ/kg；所述混合料中各原料的干基质量比为，原料B：铝土矿选矿尾矿：赤泥＝35～60∶20～30∶10～15，且混合料的内燃值为250kJ/kg～260kJ/kg，细度≤80μm，筛余量≤15％，含水量≤10％。
6.根据权利要求1所述的利用铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法，其特征在于：在所述步骤2)中，所述匀质是采用强制性拌合机搅拌10min～15min，所述沉化的时间不低于24h。
7.根据权利要求1所述的利用铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法，其特征在于：在所述步骤3)中，所述成型是采用专用制砖机将混合料制成带有均匀圆孔的长方体；所述码坯是将多层所述长方体堆码在窑车上，使长方体的层与层、行与行之间风道通畅；所述烘干是在所述分体式烘干窑的一条低温窑内对窑车上的长方体进行烘干，且烘干温度为85℃～105℃，烘干时间为8h～12h，烘干至混合料坯体的含水率≤4％。
8.根据权利要求1所述的利用铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法，其特征在于：在所述步骤4)中，所述煅烧是将混合料坯体通过窑车顶入隧道窑的烧结区中点火后煅烧，其煅烧温度分布曲线呈上凸抛物线状，即煅烧温度为650-800℃-650℃，煅烧时间为1h～2h；然后被后续窑车顶入隧道窑的冷却区，温度降至650℃～550℃时进行淬冷；所述淬冷是用木质素磺酸钙与水按固液比1∶37.5混合后的淬冷液，进行炮雾喷淋淬冷，所述淬冷液的喷淋重量为单个窑车上混合料坯体总重的0.5％～2％，使混合料坯体在20min内降温至150℃以下，出窑后即得胶凝材料熟料A。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的利用铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法，其特征在于：所述步骤6)中得到的胶凝材料作为道路水泥产品，适用于道路工程和小型预制件的制作。
10.根据权利要求1～8中任一项所述的利用铝土矿选矿尾矿制备胶凝材料的方法，其特征在于：所述步骤5)中制成的建筑石膏B作为建筑胶凝材料使用。
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