CN114105537B - 一种采用湿磨发泡制备铜尾矿泡沫混凝土的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种采用湿磨发泡制备铜尾矿泡沫混凝土的方法,通过将铜尾矿原矿和水按一定比例混合后送入湿式球磨机中，加入研磨介质充分研磨后，筛分得到含有大量纳米稳定泡沫的铜尾矿浆料；按照普通泡沫混凝土常用配比，将泡沫浆料、水泥、骨料、掺合料、外加剂和水快速混合搅拌，得到泡沫混凝土浆体，将其装入模具，轻微震动刮平表面，自然养护后脱模即可。该方法将铜尾矿颗粒湿磨至纳米级别使浆料气泡化，制得大量分布均匀密度低的颗粒稳定型泡沫，不仅可同时取代化学发泡剂和稳泡剂，工艺灵活简单效果好，而且极大地提高了固废铜尾矿的活性，实现其在水泥混凝土中的高效应用。

Description

一种采用湿磨发泡制备铜尾矿泡沫混凝土的方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种采用湿磨发泡制备铜尾矿泡沫混凝土的方法。
背景技术
泡沫混凝土具有质量轻、隔热隔音性好、保温性能好、节能环保等特点，目前被广泛应用于外墙保温层和墙体填充层等领域。但在实际工程中，由于泡沫的不稳定性常常导致泡沫混凝土内部孔径分布不均匀，力学性能不高，甚至在低密度下出现塌模的现象。因此制备均匀稳定泡沫是提高泡沫混凝土综合性能的有效途径。
铜尾矿又称铜尾砂，是天然铜矿石经过粉碎、分选、精选等选矿作业后所剩下的粉状或砂砾状固体废弃物。我国铜尾矿除含铜品味较高外，粒度细、类型多、成分杂，以氧化铜矿物和铝硅酸盐为主是其普遍特征。铜尾矿的这些性质，使其可以作为一种原材料用于建材行业，采取措施提高活性可以作为矿物掺合料应用于水泥混凝土中，不仅那减少水泥使用降低成本，也能一定程度改善混凝土的综合性能，同时有效回收利用尾矿，减少环境污染。
现有技术中使用尾矿制备泡沫混凝土的思路有很多，具备极大的可行性与实用性。如公开号为CN113024215A的专利申请提供了一种应用于高寒高海拔地区的尾矿泡沫混凝土及其制备方法，将各原料混合成复合浆料，再与发泡剂制得的泡沫混合，最后进行现场浇筑施工或工厂预制成泡沫混凝土砌块。如公开号为CN111875405A的专利申请提供了一种石墨尾矿泡沫混凝土及其制备方法，其中用到的石墨尾矿是由微粉和填料组成。尾矿先加热熔融，再倒入水中急冷成粒状，最后粉磨制得微粉；尾矿与水玻璃、氟化钙搅拌后预热、烘焙、冷却，最后粉磨筛选。如公开号为CN112777987A的专利申请提供了一种铁尾矿泡沫混凝土及其制备方法，对铁尾矿的处理是进行机械粉碎和细磨，加入碱性激发剂激发提高活性，最后再加入粉煤灰及矿渣。和一般发泡建材一样，这些发泡混凝土制备过程中所需要的泡沫主要是使用发泡剂进行物理发泡或化学发泡制得。这种传统发泡方式一般需要将由多种原料配制的发泡剂和稳泡剂搭配使用，有的还需要额外添加表面活性剂，配比复杂，发泡过程繁琐；这种普通泡沫是由分散在液体中的气泡组成，依靠表面活性稳定，湿泡沫处于非平衡的状态，稳定性不良，容易降低发泡建材的力学性能和耐久性。另外，对尾矿的处理方式也有待改进，采用高温或碱激发提高活性工序繁复，采用普通粉磨减小粒径效率低能耗高。
颗粒稳定型泡沫是在传统的气液两相泡沫的表面引入固相物质从而达到稳定气泡的效果，主要机理是在泡沫体系中加入纳米级或微米级的颗粒，颗粒聚集在气液界面，减小气泡间的接触面积，形成的致密粒子化膜能够抑制气泡的聚并和歧化，同时在泡沫表面与连续相之间形成三维网格结构，延长液膜的排液时间，从而提高泡沫的稳定性。Pickering乳液是颗粒稳定的乳液，机理是纳米级或微米级的颗粒在油/水界面聚结形成稠密的包裹层，有效地阻止分散相液滴因静电吸引、界面能改变、空间结构等因素而发生絮状聚结或合并，具有很明显的稳定性。
湿法研磨铜尾矿原料过程中由于研磨发热和空气、水的参与，浆料容易产生气泡。将铜尾矿磨至纳米粒径大小时，铜尾矿浆料会发生乳化形成稳定的Pickering乳液，同时由于空气的引入，浆体极易产生大量细密气泡。超细颗粒附着在气泡表面，形成稳定的包裹支撑，减少气泡破裂和相邻气泡融合形成贯通孔，由此可得到大量气泡分散均匀的颗粒稳定型泡沫。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：
利用纳米颗粒稳定泡沫的原理，提供一种发泡快捷高效且能使铜尾矿高掺量、高活性、高附加值应用于水泥基建筑材料的铜尾矿泡沫混凝土制备方法。
本发明提供一种采用湿磨发泡制备铜尾矿泡沫混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将铜尾矿原料与水均匀混合得到的固含量为10-70％的混合物，送入湿式球磨机中，加入研磨介质充分研磨后筛分取出所述研磨介质，得到铜尾矿泡沫；
步骤2：按重量份数，将55-80份的铜尾矿泡沫混合浆体、8-15份的水泥、7-20份的集料、5-10份的水，视情况加入适量减水剂，搅拌均匀得到铜尾矿泡沫混凝土浆料；
步骤3：将铜尾矿泡沫混凝土浆料通过料槽导入模具中，轻微震动刮平表面，自然养护后脱模。
进一步的，所述步骤1中研磨介质为粒径为0.2-1.0mm的氧化锆研磨球，所述研磨介质的填充率为60-70体积％，球料重量比为1:2-1:4。
进一步的，所述步骤1中湿式球磨机的磨机转速为400-700r/min，研磨时间为3h-6h,将铜尾矿颗粒磨至100-1000nm，泡沫密度50-80kg/m3。
进一步的，所述步骤2中集料选自河砂、碎石、粉煤灰、钢渣、矿渣、膨胀聚苯乙烯、膨胀珍珠岩等中的任意一种或多种的混合。
进一步的，所述步骤2中减水剂选自木质素减水剂，萘系减水剂，脂肪族减水剂，密胺减水剂，聚羧酸减水剂等中的任意一种。
本发明方法机理如下：
(1)湿法研磨铜尾矿能够优化颗粒级配、颗粒整形以及极大地提高活性，使其能够高掺量、高活性、高附加值地用于水泥混凝土中。
(2)湿法研磨铜尾矿原料过程中由于研磨发热和空气、水的参与，浆料容易产生气泡。将铜尾矿磨至纳米粒径大小时，铜尾矿浆料会发生乳化形成稳定的Pickering乳液，同时由于空气的引入，浆体极易产生大量细密气泡。超细颗粒附着在气泡表面，形成稳定的包裹支撑，减少气泡破裂和相邻气泡融合形成贯通孔，由此可得到大量气泡分散均匀的稳定泡沫。
本发明具有如下优点：
(1)采用湿磨矿物掺合料铜尾矿至纳米粒径，利用纳米颗粒吸附原理制备大量颗粒稳定型泡沫，气泡细密均匀，稳定性好；
(2)湿磨发泡工艺简单，湿磨处置原材料比干磨能耗低，可同时起到添加化学起泡剂和稳泡剂的效果，成本低，适合工业化大规模使用；
(3)湿磨后的铜尾矿颗粒粒径为100-1000nm，增加比表面积，破坏晶体结构，促进有益离子溶出，极大地提高了铜尾矿颗粒的水化活性，使其能够高掺量、高活性、高附加值应用于水泥混凝土中，有利于解决铜尾矿堆积问题及危害，节约资源及能源，绿色环保；
(4)本发明制备的铜尾矿泡沫混凝土，由于加入的泡沫均匀稳定，在实现低密度时，依然可以保持良好的力学性能，同时隔音效果与隔热保温性能好，其耐久性强、吸水率较低，适合大规模应用于实际工程中。
附图说明
图1是本发明铜尾矿泡沫混凝土的制造流程图。
具体实施方式
本发明实施例以湖北某铜尾矿为主要原料，将其与水均匀混合后，加入研磨球置于湿式球磨机中，湿磨筛分得到一种颗粒细小、泡沫均匀稳定的铜尾矿泡沫混合浆料。按照一定配比，将浆料、水泥、骨料、水快速混合搅拌得到泡沫混凝土浆体，将其装入模具，轻微震动刮平表面，自然养护后脱模即可进行各项性能测试以及投入使用。
下面结合实施例和对比例对本发明做进一步的说明。
实施例1
本实施例制备铜尾矿发泡混凝土的方法，依次包括以下步骤：
(1)将铜尾矿原料与水均匀混合得到的固含量为10％的混合物，送入湿式球磨机中，加入研磨介质研磨至铜尾矿颗粒粒径为1000nm，筛分取出所述研磨介质，得到铜尾矿泡沫混合浆料，按泡沫混凝土标准JC/T 266-2011测试方法,取泡沫样品测发泡倍数、沉降距，以及泌水量。
步骤(1)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径0.2-1.0mm的氧化锆研磨球，研磨介质填充率为70体积％，球料重量比为1:2，湿磨机的搅拌轴转速为400r/min，研磨时间为3h。
(2)按每立方米311kg水泥、133kg河砂、156kg水、0.44kg聚羧酸减水剂、0.69kg泡沫浆体，配制设计湿密度600kg/m3、水胶比0.35的泡沫混凝土混合料；
(3)将铜尾矿泡沫混凝土混合料通过料槽导入模具中，轻微震动刮平表面，自然养护后脱模。按照国家标准GB/T 50081测试方法，取样测试抗压强度和吸水率。
实施例2
本实施例制备铜尾矿发泡混凝土的方法，依次包括以下步骤：
(1)将铜尾矿原料与水均匀混合得到的固含量为30％的混合物，送入湿式球磨机中，加入研磨介质研磨至铜尾矿颗粒粒径为700nm，筛分取出所述研磨介质，得到铜尾矿泡沫混合浆料，按泡沫混凝土标准JC/T 266-2011测试方法,取泡沫样品测发泡倍数、沉降距，以及泌水量。
步骤(1)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径0.2-1.0mm的氧化锆研磨球，研磨介质填充率为70体积％，球料重量比为1:2，湿磨机的搅拌轴转速为500r/min，研磨时间为4h。
(2)按每立方米311kg水泥、133kg粉煤灰、156kg水、0.44kg聚羧酸减水剂、0.69kg泡沫浆体，配制设计湿密度600kg/m3、水胶比0.35的泡沫混凝土混合料；
(3)将铜尾矿泡沫混凝土混合料通过料槽导入模具中，轻微震动刮平表面，自然养护后脱模。按照国家标准GB/T 50081测试方法，取样测试抗压强度和吸水率。
实施例3
本实施例制备铜尾矿发泡混凝土的方法，依次包括以下步骤：
(1)将铜尾矿原料与水均匀混合得到的固含量为50％的混合物，送入湿式球磨机中，加入研磨介质研磨至铜尾矿颗粒粒径为400nm，筛分取出所述研磨介质，得到铜尾矿泡沫混合浆料，按泡沫混凝土标准JC/T 266-2011测试方法,取泡沫样品测发泡倍数、沉降距，以及泌水量。
步骤(1)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径0.2-1.0mm的氧化锆研磨球，研磨介质填充率为70体积％，球料重量比为1:2，湿磨机的搅拌轴转速为600r/min，研磨时间为5h。
(2)按每立方米311kg水泥、133kg钢渣、156kg水、0.44kg聚羧酸减水剂、0.69kg泡沫浆体，配制设计湿密度600kg/m3、水胶比0.35的泡沫混凝土混合料；
(3)将铜尾矿泡沫混凝土混合料通过料槽导入模具中，轻微震动刮平表面，自然养护后脱模。按照国家标准GB/T 50081测试方法，取样测试抗压强度和吸水率。
实施例4
本实施例制备铜尾矿发泡混凝土的方法，依次包括以下步骤：
(1)将铜尾矿原料与水均匀混合得到的固含量为70％的混合物，送入湿式球磨机中，加入研磨介质研磨至铜尾矿颗粒粒径为100nm，筛分取出所述研磨介质，得到铜尾矿泡沫混合浆料，按泡沫混凝土标准JC/T 266-2011测试方法,取泡沫样品测发泡倍数、沉降距，以及泌水量。
步骤(1)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径0.2-1.0mm的氧化锆研磨球，研磨介质填充率为70体积％，球料重量比为1:2，湿磨机的搅拌轴转速为700r/min，研磨时间为6h。
(2)按每立方米311kg水泥、133kg矿粉、156kg水、0.44kg聚羧酸减水剂、0.69kg泡沫浆体，配制设计湿密度600kg/m3、水胶比0.35的泡沫混凝土混合料；
(3)将铜尾矿泡沫混凝土混合料通过料槽导入模具中，轻微震动刮平表面，自然养护后脱模。按照国家标准GB/T 50081测试方法，取样测试抗压强度和吸水率。
对比例1
本对比例制备铜尾矿发泡混凝土的方法，依次包括以下步骤：
(1)将铜尾矿原料与水均匀混合得到的固含量为10％的混合物，送入湿式球磨机中，加入研磨介质研磨至铜尾矿颗粒粒径为2μm(未起泡或气泡量极少)，筛分取出所述研磨介质，得到铜尾矿浆料。
步骤(1)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径0.2-1.0mm的氧化锆研磨球，研磨介质填充率为70体积％，球料重量比为1:2，湿磨机的搅拌轴转速为400r/min，研磨时间为30min。
(2)将发泡剂与水按照重量比1:30比例混合并搅拌均匀，然后使用发泡机进行发泡，按2.1kg/m3加入稳泡剂。按泡沫混凝土标准JC/T 266-2011测试方法,取泡沫样品测发泡倍数、沉降距，以及泌水量。将铜尾矿浆料与泡沫混合。
步骤(2)中的发泡剂采用市面上常见的发泡剂，如YS-10型水泥发泡剂；
稳泡剂采用市面上常见的稳泡剂。
(3)按每立方米311kg水泥、133kg河砂、156kg水、0.44kg聚羧酸减水剂、0.69kg铜尾矿与泡沫的混合浆体，配制设计湿密度600kg/m3、水胶比0.35的泡沫混凝土混合料。
(4)将铜尾矿泡沫混凝土混合料通过料槽导入模具中，轻微震动刮平表面，自然养护后脱模。按照国家标准GB/T 50081测试方法，取样测试抗压强度和吸水率。
对比例2
本对比例制备铜尾矿发泡混凝土的方法，依次包括以下步骤：
(1)对烘干的铜尾矿原料进行机械粉碎和干燥细磨，得到中值粒径为4μm的铜尾矿粉。
步骤(1)中采用干磨设备参数如下：
研磨介质为粒径0.2-1.0mm的氧化锆研磨球，研磨介质填充率为70体积％，球料重量比为1:2，干磨机转速为400r/min，研磨时间为20min。
(2)将发泡剂与水按照重量比1:30比例混合并搅拌均匀，然后使用发泡机进行发泡，按2.1kg/m3加入稳泡剂。按泡沫混凝土标准JC/T 266-2011测试方法,取泡沫样品测发泡倍数、沉降距，以及泌水量。将铜尾矿粉末与泡沫混合成浆体。
步骤(2)中的发泡剂采用市面上常见的发泡剂，如YS-10型水泥发泡剂；
稳泡剂采用市面上常见的稳泡剂。
(3)按每立方米311kg水泥、133kg河砂、156kg水、0.44kg聚羧酸减水剂、0.69kg铜尾矿与泡沫的混合浆体，配制设计湿密度600kg/m3、水胶比0.35的泡沫混凝土混合料。
(4)将铜尾矿泡沫混凝土混合料通过料槽导入模具中，轻微震动刮平表面，自然养护后脱模。按照国家标准GB/T 50081测试方法，取样测试抗压强度和吸水率。
表1实施例1-4和对比例1-2的相关数据结果
Figure BDA0003379914870000101
按照泡沫剂的性能指标，发泡倍数必须大于20，沉降距必须小于10mm，泌水量必须小于80mL，以上实施例和对比例均能满足要求。但实施例采取湿磨发泡的泡沫各项性能指标都优于对比例采取普通发泡剂的泡沫，并且湿磨铜尾矿颗粒越小，稳泡效果越明显，实施例中只做到100nm，实际操作中可根据情况继续减小粒径。按照泡沫混凝土性能指标和等级分类，看28d抗压强度平均值，实施例1-2的强度满足C3等级要求，实施例3满足C4，实施例4满足C5，而对比例1-2只有C2；看吸水率只有实施例4的28.7％满足W30等级，吸水率越低，泡沫混凝土在使用的过程中的耐久性越好。结果满足行业标准和现场施工的要求。湿磨工艺能耗较低，取代发泡剂和稳泡剂的同时，更是大幅提高铜尾矿活性，使其可大量应用于泡沫混凝土中，本发明不仅环保，而且可以带来巨大经济效益，具有广阔应用前景。
本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (5)

1.一种采用湿磨发泡制备铜尾矿泡沫混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将铜尾矿原料与水均匀混合得到的固含量为10-70％的混合物，送入湿式球磨机中，加入研磨介质充分研磨后筛分取出所述研磨介质，得到铜尾矿泡沫；
步骤2：按重量份数，将55-80份的铜尾矿泡沫混合浆体、8-15份的水泥、7-20份的集料、5-10份的水，加入适量减水剂，搅拌均匀得到铜尾矿泡沫混凝土浆料；
步骤3：将铜尾矿泡沫混凝土浆料通过料槽导入模具中，轻微震动刮平表面，自然养护后脱模。
2.如权利要求1所述的一种采用湿磨发泡制备铜尾矿泡沫混凝土的方法，其特征在于：所述步骤1中研磨介质为粒径为0.2-1.0mm的氧化锆研磨球，所述研磨介质的填充率为60-70体积％，球料重量比为1:2-1:4。
3.如权利要求1所述的一种采用湿磨发泡制备铜尾矿泡沫混凝土的方法，其特征在于：所述步骤1中湿式球磨机的磨机转速为400-700r/min，研磨时间为3h-6h,将铜尾矿颗粒磨至100-1000nm，泡沫密度50-80kg/m3。
4.如权利要求1所述的一种采用湿磨发泡制备铜尾矿泡沫混凝土的方法，其特征在于：所述步骤2中集料选自河砂、碎石、粉煤灰、钢渣、矿渣、膨胀聚苯乙烯、膨胀珍珠岩中的任意一种或多种的混合。
5.如权利要求1所述的一种采用湿磨发泡制备铜尾矿泡沫混凝土的方法，其特征在于：所述步骤2中减水剂选自木质素减水剂，萘系减水剂，脂肪族减水剂，密胺减水剂，聚羧酸减水剂中的任意一种。
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