CN114230258A - 一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，包括如下原料：超细铜尾砂、粉煤灰、水泥、河砂、偏高岭土、减水剂和矿渣。本发明使用超细铜尾砂作为蒸压灰砂砖的拌合物来源，制备蒸压灰砂砖，利用蒸压灰砂砖的生产过程中能耗低，不用黏土、生产原料广泛等特点，制备一种新型的环保型建筑材料，同时采用工业废弃物尾矿生产蒸压灰砂砖有利于减少其它矿物质原料的使用，可以节约耗材，变废为宝、变害为宝，大幅简化超细铜尾砂的处置和利用工艺，减轻关于砖窑烧砖企业的经济、安全与环境负担，提升超细铜尾砂的经济价值，发挥蒸压灰砂砖的实用前景与价值，符合国家环保政策要求，应用前景巨大。

Description

一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖

技术领域

本发明涉及超细铜尾砂资源化利用领域，具体涉及一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖。

背景技术

城镇化的快速发展带来了人口的密集，房屋建筑量也与日俱增，铜矿资源是支撑我国经济发展的重要自然资源，因此近年来我国铜矿的开采量逐年递增，但我国铜矿的平均品位较低，仅为0.07-0.081，这导致在铜冶炼过程中产生大量铜尾矿固体废弃物。根据《2019年中国固废处理行业分析报告》口的统计数据：我国每年排放的尾矿数量较高，其中铜尾矿排放量已经达到2.24亿吨/年。然而，国内企业对铜尾矿的利用率较低，只有10％的企业对铜尾矿进行回收利用。在此背景下，铜尾矿的处理带来了诸多问题。铜尾矿会破坏自然生态环境。一方面经破碎、磨碎处理后的铜尾矿颗粒较小，颗粒间吸附力减弱，风蚀水蚀严重。大风时造成粉尘扬起，可能引发沙尘暴，严重污染大气环境，多雨时易引发尾矿坍塌滑坡事故。另一方面我国铜尾矿的伴生元素极为复杂，铜尾矿中可能含有重金属和残留的选矿药剂。重金属元素迁移进入农田后会破坏土壤肥力，影响农作物的生长，选矿药剂流入河流湖泊后会污染水质，危害水生生物。尾砂是矿山开采提炼后剩下的残余物，它既是当前需要处理的废弃物也可能会是将来可进一步利用的资源。为了避免随意排放对环境造成污染，矿山企业常筑坝拦截谷口或围地修建尾矿库来集中堆存尾砂，尾矿库是具有高势能的人造泥石流危险源，由于其存在溃坝危险，威胁下游居民及设施的安全，带来了很多环境和灾害问题。

现阶段，我国铜尾砂的处理方式有以下几种：1、二次选矿，为提取部分尾矿中有利用价值的物质，常进行二次选矿从而充分回收利用矿产资源。目前针对铜尾矿回收利用的主要方法有浮选法、磁选法、电化学浸出法、生物浸出法等；2、用作充填材料。一方面可以将铜尾砂作为主要的惰性材料充填地下采空区，能够实现矿区内尾砂封闭处理，大幅降低充填成本，提高资源利用率，防止地表塌陷，是尾砂资源化利用的典型做法。3、用作建筑材料。铜尾砂在建筑行业的应用方式主要为用作水泥煅烧原料、混凝土混合原料和砖材原料。将铜尾砂用作建筑材料，可以减少建筑行业水泥的用量，从而降低碳排放：也可以助力铜尾矿消库，提高矿产资源的利用率。

为克服现有技术的不足，本发明提出利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，该方法高效、简单、绿色、彻底，应用前景非常广阔。超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖力学性能有明显改善，蒸压灰砂砖抗压性能增加，其中超细铜尾砂集料取代率为2％，复合浆体替代率为10％时，蒸压灰砂砖力学性能最佳。以超细铜尾砂作为内养护材料掺入混凝土中，可以生成更多的水化产物来填充混凝土孔隙，提升混凝土密实性，从而降低混凝土自收缩。有利于的蒸压灰砂砖的抗压强度发展与耐久性提升，同时提升经济效益和环境效益，实现变废为宝、变害为宝。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，使用超细铜尾砂作为蒸压灰砂砖的拌合物来源，制备蒸压灰砂砖。利用蒸压灰砂砖的生产过程中能耗低，不用黏土、生产原料广泛等特点，制备一种新型的环保型建筑材料，同时采用工业废弃物尾矿生产蒸压灰砂砖有利于减少其它矿物质原料的使用，可以节约耗材，变废为宝、变害为宝，大幅简化超细铜尾砂的处置和利用工艺，减轻关于砖窑烧砖企业的经济、安全与环境负担，提升超细铜尾砂的经济价值，发挥蒸压灰砂砖的实用前景与价值，符合国家环保政策要求，应用前景巨大。

本发明采用的技术方案是：一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，包括如下原料：水泥、超细铜尾砂、河沙、偏高岭土、粉煤灰和矿渣。

作为本发明的进一步改进，还包括城市普通自来水、减水剂。

作为本发明的进一步改进，其重量份组成为：矿渣500～1653份，粉煤灰34～340份，水泥0～340份，偏高岭土34～140份，超细铜尾砂0～496，河砂0～886份，减水剂0～26份，城市普通自来水0～330份。

作为本发明的进一步改进，用于制备蒸压灰砂砖的拌合物由超细铜尾砂、河砂、粉煤灰与矿渣混合而成，优选地，蒸压灰砂砖由超细铜尾砂、粉煤灰与矿渣为0：1～0：2～1： 1～3：1。

作为本发明的进一步改进，所述超细铜尾砂的次生矿物中多含石英石、方解石、含量最多的是钙铁榴石，其硬度高且以硅酸盐成分为主，形状大多呈现板结块状，矿物特征峰尖锐明显，颗粒间相互作用呈现单粒结构的接触形式。

作为本发明的进一步改进，所述矿渣为市售高炉矿渣，优选地，高炉矿渣为S95级以上高炉矿渣，细度为200目占90％以上。

作为本发明的进一步改进，所述粉煤灰为市售粉煤灰，优选地，粉煤灰为二级以上粉煤灰，细度为200目占90％以上。

作为本发明的进一步改进，所述偏高岭土为市售煅烧高岭土粉，优选地，细度为400 目占90％以上。

作为本发明的进一步改进，所述河砂，细度模数2.7，表观密度为2650kg/m³。

作为本发明的进一步改进，所述减水剂为聚羧酸减水剂，减水率大于30％。

本发明的有益效果是：

(1)变废为宝。国内企业对铜尾矿的利用率较低，只有10％的企业对铜尾矿进行回收利用。本发明提供的一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，以超细铜尾砂作为内养护材料掺入混凝土中，可以生成更多的水化产物来填充混凝土孔隙，提升混凝土密实性，从而降低混凝土自收缩。有利于的蒸压灰砂砖的抗压强度发展与耐久性提升，同时提升经济效益和环境效益，减轻有色金属矿山企业的经济、安全与环境负担，符合国家环保政策要求。

(2)变害为宝。铜尾矿会破坏自然生态环境，铜尾矿中可能含有重金属和残留的选矿药剂，重金属元素迁移进入农田后会破坏土壤肥力，影响农作物的生长，选矿药剂流入河流湖泊后会污染水质，危害水生生物。本发明提供的一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，使用超细铜尾砂作为蒸压灰砂砖的拌合物来源，制备蒸压灰砂砖，利用蒸压灰砂砖的生产过程中能耗低，不用黏土、生产原料广泛等特点，制备一种新型的环保型建筑材料，同时采用工业废弃物尾矿生产蒸压灰砂砖有利于减少其它矿物质原料的使用，可以节约耗材，变废为宝、变害为宝，大幅简化超细铜尾砂的处置和利用工艺，减轻关于砖窑烧砖企业的经济、安全与环境负担，提升超细铜尾砂的经济价值，发挥蒸压灰砂砖的实用前景与价值，符合国家环保政策要求，应用前景巨大。

附图说明：

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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是本发明实施例1的矿渣XRD图谱；

图2是本发明实施例1的超细铜尾砂XRD图谱；

图3是本发明实施例1的超细铜尾砂SEM图谱；

图4是本发明实施例1的超细铜尾砂粒径分布图谱；

图5是本发明实施例1的各基准组蒸压灰砂砖的不同龄期抗压强度图；

图6为本发明实施例2的各基准组蒸压灰砂砖的不同龄期抗压强度图；

图7为本发明实施例3的各基准组蒸压灰砂砖的不同龄期抗压强度图。

具体实施方式：

为使本发明更加容易理解以及技术方案、优点更加清楚明白，下面结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未提及的具体实验方法，通常按常规实验方法进行。

实施例1：

本发明提供的一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，包括水泥、超细铜尾砂、粉煤灰、城市普通自来水、减水剂和河砂。具体重量份(kg)配比如表1所示，

表1

项目	水泥	超细铜尾砂	粉煤灰	河砂	水	减水剂
							基准组1	28.9	0	17	83.8	17.2	0.09
基准组2	28.9	8.5	8.5	83.8	17.2	0.09
							基准组3	28.9	10.2	6.8	83.8	17.2	0.09
基准组4	28.9	11.9	5.1	83.8	17.2	0.09
							基准组5	28.9	13.6	3.4	83.8	17.2	0.09

其中：粉煤灰为二级级以上粉煤灰，细度为200目占90％以上；河砂，细度模数2.7，表观密度为2650kg/m³；超细铜尾砂来自于安徽省滁州市琅琊山尾矿库，超细铜尾砂颗粒粒径集中在10-150μm之间，为典型的100目材料。化学成分如表2(单位：wt％)所示。

表2

Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	SiO<sub>2</sub>	CaO	Na<sub>2</sub>O	MgO	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>	SO<sub>3</sub>	MnO	K<sub>2</sub>O	P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
										12.112	28.641	29.73	0.691	4.197	6.116	0.281	0.165	0.903	0.123

按照表1所示配比制备蒸压灰砂砖砂浆，将其浇筑在40mm×40mm×160mm模具中，放入温度为20±2℃、相对湿度大于95％的标准养护室养护1天。之后，将试块拆模，并分别养护至3天、7天、28天龄期。使用压力机测试不同龄期试块的抗压强度。表3给出了基准组1～基准组5在3天、7天和28天龄期的抗压强度(单位：MPa)，

表3

从表3和图6可以看出，采用超细铜尾砂制备蒸压灰砂砖是可行的，在一定范围内不会降低混凝土的抗压强度，并且可以相对的提高蒸压灰砂砖的抗压强度。例如，采用超细铜尾砂、粉煤灰和河砂的基准组合可以提高抗压强度，基准组2至基准组5抗压强度比基准组1高。上述结果充分证明了使用超细铜尾砂制备蒸压灰砂砖是可行的，对蒸压灰砂砖的强度具有积极的促进作用，因而应用前景广阔。

实施例2：

本发明提供的一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，包括水泥、超细铜尾砂、矿渣、减水剂和城市普通自来水。具体重量份(kg)配比如表4所示，

表4

项目	水泥	超细铜尾砂	矿渣	水	减水剂
						基准组6	330	0	1653	300	0.2
基准组7	330	165.3	1487.7	300	0.16
						基准组8	330	495.9	1157.1	300	1.2
基准组9	313.5	62.83	1653	285	0.3
						基准组10	297	125.66	1653	270	0.36
基准组11	280.5	188.48	1653	255	0.48
						基准组12	264	251.31	1653	240	1.2

其中：矿渣为S105级高铝矿渣，表观密度2800kg/m³，BET比表面积，425m²/kg；砂为普通河砂，细度模数是2.5；超细铜尾砂来自于安徽省滁州市琅琊山尾矿库，超细铜尾砂颗粒粒径集中在10-150μm之间，为典型的100目材料。化学成分同表2。

按照表4所示配比制备蒸压灰砂砖，将其浇筑在40mm×40mm×160mm模具中，放入温度为20±2℃、相对湿度大于95％的标准养护室养护1天。之后，将试块拆模，并分别养护至3天、7天、28天龄期。使用压力机测试不同龄期蒸压灰砂砖的抗压强度， 3个试块为一组，测试结果取平均值。表5为7个基准组的抗压强度(单位：MPa)。

表5

可以看到，与基准组6相比，基准组7、基准组8和基准组9的各龄期抗压强度均较高，未出现抗压强度降低的现象，这充分证明使用超细铜尾砂制备蒸压灰砂砖是可行的。按照GB50010《混凝土结构设计规范》关于混凝土强度等级的规定，基准组6、基准组7和基准组8的混凝土强度等级分别为C30、C35和C30，满足相关工程使用要求。

实施例3：

本发明提供的一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，包括水泥、超细铜尾砂、偏高岭土和城市普通自来水。具体重量份(kg)配比如表6所示，

表6

项目	水泥	超细铜尾砂	偏高岭土	河砂	水
						基准组13	144.50	42.00	85.00	402.25	86.00
基准组14	137.30	57.70	80.75	402.25	81.70
						基准组15	123.55	73.45	72.70	402.25	73.55
基准组16	105.00	89.15	61.75	402.25	62.50

其中：偏高岭土为市售煅烧高岭土粉，优选地，细度为400目占90％以上。砂为普通河砂，细度模数是2.5；超细铜尾砂来自于安徽省滁州市琅琊山尾矿库，超细铜尾砂颗粒粒径集中在10-150μm之间，为典型的100目材料。化学成分同表2。

按照表6所示配比制备蒸压灰砂砖，将其浇筑在40mm×40mm×160mm模具中，放入温度为20±2℃、相对湿度大于95％的标准养护室养护1天。之后，将试块拆模，并分别养护至3天、7天、28天龄期。使用压力机测试不同龄期蒸压灰砂砖的抗压强度， 3个试块为一组，测试结果取平均值。表7为4个基准组的抗压强度(单位：MPa)。

表7

可以看到，基准组13、基准组14、基准组15、基准组16的各龄期抗压强度呈现逐渐增高的趋势，这充分证明使用超细铜尾砂制备蒸压灰砂砖是可行的，满足相关工程要求。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (11)

1.一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，其特征是包括如下原料：水泥、超细铜尾砂、河砂、偏高岭土、粉煤灰和矿渣。

2.根据权利要求1所述的一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，其特征是还包括城市普通自来水、河砂、减水剂、偏高岭土、粉煤灰和矿渣。

3.根据权利要求2所述的一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，其特征是其重量份组成为：矿渣500～1653份，粉煤灰34～340份，水泥0～340份，偏高岭土34～140份，超细铜尾砂0～496，河砂0～886份，减水剂0～26份，城市普通自来水0～330份。

4.根据权利要求2所述的一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，其特征是蒸压灰砂砖由超细铜尾砂、水泥、偏高岭土、粉煤灰与矿渣混合而成，优选地，蒸压灰砂砖由超细铜尾砂、粉煤灰与矿渣为0：1～0：2～1：1～3：1。

5.根据权利要求1所述的一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，其特征是铜尾砂的次生矿物中含量最多的是钙铁榴石，其硬度高且以硅酸盐成分，形状大多呈现椭圆状和方块状，颗粒间相互作用呈现单粒结构的接触形式。

6.根据权利要求1所述的一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，其特征是超细铜尾砂、河砂、粉煤灰和矿渣多种混合物。铜矿石在物理破碎后需再经过化学药剂的浮选，最后生成的铜尾砂的粒径较细且基本小于1mm。

7.根据权利要求1所述的一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，其特征是矿渣为市售高炉矿渣，优选地，高炉矿渣为S95级以上高炉矿渣，细度为200目占90％以上。

8.根据权利要求2所述的一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，其特征是粉煤灰为市售粉煤灰，优选地，粉煤灰为二级级以上粉煤灰，细度为200目占90％以上。

9.根据权利要求2所述的一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，其特征是减水剂为聚羧酸减水剂，减水率大于30％。

10.根据权利要求2所述的一种利用生活废水制备的碱激发混凝土，其特征是偏高岭土为市售煅烧高岭土粉，优选地，细度为400目占90％以上。

11.根据权利要求2所述的一种利用超细铜尾砂制备的蒸压灰砂砖，其特征是河砂，细度模数2.7，表观密度为2650kg/m³。

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