CN114685071A - 一种利用铅锌尾矿和铝灰制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用铅锌尾矿和铝灰制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法，属于特种建材和固废资源化利用领域，所述利用铅锌尾矿和铝灰制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法包括以下步骤：步骤一：称取质量百分比为3‑20％的铅锌尾矿、5‑15％的铝灰原料，50‑70％的石灰岩、5‑20％的工业副产石膏、进行混合和研磨，得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料生料；步骤二：将上述防辐射胶凝材料生料在1250‑1450℃温度下煅烧30‑60min，急速冷却，得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料熟料；步骤三：称取质量百分比为95％‑99％的防辐射胶凝材料熟料、1‑5％的混合助剂，研磨混合均匀得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料。本发明提供一种利用含铅固废制备防辐射胶凝材料的方法，制备的胶凝材料在具备良好力学性能的同时，具有良好的防辐射效果，在高辐射等特殊领域具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及特种建材领域和工业固废资源化利用领域，具体涉及一种利用铅锌尾矿制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法。
背景技术
固体废弃物堆存量大、处理难度大、占用大量的土地、污染地下水及大气等问题，是目前限制我国矿冶行业健康发展的关键制约因素。据不完全统计，2019年我国的铅锌矿开采量已超4000万吨/年，年副产铅锌尾矿3000万吨以上。对其利用主要在有价金属再选和矿井回填等方面利用，但总体利用率较低，大量的铅锌尾矿堆存，给该区域的环境造成了严重的危害。铝灰是是电解铝厂熔铸车间的下脚料，其含有较高含量单质铝、氧化铝及其它含铝化合物，其目前主要是用于再生铝的回收利用。
核能在我国能源系统领域占据的比例呈现逐年上升的趋势，核辐射安全的问题已经引起了全球的关注，也别是在日本福岛核电站事件之后。胶凝材料配置的防辐射型混凝土是核电防辐射工程的重要组成部分，目前防辐射型胶凝材料主要有钡水泥、锶水泥和含硼水泥，同时含铅材料也对α、β、γ射线辐射具有良好的防护吸收效果。
钡水泥和锶水泥原理上是通过利用氧化钡(BaO)和氧化锶(SrO)代替硅酸盐水泥中的氧化钙(CaO)，形成以硅酸三钡(3BaO·SiO2)、硅酸三锶(3SrO·SiO2)为主要矿物相的特种胶凝材料。含硼(B)水泥目前主要是以普通硅酸盐水泥和含硼氧化物或矿物混合磨匀后制成。Pb防护材料目前主要以Pb板、Pb防护服等防护材料，一般使用在辐射严重超标或者辐射事故等紧急情况下使用，由于其密度大，重量大，限制了其使用。
含Pb胶凝材料可以很好解决Pb防护材料质量大，使用困难等问题。利用含Pb化合物在高温下，与胶凝材料中的Ca、Si、Al、S、O等组成特定的化合物形式，作为胶凝材料组成成分的同时，实现Pb元素固定。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用铅锌尾矿和铝灰制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法，该方法能够利用铅锌尾矿和铝灰等固体废弃物，制成一种具有防辐射性能的硫铝酸盐胶凝材料，该防辐射性能的硫铝酸盐胶凝材料在充分利用固废的基础上，产品性能满足《GB20472-2006-硫铝酸盐水泥》相关标准，同时具有良好的防α、β、γ射线及辐射效果。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
一种利用铅锌尾矿和铝灰制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法，包括如下步骤：
步骤一：按质量百分比计，铅锌尾矿10-40％、铝灰5-20％、石灰石50-70％、工业副产石膏10-30％，混合、研磨均化得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料生料；
步骤二：将上述防辐射硫铝酸盐胶凝材料生料在1250-1450℃温度下煅烧30-60min，急速冷却，得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料熟料；
步骤三：按质量百分比计，防辐射硫铝酸盐胶凝材料熟料80-100％，混合助剂0-20％，研磨混合均匀得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料。
现有技术中，针对铅锌尾矿为原料作为硫铝酸盐胶凝材料的讨论未见任何报道，且创新性利用铅锌尾矿和铝灰中残留的重金属在胶凝材料中固化后制成具有良好防辐射效果的防辐射硫铝酸盐胶凝材料，提出了金属尾矿制备防辐射材料新思路和新方法
具体的，铅锌尾矿总质量为防辐射硫铝酸盐胶凝材料生料总质量的3-20％。
具体的，铅锌尾矿的组分及各组分的质量百分数为SiO2 40-60％、Al2O3 5-15％、Fe2O3 10-15％、CaO 5-10％、MgO 1-3％、K2O 1-3％、MnO 1-6％、BaO 0.1-0.5％、PbO 0.1-1％。
具体的，铝灰总质量为防辐射硫铝酸盐胶凝材料生料总质量的5-15％。
具体的，铝灰的组分及各组分的质量百分数为Al2O3 40-70％、SiO2 5-10％、MgO1-3％，Na2O 1-3％、PbO 0.1-1％。
具体的，石灰石总质量为防辐射硫铝酸盐胶凝材料生料总质量的50-70％。
具体的，石灰石组分及各组分的质量百分数为CaO 35-52％、SiO2 5-20％、Al2O31-10％、CO2 20-35％。
具体的，混合助剂总质量为防辐射胶凝材料总质量的1-5％。
具体的，混合助剂选自粉煤灰、矿渣、钢渣中的一种或两种的混合。
本发明还提供了根据上述生产法生产得到的防辐射硫铝酸盐胶凝材料。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
称取质量百分比为15％的铅锌尾矿、10％的铝灰原料，60％的石灰岩尾矿、10％的工业副产石膏、进行混合和研磨，得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料生料。
进入水泥窑中在1300℃温度下煅烧，保温时间为45min。
煅烧后的产物经篦冷机在40min急速冷却得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料熟料。
防辐射硫铝酸盐胶凝材料熟料和混合助剂经球磨机进行充分研磨至过45um方孔筛筛余量不大于15％，即得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料。
利用本实施例提供的进行胶砂实验，测试结果显示其满足强度等级42.5要求。
实施例2
称取质量百分比为15％的铅锌尾矿、10％的铝灰原料，40％的石灰岩尾矿、15％的工业副产石膏、进行混合和研磨，得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料生料。
进入水泥窑中在1350℃温度下煅烧，保温时间为60min。
煅烧后的产物经篦冷机在40min急速冷却得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料熟料。
防辐射硫铝酸盐胶凝材料熟料和混合助剂经球磨机进行充分研磨至过45um方孔筛筛余量不大于15％，即得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料。
利用本实施例提供的进行胶砂实验，测试结果显示其满足强度等级42.5要求。
实施例3
称取质量百分比为30％的铅锌尾矿、15％的铝灰原料，40％的石灰岩尾矿、15％的工业副产石膏、进行混合和研磨，得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料生料。
进入水泥窑中在1350℃温度下煅烧，保温时间为60min。
煅烧后的产物经篦冷机在40min急速冷却得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料熟料。
防辐射硫铝酸盐胶凝材料熟料和混合助剂经水泥球磨机进行充分研磨至过45um方孔筛筛余量不大于15％，即得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料。
利用本实施例提供的进行胶砂实验，测试结果显示其满足强度等级42.5要求。
上述实施例试样采用252Cf自发裂变中子源长计数器测量系统进行防辐射测量，其能谱满足Watt谱分布，平均能量为2.28MeV，实验时该源总中子发射率为9.078×103s-1。
本次实验的布局如下：为了减少地面和墙面对中子的反、散射影响，将测量系统布置在距离地面1.2m，距墙壁的最短距离控制在2.8m，其他三面4m以上的钢结构平台上，将252Cf自发裂变中子源与长计数器中心高度一致，对252Cf自发裂变中子源采用适当的额支架进行高度调节。当对样品测试时，样品紧贴252Cf自发裂变中子源布置，且布放在靠近长计数器的一侧。
表1 长计数器记录结果
| 状态 | 测量时间 | 总计数 | 计数率s<sup>-1</sup> | 平均净计数率s<sup>-1</sup> |
| 无源 | 50000 | 3500 | 0.060 | 0.060 |
| 裸源 | 2531 | 10532 | 4.583 | 4.579 |
| 实施例1 | 3200 | 10543 | 4.032 | 4.051 |
| 实施例2 | 3190 | 10630 | 4.101 | 4.110 |
| 实施例3 | 3210 | 10500 | 3.823 | 3.825 |
对照例1
一种利用铅锌尾矿和铝灰制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法，该方法与实施例1制备方法相同，区别仅在于防辐射硫铝酸盐胶凝材料生料中不添加铝灰，制备出的防辐射硫铝酸盐胶凝材料其仅能满足强度等级32.5要求。
对照例2
一种利用铅锌尾矿和铝灰制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法，该方法与实施例1制备方法相同，区别仅在于防辐射硫铝酸盐胶凝材料生料中工业副产石膏质量百分比为5％，制备出的防辐射硫铝酸盐胶凝材料其仅能满足强度等级32.5要求。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种新型纳米碳酸钙及其制备方法，其特征在于，包括如下步骤：一种利用铅锌尾矿和铝灰制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法，其特征在于，所述的铅锌尾矿制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法包括以下步骤：
步骤一：按质量百分比计，铅锌尾矿10-40％、铝灰5-20％、石灰石50-70％、工业副产石膏10-30％，混合、研磨均化得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料生料；
步骤二：将上述防辐射硫铝酸盐胶凝材料生料在1250-1450℃温度下煅烧30-60min，急速冷却，得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料熟料；
步骤三：按质量百分比计，防辐射硫铝酸盐胶凝材料熟料80-100％，混合助剂0-20％，研磨混合均匀得到防辐射硫铝酸盐胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的一种利用铅锌尾矿和铝灰制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法，其特征在于，所述步骤一中铅锌尾矿化学成分含量SiO2 40-60％、Al2O3 5-15％、Fe2O310-15％、CaO 5-10％、MgO 1-3％、K2O 1-3％、MnO 1-6％、BaO 0.1-0.5％、PbO 0.1-1％。
3.根据权利要求1所述的一种利用铅锌尾矿和铝灰制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法，其特征在于，所述步骤一中铝灰化学成分含量Al2O3 40-70％、SiO2 5-10％、MgO 1-3％，Na2O 1-3％、PbO 0.1-1％。
4.根据权利要求1所述的一种利用铅锌尾矿和铝灰制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法，其特征在于，所述步骤一中石灰岩化学成分含量CaO 35-52％、SiO2 5-20％、Al2O3 1-10％、CO2 20-35％。
5.根据权利要求书1所述的一种利用铅锌尾矿制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法，其特征在于，所述步骤一中工业副产石膏为脱硫石膏和磷石膏。
6.根据权利要求1所述的一种利用铅锌尾矿和铝灰制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法，其特征在于，所属步骤二中防辐射硫铝酸盐胶凝材料熟料包括质量百分比为15-30％的C2S、55-75％的C4A、3-10％的C4AF及其他杂质。
7.根据权利要求1所述的一种利用铅锌尾矿制备防辐射硫铝酸盐胶凝材料的方法，其特征在于，所述步骤三中混合助剂为粉煤灰、矿渣中的一种或几种。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN115636648A (zh) * | 2022-12-05 | 2023-01-24 | 中国建筑材料科学研究总院有限公司 | 一种水泥基发泡吸波保温混凝土及其制备方法 |
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