CN114956633A - 一种超细复合矿物掺合料其制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种超细复合矿物掺合料其制备方法及应用，所述的超细复合矿物掺合料是由矿业固废和/或工业固废经超细粉磨后制成；所述的超细复合矿物掺合料的比表面积≥700㎡/kg，平均粒径<10μm，粒度分布：D15<3μm，D50<10μm，D95<30μm。本发明提供的超细复合矿物掺合料，具有高细度、高活性、高流动度比、低需水量比等优异性能，是一种高功能性的水泥混合材、混凝土掺合料和超高强度管桩砼掺合料，可以完全替代S95矿粉或部分替代水泥，显著降低水泥和混凝土生产成本，提高水泥和混凝土产品质量，且原材料来源广泛，成本低廉，具有较好的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明属于矿物掺和料技术领域，具体涉及一种高功能性的水泥混合材、 混凝土掺合料和超高强度管桩砼超细复合矿物掺合料其制备方法及应用。
背景技术
众所周知，生产优质水泥混合材和混凝土掺和料是降低水泥混凝土生产成 本，提高水泥混凝土质量的重要途径。但事实上，现有的掺合料主要起到降低 水泥混凝土生产成本的作用，而在提高水泥混凝土的力学性能以及其它性能等 质量方面仍待进一步提高。现有的建材行业缺乏能够大规模、低成本、连续性 生产优质水泥混合材和混凝土掺和料的技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超细复合矿物掺合料，所述的超细复合矿物掺 合料具有高细度、高活性、高流动度比、低需水量比等优异性能，能够提高水 泥混凝土整体强度、抗渗能力、抗腐蚀以及耐久性能，同时具有原材料来源广 泛，成本低廉，能够实现大规模、连续性生产。
为实现本发明的上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种超细复合矿物掺合料，所述的超细复合矿物掺合料是由矿 业固废和/或工业固废经超细粉磨后制成；所述的超细复合矿物掺合料的比表面 积≥700㎡/kg，平均粒径＜10μm，粒度分布：D15＜3μm，D50＜10μm，D95＜30μm。
本发明提供的超细复合矿物掺合料，比表面积≥700㎡/kg，远大于比表面 积约420-450㎡/kg的水泥的比表面积，一方面可以显著提高水泥以及混凝土的 流动度，另一方面可以填补细微孔隙，提高密实度，从而实现水泥以及混凝土 整体强度、抗渗能力、抗腐蚀以及耐久性能的提升。本发明原材料组成主要为 矿业固废与工业固废，具有十分显著的原材料成本优势，经济效益前景乐观， 同时实现了固废循环再利用，解决了环保生态治理问题。
根据本发明具体实施方式的超细复合矿物掺合料，所述的矿业固废包括各 种尾矿，优选的，所述的矿业固废选自铅锌铁尾矿、石粉、铜钨尾矿；所述的 工业固废包括但不限于粉煤灰、矿粉的超细粉磨、钢渣粉、钒钛矿渣、炉底渣 等各种工业废渣，优选的，所述的工业固废选自高炉粒化矿渣微粉、粉煤灰。
根据本发明具体实施方式的超细复合矿物掺合料，按重量份计，所述的超 细复合矿物掺合料由以下重量配比的原料制成：铅锌铁尾矿或铜钨尾矿80-90 重量份、粉煤灰或石粉10-20重量份。或者，铅锌铁尾矿或铜钨尾矿50-70重 量份、高炉粒化矿渣微粉30-50重量份。或者，铅锌铁尾矿或铜钨尾矿30-40 重量份、粉煤灰15-20重量份、高炉粒化矿渣微粉40-45重量份。或者，铅锌 铁尾矿或铜钨尾矿5-10重量份、高炉粒化矿渣微粉90-95重量份。
本发明超细复合矿物掺合料的应用效果：
1.在水泥生产中，本发明主要用作高活性的水泥混合材，减少熟料用量， 可完全替代S95矿粉或在成品42.5水泥中直接掺加10-30％，水泥3d和28d强 度不降低。可降低水泥生产成本。
2.在混凝土生产中，本发明主要用作高性能混凝土矿物掺合料，进一步减 少水泥用量，在原配合比上，每方C30混凝土可完全替代矿粉或等量替代 40-80kg水泥，保证7d和28d强度不降低，而且保持原有坍落度的情况下，可 降低约10％的用水量，从而降低了混凝土生产成本。
3.在矿粉紧缺、价格高的地区，本发明可按照矿粉价格直接销售；
4.除了在普通水泥和混凝土应用外，本发明特别适用于高强高性能混凝 土、免压蒸管桩、海工水泥和混凝土制品等，提高混凝土密实度，显著提高抗 腐蚀和耐久性能。
本发明超细复合矿物掺合料的制备方法，包括如下步骤：
(S1)将矿业固废和工业固废分别烘干至含水率为1-1.5％，备用；
(S2)将步骤(S1)得到的矿业固废和工业固废按重量配比进行复配，然 后喂入超细研磨机进行粉磨，即得所述的超细复合矿物掺合料。
根据本发明具体实施方式的超细复合矿物掺合料的制备方法，步骤(S2) 中，所述的超细研磨机包括驱动装置和在所述驱动装置的作用下转动的回转单 元，所述回转单元的两端分别设置有进料组件和出料组件，所述回转单元内部 沿轴线方向布设有至少两个隔仓板，任一所述隔仓板垂直于轴线设置；所述回 转单元的内侧壁上还固定设置有衬板，所述衬板的数量为多个且所有的所述衬 板能沿所述回转单元的轴线方向布置，任一所述衬板的表面为非平面结构；所 述回转单元的内侧壁上还固定有研磨件。
作为所述的超细研磨机的进一步改进，所述隔仓板的数量为两个，所述回 转单元在所述隔仓板的作用下由所述进料组件至所述出料组件依次分隔为破碎 仓、粗磨仓和细磨仓，所述研磨件的尺寸由所述破碎仓至所述细磨仓逐渐缩小。
作为所述的超细研磨机的进一步改进，所述研磨件为球形结构，所述研磨 件的直径为4mm～20mm。
作为所述的超细研磨机的进一步改进，所述研磨件为条形结构。
作为所述的超细研磨机的进一步改进，部分所述研磨件沿螺旋线方向分布 于所述回转单元的内侧壁上。
作为所述的超细研磨机的进一步改进，所述衬板的表面为波纹形、阶梯形 结构中的至少一种。
作为所述的超细研磨机的进一步改进，所述衬板的表面凹陷形成沿螺旋线 轨迹延伸布置的导流槽，所述导流槽上设置有所述研磨件。
作为所述的超细研磨机的进一步改进，所述回转单元的内侧壁上还设置有 挡料圈，所述挡料圈上开设有供物料穿过的通口。
作为所述的超细研磨机的进一步改进，任一所述挡料圈上的通口的数量为 多个且多个所述通口环形分布在所述挡料圈上。
作为所述的超细研磨机的进一步改进，任一所述通口为扇面状结构；和/ 或，任一所述通口的内缘为曲线结构。
相比于现有技术，前述实施方式提供的超细研磨机的回转单元内侧壁上分 别设置有隔仓板、衬板、研磨件和挡料圈，其中隔仓板可以用于分隔不同的舱 室，从而通过调整研磨件尺寸的方式来实现对该研磨机级配的调整；衬板可以 用于提高物料的碰撞次数以得到更好的研磨效果，也可以帮助实现对物料流动 方向的引导，使物料能够同时沿径向和轴线方向移动；带有通口的挡料板可以 为物料创造三维的运动条件，强化设备的研磨能力，使研磨体的动能得到更充 分的利用，有效提高设备研磨效率。
具体而言，传统磨机在尾矿粉磨中，物料细度至比表面积≥450㎡/kg时便 产生静电聚集抱团反应，难以提高粉磨细度，掺加助磨剂或其他助磨介质可以 进一步提高粉磨细度，但能耗高且产品碱含量不符合应用要求。采用前述实施 方式提供的超细研磨机，可在不添加助磨剂或其他助磨介质的情况下将物料粉 磨细度至比表面积≥700㎡/kg，吨综合电耗≤65度，且各项指标符合应用要求。
本发明的有益效果为：
1、本发明提供的超细复合矿物掺合料，具有高细度、高活性、高流动度比、 低需水量比等优异性能，是一种高功能性的水泥混合材、混凝土掺合料和超高 强度管桩砼掺合料，主要性能优于GB/T 18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝 土的粒化高炉矿渣粉》中S95矿渣粉指标，可达到GB/T 18736-2017《高强高 性能混凝土用矿物外加剂》中二级磨细矿渣指标要求，可以完全替代S95矿粉 或部分替代水泥，显著降低水泥和混凝土生产成本，提高水泥和混凝土产品质 量。
2、本发明提供的超细复合矿物掺合料，放射性核素限量检测结果符合《建 筑材料放射性核素限量》GB 6566-2010标准要求，浸出毒性检测结果符合《危 险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》GB5085.3-2007标准要求，即本发明环保性能 符合建材(墙材、混凝土等)生产的原材料要求。
3、本发明提供的超细复合矿物掺合料，原材料来源广泛，成本低廉，可以 实现连续性、高产能、低能耗生产，突破了建材行业无法实现大规模、低成本、 连续性生产优质水泥混合材和混凝土掺和料的技术瓶颈，具有较好的市场应用 前景。
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，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明超细研磨机的主视图；
图2是本发明超细研磨机的侧视图；
图3是本发明超细研磨机的内侧壁结构示意图；
图4是本发明超细研磨机中挡料圈的结构示意图。
图中：1-驱动装置；2-回转单元；3-进料组件；4-出料组件；5-隔仓板；6- 衬板；61-导流槽；7-研磨件；8-挡料圈；81-通口。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方 案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而 不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出 创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
以下实施例中均采用如下结构的超细研磨机：包括驱动装置1和回转单元 2，其中回转单元2整体呈柱状结构，其轴线沿水平方向设置，轴线的两端分别 设置有进料组件3和出料组件4，回转组件的内侧壁上设置有用于研磨的研磨 件7，物料经进料组件3落入该回转单元2内后与研磨件7接触进行研磨处理， 随着回转单元2的转动物料逐渐移动至出料组件4处，研磨好的物料能经出料 组件4排出。
具体的，为了使该研磨机能够达到较好的研磨效果，设置其轴线方向上布 置有两个隔仓板5，任一隔仓板5垂直于轴线设置。该隔仓板5的结构为常规 设计，在此不再赘述。此时回转单元2在隔仓板5的作用下由进料组件3至出 料组件4依次分隔为破碎仓、粗磨仓和细磨仓，研磨件7的尺寸由破碎仓至细 磨仓逐渐缩小。
研磨件7有多个且至少部分研磨件7能沿螺旋线的轨迹方向分布在回转单 元2的内侧壁上，研磨件7为直径为4mm～20mm的球状结构。具体的，位 于破碎仓的研磨件7的直径为20mm，位于粗磨仓的研磨件7的直径为12mm， 位于细磨仓的研磨件7的直径为5mm。
为了实现对研磨系统的优化，设置该回转单元2内还固定设置有衬板6， 该衬板6的数量为多个且所有的衬板6沿回转单元2的轴线方向布置。衬板6 的表面为波浪形结构，由于衬板6的表面为非平面结构，因此落到该衬板6表 面的物料能够根据其落点不同而朝向不同的方向弹出，进而提高物料之间碰撞 破碎的效率。为了提高研磨效率，设置位于不同的舱室内的衬板6的尺寸不完 全相同。
设置衬板6表面设置有至少一个相对凹陷的导流槽61结构，该导流槽61 能沿螺旋线轨迹分布在衬板6表面(即此时的回转单元2内侧壁表面)，从而 在回转单元2工作时引导部分物料能够沿回转单元2的轴线方向移动，对物料 能够起到一定的活化效果。为了保证研磨效果，设置导流槽61表面也存在有部 分研磨件7结构。
回转单元2内侧壁上还设置有挡料圈8。可以通过螺栓或其他类似结构固 定在回转单元2的内侧壁上。该挡料圈8整体为相对于回转单元2的轴线倾斜 设置的环形结构，其侧壁上开设在有能供物料穿过的通口81，任一挡料圈8上 的通口81的数量为多个且多个通口81环形分布在挡料圈8上。为了保证该通 口81具有较好的活化效果，设置任一通口81为扇面状结构。
当该研磨机启动时，挡料圈8能随着回转单元2的转动而转动，从而协助 研磨件7对物料进行研磨处理，同时利用其自身的倾斜设计以及通口81结构为 物料创造较好的三维运动条件，避免物料滞留，能够有效强化设备的研磨能力， 同时也使得物料的动能得到更充分的利用，使物料的研磨效率大幅度提高。
实施例1
一种超细复合矿物掺合料，由以下原料制成：铅锌铁尾矿80kg、粉煤灰 20kg。
所述的超细复合矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：
(S1)将铅锌铁尾矿和粉煤灰分别烘干至含水率为1％，备用；
(S2)将步骤(S1)得到的铅锌铁尾矿和粉煤灰按重量配比进行复配，然 后喂入超细研磨机进行粉磨至比表面积≥700㎡/kg，平均粒径＜10μm，即得所 述的超细复合矿物掺合料。
实施例2
一种超细复合矿物掺合料，由以下原料制成：铜钨尾矿90kg、石粉10kg。
所述的超细复合矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：
(S1)将铜钨尾矿和石粉分别烘干至含水率为1.5％，备用；
(S2)将步骤(S1)得到的铜钨尾矿和石粉按重量配比进行复配，然后喂 入超细研磨机进行粉磨至比表面积≥700㎡/kg，平均粒径＜10μm，即得所述的 超细复合矿物掺合料。
实施例3
一种超细复合矿物掺合料，由以下原料制成：铅锌铁尾矿50kg、高炉粒化 矿渣微粉50kg。
所述的超细复合矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：
(S1)将铅锌铁尾矿和高炉粒化矿渣微粉分别烘干至含水率为1.2％，备用；
(S2)将步骤(S1)得到的铅锌铁尾矿和高炉粒化矿渣微粉按重量配比进 行复配，然后喂入超细研磨机进行粉磨至比表面积≥700㎡/kg，平均粒径 ＜10μm，即得所述的超细复合矿物掺合料。
实施例4
一种超细复合矿物掺合料，由以下原料制成：铜钨尾矿70kg、高炉粒化矿 渣微粉30kg。
所述的超细复合矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：
(S1)将铜钨尾矿和高炉粒化矿渣微粉分别烘干至含水率为1％，备用；
(S2)将步骤(S1)得到的铜钨尾矿和高炉粒化矿渣微粉按重量配比进行 复配，然后喂入超细研磨机进行粉磨至比表面积≥700㎡/kg，平均粒径＜10μm， 即得所述的超细复合矿物掺合料。
实施例5
一种超细复合矿物掺合料，由以下原料制成：铅锌铁尾矿30kg、粉煤灰 20kg、高炉粒化矿渣微粉40kg。
所述的超细复合矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：
(S1)将铅锌铁尾矿、粉煤灰和高炉粒化矿渣微粉分别烘干至含水率为1％， 备用；
(S2)将步骤(S1)得到的铅锌铁尾矿、粉煤灰和高炉粒化矿渣微粉按重 量配比进行复配，然后喂入超细研磨机进行粉磨至比表面积≥700㎡/kg，平均 粒径＜10μm，即得所述的超细复合矿物掺合料。
实施例6
一种超细复合矿物掺合料，由以下原料制成：铜钨尾矿40kg、粉煤灰15kg、 高炉粒化矿渣微粉45kg。
所述的超细复合矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：
(S1)将铜钨尾矿、粉煤灰和高炉粒化矿渣微粉分别烘干至含水率为1％， 备用；
(S2)将步骤(S1)得到的铜钨尾矿、粉煤灰和高炉粒化矿渣微粉按重量 配比进行复配，然后喂入超细研磨机进行粉磨至比表面积≥700㎡/kg，平均粒 径＜10μm，即得所述的超细复合矿物掺合料。
实施例7
一种超细复合矿物掺合料，由以下原料制成：铅锌铁尾矿5kg、高炉粒化 矿渣微粉95kg。
所述的超细复合矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：
(S1)将铅锌铁尾矿、高炉粒化矿渣微粉分别烘干至含水率为1％，备用；
(S2)将步骤(S1)得到的铅锌铁尾矿、高炉粒化矿渣微粉按重量配比进 行复配，然后喂入超细研磨机进行粉磨至比表面积≥700㎡/kg，平均粒径 ＜10μm，即得所述的超细复合矿物掺合料。
实施例8
一种超细复合矿物掺合料，由以下原料制成：铜钨尾矿10kg、高炉粒化矿 渣微粉90kg。
所述的超细复合矿物掺合料的制备方法包括如下步骤：
(S1)将铜钨尾矿、高炉粒化矿渣微粉分别烘干至含水率为1％，备用；
(S2)将步骤(S1)得到的铜钨尾矿、高炉粒化矿渣微粉按重量配比进行 复配，然后喂入超细研磨机进行粉磨至比表面积≥700㎡/kg，平均粒径＜10μm， 即得所述的超细复合矿物掺合料。
对比例1
与实施例1的不同仅在于原料组成不同，本对比例由以下原料制成：铅锌 铁尾矿50kg、粉煤灰50kg。
对比例2
与实施例3的不同仅在于原料组成不同，本对比例由以下原料制成：铅锌 铁尾矿40kg、高炉粒化矿渣微粉60kg。
对比例3
与实施例5的不同仅在于原料组成不同，本对比例由以下原料制成：铅锌 铁尾矿20kg、粉煤灰30kg、高炉粒化矿渣微粉40kg。
对比例4
与实施例7的不同仅在于原料组成不同，本对比例由以下原料制成：铅锌 铁尾矿20kg、高炉粒化矿渣微粉80kg。
一、矿粉各项指标检测
表1
表2
二、放射性核素限量检测
1、检验依据：GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》，GB/T 176-2017 《水泥化学分析方法》
2、判定依据：GB 6566-2010《建筑材料放射性核素限量》
3、结论：符合《建筑材料放射性核素限量》GB 6566-2010标准要求。
表3
三、浸出毒性检测
1、检测方法及检出限
表4
2、检测结果
表5
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到 变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应 以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种超细复合矿物掺合料，其特征在于，所述的超细复合矿物掺合料是由矿业固废和/或工业固废经超细粉磨后制成；所述的超细复合矿物掺合料的比表面积≥700㎡/kg，平均粒径<10μm，粒度分布：D15<3μm，D50<10μm，D95<30μm。
2.根据权利要求1所述的超细复合矿物掺合料，其特征在于，所述的矿业固废选自铅锌铁尾矿、石粉、铜钨尾矿，所述的工业固废选自高炉粒化矿渣微粉、粉煤灰。
3.根据权利要求2所述的超细复合矿物掺合料，其特征在于，所述的超细复合矿物掺合料由以下重量配比的原料制成：铅锌铁尾矿或铜钨尾矿80-90重量份、粉煤灰或石粉10-20重量份。
4.根据权利要求2所述的超细复合矿物掺合料，其特征在于，所述的超细复合矿物掺合料由以下重量配比的原料制成：铅锌铁尾矿或铜钨尾矿50-70重量份、高炉粒化矿渣微粉30-50重量份。
5.根据权利要求2所述的超细复合矿物掺合料，其特征在于，所述的超细复合矿物掺合料由以下重量配比的原料制成：铅锌铁尾矿或铜钨尾矿30-40重量份、粉煤灰15-20重量份、高炉粒化矿渣微粉40-45重量份。
6.根据权利要求2所述的超细复合矿物掺合料，其特征在于，所述的超细复合矿物掺合料由以下重量配比的原料制成：铅锌铁尾矿或铜钨尾矿5-10重量份、高炉粒化矿渣微粉90-95重量份。
7.权利要求1-6之一所述的超细复合矿物掺合料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(S1)将矿业固废和工业固废分别烘干至含水率为1-1.5％，备用；
(S2)将步骤(S1)得到的矿业固废和工业固废按重量配比进行复配，然后喂入超细研磨机进行粉磨，即得所述的超细复合矿物掺合料。
8.根据权利要求7所述的超细复合矿物掺合料，其特征在于，所述的超细研磨机包括驱动装置(1)和在所述驱动装置(1)的作用下转动的回转单元(2)，所述回转单元(2)的两端分别设置有进料组件(3)和出料组件(4)，所述回转单元(2)内部沿轴线方向布设有至少两个隔仓板(5)，任一所述隔仓板(5)垂直于轴线设置；所述回转单元(2)的内侧壁上还固定设置有衬板(6)，所述衬板(6)的数量为多个且所有的所述衬板(6)能沿所述回转单元(2)的轴线方向布置，任一所述衬板(6)的表面为非平面结构；所述回转单元(2)的内侧壁上还固定有研磨件(7)。
9.权利要求1-6之一所述的超细复合矿物掺合料在制备水泥混合材、混凝土掺合料、干混砂浆掺合料中的应用。
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