CN114988789A - 一种利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖，包括如下原料：超细铜尾砂、废弃混凝土、水泥。本发明使用铜尾砂与再生混凝土废弃骨料作为多孔砖的拌合物的来源，利用多孔砖的生产过程中具有生产能耗低、节土利废、施工方便和外观规整等特点。制备一种新型的环保型建筑材料，同时采用再生混凝土废弃骨料生产的多孔砖有利于减少其它矿物原料的使用，采用超细铜尾砂粒径小、比表面积大的特点，在多孔砖内部发挥填充效应，促使形成更加密实坚固的固结体，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，将超细铜尾砂的经济价值提升到天然砂石的价值水平，具有突出的经济效益，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再生混凝土多孔砖

技术领域

本发明涉及超细铜尾砂与再生混凝土资源化利用领域，具体涉及一种利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖。

背景技术

铜矿资源是我国经济发展的重要自然资源，因此，我国近年来的铜矿开采量逐渐递增，由于我国的铜矿平均品位较低，仅为0.07-0.08，这就导致了在铜矿开采的过程中，将会产生大量的铜尾矿废弃物，根据《2019年中国固废处理行业分析报告》的统计数据可知：我国每年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的问题。1)铜尾矿会破坏自然生态环境。首先，铜尾矿经过破碎和磨矿处理后，颗粒较小，颗粒间吸附力减弱，风蚀严重。大风将导致粉尘扬起，从而引起沙尘暴，进而严重污染大气环境，多雨时，更能引发尾矿滑坡事故；其次，我国的铜尾矿的伴生元素极为复杂，可能含有大量的重金属元素和残留药剂，当重金属元素迁入农田后会破坏土壤的肥力，影响农作物的生长。2)铜尾矿利用率低会导致严重矿产资源。铜尾矿分为初级铜尾矿和终极铜尾矿，由于我国的选矿设备不达标且技术水平滞后，将导致初级铜尾矿中的金属矿和非金属矿的回收量很少。3)铜尾矿的堆积会占用土地的面积。近几年，我国铜尾砂的生产速率居高不下，这将会导致尾矿库的占地面积越来越大，不少耕地和森林被侵占，土地资源的利用形式愈发严峻，这将加剧“人多地少”的矛盾。

现阶段关于我国铜尾砂的处理方式由以下几类：1)二次选矿。为提取部分尾矿中有利用价值的物质，常进行二次选矿中从而充分回收利用矿产资源。目前针对铜尾矿的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。首先，可以将铜尾砂作为主要的惰性材料充填地下采空区，能够实现矿区里的尾矿封闭处理，进而降低填充成本，提高资源的利用率。但其中也存在一些问题，例如工艺复杂、尾砂消纳量有限和成本高等问题。其次，可以将铜尾砂进行浓缩处理后进一步添加水泥等胶凝材料进行回填，该方法能够为对尾砂层间内含的重金属和污染物进行稳定，提供了一定的自立能力，3)用作建筑材料。将铜尾砂用作建筑材料，可以减少水泥的用量，从而降低碳排放；铜尾砂也可作为水泥煅烧原料、混凝土混合砖材原料，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，本发明利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖，该方法高效、简单、绿色，应用前景非常广阔。再生混凝土多孔砖是利用废弃的砖碎、碎混凝土形成的再生骨料，将配制的再生骨料混凝土经过振动挤压成型制成的多孔砖，与天然骨料相比，再生骨料强度低、吸水率大、密实度小、表面粗糙等缺陷，导致再生混凝土出现抗压强度低的问题，因此，利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖，可以利用超细铜尾砂的填充效应增强多孔砖的密实性，有利于再生混凝土多孔砖的抗压强度发展与耐久性提升，实现变废为宝、变害为宝，显著提高其经济价值，应用前景广阔。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，本发明使用铜尾砂与再生混凝土废弃骨料作为多孔砖的拌合物的来源，制备再生混凝土多孔砖，利用多孔砖的生产过程中具有生产能耗低、节土利废、施工方便和外观规整等特点。制备一种新型的环保型建筑材料，同时采用再生混凝土废弃骨料生产的多孔砖有利于减少其它矿物原料的使用，采用超细铜尾砂粒径小、比表面积大的特点，在多孔砖内部发挥填充效应，促使形成更加密实坚固的固结体，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，将超细铜尾砂的经济价值提升到天然砂石的价值水平，具有突出的经济效益，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再生混凝土多孔砖，包括如下原料：超细铜尾砂、废弃混凝土和水泥。。

作为本发明的进一步改进，还包括城市普通自来水、硅灰、矿渣、粉煤灰和河砂。

作为本发明的进一步改进，其重量份组成为：超细铜尾砂10～100份，水泥120～480份，硅灰40～150份，矿渣20～150份，粉煤灰20～150份，再生混凝土900～1400份，水100～450份，河砂200～500份。

作为本发明的进一步改进，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。铜矿石在经过物理破碎和化学药剂的浮选，最后生成粒径小于1mm的超细铜尾砂。

作为本发明的进一步改进，所述再生混凝土粒径为0～3.5mm。

作为本发明的进一步改进，水泥为市售水泥，水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥，细度为200目占90％以上。

作为本发明的进一步改进，硅灰为市售硅灰，细度为2000目占90％以上。

作为本发明的进一步改进，矿渣为市售高炉矿渣，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，粉煤灰为市售粉煤灰，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，河砂，细度模数2.7，表观密度为2650kg/m³。

本发明的有益效果是：

(1)变废为宝，变害为宝：铜尾矿是在铜冶练过程中产生大量的固体废弃物，经过破碎后的铜尾矿颗粒小，大风起时易造成粉尘飞扬，严重污染环境；另外，我国对其利用率较低，造成了严重的资源浪费。本发明利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖，掺入超细铜尾砂改善了再生混凝土的颗粒级配，提高了多孔砖中浆体含量，增加多孔砖的密实度；超细铜尾砂掺量进一步增大，降低多孔砖的有效水胶比，提高浆体硬化强度；超细铜尾砂来源于岩石破碎，比河砂更加坚硬，且铜尾砂颗粒表面粗糙、多棱角，增加颗粒间的咬合力，水泥水化时形成更加牢固且连续的骨架结构；超细铜尾砂属于惰性材料，但仍具有一定的活性，增加水化产物含量。本发明缓解了铜尾矿资源浪费的问题，变废为宝，变害为宝，符合国家环保政策要求，具有突出的经济、社会、环保效益。

(2)应用前景广阔：本发明提供的一种利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖，直接利用超细铜尾砂作为再生混凝土多孔砖的集料来源，可缓解当前再生混凝土多孔砖强度较低问题，具有突出的经济价值，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超细铜尾砂SEM形貌图；

图2是本发明实施例1超细铜尾砂XRD形貌图；

图3是本发明实施例1水泥粒径分布形貌图；

图4是本发明实施例2硅灰粒径分布形貌图；

图5是本发明实施例2矿渣粒径分布形貌图；

图6是本发明实施例2粉煤灰粒径分布形貌图；

图7是本发明实施例1的各基准组再生混凝土多孔砖的不同龄期抗压强度图；

图8为本发明实施例2的各基准组再生混凝土多孔砖的不同龄期抗压强度图；

图9为本发明实施例3的各基准组再生混凝土多孔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再生混凝土多孔砖，包括水泥，超细铜尾砂，再生混凝土、硅灰，城市普通自来水和河砂。具体重量份(g)配比如表1所示。

表1

项目	水泥	超细铜尾砂	硅灰	再生混凝土	水	河砂
							基准组1	222.3	0	112.76	1044.85	257.99	562.1
基准组2	222.3	11.28	101.52	1044.85	257.99	562.1
							基准组3	222.3	22.56	90.24	1044.85	257.99	562.1
基准组4	222.3	33.84	78.96	1044.85	257.99	562.1
							基准组5	222.3	45.42	67.68	1044.85	257.99	562.1

其中：高炉硅灰为S105级以上高炉硅灰，细度为2000目占90％以上；砂为河砂，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。水为城市普通自来水。

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>P<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所示配比制备再生混凝土多孔砖，将其浇筑在240mm×115mm×90mm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天和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),图1给出了实施例1超细铜尾砂SEM形貌图，图2给出了实施例1超细铜尾砂XRD形貌图，图3给出了发明实施例1水泥粒径分布形貌图，图4给出了实施例2硅灰粒径分布形貌图,图7给出了发明实施例1的各基准组再生混凝土多孔砖的不同龄期抗压强度图。

表3

从表3和图7可以看出，采取超细铜尾砂制备再生混凝土多孔砖是可行的，由图7可知，抗压强度呈现出先增加减小的趋势，在一定的范围内不但不会降低再生混凝土多孔砖的强度，并且可以相对提高再生混凝土多孔砖的抗压强度。其中基准组3相较于基准组1在3d、7d和28d的强度分别提高22.28％、30.77％和5.61％。上述结果充分证明了使用超细铜尾砂制备再生混凝土多孔砖是可行的，对再生混凝土多孔砖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再生混凝土多孔砖，包括水泥，超细铜尾砂，再生混凝土、矿渣、城市普通自来水和河砂。具体重量份(g)配比如表3所示，

表4

其中：高炉矿渣为S95级以上高炉矿渣，细度为200目占90％以上；砂为河砂，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。水为城市普通自来水。

按照表4所示配比制备再生混凝土多孔砖，将其浇筑在240mm×115mm×90mm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天和28天龄期。使用压力机测试不同龄期试块的抗压强度，表5给出了基准组6～基准组12在3天、7天和28天龄期的抗压强度(单位：MPa),图1给出了实施例1超细铜尾砂SEM形貌图，图2给出了实施例1超细铜尾砂XRD形貌图，图3给出了发明实施例1水泥粒径分布形貌图，图5给出了实施例2矿渣粒径分布形貌图,图8给出了发明实施例1的各基准组再生混凝土多孔砖的不同龄期抗压强度图。

表5

从表5和图8可以看出，采取超细铜尾砂制备再生混凝土多孔砖是可行的，由图8可知，抗压强度呈现出先增加减小的趋势，在一定的范围内不但不会降低再生混凝土多孔砖的强度，并且可以相对提高再生混凝土多孔砖的抗压强度。其中基准组10相较于基准组1在3d、7d和28d的强度分别提高16.23％、15.23％和30.04％。上述结果充分证明了使用超细铜尾砂制备再生混凝土多孔砖是可行的，对再生混凝土多孔砖砖的强度具有积极的促进作用，因而应用前景广阔。

实施例3：

本发明提供的一种利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖，包括水泥，超细铜尾砂，再生混凝土、粉煤灰、城市普通自来水和河砂。具体重量份(g)配比如表1所示。

表6

其中：粉煤灰为二级以上粉煤灰，细度为200目占90％以上；砂为河砂，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。水为城市普通自来水。

按照表6所示配比制备再生混凝土多孔砖，将其浇筑在240mm×115mm×90mm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天和28天龄期。使用压力机测试不同龄期试块的抗压强度，表7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),图1给出了实施例1超细铜尾砂SEM形貌图，图2给出了实施例1超细铜尾砂XRD形貌图，图3给出了发明实施例1水泥粒径分布形貌图，图6给出了实施例2粉煤灰粒径分布形貌图,图9给出了发明实施例1的各基准组再生混凝土多孔砖的不同龄期抗压强度图。

表7

从表7和图9可以看出，采取超细铜尾砂制备再生混凝土多孔砖是可行的，由图9可知，随着超细铜尾砂掺量的增加，再生混凝土多孔砖的抗压强度呈现逐渐增加的趋势，其中基准组16相较于基准组13在3d、7d和28d的强度分别提高44.6％、41.76％和14.2％。上述结果充分证明了使用超细铜尾砂制备再生混凝土多孔砖是可行的，对再生混凝土多孔砖砖的强度具有积极的促进作用，因而应用前景广阔。

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 (8)

1.一种利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖，其特征是包括如下原料：超细铜尾砂、废弃混凝土和水泥。

2.根据权利要求1所述的一种利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖，其特征是还包括城市普通自来水、硅灰、矿渣、粉煤灰和河砂。

3.根据权利要求2所述的一种利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖，其特征是其重量份组成为：超细铜尾砂10～100份，水泥120～480份，硅灰40～150份，矿渣20～150份，粉煤灰20～150份，再生混凝土900～1400份，水100～450份，河砂200～500份。

4.根据权利要求1所述的一种利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖，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。铜矿石在经过物理破碎和化学药剂的浮选，最后生成粒径小于1mm的超细铜尾砂。

5.根据权利要求1所述的一种利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖，其特征是再生混凝土粒径为0～3.5mm。

6.根据权利要求1所述的一种利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖，其特征是水泥为市售水泥，水泥为P·O 42.5普通硅酸盐水泥，细度为200目占90％以上。

7.根据权利要求2所述的一种利用超细铜尾砂制备的再生混凝土多孔砖，其特征是硅灰为市售硅灰，细度为2000目占90％以上；矿渣为市售高炉矿渣，高炉矿渣为S95级以上高炉矿渣，细度为200目占90％以上；粉煤灰为市售粉煤灰，粉煤灰为二级以上粉煤灰，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再生混凝土多孔砖，其特征是河砂，细度模数2.7，表观密度为2650kg/m³。

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