CN115093179A - 一种利用钼尾矿制备高强人造集料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用钼尾矿制备高强人造集料的方法。该人造集料按照钼尾矿：磨细钼尾矿：石灰：硅灰：水泥：粘土=（35~50）：（20~35）：（15~20）：（1~5）：5：5的质量百分比进行混合搅拌、消化、搅拌、轮碾、滚动成球、养护。该钼尾矿人造集料的堆积密度在1200~1350kg/m3、表观密度2100~2300kg/m3、1小时吸水率2.5~4.5%、24h吸水率5.5~8.0%、筒压强度30~40MPa，其制备的混凝土其7D与28D强度均高于普通石子混凝土，可用作超高强混凝土粗集料使用。本发明利用了钼尾矿作为主要原料，为钼尾矿的资源化利用提供了有效途径，且原料简单，生产工艺简单快捷，降低了成本。

Description

一种利用钼尾矿制备高强人造集料的方法
技术领域
本发明涉及出一种利用钼尾矿制备高强人造集料的方法，属于集料技术领域。
背景技术
钼被广泛应用于钢铁工业、化工工业等传统领域，同时电子工业、医药行业等高新技术领域对钼的需求量也在持续增长。钼尾矿是钼矿原矿经选矿后产生的一种固体废弃物。我国钼矿保有储量丰富，达到840万吨，已探明钼矿区200多处，主要分布于我国的中南地区、东北地区和西北地区。钼矿通常采用“三段一闭路+分段磨矿+阶段选别”的方式进行选矿，因此其排放的钼尾矿的粒径分布范围大，既存在2.4mm以上的粗大颗粒，也有较多的0.074mm以下的超细粉末。并且我国的钼矿原矿品位普遍较低，因此在提取钼资源的过程中，尾矿产率较高。因此钼尾矿在选矿过程中产出的钼尾矿占矿石开采量的95％。钼尾矿产量巨大，钼尾矿的堆积不但浪费资源，占用土地，而且还对周围环境造成污染，潜在危害性大。同时，大量钼尾矿未被有效利用，也造成了资源浪费，严重制约了矿山的可持续发展。
目前，钼尾矿的利用途径主要包括：从钼尾矿中回收有价值的脉石矿物、贵重金属和非金属；使用钼尾矿作为黏土质原料的替代品生产水泥、混凝土等建筑材料的原料等途径。这些利用途径能够减少钼尾矿堆积造成的危害，但是整体对钼尾矿的利用率仍较低，未能有效的解决钼尾矿堆积问题。钼尾矿的大规模二次利用仍需要进一步的研究。
人造集料混凝土是高性能混凝土中的一种。与普通水泥混凝土相比，人造集料混凝土的主要特点是不仅能够保持自身的较高强度、高耐久性，同时还能将自重降低20％以上，并能提高混凝土的保温性能。集料混凝土由水泥基体、人造集料和界面过渡层三部分组成。由于人造集料的强度普遍较低，因此成为限制人造集料混凝土强度发展的主要原因。人造集料的使用量越大，混凝土密度越低，其强度也越低，也就是说，人造集料混凝土的轻质和高强无法兼得。目前人造集料混凝土受限于集料强度的限制，其强度等级在LC15～LC50。为了配制更高强度的人造集料混凝土，需提高人造集料的强度。
发明内容
本发明的目的是提出一种利用钼尾矿制备高强人造集料的方法。
实现本发明目的的技术解决方案是：一种高强钼尾矿人造集料，按重量百分数计，所述原料包括35～50％钼尾矿、20～35％磨细钼尾矿、15～20％石灰、1～5％硅灰、5％水泥和5％粘土，另加原料总质量10％的聚乙烯醇胶水溶液作为外加剂。
进一步的，所述聚乙烯醇胶水溶液的质量浓度为0.7％。
进一步的，所述水泥采用硅酸盐水泥，水泥标号为PⅡ52.5级。
进一步的，所述石灰的CaO含量在85％以上，细度为200目。
进一步的，所述硅灰的SiO2含量在90％以上，其中位径D50为9±0.5μm。
进一步的，所述钼尾矿0.6mm筛余在5％以下，0.15mm筛余在70％以上。
进一步的，所述磨细钼尾矿为经球磨处理的钼尾矿，其中位径D50为8±0.5μm。
上述高强钼尾矿人造集料的制备方法，包括如下步骤：
第一步：混合料制备
将钼尾矿、磨细钼尾矿和石灰置于搅拌机搅拌2～3min至混合均匀，加入三种混合料总质量10％的水，再搅拌2～3min至搅拌均匀，将得到的钼尾矿石灰混合料静置消化4h；
消化完成后向上述钼尾矿石灰混合料中加入硅灰、水泥与粘土，加入原料总质量5％的聚乙烯醇胶水溶液，搅拌2～3min后，再进行轮碾将其中团块碾碎，获得均匀混合料；
第二步：造粒成球
将上述均匀混合料放入成球盘中后启动，将先滚动2min，使得混合料进一步混合均匀并初步形成1mm以下的球核；而后用雾化喷枪将原料总质量5％的聚乙烯醇胶水溶液均匀喷洒在混合料上，使球核表面湿润，继续滚动成型，球核不断长大，直至其粒径达到5～20mm且料球表面光滑，取出料球；
第三步：预养护
将料球放置在环境温度为40-60℃，环境湿度维持在80％以上的养护环境中预养护12-24小时；
第四步：蒸压养护
将预养护后的料球送入蒸压釜中，在1.0～1.6MPa饱和蒸汽压，180～200℃条件下，水热合成8～10h，然后自然冷却至室温，即可得到所述的钼尾矿人造集料。
与现有技术相比，本发明的优点是：1、与钼尾矿其它现有回收再利用技术手段相比，利用钼尾矿制备高强人造集料，能够极大的提高钼尾矿的利用率，且生产过程中无其他废弃物产生，生产能耗低；2、钼尾矿人造集料的强度明显高于其它现有人造集料，可用于配制LC60及以上的混凝土，能够在保持一定的减自重效果的同时，极大的提高混凝土的力学性能，扩大了人造集料混凝土的应用范围。
附图说明
图1为本发明所述钼尾矿人造集料的制备流程图。
图2为本发明采用的钼尾矿XRD物相分析图。
具体实施方式
本发明实施例中采用的钼尾矿产地为浙江省丽水市某钼矿场。钼尾矿的主要化学成分如表1所示，XRD图谱如图2所示。钼尾矿的主要矿物相为石英(SiO2)、钾长石(KAl3Si3O10(OH)2)和白云母(CaAl2Si2O8)等，同时在在衍射角20-30°区间背底较高，说明钼尾矿中具有一定量的无定形SiO2相，具有火山灰活性。钼尾矿中含有丰富的硅质原料，SiO2含量在70％以上，Al2O3与Fe2O3的含量也较高，具有潜在的火山灰活性。
表1 钼尾矿化学成分分析
Figure BDA0003708142760000031
针对钼尾矿(磨细钼尾矿)中SiO2、Al2O3和Fe2O3的总质量分数高于70％，且颗粒的粒径分布范围广的特点，本发明提出一种以钼尾矿为主要原料用于制备人造集料的方法。粒径过大的颗粒会影响钼尾矿人造集料整体的密实度，因此将钼尾矿中颗粒粒径在0.6mm以上的粗大颗粒进行活化，使钼尾矿中部分稳定的SiO2和Al2O3转变为具备活性的SiO2和Al2O3，在养护过程中能够充分参与反应，生成水化产物。同时配合一定量的未经球磨的粒径在0.6mm以下的钼尾矿，与磨细钼尾矿形成合理的颗粒框架。较大粒径的钼尾矿颗粒形成骨架，反应生成的水化产物与细小的磨细钼尾矿颗粒填充其中，能够减少集料内部孔隙，进一步形成致密的结构，从而大大提高集料的筒压强度。
下面实施例中采用的原料中：钼尾矿粒径0.6mm筛余在5％以下，0.15mm筛余在70％以上，SiO2含量大于70％，；硅灰的SiO2含量在90％以上，其中位径D50为9±0.5μm；石灰的CaO含量在85％以上，细度为200目；硅酸盐水泥采用PⅡ52.5级；磨细钼尾矿中位径D50为8±0.5μm，聚乙烯醇胶水溶液的质量浓度为0.7％。钼尾矿的具体化学成分见表1，需要说明的是，本发明对原料的出处无需做特别要求和限定，其化学成分也不受表1的限制。
实施例一
此实施例中原料包括50kg钼尾矿、20kg磨细钼尾矿、15kg石灰、5kg硅灰、5kg水泥、5kg粘土和10kg水，外加剂为10kg聚乙烯醇胶水溶液。
结合图1，实施例中提供的利用钼尾矿制备高强人造集料的方法，包括如下步骤：
第一步：混合料制备
将钼尾矿、磨细钼尾矿和石灰置于搅拌机搅拌2～3min至混合均匀，加入8.5kg的水，再搅拌2～3min至搅拌均匀，将得到的钼尾矿石灰混合料静置消化4h；
消化完成后向上述钼尾矿石灰混合料中加入硅灰、水泥与粘土，加入5kg的聚乙烯醇胶水溶液，搅拌2～3min后，再进行轮碾将其中团块碾碎，获得均匀混合料；
第二步：造粒成球
将上述均匀混合料放入成球盘中后启动，将先滚动2min，使得混合料进一步混合均匀并初步形成1mm以下的球核；而后用雾化喷枪将5kg聚乙烯醇胶水溶液均匀喷洒在混合料上，使球核表面湿润，继续滚动成型，球核不断长大，直至其粒径达到5～20mm且料球表面光滑，取出料球；
第三步：预养护
将料球放置在环境温度为40-60℃，环境湿度维持在80％以上的养护环境中预养护12-24小时；
第四步：蒸压养护
将预养护后的料球送入蒸压釜中，在1.0～1.6MPa饱和蒸汽压，180～200℃条件下，水热合成8～10h，然后自然冷却至室温，即可得到所述的钼尾矿人造集料。
采用实施例一制备的钼尾矿人造集料1h吸水率为2.61％，24h吸水率为5.77％，表观密度为2260.4kg/m3，筒压强度为37.8MPa。
实施例二
此实施例中原料包括45kg钼尾矿、24kg磨细钼尾矿、20kg石灰、1kg硅灰、5kg水泥、5kg粘土和10kg水，外加剂为10kg聚乙烯醇胶水溶液。
结合图1，实施例中提供的利用钼尾矿制备高强人造集料的方法，包括如下步骤：
第一步：混合料制备
将钼尾矿、磨细钼尾矿和石灰置于搅拌机搅拌2～3min至混合均匀，加入10kg的水，再搅拌2～3min至搅拌均匀，将得到的钼尾矿石灰混合料静置消化4h；
消化完成后向上述钼尾矿石灰混合料中加入硅灰、水泥与粘土，加入5kg聚乙烯醇胶水溶液，搅拌2～3min后，再进行轮碾将其中团块碾碎，获得均匀混合料；
第二步：造粒成球
将上述均匀混合料放入成球盘中后启动，将先滚动2min，使得混合料进一步混合均匀并初步形成1mm以下的球核；而后用雾化喷枪将5kg聚乙烯醇胶水溶液均匀喷洒在混合料上，使球核表面湿润，继续滚动成型，球核不断长大，直至其粒径达到5～20mm且料球表面光滑，取出料球；
第三步：预养护
将料球放置在环境温度为40-60℃，环境湿度维持在80％以上的养护环境中预养护12-24小时；
第四步：蒸压养护
将预养护后的料球送入蒸压釜中，在1.0～1.6MPa饱和蒸汽压，180～200℃条件下，水热合成8～10h，然后自然冷却至室温，即可得到所述的钼尾矿人造集料。
采用实施例二制备的钼尾矿人造集料1h吸水率为2.70％，24h吸水率为6.04％，表观密度为2265.4kg/m3，筒压强度为33.6MPa。
实施例三
实施例中原料包括35kg钼尾矿、35kg磨细钼尾矿、15kg石灰、5kg硅灰、5kg水泥、5kg粘土和10kg水，外加剂为10kg聚乙烯醇胶水溶液。
结合图1，实施例中提供的利用钼尾矿制备高强人造集料的方法，包括如下步骤：
第一步：混合料制备
将钼尾矿、磨细钼尾矿和石灰置于搅拌机搅拌2～3min至混合均匀，加入10kg的水，再搅拌2～3min至搅拌均匀，将得到的钼尾矿石灰混合料静置消化4h；
消化完成后向上述钼尾矿石灰混合料中加入硅灰、水泥与粘土，加入5kg的聚乙烯醇胶水溶液，搅拌2～3min后，再进行轮碾将其中团块碾碎，获得均匀混合料；
第二步：造粒成球
将上述均匀混合料放入成球盘中后启动，将先滚动2min，使得混合料进一步混合均匀并初步形成1mm以下的球核；而后用雾化喷枪将5kg聚乙烯醇胶水溶液均匀喷洒在混合料上，使球核表面湿润，继续滚动成型，球核不断长大，直至其粒径达到5～20mm且料球表面光滑，取出料球；
第三步：预养护
将料球放置在环境温度为40-60℃，环境湿度维持在80％以上的养护环境中预养护12-24小时；
第四步：蒸压养护
将预养护后的料球送入蒸压釜中，在1.0～1.6MPa饱和蒸汽压，180～200℃条件下，水热合成8～10h，然后自然冷却至室温，即可得到所述的钼尾矿人造集料。
采用实施例三制备的钼尾矿人造集料1h吸水率为4.36％，24h吸水率为7.80％，表观密度为2180.8kg/m3，筒压强度为31.8MPa。
应用例
利用实施例一中的钼尾矿人造集料混凝土，配合比设计综合参考《集料混凝土技术规程》JGJ 51-2002和《普通混凝土配合比设计规程》JGJ 55-2011，将其作为集料制备混凝土试块，同时以碎石等体积取代所述钼尾矿人造集料(石子表观密度：2650kg/m3；人造集料表观密度：2250kg/m3)，相同配合比下进行各项性能对比。实验配合比如下表所示：
表2 钼尾矿人造集料-石子混凝土对比试验配比表(kg/m3)
Figure BDA0003708142760000061
*注：将集料预湿24小时，饱和面干状态用于混凝土配置
表3 钼尾矿人造集料-石子混凝土对比试验性能表
Figure BDA0003708142760000062
此实施例中制备的钼尾矿人造集料混凝土的表观密度为2223.8kg/m3，相当于碎石混凝土表观密度的91.4％，有较好的减自重效果。钼尾矿人造集料混凝土的7D和28D的抗压强度较石子混凝土分别高出38.4MPa和29.0MPa，分别提高了75.4％和46.0％，可以得到，钼尾矿人造集料混凝土较石子混凝土具有更佳的力学性能。同时钼尾矿人造集料混凝土的7D强度达到了28D强度的96.9％，碎石混凝土的7D强度仅为28D强度的80.7％，相较之下钼尾矿人造集料混凝土具有更好的早强性。

Claims (8)

1.一种高强钼尾矿人造集料，其特征在于，按重量百分数计，所述原料包括35~50%钼尾矿、20~35%磨细钼尾矿、15~20%石灰、1~5%硅灰、5%水泥和5%粘土，另加原料总质量10%的聚乙烯醇胶水溶液作为外加剂。
2.如权利要求1所述的人造集料，其特征在于，所述聚乙烯醇胶水溶液的质量浓度为0.7%。
3.如权利要求1所述的人造集料，其特征在于，所述水泥采用硅酸盐水泥，水泥标号为PⅡ52.5级。
4.如权利要求1所述的人造集料，其特征在于，所述石灰的CaO含量在85%以上，细度为200目。
5.如权利要求1所述的人造集料，其特征在于，所述硅灰的SiO2含量在90%以上，其中位径D50为9±0.5
Figure DEST_PATH_IMAGE002
。
6.如权利要求1所述的人造集料，其特征在于，所述钼尾矿0.6mm筛余在5%以下，0.15mm筛余在70%以上。
7.如权利要求1所述的人造集料，其特征在于，所述磨细钼尾矿为经球磨处理的钼尾矿，其中位径D50为8±0.5
Figure 979199DEST_PATH_IMAGE002
。
8. 如权利要求1-7任一所述的人造集料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：混合料制备
将钼尾矿、磨细钼尾矿和石灰置于搅拌机搅拌 2~3min至混合均匀，加入三种混合料总质量10%的水，再搅拌2~3min至搅拌均匀，将得到的钼尾矿石灰混合料静置消化4h；
消化完成后向上述钼尾矿石灰混合料中加入硅灰、水泥与粘土，加入原料总质量5%的聚乙烯醇胶水溶液，搅拌2~3min后，再进行轮碾将其中团块碾碎，获得均匀混合料；
第二步：造粒成球
将上述均匀混合料放入成球盘中后启动，将先滚动2min，使得混合料进一步混合均匀并初步形成1mm以下的球核；而后用雾化喷枪将原料总质量5%的聚乙烯醇胶水溶液均匀喷洒在混合料上，使球核表面湿润，继续滚动成型，球核不断长大，直至其粒径达到5~20mm且料球表面光滑，取出料球；
第三步：预养护
将料球放置在环境温度为40-60℃，环境湿度维持在80%以上的养护环境中预养护12-24小时；
第四步：蒸压养护
将预养护后的料球送入蒸压釜中，在1.0~1.6MPa饱和蒸汽压，180~200℃条件下，水热合成8~10h，然后自然冷却至室温，即可得到所述的钼尾矿人造集料。
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