CN115259815B - 一种金属尾矿人工骨料的制备方法 - Google Patents

一种金属尾矿人工骨料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于建材制造技术领域，具体涉及一种金属尾矿人工骨料的制备方法，包括以下步骤：(1)将金属尾矿、石膏及辅剂混合配制；(2)将配制好的物料通过高速造粒机造粒，得到骨料半成品；(3)将骨料半成品过4目筛，分成筛上陶粒半成品和筛下合成砂半成品；(4)陶粒半成品和合成砂半成品固化得到相应成品；所述金属尾矿为铜尾矿或钨尾矿；所述辅剂包括矿粉、粉煤灰、铝矾土、钢渣中的一种或多种。本发明通过原料混合、高速造粒、固化等工艺，制备出一种免烧骨料。解决了金属尾矿排放堆积污染环境、利用率低的问题，同时采用免烧工艺，摆脱了高温烧结过程的能耗。

Description

一种金属尾矿人工骨料的制备方法
技术领域
本发明涉及建材制造技术领域，具体涉及一种金属尾矿人工骨料的制备方法。
背景技术
尾矿是由矿石经粉碎、精选后所剩下的细粉沙粒组成。这些尾矿除少量作为旧矿井的填充料之外，其余绝大多数还以填充洼地或筑坝堆放的方式储存，未被有效利用。尾矿当前利用率较低，堆置的尾矿不仅占用了大量土地，而且因其特殊的理化性质，重金属含量特别高。随风飞扬、雨水流失，对周边地区的居民生活环境造成污染，危害人类健康。
骨料是在混凝土中起骨架或填充作用的粒状松散材料。骨料作为混凝土中的主要原料，在建筑物中起骨架和支撑作用。目前的骨料主要分为天然骨料及人工骨料两种，天然骨料是指天然岩石或岩石经机械破碎、筛分制成的岩石颗粒，或者是由自然风化、水流搬运和分选、堆积而成的。由于环境的日益严峻，人工骨料的实用意义越来越重要。
发明内容
本发明的目的在于：针对以上技术问题，提供一种金属尾矿人工骨料的制造方法。
本发明一种金属尾矿人工骨料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混合：将金属尾矿、石膏及辅剂混合配制；
(2)造粒：将配制好的物料通过高速造粒机造粒，得到骨料半成品；
(3)筛分：将骨料半成品过4目筛，分成筛上陶粒半成品和筛下合成砂半成品；
(4)固化：陶粒半成品和合成砂半成品固化得到相应成品；
所述金属尾矿为铜尾矿或钨尾矿；
所述辅剂包括矿粉、粉煤灰、铝矾土、钢渣中的一种或多种。
进一步地，所述金属尾矿、石膏及辅剂包括以下质量份数的原料：金属尾矿85～95份、石膏1～3份、辅剂1～5份。
进一步地，当所述金属尾矿为铜尾矿时，步骤(1)混合前还包括加入生石灰对铜尾矿进行化学改性。
进一步地，改性过程中加入的生石灰占铜尾矿质量的1.5～3％。
进一步地，原料铜尾矿是半干的铜尾矿滤饼，铜尾矿由大量比表面积达到600m2/kg的细粉组成，其产出过程中会因为工艺需要夹带大量间隙水分，经过压滤、晾晒后得到半干的铜尾矿滤饼。
进一步地，铜尾矿pH值在7～8之间，但由于伴生矿原因可能使pH值变小，出现偏酸性现象。本发明加入生石灰占铜尾矿质量的1.5～3％进行化学改性，既使铜尾矿的整体为碱性，同时生石灰与铜尾矿内部仅存的间隙水接触，大量放热使铜尾矿水分挥发，铜尾矿变为蓬松态。
进一步地，当所述金属尾矿为铜尾矿时，所述辅剂的质量比为矿粉:钢渣:粉煤灰:铝矾土＝(2～6):(0～3):(0～2):(0～4)。铜尾矿经过化学改性的预处理后，得到蓬松状态的碱性粉末，加入辅剂矿粉、钢渣、铝矾土和粉煤灰，进行火山灰反应、钙矾石反应，通过高速造粒，固化得到力学性能优良的骨料。
火山灰反应是指活性二氧化硅、活性氧化铝等活性组分与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物，其中，氢氧化钙可以来源于外掺的石灰，也可以来源于水泥水化时所放出的氢氧化钙。混凝土中的钙矾石反应是水化铝酸钙和硫酸酸根离子结合产生的结晶物水化硫铝酸钙。
铜尾矿是一种比表面较大的固体废弃物(比表面积>600m2/kg)，在普通的造粒机中造粒，容易出现粘壁、成虚团等情况。而高速造粒机造粒，是通过高速转子带动粉体进行造粒，粉体与水分接触充分，大大减少出现虚团的颗粒，提高合成砂的致密度，有效提高合成砂力学性能。高速造粒机的刮刀与四周和底壁贴合度高，较少出现粘壁现象，解决了工艺过程中的难点。
进一步地，当金属尾矿为钨尾矿时，步骤(1)还包括球磨工艺，将钨尾矿、石膏及辅剂混合球磨后得到混合料；球磨后混合料的比表面积小于400m2/kg。混合料的表面积小于400m2/kg，可以保证钨尾矿中的大部分化学键遭破坏，活性增加，且可以增加钨尾矿与辅剂以及石膏的接触面积，使水化反应更容易发生。
钨尾矿与石膏、粉煤灰、铝土矿和矿粉混合研磨，使钨尾矿与石膏、粉煤灰、铝土矿和矿粉的粒径变小，原料之间的接触面积增大，同时使钨尾矿内的化学键破裂，活性增加。
钨尾矿与石膏、粉煤灰、铝土矿和矿粉混合研磨完成后，将混合料造粒后进行养护，养护过程中石膏中的硫酸根离子溶出，溶出的硫酸根离子对钨尾矿、粉煤灰、矿粉、铝矾土进行侵蚀，使钨尾矿、粉煤灰、矿粉、铝矾土释放出活性的硅氧根离子和铝氧根离子，硅氧根离子和铝氧根离子与石膏反应生成钙矾石、硅酸钙盐、铝酸钙盐等具有优良力学性能的结构物质从而提高骨料的力学性能。
进一步地，当所述金属尾矿为钨尾矿时，所述辅剂的质量比为矿粉:钢渣:粉煤灰:铝矾土＝(0～6):(2～10):(0～2):(0～4)。在钢渣添加的情况下，混合料在造粒后进行养护，养护过程中由于混合料为碱性，氢氧根离子对钨尾矿、粉煤灰、铝矾土、矿粉进行激发，优先形成C3A水泥凝胶，并产生氢氧化钙，氢氧化钙可与石膏形成钙矾石，提升骨料后期强度。
进一步地，当所述金属尾矿为钨尾矿时，所述辅剂、所述石膏的粒径均小于200μm。
具体地，高速造粒机转速为1000～3000r/min；陶粒半成品和合成砂半成品固化温度为20～80℃，保湿；陶粒半成品和合成砂半成品固化时间为3～28d。
进一步地，所述石膏是脱硫石膏、磷石膏和天然石膏中的一种。
本发明的有益效果主要体现为：
1)本发明通过原料混合、高速造粒、固化等工艺，制备出一种免烧骨料。解决了金属尾矿排放堆积污染环境、利用率低的问题，同时采用免烧工艺，摆脱了高温烧结过程的能耗问题。
2)本发明以金属尾矿、石膏及辅剂为原料制备了一种人工骨料，利用粉煤灰、矿粉中含有大量的活性硅和活性铝，其中以活性硅的含量为主，利用铝矾土中具有大量的活性铝，在石膏的激发作用下得到具有力学强度的人工骨料。
3)本发明铜尾矿经过化学改性处理后，铜尾矿的整体为碱性，铜尾矿变为蓬松态。制备的铜尾矿陶粒筒压强度为7～15MPa，吸水率为3～10％，堆积密度为1282～1320kg/m3，铜尾矿合成砂压碎值为8～14％，饱和面干吸水率为10～15％，堆积密度为1280～1301kg/m3；满足骨料力学性能的要求。本发明的铜尾矿人工骨料可应用到各种建筑的预制件、结构件及装饰层等。
4)本发明所制备的钨尾矿陶粒的筒压强度可以达到4.5MPa以上，所制备的钨尾矿合成砂的压碎值可以降低到15％以下。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
一种铜尾矿人工骨料的制备方法，包括以下质量分数的原料：铜尾矿85份、矿粉1.25份、钢渣0.75份、铝矾土1份、脱硫石膏3份。
本实施例中铜尾矿人工骨料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性：铜尾矿加入生石灰进行化学改性，生石灰质量占铜尾矿质量的3％；
(2)混合：将改性铜尾矿及辅剂混合配制；
(3)造粒：将配制好的物料通过高速造粒机造粒，转速1700r/min，得到骨料半成品；
(4)筛分：过4目筛，分成筛上陶粒半成品和筛下合成砂半成品；
(5)固化：陶粒和合成砂半成品经过50℃保湿固化7d得到相应成品。
实施例2
一种铜尾矿人工骨料的制备方法，包括以下质量分数的原料：铜尾矿88份、矿粉2.4份、钢渣1.2份、粉煤灰0.4份、脱硫石膏2份。
本实施例中铜尾矿人工骨料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性：铜尾矿加入生石灰进行化学改性，生石灰质量占铜尾矿质量的3％；
(2)混合：将改性铜尾矿及辅剂混合配制；
(3)造粒：将配制好的物料通过高速造粒机造粒，转速1000r/min，得到骨料半成品；
(4)筛分：过4目筛，分成筛上陶粒半成品和筛下合成砂半成品；
(5)固化：陶粒和合成砂半成品经过80℃保湿固化3d得到相应成品。
实施例3
一种铜尾矿人工骨料的制备方法，包括以下质量分数的原料：铜尾矿90份、矿粉2份、铝矾土1份、脱硫石膏1份。
本实施例中铜尾矿人工骨料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性：铜尾矿加入生石灰进行化学改性，生石灰质量占铜尾矿质量的3％；
(2)混合：将改性铜尾矿及辅剂混合配制；
(3)造粒：将配制好的物料通过高速造粒机造粒，转速2000r/min，得到骨料半成品；
(4)筛分：过4目筛，分成筛上陶粒半成品和筛下合成砂半成品；
(5)固化：陶粒和合成砂半成品经过30℃保湿固化21d得到相应成品。
实施例4
一种铜尾矿人工骨料的制备方法，包括以下质量分数的原料：铜尾矿92份、矿粉0.42份、钢渣0.29份、粉煤灰0.29份、磷石膏1份。
本实施例中铜尾矿人工骨料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性：铜尾矿加入生石灰进行化学改性，生石灰质量占铜尾矿质量的2.5％；
(2)混合：将改性铜尾矿及辅剂混合配制；
(3)造粒：将配制好的物料通过高速造粒机造粒，转速2400r/min，得到骨料半成品；
(4)筛分：过4目筛，分成筛上陶粒半成品和筛下合成砂半成品；
(5)固化：陶粒和合成砂半成品经过25℃保湿固化14d得到相应成品。
实施例5
一种铜尾矿人工骨料的制备方法，包括以下质量分数的原料：铜尾矿95份、矿粉2.5份、钢渣1.25份、铝矾土1.25份、天然石膏1份。
本实施例中铜尾矿人工骨料的制备方法，包括以下步骤：
(1)改性：铜尾矿加入生石灰进行化学改性，生石灰质量占铜尾矿质量的1.5％；
(2)混合：将改性铜尾矿及辅剂混合配制；
(3)造粒：将配制好的物料通过高速造粒机造粒，转速3000r/min，得到骨料半成品；
(4)筛分：过4目筛，分成筛上陶粒半成品和筛下合成砂半成品；
(5)固化：陶粒和合成砂半成品经过20℃保湿固化28d得到相应成品。
对比例1
在实施例1的基础上设置对比例1，对比例1与实施例1的区别在于，铜尾矿未改性，其余特征与实施例1相同。
对比例2
陶粒选用市面购买的天然陶粒，天然陶粒满足国家标准GB/T 14685～2011《建筑用卵石、碎石》的技术要求，合成砂选用市面购买的天然合成砂，天然合成砂满足国家标准GB/T 14684～2011《建筑用砂》的技术要求。
参照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52～2006)标准，对实施例1～5、对比例1的人工骨料及对比例2的非人工骨料成品性能进行测试，测试结果如下表所示：
表1陶粒样品性能
表2合成砂样品性能
实施例1～5制得的铜尾矿陶粒和铜尾矿合成砂，原料铜尾矿经过化学改性，得到蓬松状态的碱性粉末，加入石膏和辅剂矿粉、钢渣、铝矾土、粉煤灰，进行火山灰反应、钙矾石反应。本发明制备的铜尾矿陶粒筒压强度为7～15MPa，吸水率为3～10％，堆积密度为1282～1320kg/m3，铜尾矿合成砂压碎值为8～14％，饱和面干吸水率为10～15％，堆积密度为1280～1301kg/m3；满足骨料力学性能的要求。
同时，实施例1与对比例1选用相同的原料。对比例1制备过程中铜尾矿未进行化学改性。与实施例1制得的铜尾矿陶粒和铜尾矿合成砂相比，对比例1铜尾矿陶粒筒压强度降低，吸水率上升，堆积密度有所下降；对比例1铜尾矿合成砂压碎值增加，饱和面干吸水率增加，堆积密度有所下降。选用非人工骨料作为对比例2，对比例2陶粒筒压强度降低，吸水率上升，堆积密度增加；对比例2合成砂压碎值增加，饱和面干吸水率增加，堆积密度增加。结果显示，铜尾矿陶粒和铜尾矿合成砂满足骨料力学性能的要求，可应用到各种建筑的预制件、结构件及装饰层等。
实施例6
一种钨尾矿人工骨料的制备方法，钨尾矿、石膏及辅剂质量为：钨尾矿95份、矿粉1份、脱硫石膏1份、粉煤灰2份、铝矾土1份。
本实施例中钨尾矿人工骨料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混合：按重量称取钨尾矿、石膏及辅剂，混合球磨至混合料的比表面积小于400m2/kg得到混合料；
(2)造粒：将球磨后的混合料加水并放入造粒机中造粒，转速1800r/min，得到骨料；
(3)筛分：将骨料过4目筛进行筛分，筛上为陶粒、筛下为合成砂；
(4)固化：陶粒和合成砂半成品经过80℃保湿固化28d得到相应成品。
实施例7
一种钨尾矿人工骨料的制备方法，钨尾矿、石膏及辅剂质量为：钨尾矿93份、脱硫石膏2份、矿粉3份、钢渣2份。
本实施例中钨尾矿人工骨料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混合：按重量称取钨尾矿、石膏及辅剂，混合球磨至混合料的比表面积小于400m2/kg得到混合料；
(2)造粒：将球磨后的混合料加水并放入造粒机中造粒，转速2000r/min，得到骨料；
(3)筛分：将骨料过4目筛进行筛分，筛上为陶粒、筛下为合成砂；
(4)固化：陶粒和合成砂半成品经过25℃保湿固化28d得到相应成品。
实施例8
一种钨尾矿人工骨料的制备方法，钨尾矿、石膏及辅剂质量为：钨尾矿90份、磷石膏3份、铝矾土0.8份、钢渣4.2份。
本实施例中钨尾矿人工骨料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混合：按重量称取钨尾矿、石膏及辅剂，混合球磨至混合料的比表面积小于400m2/kg得到混合料；
(2)造粒：将球磨后的混合料加水并放入造粒机中造粒，转速1500r/min，得到骨料；
(3)筛分：将骨料过4目筛进行筛分，筛上为陶粒、筛下为合成砂；
(4)固化：陶粒和合成砂半成品经过30℃保湿固化21d得到相应成品。
实施例9
一种钨尾矿人工骨料的制备方法，钨尾矿、石膏及辅剂质量为：钨尾矿88份、脱硫石膏3份、铝矾土0.9份、钢渣2.1份。
本实施例中钨尾矿人工骨料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混合：按重量称取钨尾矿、石膏及辅剂，混合球磨至混合料的比表面积小于400m2/kg得到混合料；
(2)造粒：将球磨后的混合料加水并放入造粒机中造粒，转速2400r/min，得到骨料；
(3)筛分：将骨料过4目筛进行筛分，筛上为陶粒、筛下为合成砂；
(4)固化：陶粒和合成砂半成品经过50℃保湿固化7d得到相应成品。
实施例10
一种钨尾矿人工骨料的制备方法，钨尾矿、石膏及辅剂质量为：钨尾矿85份、天然石膏3份、铝矾土0.3份、钢渣1.7份。
本实施例中钨尾矿人工骨料的制备方法，包括以下步骤：
(1)混合：按重量称取钨尾矿、石膏及辅剂，混合球磨至混合料的比表面积小于400m2/kg得到混合料；
(2)造粒：将球磨后的混合料加水并放入造粒机中造粒，转速2900r/min，得到骨料；
(3)筛分：将骨料过4目筛进行筛分，筛上为陶粒和筛下为合成砂；
(4)固化：陶粒和合成砂半成品经过80℃保湿固化3d得到相应成品。
对比例3
在实施例6的基础上设置对比例3，对比例3与实施例6的区别特征在于，步骤(1)中不加入脱硫石膏，其余特征与实施例6相同。
对比例4
在实施例6的基础上设置对比例4，对比例4与实施例6的区别在于，步骤(1)中不加入粉煤灰、矿粉以及铝矾土，其余特征与实施例6相同。
对比例5
在实施例6的基础上设置对比例5，对比例5与实施例6的区别在于，步骤(1)中直接将钨尾矿95份、粉煤灰2份、脱硫石膏1份、矿粉1份以及铝矾土1份混合得到混合料而不进行球磨过程，其余特征与实施例6相同。
参照《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》(JGJ52～2006)标准，对实施例6～10及对比例3～5的人工骨料成品性能进行测试，测试结果如表3和表4所示。
表3陶粒样品性能
表4合成砂样品性能
编号 压碎值/％ 饱和面干吸水率/％ 堆积密度(kg/m3)
实施例6 15 16 1272
实施例7 14 15.5 1277
实施例8 12 15 1281
实施例9 9 13 1289
实施例10 8 13 1294
对比例3 50 20 900
对比例4 40 25 980
对比例5 45 30 930
综上所述，本发明以钨尾矿、石膏及辅剂为原料制备得到了一种人工骨料，钨尾矿的利用率可以达到85％以上。本发明中采用辅剂以及石膏的配合来提高原料的活性，所制备的陶粒的筒压强度可以达到4.5MPa以上，合成砂的压碎值可以降低到15％以下。对比例3为不加入石膏所制备的人工骨料，从测试结果可知，陶粒的筒压强度仅为1MPa，合成砂的压碎值高达50％。对比例4为不加入辅剂所制备的人工骨料，从测试结果可知，陶粒的筒压强度仅为1.5MPa，合成砂的压碎值高达40％。对比例5为不将混合料球磨而得到的骨料，从测试结果可知，陶粒的筒压强度仅为2MPa，合成砂的压碎值高达45％。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (8)

1.一种金属尾矿人工骨料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)混合：将金属尾矿、石膏及辅剂混合配制；
(2)造粒：将配制好的物料通过高速造粒机造粒，得到骨料半成品；
(3)筛分：将骨料半成品过4目筛，分成筛上陶粒半成品和筛下合成砂半成品；
(4)固化：陶粒半成品和合成砂半成品固化得到相应成品；
所述金属尾矿为铜尾矿或钨尾矿；
所述辅剂包括矿粉、粉煤灰、铝矾土、钢渣中一种或多种；
所述金属尾矿人工骨料包括以下质量份数的原料：金属尾矿85～95份、石膏1～3份、辅剂1～5份；
当所述金属尾矿为铜尾矿时，步骤(1)混合前还包括加入生石灰对铜尾矿进行化学改性。
2.如权利要求1所述的金属尾矿人工骨料的制备方法，其特征在于，改性过程中加入的生石灰占铜尾矿质量的1.5～3％。
3.如权利要求1所述的金属尾矿人工骨料的制备方法，其特征在于，当所述金属尾矿为铜尾矿时，所述辅剂的质量比为矿粉:钢渣:粉煤灰:铝矾土＝(2～6):(0～3):(0～2):(0～4)。
4.如权利要求1所述的金属尾矿人工骨料的制备方法，其特征在于，当所述金属尾矿为钨尾矿时，步骤(1)还包括球磨工艺，将钨尾矿、石膏及辅剂混合球磨后得到混合料；球磨后混合料的比表面积小于400m2/kg。
5.如权利要求1所述的金属尾矿人工骨料的制备方法，其特征在于，当所述金属尾矿为钨尾矿时，所述辅剂的质量比为矿粉:钢渣:粉煤灰:铝矾土＝(0～6):(2～10):(0～2):(0～4)。
6.如权利要求1所述的金属尾矿人工骨料的制备方法，其特征在于，所述辅剂、所述石膏的粒径均小于200μm。
7.如权利要求1所述的金属尾矿人工骨料的制备方法，其特征在于：高速造粒机转速为1000～3000r/min；陶粒半成品和合成砂半成品固化温度为20～80℃，保湿；陶粒半成品和合成砂半成品固化时间为3～28d。
8.如权利要求1所述的金属尾矿人工骨料的制备方法，其特征在于：所述石膏是脱硫石膏、磷石膏和天然石膏中的一种。
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