CN115636646B - 一种复合尾矿微粉及其用于水泥和混凝土中的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合尾矿微粉及其用于水泥和混凝土中的制备方法和应用，所述复合尾矿微粉的组份和各组份重量份如下：尾矿微粉：100份；抗磨润滑剂：0.5～2份；硅酸镁：1～3份；高取代羟丙基纤维素：0.2～1份。本发明通过抗磨润滑剂改善了尾矿微粉在水泥和混凝土中共混使用时的流动度；通过加入硅酸镁的尾矿微粉在水泥和混凝土中共混使用时起到晶核诱导的作用，对水泥和混凝土的性能具有明显的提升；高取代羟丙基纤维素使得尾矿微粉在水泥和混凝土中共混使用时起到稳定的作用。
Description
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种高性能复合尾矿微粉的制备及其在水泥和混凝土中的应用。
背景技术
尾矿是选矿后的废弃物，属于一种低容重的工业固废。我国尾矿堆存量高，大部分尾矿只被简单堆存，在占用土地的同时还造成了人力、财产资源的浪费，其对环境的危害也不容忽视。目前较为广泛的尾矿利用途径是生产建筑砌块、制备机制砂等，但利用方式较为简单，产生的附加价值通常较小，使得其不能给企业带来很好的经济效益。
掺尾矿粉的混凝土至今已在不少重要工程中被采用，特别是在建筑工程中显示出其独特的优越性，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，因此被各国专家所接受，被认为是今后混凝土技术的发展方向。其中，尾矿用作建筑材料，这种利用方式尾矿利用量大，可以实现工业废渣处理和利用的难题，而且可以提高全国大部分地区混凝土矿物掺和料供应量。尾矿作为建筑材料利用的方式之一是作为掺合料应用到混凝土中，这样利用不仅解决了尾矿堆存问题，而且为建筑材料提供了可代替性资源，同时减少了尾矿污染环境等问题。因此，研究尾矿资源的综合利用必不可少。
目前，在大多数掺量矿粉混凝土存在以下问题：1.在混凝土尾矿粉的利用率不高；2.未活化尾矿为惰性物质，活性一般较低，要作为建筑材料中的掺合料使用，必须先对其进行活化。
水泥作为建筑材料主要的胶凝材料，在经济建设中起着重要的作用，但水泥生产消耗大量的石灰石、黏土、煤等不可再生的资源，同时排放数以亿吨计的CO2、SO2和NOx等废气及粉尘，其生产过程的资源消耗、能源消耗与环境污染等问题十分突出。矿山开采选矿会产生大量的金属尾矿，金属尾矿不仅占用大片土地，还造成水土流失，河道淤塞，水质污染，生态环境破坏。尾矿的综合开发利用是矿山可持续发展和从根本上治理矿山环境的重要途径。是减少尾矿的存量，从根本上消除尾矿危害具有积极的意义，是一种主动防治尾矿危害的办法。
现有公开技术中对尾矿的综合利用涉及水泥及水泥混合材方面一般有两种方式，一种是以尾矿代替部分硅铝质原料作为生产水泥的配料的方法，如发明专利CN1657466A《铜、铅锌尾矿中二氧化硅活性调整的水泥熟料烧成方法》、1067421A《利用铜尾矿生产水泥熟料》等，其实质仅体现在节约了部分粘土资源。发明专利CN1616372A《工业尾矿硅酸盐水泥》公开了一种工业尾矿水泥技术，它是按照一定重量配比的水泥熟料、石膏与经过处理的钙镁质尾矿进行混合烘干粉磨至80μm筛余≤3％制成。该工艺尾矿并非单独粉磨，尾矿在混合粉磨中按上述标准，其比表面积一般在300～350m2/g，比表面积的限制，活性不能有效激发。
因此，开发一种高效的适用于水泥和混凝土使用的尾矿微粉具有重要的研究意义以及经济和社会价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中在水泥和混凝土的尾矿微粉掺量不多，尾矿粉的利用率不高的情况，一种用于水泥和混凝土中的尾矿微粉及其制备方法和应用。本发明提供的一种用于水泥和混凝土中的尾矿微粉具有较低的摩擦系数，可同时实现良好节能降耗，增强了泵送性能，同时还具有优良的抗压强度，具有广泛的应用前景。
本发明的另一目的在于提供上述一种用于水泥和混凝土中的尾矿微粉的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述一种用于水泥和混凝土中的尾矿微粉在建筑领域的应用。
本发明的另一目的在于提供上述一种使用尾矿微粉的水泥和混凝土的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述一种使用尾矿微粉的水泥和混凝土在建筑领域的应用。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于水泥和混凝土中的尾矿微粉，包括如下重量份数的组分：尾矿微粉：100份；抗磨润滑剂：0.5～2份；硅酸镁：1～3份；高取代羟丙基纤维素：0.2～1份。
所述的抗磨润滑剂按其自身的重量百分比计算为：天然鳞片石墨40～60％，人造石墨20～40％，炭黑10～20％。
所述的抗磨润滑剂优选为1～1.5份。
所述硅酸镁中含有5～25％的橄榄石晶相。
所述高取代羟丙基纤维素使得复合尾矿微粉在水泥和混凝土中共混使用时起到稳定的作用。
上述一种用于水泥和混凝土中的尾矿微粉的制备方法，包括如下步骤：将上述配方材料混合均匀后烘干粉磨即可制成混合尾矿微粉。所述的尾矿微粉的45μm方孔筛筛余小于10％，比表面积为≥540m2/kg。
通过物理激发(混合均匀后烘干粉磨)和化学激发(添加硅酸镁和高取代羟丙基纤维素)充分激发其潜在活化性能，实现尾矿大掺量、高附加值综合利用。本发明可以实现最大限度利用尾矿微粉，达到尾矿减量化、资源化和效益化。同时将降低能耗和成本，提高资源利用以及保护生态环境等方面有突出的作用。
采用抗磨润滑剂改善尾矿微粉的流动度，使得水泥和混凝土的可泵性增强。
采用硅酸镁对尾矿微粉产生一定的晶核诱导作用，对水泥和混凝土的水化有一定的促进作用。
一种使用尾矿微粉的水泥，包括水泥及复合尾矿微粉，其中水泥和复合尾矿微粉的重量比为100:10～35。
一种使用尾矿微粉的水泥和混凝土，包括如下重量份数的组分：水泥100份，尾矿微粉10～35份，碎石40～50份，水40～50份。
所述碎石为5～200mm的连续级配碎石；所述水泥为P.O.42.5普通硅酸盐水泥。
所述的一种使用尾矿微粉的混凝土的制备方法，包括如下步骤：
S1、按一种使用尾矿微粉的水泥和混凝土配方来准备原料，第一阶段，先加入碎石和水泥搅拌，第二阶段再加入尾矿微粉搅拌，第三阶段加入水搅拌，最后卸料；
S2、将步骤S1卸的料中放入振捣台进行振捣。
以上各阶段的搅拌时间为90s，分别是第一阶段20s,第二阶段30s,第三阶段40s,搅拌速率为40-50转/分钟。
本发明在以水泥和碎石为基础的原料中掺入尾矿微粉制备得到的混凝士不但强度高，而且混凝士的抗碳化、抗氧化性能明显改善，并可有效地降低成本。
本发明还保护所述的一种用于水泥和混凝土中的尾矿微粉在建筑领域的应用。
本发明还保护所述的一种使用尾矿微粉的水泥和混凝土在建筑领域的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
向配方中加入抗磨润滑剂组分，降低摩擦系数，使得水泥和混凝土的可泵性增强。抗磨润滑剂采用了复配的炭黑，首次将炭黑进行了跨界应用，对于水泥和混凝土降低摩擦系数，增强润滑性起到了很好的效果。
本发明提供的尾矿微粉可部分替代水泥，一方面可减少水泥的使用，另一方面可节约生产成本，增加收益；其次，尾矿微粉的加入更能减小混凝土的摩擦系数，在泵送过程中降低泵车阻力，延长泵车和泵管的使用寿命，减少浇筑时间、降低工人劳动强度、提高工作效率。
本发明提供的水泥和混凝土用尾矿微粉能够使水泥和混凝土的各项物理力学性能和耐久性能满足要求，具有更好的工作性能，可直接取代部分水泥用于不同等级的混凝土生产而节约生产成本，并实现了尾砂二次利用。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。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。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
本发明各实施例及对比例选用的部分试剂说明如下：
尾矿微粉：市售
天然鳞片石墨：市售
人造石墨：市售
炭黑：市售
硅酸镁1：5％的橄榄石晶相，市售
硅酸镁2：20％的橄榄石晶相，市售
硅酸镁3：25％的橄榄石晶相，市售
硅酸镁4：30％的橄榄石晶相，市售
高取代羟丙基纤维素：湖北中隆康盛精细化工有限公司
水泥：P.O.42.5普通硅酸盐水泥，市售
碎石：5～200mm的连续级配碎石，市售
抗磨润滑剂1天然鳞片石墨50％，人造石墨30％，炭黑15％
抗磨润滑剂2天然鳞片石墨40％，人造石墨20％，炭黑10％
抗磨润滑剂3天然鳞片石墨30％，人造石墨10％，炭黑30％
以上各石墨的百分比是按照抗磨润滑剂按其自身的重量百分比计算所得。
本发明各实施例及对比例的尾矿微粉和使用尾矿微粉的水泥和混凝土进行如下测试：
比表面积：按照《水泥熟料标号测定方法技术条件》进行控制。
抗压强度：按照《GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法》进行测定。
凝结时间和安定性：按照《GB/T1346-2011水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》
本发明各实施例及对比例按照以下步骤：
一种用于水泥和混凝土中的尾矿微粉的制备方法，包括如下步骤：将上述配方材料混合均匀后烘干粉磨即可制成混合尾矿微粉。
一种用于水泥和混凝土中的尾矿微粉的配方及测试数据见表1。
表1实施例1～9和对比例的配方(重量份)及测试数据
由上述测试结果可知，从实施例1-4可以看出，当抗磨润滑剂的量为1-1.5份时，得到的尾矿微粉的性能最优，实施例5-9对采用的硅酸镁的量以及种类进行了全覆盖，采用不同种类的硅酸镁对于改善尾矿微粉的物理激活都有较好的改善。从实施例4-7可以看出，采用优选范围内的橄榄石晶相对于改善尾矿微粉的物理激活的效果要更加明显。
采用如上实施例1-9和对比例1的尾矿微粉制备混凝土，具体包括如下步骤：
S1、按如下表2混凝土配方来准备原料，第一阶段，先加入碎石和水泥搅拌20s，第二阶段再加入复合尾矿微粉搅拌30s，第三阶段加入水搅拌40s，搅拌速率均为45转/分钟，最后卸料；
S2、将步骤S1卸的料中放入振捣台进行振捣。
实施例10-18使用的尾矿微粉分别对应的实施例1-9的复合尾矿微粉。对比例2对应的尾矿微粉对应的是对比例1的复合尾矿微粉。
表2实施例10～18和对比例2的配方(重量份)及测试数据
由上述测试结果可知，本发明提供的尾矿微粉可部分替代水泥，一方面可减少水泥的使用，另一方面可节约生产成本，增加收益；其次，尾矿微粉的加入更能减小混凝土的摩擦系数，在泵送过程中降低泵车阻力，延长泵车和泵管的使用寿命，减少浇筑时间、降低工人劳动强度、提高工作效率。
本发明提供的水泥和混凝土用尾矿微粉能够使水泥和混凝土的各项物理力学性能和耐久性能满足要求，具有更好的工作性能，可直接取代部分水泥用于不同等级的混凝土生产而节约生产成本，并实现了尾砂二次利用。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于水泥和混凝土中的复合尾矿微粉，其特征在于，由如下重量份数的组分组成：尾矿微粉：100份；抗磨润滑剂：0.5～2份；硅酸镁：1～3份；高取代羟丙基纤维素：0.2～1份；
所述的抗磨润滑剂按其自身的重量百分比计算为：天然鳞片石墨40～60％，人造石墨20～40％，炭黑10～20％；
将复合尾矿微粉配方混合均匀后烘干粉磨即可制成复合尾矿微粉。
2.根据权利要求1所述一种用于水泥和混凝土中的复合尾矿微粉，其特征在于，所述的抗磨润滑剂为1～1.5份。
3.根据权利要求1所述一种用于水泥和混凝土中的复合尾矿微粉，其特征在于，所述硅酸镁中含有5～25％的橄榄石晶相。
4.一种使用复合尾矿微粉的水泥，其特征在于，包括水泥及权利要求1-3任意一项所述的复合尾矿微粉，其中水泥和复合尾矿微粉的重量比为100:10～35。
5.一种使用复合尾矿微粉的混凝土，其特征在于，包括如下重量份数的组分：水泥100份，复合尾矿微粉10～35份，碎石40～50份，水40～50份。
6.权利要求5所述一种使用复合尾矿微粉的混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按权利要求5中所述一种使用复合尾矿微粉的混凝土的配方来准备原料，第一阶段，先加入碎石和水泥搅拌，第二阶段再加入复合尾矿微粉搅拌，第三阶段加入水搅拌，最后卸料；
S2、将步骤S1卸的料中放入振捣台进行振捣。
7.根据权利要求6所述的一种使用复合尾矿微粉的混凝土的制备方法，其特征在于：所述的各阶段的搅拌总时间为90s，分别是第一阶段20s,第二阶段30s,第三阶段40s,搅拌速率为45-48转/分钟。
8.根据权利要求1-3任一项所述的一种用于水泥和混凝土中的复合尾矿微粉在建筑领域的应用。
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|---|
| 张巨松，哈尔滨工业大学出版社.《混凝土学》.2017,(第2版),第102页. * |
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