CN115745541B - 一种超细尾矿基水稳层材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超细尾矿基水稳层材料及其制备方法。发明包括如下质量份的原料：铁尾矿尾泥40‑80份，碎石10‑50份，凹凸棒石10份，偏高岭土5‑10份，水泥5‑10份，石灰5‑10份，硅灰石5‑10份，离子型土壤固化剂2份。本发明中所产生的尾矿基水稳层材料配方，在超细尾泥的基础上，添加凹凸棒石作为黏土矿物，添加碎石作为细骨料，使用偏高岭土、水泥、石灰、硅灰石为胶凝材料，按照相关标准规范对试件进行强度测试，最后得到符合基层和底基层的水稳材料配方。本发明将尾泥作为固废材料用于公路建设，保证铁尾矿尾泥在所有混料中的高比例，在固废利用的同时兼顾目标材料的使用性能。

Description

一种超细尾矿基水稳层材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建造材料技术领域，尤其涉及一种超细尾矿基水稳层材料及其制备方法。

背景技术

铁尾矿是原铁矿石精选后排放的工业固体废料，尽管铁尾矿是经过筛选后的废料，但其中仍有大量金属成分，而且这些金属成分受限于选矿水平，不能被重复回收和利用。故铁尾矿的应用形式主要有铁尾矿再选回收利用、做建筑材料、回填矿山采空区、作复合肥料、用于公路工程等。其中，将铁尾矿用于公路建设有着广阔的应用前景，因此近年来围绕铁尾矿砂展开了大量的研究和应用，而对于粒度在200目以下超细尾泥的利用和研究较少。铁尾矿砂在公路工程领域的应用研究取得了一定的成果，但是铁尾矿尾泥的研究和开发较少，矿渣和尾泥两个完全不相关的东西，一个高温处理，一个物理破碎；铁尾矿砂和尾泥的区别也很大，砂的粒度大，粘结要求低，很多专利公开了矿渣搭配骨料和胶凝材料就能实现好的效果；但是尾泥粒度小，抗压强度不易形成，会造成掺入产品的强度下降，从而无法大规模应用在道路建设中，尤其是高级公路。因此，如何提高铁尾矿本身的活性，提升超细尾泥掺入后的材料强度，是铁尾矿尾泥大规模应用到公路工程的关键。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种超细尾矿基水稳层材料及其制备方法。

本发明的一种超细尾矿基水稳层材料，包括如下质量份的原料：铁尾矿尾泥40-80份，碎石10-50份，凹凸棒石10份，偏高岭土5-10份，水泥5-10份，石灰5-10份，硅灰石5-10份，离子型土壤固化剂2份。

进一步的，碎石粒径不大于4.75mm。

进一步的，偏高岭土通过将高岭土过200目筛，然后在800℃高温下煅烧2小时得到。

进一步的，水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥，石灰为生石灰。

进一步的，硅灰石长径比为80。

进一步的，离子型土壤固化剂采用由高分子聚合物浓缩的复合离子型土壤固化剂。

上述的一种超细尾矿基水稳层材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将铁尾矿尾泥、碎石、凹凸棒石、偏高岭土、石灰、硅灰石、水泥混合后进行击实试验，测得其最优含水率及最大干密度；

(2)按照所需配比称取各种原料，将铁尾矿、碎石、凹凸棒石、偏高岭土、石灰、硅灰石、水泥混合均匀，得到混合料；

(3)按测得的最优含水率，在离子型土壤固化剂中加入自来水制备稀释液，其中总加水量大于最优含水率的1％2％左右；

(4)将稀释液加入混合料中，充分搅拌，最终得到尾泥基水稳层材料。

本发明的有益效果：

1、本发明采用凹凸棒石与铁尾矿尾泥相结合的方式，共同作为填充材料充当水稳材料的一部分。超细尾泥相比于大粒径的铁尾矿砂，因其抗压强度不易形成，对水稳材料的设计提出更高的要求。作为黏土矿物的凹凸棒石呈纳米棒状晶体，孔道对水等极性水分子表现出分子筛特性，与一定含水率的尾泥相结合会表现较强的吸附能力；凹凸棒石的棒状晶体具有胶体性质和抗盐性，在对超细尾泥进行粘结的同时可以保证建设的公路具有一定的抗盐性，增强使用寿命；凹凸棒石在微观状态下呈纤维状，这种结构可以对材料整体起到支撑作用。在实现对超细尾泥固废利用的同时，采用凹凸棒石作为填充材料的一部分，形成了具有黏土特色而且符合强度要求的新型尾泥基路基水稳材料。

2、本发明采用的黏土矿物和胶凝材料等原材料均可与尾泥发生火山灰反应，这可以更好地解决超细尾泥用于水稳材料时的强度低问题。铁尾矿尾泥含有SiO₂、CaO等；凹凸棒石的成分中含有SiO₂、CaO等；采用偏高岭土、石灰作为胶凝材料，偏高岭土含有Al₂O₃·2SiO₃,而石灰中含有Ca(OH)₂等；硅灰石中含有SiO₂和CaO等；水泥的主要成分也是CaO和SiO₂等。由于铁尾矿尾泥的超细粒径会对材料整体的强度和稳定性造成较大的负面影响，通过在不同粒径和种类的胶凝材料之间产生更彻底的多重火山灰反应，从而生成水化硅酸钙凝胶C-S-H,改善尾泥用于水稳材料的强度问题。

3、本发明利用长径比为80的硅灰石作为胶凝材料的一部分，硅灰石的原矿主要成分为SiO₂和CaO，形状为针状或者纤维状，而高长径比的硅灰石相比于颗粒状胶凝材料，可以增大火山灰反应面积，对尾泥颗粒表面的腐蚀效果更强，因此对水稳材料整体强度提升效果更好。

4、本发明中在超细铁尾矿中掺入离子型土壤固化剂来改变尾矿的表面电子记性，剥离尾矿颗粒的吸附水膜，从而降低了颗粒间的排斥力，利于水稳材料的整体压实和稳定，利于早起强度的建立，最后形成有高强度的整体结构。

5、本发明在固废利用的基础上，所采用的材料均对环境和健康没有危害，且在整个过程中没有污染发生，实现了绿色环保的生产理念。

附图说明

图1为铁尾矿尾泥粒径分布图；

图2为无侧限抗压强度试验前的试件照片；

图3为无侧限抗压强度试验后的试件照片。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

铁尾矿尾泥为选矿后超细固体颗粒废弃物，粒径分布如图1所示。

实施例1：

一种新型超细尾矿基水稳层材料，包括如下质量份的原料：60份铁尾矿尾泥，30份碎石，10份凹凸棒石，5份偏高岭土，10份水泥，5份石灰，5份硅灰石以及2份离子型土壤固化剂，其制备方法包括以下步骤：

(1)将铁尾矿尾泥，碎石，凹凸棒石，偏高岭土，水泥，石灰，硅灰石，SA型土壤固化剂混合后进行击实试验，测得其最佳含水率及最大干密度；

(2)按照所需配比称取各种原料，将铁尾矿尾泥，碎石，凹凸棒石，偏高岭土，水泥，石灰，硅灰石混合均匀，得到混合料；

(3)按测得的最佳含水率，在离子型土壤固化剂中加入自来水制备稀释液；

(4)将稀释液加入混合料中，充分搅拌最终得到尾矿混合土。

对比例1：

与实施例1不同的是，对比例1中偏高岭土为0份，其余原料及用量与实施例1保持相同。

对比例2：

与实施例1不同的是，对比例2中偏高岭土为10份，其余原料及用量与实施例1保持相同。

将实施例1及对比例1、对比例2制备的尾矿混合土利用反力框架及脱模机每组制作6个试件放入标准养护箱(养护温度20±2℃，湿度95％)，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中T 0845-2009的标准养生方法养护6天后浸水1昼夜，用软布擦干试件表面的水分，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中T 0805-1994方法进行无侧限抗压强度试验。其结果如表1所示。

表1：

由表1可知，在其他材料保持一定用量的情况下，偏高岭土作为凝胶材料，随着其掺量的增大，试件强度逐渐先增大后减小，偏高岭土为5份时，强度出现峰值。

实施例2：

与实施例1不同的是，实施例2中尾泥含量为40份，碎石含量为50份，其余原料及用量与实施例1保持相同，然后按照实施例1中的制备方法制备尾矿混合土。

对比例3：

与实施例2不同的是，对比例3中硅灰石为0份，其余原料及用量与实施例2保持相同。

对比例4：

与实施例2不同的是，对比例4中硅灰石为10份，其余原料及用量与实施例2保持相同。

将实施例2及对比例3、对比例4制备的尾矿混合土利用反力框架及脱模机每组制作6个试件放入标准养护箱(养护温度20±2℃，湿度95％)，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中T 0845-2009的标准养生方法养护6天后浸水1昼夜，用软布擦干试件表面的水分，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中T 0805-1994方法进行无侧限抗压强度试验。无侧限抗压实验前后如图2和图3，抗压结果如表2所示。

表2：

由表2可知，在其他材料保持一定用量的情况下，硅灰石作为凝胶材料，随着其掺量的增大，试件强度逐渐增大。

实施例3：

与实施例1不同的是，实施例3中尾泥含量为50份，碎石含量为40份，其余原料及用量与实施例1保持相同，然后按照实施例1中的制备方法制备尾矿混合土。

对比例5：

与实施例3不同的是，对比例5中石灰为0份，其余原料及用量与实施例3保持相同。

对比例6：

与实施例3不同的是，对比例6中石灰为10份，其余原料及用量与实施例3保持相同。

将实施例3及对比例5、对比例6制备的尾矿混合土利用反力框架及脱模机每组制作6个试件放入标准养护箱(养护温度20±2℃，湿度95％)，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中T 0845-2009的标准养生方法养护6天后浸水1昼夜，用软布擦干试件表面的水分，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中T 0805-1994方法进行无侧限抗压强度试验。其结果如表3所示。

表3：

由表3可知，在其他材料保持一定用量的情况下，石灰作为凝胶材料，本次发明中，含量为0时，强度较高，然后随着石灰含量的增大，试件强度先减小后增大。

实施例4：

与实施例1不同的是，实施例4中尾泥含量为70份，碎石含量为20份，其余原料及用量与实施例1保持相同，然后按照实施例1中的制备方法制备尾矿混合土。

对比例7：

与实施例4不同的是，对比例7中水泥为5份，其余原料及用量与实施例4保持相同。

将实施例4及对比例7制备的尾矿混合土利用反力框架及脱模机每组制作6个试件放入标准养护箱(养护温度20±2℃，湿度95％)，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中T 0845-2009的标准养生方法养护6天后浸水1昼夜，用软布擦干试件表面的水分，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中T 0805-1994方法进行无侧限抗压强度试验。其结果如表4所示。

表4：

由表4可知，在其他材料保持一定用量的情况下，石灰作为凝胶材料，随着其掺量的增大，试件强度逐渐增大。

实施例5：

与实施例1不同的是，实施例5中尾泥含量为80份，碎石含量为10份，其余原料及用量与实施例1保持相同，然后按照实施例1中的制备方法制备尾矿混合土。

将实施例5制备的尾矿混合土利用反力框架及脱模机每组制作6个试件放入标准养护箱(养护温度20±2℃，湿度95％)，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中T0845-2009的标准养生方法养护6天后浸水1昼夜，用软布擦干试件表面的水分，按照《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》中T 0805-1994方法进行无侧限抗压强度试验。将实施例1和实施例3-5的无侧限抗压强度结果进行对比整理，其结果如表5所示。

表5：

由表5可知，在不改变胶凝材料用量的情况下，铁尾矿砂与土比例不同会导致一定的强度差异，并且随着尾泥掺量的增大，强度呈现先增大后减小的趋势，在铁尾矿尾泥的占比为60份时，强度出现峰值。

本发明中所产生的尾矿基水稳层材料配方，在超细尾泥的基础上，添加凹凸棒石作为黏土矿物，添加碎石作为细骨料，使用偏高岭土、水泥、石灰、硅灰石为胶凝材料，按照相关标准规范对试件进行强度测试，最后得到符合基层和底基层的水稳材料配方。本发明将尾泥作为固废材料用于公路建设，保证铁尾矿尾泥在所有混料中的高比例，在固废利用的同时兼顾目标材料的使用性能。

以上未涉及之处，适用于现有技术。虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例来做出各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的方向或者超越所附权利要求书所定义的范围。本领域的技术人员应该理解，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种超细尾矿基水稳层材料，其特征在于：包括如下质量份的原料：铁尾矿尾泥40-80份，碎石10-50份，凹凸棒石10份，偏高岭土5-10份，水泥5-10份，石灰5-10份，硅灰石5-10份，离子型土壤固化剂2份；硅灰石长径比为80。

2.如权利要求1所述的一种超细尾矿基水稳层材料，其特征在于：碎石粒径不大于4.75mm。

3.如权利要求1所述的一种超细尾矿基水稳层材料，其特征在于：偏高岭土通过将高岭土过200目筛，然后在800℃高温下煅烧2小时得到。

4.如权利要求1所述的一种超细尾矿基水稳层材料，其特征在于：水泥为强度等级42.5的硅酸盐水泥，石灰为生石灰。

5.如权利要求1所述的一种超细尾矿基水稳层材料，其特征在于：离子型土壤固化剂采用由高分子聚合物浓缩的复合离子型土壤固化剂。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种超细尾矿基水稳层材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将铁尾矿尾泥、碎石、凹凸棒石、偏高岭土、石灰、硅灰石、水泥混合后进行击实试验，测得其最优含水率及最大干密度；

(2)按照所需配比称取各种原料，将铁尾矿尾泥、碎石、凹凸棒石、偏高岭土、石灰、硅灰石、水泥混合均匀，得到混合料；

(3)按测得的最优含水率，在离子型土壤固化剂中加入自来水制备稀释液，其中总加水量大于最优含水率的1％或2％；

(4)将稀释液加入混合料中，充分搅拌，最终得到尾泥基水稳层材料。