CN116082058A - 一种铁尾矿基超强陶粒及其制备方法、包含其的混凝土 - Google Patents

一种铁尾矿基超强陶粒及其制备方法、包含其的混凝土 Download PDF

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Abstract

本申请涉及陶粒领域，特别涉及一种铁尾矿基超强陶粒及其制备方法、包含其的混凝土。本申请提供的铁尾矿基超强陶粒的制备方法，包括以下步骤：分别将铁尾矿、废玻璃和隧道岩烘干；向烘干后的铁尾矿中加入焦磷酸钠球磨，过筛；将废玻璃和隧道岩分别球磨，过筛；将球磨后的铁尾矿、废玻璃和隧道岩混合，得到第一混合粉料；向第一混合粉料中加水后滚动，制成所需粒径的陶粒生球；称取铁尾矿、废玻璃和隧道岩混合，得到第二混合粉料，向第二混合粉料中加入碳化硅和水球磨混合，得到混合浆料；将陶粒生球倒入混合浆料中进行多次表面裹浆；将表面裹浆后的陶粒生球进行干燥，然后放入高温炉中烧成，随炉冷却，即得到铁尾矿基超强陶粒。

Description

一种铁尾矿基超强陶粒及其制备方法、包含其的混凝土
技术领域
本申请涉及陶粒领域，特别涉及一种铁尾矿基超强陶粒及其制备方法、包含其的混凝土。
背景技术
陶粒是人造粗集料的俗称，通常以粉煤灰、尾矿、废石、污泥等为主要原料，经原料预处理、造粒、焙烧、冷却等工艺生产的一种规则球形或椭球形、外表面具有防水坚硬的釉层外壳的粗集料。陶粒具有高强、质轻、保温隔热等优点，在高层建筑、耐火保温、道路建设等领域广泛应用。目前常见的陶粒堆积密度一般为300～900kg/m3，筒压强度低于10MPa，其性能低于石子，且价格略高，应用受到限制。
随着秦岭南麓商洛地区尾矿堆积量的逐年增多，采用尾矿制备能够代替石子的高强陶粒受到越来越多的关注。采用尾矿为原料制备高强陶粒，基本实现原料“零”成本，制出的高强陶粒价格低于石子。目前，已有报道采用固废制备出筒压强度超过25MPa的超强陶粒，但这类陶粒表观密度较高，表面致密，以其作为粗骨料制备的陶粒混凝土，由于陶粒表面光滑少孔，与水泥之间结合力较差，导致陶粒混凝土的抗压强度低。
基于以上分析，提供一种表面多孔、与水泥结合力强的陶粒的制备方法十分必要。
发明内容
本申请实施例提供一种铁尾矿基超强陶粒的制备方法，以解决相关技术中制备出的陶粒表观密度较高、表面致密少孔、与水泥结合力差的问题。
第一方面，本申请提供了一种铁尾矿基超强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
步骤S101，分别将铁尾矿、废玻璃和隧道岩烘干；
步骤S102，向烘干后的铁尾矿中加入焦磷酸钠球磨1h，过150目筛；将废玻璃和隧道岩分别球磨1h，过150目筛；将球磨后的铁尾矿、废玻璃和隧道岩混合，得到第一混合粉料；
步骤S103，向第一混合粉料中加水制成所需粒径的陶粒生球；
步骤S104，称取铁尾矿、废玻璃和隧道岩混合，得到第二混合粉料，向第二混合粉料中加入碳化硅和水球磨混合，得到混合浆料；
步骤S105，将陶粒生球倒入混合浆料中进行多次表面裹浆；
步骤S106，将表面裹浆后的陶粒生球进行干燥，然后放入高温炉中烧成，随炉冷却，即得到铁尾矿基超强陶粒。
一些实施例中，焦磷酸钠的加入量为铁尾矿用量的0.5％-1％，焦磷酸钠能够防止球磨后的细粉团聚。
一些实施例中，第一混合粉料中，铁尾矿、废玻璃和隧道岩的质量比为85-95:3-8:2-7。
一些实施例中，第二混合粉料中，铁尾矿、废玻璃和隧道岩的质量比为85-95:3-8:2-7。
一些实施例中，步骤S106中，将裹浆后的陶粒生球放入高温炉中烧成的过程为：首先采用8℃/min的速率将高温炉从室温升温至800℃，然后以5℃/min的速率将高温炉从800℃升温至1130-1160℃，保温30-40min。
一些实施例中，步骤S102中，制成的陶粒生球的粒径分别为10～20mm。
一些实施例中，步骤S105中，将陶粒生球倒入混合浆料中进行1～4次表面裹浆。
一些实施例中，碳化硅的加入量为第二混合粉料质量的0.5％～3％，水的加入量为第二混合粉料质量的1.6倍～3倍。
一些实施例中，所述铁尾矿基超强陶粒的外表面有一层厚度0.8mm～2mm的多孔层，内部为实心。
一些实施例中，制得的铁尾矿基超强陶粒的堆积密度为640～1100kg/m3，筒压强度大于17MPa，颗粒强度(颗粒强度P＝压碎载荷F/最大横截面面积S)大于50MPa，约为同尺寸鹅卵石(鹅卵石颗粒强度P≈14MPa)的3.5倍以上。
第二方面，本申请还提供了利用上述制备方法制得的铁尾矿基超强陶粒。本申请制得的铁尾矿基超强陶粒不仅筒压强度高，而且由于该超强陶粒表面裹了几层含有发泡剂碳化硅的浆料，烧成后表面孔隙率高，在陶粒混凝土中能够极大提高陶粒和水泥的结合力，进而提高陶粒混凝土的抗压强度。
第三方面，本申请还提供了一种混凝土，该混凝土的制备原料包括上述铁尾矿基超强陶粒。
本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：
1、本申请提供的方法无需添加额外物质，以铁尾矿为主要原料烧制超强陶粒，极大程度降低了原料成本，且原料来源广泛，铁尾矿利用率达85％以上，为铁尾矿循环利用、变废为宝提供了一种可行途径；各原料之间物理混合，不产生新的固体杂质，充分利用了废弃物，实现了环保节能；
2、本申请提供的方法先利用铁尾矿、废玻璃和隧道岩为原料制成陶粒生球，之后利用铁尾矿、废玻璃和隧道岩获得混合浆料，利用含有碳化硅的混合浆料对陶粒生球进行裹浆，最终制备出的铁尾矿基超强陶粒内部密实，表面层为多孔层，筒压强度大于17MPa，颗粒强度大于50MPa，约为同尺寸鹅卵石颗粒强度的3.5倍以上；
3、本申请提供的方法制备出的铁尾矿基超强陶粒与水泥的结合力强，能够提高陶粒混凝土的抗压强度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的铁尾矿基超强陶粒的制备方法的流程示意图；
图2为本申请实施例1制得的铁尾矿基超强陶粒的局部断口形貌图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通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他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例提供了一种铁尾矿基超强陶粒的制备方法，其能解决相关技术中制备出的陶粒表观密度较高、表面致密少孔、与水泥结合力差的问题。
图1是本申请实施例提供的铁尾矿基超强陶粒的制备方法的流程示意图，参考图1，该制备方法包括以下步骤：
步骤S101，在100-110℃的条件下分别将铁尾矿、废玻璃和隧道岩烘干；
步骤S102，向烘干后的铁尾矿中加入焦磷酸钠球磨1h，过150目筛；将废玻璃和隧道岩分别球磨1h，过150目筛；将球磨后的铁尾矿、废玻璃和隧道岩混合，得到第一混合粉料；焦磷酸钠的加入量为铁尾矿用量的0.5％-1％；第一混合粉料中，铁尾矿、废玻璃和隧道岩的质量比为85-95:3-8:2-7；
步骤S103，向第一混合粉料中加水制成粒径10～20mm的陶粒生球；
步骤S104，称取铁尾矿、废玻璃和隧道岩混合，得到第二混合粉料，向第二混合粉料中加入碳化硅和水球磨混合，得到混合浆料；第二混合粉料中，铁尾矿、废玻璃和隧道岩的质量比为85-95:3-8:2-7；碳化硅的加入量为第二混合粉料质量的0.5％～3％，水的加入量为第二混合粉料质量的1.6倍～3倍；
步骤S105，将陶粒生球倒入混合浆料中进行1～4次表面裹浆；
步骤S106，将表面裹浆后的陶粒生球进行干燥，然后放入高温炉中，首先采用8℃/min的速率将高温炉从室温升温至800℃，然后以5℃/min的速率将高温炉从800℃升温至1130-1160℃，保温30-40min，之后随炉冷却，即得到铁尾矿基超强陶粒。
下面结合实施例对本申请提供的铁尾矿基超强陶粒的制备方法进行详细说明。
实施例1：
本申请实施例1提供了一种铁尾矿基超强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)在105℃的条件下将铁尾矿、钾长石和粘土分别烘干；
(2)按质量份计，向烘干后的90份铁尾矿中加入0.9份焦磷酸钠球磨1h，过150目筛；将5份废玻璃和5份隧道岩分别球磨1h，过150目筛；将球磨后的铁尾矿、废玻璃和隧道岩混合，得到第一混合粉料；
(3)按质量份计，向第一混合粉料中加入25份水，之后加入盘式造粒机制成粒径约10mm的陶粒生球，每个陶粒生球的粒径大小误差±1mm；
(4)按质量份计，称取90份铁尾矿、5份废玻璃和5份隧道岩，得到第二混合粉料，向第二混合粉料中加入2份碳化硅和200份水湿式球磨混合，得到混合浆料；
(5)将陶粒生球倒入混合浆料中进行2次表面裹浆；
(6)将表面裹浆后的陶粒生球在100℃干燥6h，然后放入高温炉中，以8℃/min的速率将高温炉从室温升温至800℃，然后以5℃/min的速率将高温炉从800℃升温至1150℃，保温30min，随炉冷却，即得到铁尾矿基超强陶粒。
实施例1制得的铁尾矿基超强陶粒的堆积密度为1060kg/m3，筒压强度大于29MPa，颗粒强度为54.2MPa。
实施例1制得的铁尾矿基超强陶粒的局部断口形貌见图2，从图2可以看出该超强陶粒的表面具有多孔层。
分别采用实施例1制得的超强陶粒和尺寸相近的鹅卵石为骨料制备混凝土砖块，14天和28天抗折强度和抗压强度如表1所示。
表1：混凝土砖块的抗压、抗折强度
Figure BDA0004063676950000071
从表1可以看出，利用本申请的铁尾矿基超强陶粒制成的混凝土表现出较高的抗折强度和抗压强度。
实施例2：
本申请实施例2提供了一种铁尾矿基超强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)在100℃的条件下将铁尾矿、钾长石和粘土分别烘干；
(2)按质量份计，向烘干后的92份铁尾矿中加入0.56份焦磷酸钠球磨1h，过150目筛；将3份废玻璃和5份隧道岩分别球磨1h，过150目筛；将球磨后的铁尾矿、废玻璃和隧道岩混合，得到第一混合粉料；
(3)按质量份计，向第一混合粉料中加入30份水，之后加入盘式造粒机制成粒径约15mm的陶粒生球，每个陶粒生球的粒径大小误差±1mm；
(4)按质量份计，称取92份铁尾矿、3份废玻璃和5份隧道岩，得到第二混合粉料，向第二混合粉料中加入1份碳化硅和220份水湿式球磨混合，得到混合浆料；
(5)将陶粒生球倒入混合浆料中进行3次表面裹浆；
(6)将表面裹浆后的陶粒生球在100℃干燥6h，然后放入高温炉中，以8℃/min的速率将高温炉从室温升温至800℃，然后以5℃/min的速率将高温炉从800℃升温至1150℃，保温30min，随炉冷却，即得到铁尾矿基超强陶粒。
实施例2制得的铁尾矿基超强陶粒的堆积密度为870kg/m3，筒压强度大于21MPa，颗粒强度为55.8MPa。
实施例3：
本申请实施例3提供了一种铁尾矿基超强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)在102℃的条件下将铁尾矿、钾长石和粘土分别烘干；
(2)按质量份计，向烘干后的88份铁尾矿中加入焦磷酸钠球磨1h，过150目筛；将4份废玻璃和8份隧道岩分别球磨1h，过150目筛；将球磨后的铁尾矿、废玻璃和隧道岩混合，得到第一混合粉料；
(3)按质量份计，向第一混合粉料中加入25份水，之后加入盘式造粒机制成粒径约20mm的陶粒生球，每个陶粒生球的粒径大小误差±1mm；
(4)按质量份计，称取88份铁尾矿、4份废玻璃和8份隧道岩，得到第二混合粉料，向第二混合粉料中加入2.5份碳化硅和180份水湿式球磨混合，得到混合浆料；
(5)将陶粒生球倒入混合浆料中进行4次表面裹浆；
(6)将表面裹浆后的陶粒生球在100℃干燥6h，然后放入高温炉中，以8℃/min的速率将高温炉从室温升温至800℃，然后以5℃/min的速率将高温炉从800℃升温至1140℃，保温30min，随炉冷却，即得到铁尾矿基超强陶粒。
实施例3制得的铁尾矿基超强陶粒的堆积密度为644kg/m3，筒压强度大于17MPa，颗粒强度为57.4MPa。
实施例4：
本申请实施例4提供了一种铁尾矿基超强陶粒的制备方法，包括以下步骤：
(1)在108℃的条件下将铁尾矿、钾长石和粘土分别烘干；
(2)按质量份计，向烘干后的94份铁尾矿中加入0.76份焦磷酸钠球磨1h，过150目筛；将3份废玻璃和3份隧道岩分别球磨1h，过150目筛；将球磨后的铁尾矿、废玻璃和隧道岩混合，得到第一混合粉料；
(3)按质量份计，向第一混合粉料中加入25份水，之后加入盘式造粒机制成粒径约16mm的陶粒生球，每个陶粒生球的粒径大小误差±1mm；
(4)按质量份计，称取94份铁尾矿、3份废玻璃和3份隧道岩，得到第二混合粉料，向第二混合粉料中加入1.2份碳化硅和260份水湿式球磨混合，得到混合浆料；
(5)将陶粒生球倒入混合浆料中进行3次表面裹浆；
(6)将表面裹浆后的陶粒生球在100℃干燥6h，然后放入高温炉中，以8℃/min的速率将高温炉从室温升温至800℃，然后以5℃/min的速率将高温炉从800℃升温至1150℃，保温30min，随炉冷却，即得到铁尾矿基超强陶粒。
实施例4制得的铁尾矿基超强陶粒的堆积密度为816kg/m3，筒压强度大于20MPa，颗粒强度为56.4MPa。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。在本申请中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的规定。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种铁尾矿基超强陶粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S101，分别将铁尾矿、废玻璃和隧道岩烘干；
S102，向烘干后的铁尾矿中加入焦磷酸钠球磨，过筛；将废玻璃和隧道岩分别球磨，过筛；将球磨后的铁尾矿、废玻璃和隧道岩混合，得到第一混合粉料；
S103，向第一混合粉料中加水制成所需粒径的陶粒生球；
S104，称取铁尾矿、废玻璃和隧道岩混合，得到第二混合粉料，向第二混合粉料中加入碳化硅和水球磨混合，得到混合浆料；
S105，将陶粒生球倒入混合浆料中进行多次表面裹浆；
S106，将表面裹浆后的陶粒生球进行干燥，然后放入高温炉中烧成，随炉冷却，即得到铁尾矿基超强陶粒。
2.根据权利要求1所述的铁尾矿基超强陶粒的制备方法，其特征在于，第一混合粉料中，铁尾矿、废玻璃和隧道岩的质量比为85-95:3-8:2-7。
3.根据权利要求1所述的铁尾矿基超强陶粒的制备方法，其特征在于，第二混合粉料中，铁尾矿、废玻璃和隧道岩的质量比为85-95:3-8:2-7。
4.根据权利要求1所述的铁尾矿基超强陶粒的制备方法，其特征在于，步骤S106中，将裹浆后的陶粒生球放入高温炉中烧成的过程为：首先采用8℃/min的速率将高温炉从室温升温至800℃，然后以5℃/min的速率将高温炉从800℃升温至1130-1160℃，保温30-40min。
5.根据权利要求1所述的铁尾矿基超强陶粒的制备方法，其特征在于，步骤S102中，制成的陶粒生球的粒径为10～20mm。
6.根据权利要求1所述的铁尾矿基超强陶粒的制备方法，其特征在于，步骤S105中，将陶粒生球倒入混合浆料中进行1～4次表面裹浆。
7.根据权利要求1所述的铁尾矿基超强陶粒的制备方法，其特征在于，碳化硅的加入量为第二混合粉料质量的0.5％～3％，水的加入量为第二混合粉料质量的1.6倍～3倍。
8.根据权利要求1所述的铁尾矿基超强陶粒的制备方法，其特征在于，所述铁尾矿基超强陶粒的外表面有一层厚度0.8mm～2mm的多孔层。
9.一种铁尾矿基超强陶粒，其特征在于，利用权利要求1-8任一项所述制备方法制得。
10.一种混凝土，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述制备方法制得的铁尾矿基超强陶粒。
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