CN116177979A - 一种利用磷石膏与赤泥制备复合膏体材料的方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法及应用，将拜耳法赤泥与铁尾矿混合烘干，破碎和研磨后过筛，得到赤泥/尾矿混合物；将磷石膏煅烧，然后研磨过筛，得到煅烧磷石膏；将赤泥/尾矿混合物、煅烧磷石膏、添加剂搅拌进行预混得到固体混合物；将固体混合物和水充分搅拌混匀，得到复合膏体材料，本发明将赤泥和磷石膏转化为流动性好、机械强度高的膏体材料，实现赤泥、磷石膏大宗固体废物的资源化利用，同时使用该材料进行路面铺垫和采空区回填，不仅可以确保采空区安全，还可以有效缓解传统路基材料日益枯竭的现状。
Description
技术领域
本发明属于环保型膏体材料技术领域，具体涉及一种利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法及应用。
背景技术
赤泥是铝土矿生产氧化铝过程中产生的固体废弃物，具有强碱性和高盐度，根据氧化铝品质和生产工艺的不同，赤泥可分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥和联合法赤泥，一般来说，每生产1t氧化铝，就会生产1.5～2.5t赤泥。传统赤泥的处理方式为堆存，这不仅占用大量的土地资源，而且赤泥中大量的碱金属在堆存过程中会通过地表水及雨水淋溶渗入到地下并使周边环境及地下水碱化，从而造成不可修复的破坏。因此，研究更加环保安全的新型处理方法是十分重要的。
磷石膏是湿法磷酸浸出工艺中产生的固体废物，主要成分为CaSO4·2H2O，具有产量大、组分复杂等特征。一般生产1tH3PO4会产生4.0～5.0t磷石膏。磷石膏内部杂质元素很多，大量的堆存将造成湖泊重金属超标、水体富营养化、大气污染等问题。目前磷石膏的综合利用主要集中在建筑领域，如石膏板材、建筑石膏以及水泥缓凝剂等，但综合利用率较低，仅为40％，因此需要开发磷石膏的新工艺以缓解磷石膏堆存造成的环境危害。
路基作为道路工程的基础，材料的强度与稳定性直接会影响路面的使用寿命和品质。目前常用的路面材料主要为沥青、石灰、水泥和砂石等不可再生资源。同时，高速公路路面基层普遍采用二灰法或水泥稳定碎石的方法，这样处理不仅会浪费自然资源，还会对环境产生严重的负面影响。
采空区是由于矿山开采而形成的，在我国矿山采空区分布广泛、存量大、类型丰富。不同成因的采空区特点也不同，引起的安全问题也不相同，对于其治理也非常困难。传统治理方法是利用水泥为材料的胶结填充法处理矿山采空区，但该材料存在成本高、固体废物利用率低以及采空区处置效果不显著的问题。
目前国内针对赤泥和磷石膏的处理，是将赤泥或者磷石膏之一结合尾矿做成凝胶材料。然而，这种方法对赤泥和磷石膏的利用量较少，达不到大宗固废减量化、资源化的处理目标。
发明内容
为了缓解赤泥和磷石膏利用率低的问题，本发明提供了一种利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法及应用，以尾矿改性赤泥作为胶结材料，以煅烧磷石膏作为骨料，外添加农业秸秆灰作为添加剂以获得硬度好、流动性强的膏体材料，为磷石膏和赤泥综合利用提供了新方法，在提高机械强度的同时降低了处理成本。
本发明的技术方案如下：
一种利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，具体包括以下步骤：
(1)将拜耳法赤泥与铁尾矿混合烘干，进行破碎和研磨后过50～60目筛，得到赤泥/尾矿混合物备用；将磷石膏煅烧，然后研磨过100～120目筛，得到煅烧磷石膏备用；
(2)将步骤(1)得到的赤泥/尾矿混合物、煅烧磷石膏、添加剂在搅拌器中搅拌5～10min进行预混得到固体混合物；
(3)将固体混合物和水按比例置于搅拌器中，经过充分搅拌5～20min后，得到复合膏体材料。
步骤(1)中所述铁尾矿与拜耳法赤泥的质量比为1:2～5。
步骤(1)中所述烘干是在100～115℃保温24h。
步骤(1)中所述磷石膏煅烧是在800～950℃保温30min。
步骤(2)中所述添加剂的制备步骤如下：将小麦秸秆和水稻秸秆按照质量比2:1混合后在400～700℃煅烧2h，并研磨过90～100目筛，得到添加剂。
步骤(2)中所述赤泥/尾矿混合物、煅烧磷石膏、添加剂的质量比为1～3:1～2.5:0.5～1。
步骤(2)中所述搅拌器处于室温状态下，转速为300～450rpm。
步骤(3)中所述固体混合物与水的质量比为2～5:1。
本发明还提供所述利用磷石膏与赤泥制备得到的膏体材料的应用，将复合膏体材料作为路面面层和采空区回填材料进行应用。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明通过尾矿改性赤泥后结合煅烧磷石膏和添加剂复合制备膏体材料，不仅可以增强材料的胶结性和机械强度，而且成本低、易操作。
(2)本发明将赤泥和磷石膏均进行研磨后形成细颗粒混合膏体材料，有利于提高膏体的强度、流动性，同时减少使用过程对设备的磨损。
(3)本发明符合路面面层和采空区回填材料所需的稳定性和抗冲刷性能，同时也满足膏体材料所需的流动性和粘聚性。
(4)本发明得到的膏体材料初凝时间≥5h，终凝时间≤15h，7d的抗压强度在15.4～24.8MPa之间，28d的抗压强度在31.5～40.6MPa之间，说明通过赤泥和磷石膏以适合比例制备的膏体材料强度较好，且材料成型时间短。
附图说明
图1为赤泥和磷石膏制备膏体材料的工艺流程图。
具体实施方式
结合以下实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
实施例1
一种利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，如图1所示，包括如下步骤：
(1)原材料处理：将来源于云南省文山州某铝业公司生产的拜耳法赤泥与铁尾矿按照质量比2:1进行混合，然后放置烘箱中100℃烘干24h，并进行破碎和研磨过50目筛，得到赤泥/尾矿混合物备用；将来源于云南省昆明市某磷石膏公司生产的磷石膏放置马弗炉中800℃高温煅烧30min后，研磨过100目筛，得到煅烧磷石膏备用；将小麦秸秆和水稻秸秆按照质量比2:1混合后，在马弗炉中400℃煅烧2h，并研磨过90目筛，得到添加剂备用；
(2)将赤泥/尾矿混合物、煅烧磷石膏以及添加剂按照质量比12:10:5混合后，在转速为300rpm、处于室温状态下的搅拌器中搅拌10min进行预混得到固体混合物；
(3)将固体混合物和水按照质量比3:1一起置于转速为300rpm、处于室温状态下的搅拌器中，经过充分搅拌15min后，得到磷石膏和赤泥的复合膏体材料。
实施例2
一种利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，包括如下步骤：
(1)原材料处理：将来源于云南省文山州某铝业公司生产的拜耳法赤泥与铁尾矿按照质量比5:2进行混合，然后放置烘箱中105℃烘干24h，并进行破碎和研磨过50目筛，得到赤泥/尾矿混合物备用；将来源于云南省昆明市某磷石膏公司生产的磷石膏放置马弗炉中850℃高温煅烧30min后，研磨过100目筛，得到煅烧磷石膏备用；将小麦秸秆和水稻秸秆按照质量比2:1混合后在马弗炉中500℃煅烧2h，并研磨过90目筛，得到添加剂备用；
(2)将赤泥/尾矿混合物、煅烧磷石膏以及添加剂按照质量比11:12:5混合后，在转速为350rpm、处于室温状态下的搅拌器中搅拌10min进行预混得到固体混合物；
(3)将固体混合物和水按照质量比18:5一起置于转速为350rpm、处于室温状态下的搅拌器中，经过充分搅拌15min后，得到磷石膏和赤泥的复合膏体材料。
实施例3
一种利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，包括如下步骤：
(1)原材料处理：将来源于云南省文山州某铝业公司生产的拜耳法赤泥与铁尾矿按照质量比3:1进行混合，然后放置烘箱中110℃烘干24h，并进行破碎和研磨过50目筛，得到赤泥/尾矿混合物备用；将来源于云南省昆明市某磷石膏公司生产的磷石膏放置马弗炉中900℃高温煅烧30min后，研磨过100目筛，得到煅烧磷石膏备用；将小麦秸秆和水稻秸秆按照质量比2:1混合后在马弗炉中600℃煅烧2h，并研磨过90目筛，得到添加剂备用；
(2)将赤泥/尾矿混合物、煅烧磷石膏以及添加剂按照质量比12:10:5混合后，在转速为400rpm、处于室温状态下的搅拌器中搅拌10min进行预混得到固体混合物；
(3)将固体混合物和水按照质量比7:2置于转速为400rpm、处于室温状态下的搅拌器中，经过充分搅拌15min后，得到磷石膏和赤泥的复合膏体材料。
实施例4
一种利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，包括如下步骤：
(1)原材料处理：将来源于云南省文山州某铝业公司生产的拜耳法赤泥与铁尾矿按照质量比11:5进行混合，然后放置烘箱中115℃烘干24h，并进行破碎和研磨过50目筛，得到赤泥/尾矿混合物备用；将来源于云南省昆明市某磷石膏公司生产的磷石膏放置马弗炉中950℃高温煅烧30min后，研磨过100目筛，得到煅烧磷石膏备用；将小麦秸秆和水稻秸秆按照质量比2:1混合后在马弗炉中700℃煅烧2h，并研磨过90目筛，得到添加剂备用；
(2)将赤泥/尾矿混合物、煅烧磷石膏以及添加剂按照质量比20:15:6混合后，在转速为450rpm、处于室温状态下的搅拌器中搅拌10min进行预混得到固体混合物；
(3)将固体混合物和水按照质量比5:1一起置于转速为450rpm、处于室温状态下的搅拌器中，经过充分搅拌15min后，得到磷石膏和赤泥的复合膏体材料。
实施例5
一种利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，包括如下步骤：
(1)原材料处理：将来源于云南省文山州某铝业公司生产的拜耳法赤泥与铁尾矿按照质量比12:5进行混合，然后放置烘箱中100℃烘干24h，并进行破碎和研磨过50目筛，得到赤泥/尾矿混合物备用；将来源于云南省昆明市某磷石膏公司生产的磷石膏放置马弗炉中800℃高温煅烧30min后，研磨过100目筛，得到煅烧磷石膏备用；将小麦秸秆和水稻秸秆按照质量比2:1混合后在马弗炉中400℃煅烧2h，并研磨过90目筛，得到添加剂备用；
(2)将赤泥/尾矿混合物、煅烧磷石膏以及添加剂按照质量比18:20:5混合后，在转速为300rpm、处于室温状态下的搅拌器中搅拌10min进行预混得到固体混合物；
(3)将固体混合物和水按照质量比18:5一起置于转速为300rpm、处于室温状态下的搅拌器中，经过充分搅拌15min后，得到磷石膏和赤泥的复合膏体材料。
实施例6
一种利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，包括如下步骤：
(1)原材料处理：将来源于云南省文山州某铝业公司生产的拜耳法赤泥与铁尾矿按照质量比13:5进行混合，然后放置烘箱中105℃烘干24h，并进行破碎和研磨过50目筛，得到赤泥/尾矿混合物备用；将来源于云南省昆明市某磷石膏公司生产的磷石膏放置马弗炉中850℃高温煅烧30min后，研磨过100目筛，得到煅烧磷石膏备用；将小麦秸秆和水稻秸秆按照质量比2:1混合后在马弗炉中500℃煅烧2h，并研磨过90目筛，得到添加剂备用；
(2)将赤泥/尾矿混合物、煅烧磷石膏以及添加剂按照质量比20:25:7混合后，在转速为350rpm、处于室温状态下的搅拌器中搅拌10min进行预混得到固体混合物；
(3)将固体混合物和水按照质量比2:1一起置于转速为350rpm、处于室温状态下的搅拌器中，经过充分搅拌15min后，得到磷石膏和赤泥的复合膏体材料。
实施例7
一种利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，包括如下步骤：
(1)原材料处理：将来源于云南省文山州某铝业公司生产的拜耳法赤泥与铁尾矿按照质量比5:1进行混合，然后放置烘箱中110℃烘干24h，并进行破碎和研磨过50目筛，得到赤泥/尾矿混合物备用；将来源于云南省昆明市某磷石膏公司生产的磷石膏放置马弗炉中900℃高温煅烧30min后，研磨过100目筛，得到煅烧磷石膏备用；将小麦秸秆和水稻秸秆按照质量比2:1混合后在马弗炉中600℃煅烧2h，并研磨过90目筛，得到添加剂备用；
(2)将赤泥/尾矿混合物、煅烧磷石膏以及添加剂按照质量比19:18:5混合后，在转速为400rpm、处于室温状态下的搅拌器中搅拌10min进行预混得到固体混合物；
(3)将固体混合物和水按照质量比4:1一起置于转速为400rpm、处于室温状态下的搅拌器中，经过充分搅拌15min后，得到磷石膏和赤泥的复合膏体材料。
实施例8
一种利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，包括如下步骤：
(1)原材料处理：将来源于云南省文山州某铝业公司生产的拜耳法赤泥与铁尾矿按照质量比23:5进行混合，然后放置烘箱中115℃烘干24h，并进行破碎和研磨过50目筛，得到赤泥/尾矿混合物备用；将来源于云南省昆明市某磷石膏公司生产的磷石膏放置马弗炉中950℃高温煅烧30min后，研磨过100目筛，得到煅烧磷石膏备用；将小麦秸秆和水稻秸秆按照质量比2:1混合后在马弗炉中700℃煅烧2h，并研磨过90目筛，得到添加剂备用；
(2)将赤泥/尾矿混合物、煅烧磷石膏以及添加剂按照质量比20:23:5混合后，在转速为450rpm、处于室温状态下的搅拌器中搅拌10min进行预混得到固体混合物；
(3)将固体混合物和水按照质量比14:5一起置于转速为450rpm、处于室温状态下的搅拌器中，经过充分搅拌15min后，得到磷石膏和赤泥的复合膏体材料。
实施例1～8制备得到的复合膏体材料的性能结果如表1所示：
表1
由表1可以看出，利用赤泥和磷石膏混合制备的膏体材料，具有良好的流动性和机械强度，用作路面铺垫和采空区回填，符合路面面层和采空区回填材料的要求，其中当赤泥与铁尾矿按照5:1混合，赤泥/铁尾矿与磷石膏、添加剂按照19:18:5混合时制备出的膏体材料性能最好。
以上所述的仅是本发明优选的一些实施方式，不用于限制本发明，对于本领域的普通技术人员来说，只要在本发明的构思和原则之内，可以有多种更改和变化，这些都是属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
(1)将拜耳法赤泥与铁尾矿混合烘干，破碎和研磨后过50～60目筛，得到赤泥/尾矿混合物；将磷石膏煅烧，研磨过100～120目筛，得到煅烧磷石膏；
(2)将步骤(1)得到的赤泥/尾矿混合物、煅烧磷石膏、添加剂搅拌5～10min进行预混得到固体混合物；
(3)将固体混合物和水充分搅拌5～20min混匀，得到复合膏体材料。
2.根据权利要求1所述利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，其特征在于，步骤(1)中所述尾矿与赤泥的质量比为1:2～5。
3.根据权利要求1所述利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，其特征在于，步骤(1)中所述烘干是在100～115℃保温24h。
4.根据权利要求1所述利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，其特征在于，步骤(1)中所述磷石膏煅烧是在800～950℃保温30min。
5.根据权利要求1所述利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，其特征在于，步骤(2)中所述添加剂的制备步骤如下：将小麦秸秆和水稻秸秆按照质量比2:1混合后在400～700℃煅烧2h，研磨过90～100目筛，得到添加剂。
6.根据权利要求1所述利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，其特征在于，步骤(2)中所述赤泥/尾矿混合物、煅烧磷石膏、添加剂的质量比为1～3:1～2.5:0.5～1。
7.根据权利要求1所述利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，其特征在于，步骤(2)中所述搅拌处于室温状态下，转速为300～450rpm。
8.根据权利要求1所述利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的方法，其特征在于，步骤(3)中所述固体混合物与水的质量比为2～5:1。
9.权利要求1所述利用磷石膏与赤泥制备膏体材料的应用，将复合膏体材料作为路面面层和采空区回填材料进行应用。
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