CN118026641B

CN118026641B - 一种尾矿基人工骨料及其制备方法

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Publication number: CN118026641B
Application number: CN202410417591.6A
Authority: CN
Inventors: 刘伟; 李家; 吴志刚; 闫俊阳; 韩宇栋; 樊伟; 杨雪超; 杜渊博; 王雪敏; 王金明; 张立雅; 杨春妹; 李华; 董红静
Original assignee: Hebei Guopeng Building Materials Co ltd; Tianjin Yejian Special Material Co ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Current assignee: Hebei Guopeng Building Materials Co ltd; Tianjin Yejian Special Material Co ltd; Central Research Institute of Building and Construction Co Ltd MCC Group
Priority date: 2024-04-09
Filing date: 2024-04-09
Publication date: 2024-06-11
Anticipated expiration: 2044-04-09
Also published as: CN118026641A

Abstract

本发明提供了一种尾矿基人工骨料，该人工骨料由包括如下重量份的原料制成：尾矿砂30‑40份；含钙固废40‑60份；含铝固废10‑20份；稳定剂0.01‑0.05份；催化剂4‑6份；增强组分2‑5份；抗渗组分1‑2份。本发明所述的尾矿基人工骨料通过“压制成型‑蒸压养护”方式，提高了密实度，破碎后所得颗粒强度高、表观密度大，完全满足建筑用砂/石相关技术要求。

Description

一种尾矿基人工骨料及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑领域，尤其是涉及一种尾矿基人工骨料及其制备方法。

背景技术

尾矿是选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。目前我国尾矿产出量主要来源于黑色金属矿采选业和有色金属矿采选业，主要包括铁尾矿、铜尾矿和有色金属尾矿，其中铁尾矿占比超过一半。数据显示，2021年我国铁尾矿产量5.43亿吨，铜尾矿产量3.34亿吨，黄金尾矿产量1.95亿吨。尾矿的堆积不仅造成了资源的浪费还产生了大量的环境问题。因此，尾矿的综合回收利用问题已受到全社会的广泛关注。

我国为基础建设大国，在众多建筑材料中，混凝土是应用最广、用量最大的工程结构材料。因此，实现固废在混凝土材料中的资源化利用，是发展循环经济、促进上下游产业链协同发展的必然途径。

随着行业技术创新，固废基人造骨料技术逐步得到开发和应用，为大规模消纳各类固废材料开辟了一条全新的渠道，进一步推进了固废的资源化利用。

当前利用尾矿造砂主要技术思路为“仿陶粒”工艺和“配料、成球或包壳”工艺两个方向，除了工艺成本较高外，均存在骨料表观密度低、抗压强度差、吸水率高及表面抗渗性差等缺陷，无法满足混凝土工程技术要求。

并且，无论采用何种造粒方式，抑或是常温或蒸压养护，都无法解决人造骨料表面密实度差的缺陷，这必然会造成颗粒吸水率偏大。掺入混凝土后，会显著提高用水量，降低流动性。同时表面抗渗性差，无法阻止后期有害物的侵入，影响混凝土长期耐久性能。此外，受限于强度问题，颗粒粒径必然不能设计的过大，因此只能产出人工砂而无法制造人工石。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种尾矿基人工骨料及其制备方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种尾矿基人工骨料，该人工骨料由包括如下重量份的原料制成：

尾矿砂 30-40份；

含钙固废 40-60份；

含铝固废 10-20份；

稳定剂 0.01-0.05份；

催化剂 4-6份；

增强组分 2-5份；

抗渗组分 1-2份。

进一步，所述的抗渗组分由包括如下重量份的原料制成：

乙二醇 15-25份；

丙二醇 20-30份；

甲基硅酸钠 30-40份；

浓硫酸 10-15份；

滑石粉 20-30份。

进一步，所述的抗渗组分由包括如下步骤的方法制成：在搅拌条件下，将乙二醇和丙二醇缓慢加入甲基硅酸钠中，混合均匀后升温，向其中加入浓硫酸，混合均匀后保温后降温至40℃以下，向其中加入滑石粉，搅拌均匀后得到所述抗渗组分；所述的升温步骤的温度为85-90℃；所述的保温步骤的时间为120分钟。

进一步，所述的尾矿砂为铁尾矿、铜尾矿或金尾矿中的至少一种；所述的含钙固废为钢渣、水淬渣或电石渣中的至少一种；所述的含铝固废为铝土矿尾矿或赤泥中的一种或两种。

进一步，所述的稳定剂为羟甲基纤维素或羟乙基纤维素中的一种或两种；所述的催化剂为磷酸或磷酸二氢铝中的一种或两种；所述的增强组分为乙二胺四乙酸二钠或乙二胺四乙酸二钾中的一种或两种。

所述的尾矿基人工骨料的制备方法，包括如下步骤：

步骤1是将尾矿砂、含钙固废、含铝固废、稳定剂、催化剂和增强组分混合后，向其中加入去离子水，搅拌均匀后得到混合料；

步骤2是将所述的混合料进行加压成型、蒸压养护、破碎、筛分后得到所述的人工骨料颗粒；

步骤3是将抗渗组分喷淋于所述的人工骨料颗粒表面，制得所述的尾矿基人工骨料。

进一步，所述的步骤1中的尾矿砂、含钙固废与含铝固废中Ca：Si+Al的摩尔比为0.8-0.9，Si：Al的摩尔比为1.6-1.8；所述的步骤1中的混合料的含水率为3-5%。

进一步，所述的步骤2中的加压成型步骤的压强为100-150MPa；所述的步骤2中的蒸压养护步骤的温度为180-200℃，时间为6-8小时。

进一步，所述的步骤2中的破碎步骤将养护后的胚体细碎为31.5mm以下的连续级配颗粒。

进一步，所述的步骤2中的筛分步骤将4.75mm以下的颗粒为人工砂，4.75mm以上的颗粒为人工石。

其中，抗渗组分机理如下：甲基硅酸钠在浓硫酸催化条件下与小分子醇发生酯化反应，生成甲基硅酸酯，其能与滑石粉中的硅氧键发生交联而生成有机—无机复合物。当该复合物喷涂于人工骨料表面时，体积较小的有机端会渗透入骨料空隙内，无机端留在骨料表面，形成孔隙封闭加界面层的双重防护效果。同时，处于外层的无机端也会成为内部有机端的保护层，提高其稳定性，相较单纯喷涂甲基硅酸钠，使用寿命更长。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的尾矿基人工骨料通过“压制成型-蒸压养护”方式，提高了密实度，破碎后所得颗粒强度高、表观密度大，完全满足建筑用砂/石相关技术要求；此外，引入了疏水型高分子抗渗透材料，封闭了颗粒表面的孔隙和通道，降低了人工骨料的吸水率；同时，引入活性反应组分，后期在游离水渗入的条件下，可以同材料中的游离金属离子发生螯合反应，封闭孔道，提高颗粒抗抗渗性能；最后，本发明使用的三类主原料均为固废材料，且最终产品可以完全取代混凝土中的砂石骨料，具有较好的经济及社会效益。

附图说明

图1为本发明实施例所述的人造骨料（石）的实物图；

图2为本发明实施例所述的人造骨料（砂）的实物图。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

一种尾矿基人工骨料的制备方法，包括如下步骤：

（1）根据三种主原料的成分分析结果，调整Ca：Si+Al的摩尔比为0.8，且Si：Al摩尔比为1.6，将铁尾矿砂30份、钢渣45份、铝土矿尾矿15份、羟甲基纤维素0.01份、磷酸4份、乙二胺四乙酸二钠4份混合后，向其中加入2份去离子水，搅拌均匀后得到混合料；

（2）将所述的混合料进行加压成型，压强控制在100-150MPa之间，模具为边长30cm的立方体；

（3）成型好的胚体脱模后经输送设备送至蒸压养护设备中，于180-200℃条件下养护8h，促使矿物组分发生反应，生成稳定的化学结构；

（4）养护结束后，自然冷却降温，将胚体经破碎设备细碎为31.5mm以下的连续级配颗粒；

（5）经筛分，4.75mm以下的颗粒为人工砂，4.75mm以上的颗粒为人工石；

（6）将甲基硅酸钠30份置于反应容器中，开启搅拌装置，缓慢加入乙二醇16份和丙二醇20份，待物料混合均匀后，升温至85-90℃，加入浓硫酸13份，混合均匀后保温120min，反应完毕后降温至40℃以下，加入滑石粉21份，搅拌均匀后得到抗渗组分；

（7）将抗渗组分2份喷淋于颗粒表面，制得所述的尾矿基人工骨料，如图1-2所示。

实施例2

一种尾矿基人工骨料的制备方法，包括如下步骤：

（1）根据三种主原料的成分分析结果，调整Ca：Si+Al的摩尔比为0.9，且Si：Al摩尔比为1.8，将铜尾矿砂35份、水淬渣40份、赤泥10份、羟乙基纤维素0.03份、磷酸二氢铝6份和乙二胺四乙酸二钾5份混合后，向其中加入4份去离子水，搅拌均匀后得到混合料；

（6）将甲基硅酸钠35份置于反应容器中，开启搅拌装置，缓慢加入乙二醇18份和丙二醇25份，待物料混合均匀后，升温至85-90℃，加入浓硫酸15份，混合均匀后保温120min，反应完毕后降温至40℃以下，加入滑石粉23份，搅拌均匀后得到抗渗组分；

（7）将抗渗组分2份喷淋于颗粒表面，制得所述的尾矿基人工骨料。

对比例1

一种尾矿基人工骨料的制备方法，包括如下步骤：

（1）根据三种主原料的成分分析结果，调整Ca：Si+Al的摩尔比为0.8，且Si：Al摩尔比为1.6，将铁尾矿砂30份、钢渣45份、铝土矿尾矿15份、羟甲基纤维素0.01份、磷酸4份混合后，向其中加入2份去离子水，搅拌均匀后得到混合料；

对比例2

一种尾矿基人工骨料的制备方法，包括如下步骤：

（1）根据三种主原料的成分分析结果，调整Ca：Si+Al的摩尔比为0.8，且Si：Al摩尔比为1.6，将铁尾矿砂30份、钢渣45份、铝土矿尾矿15份、羟甲基纤维素0.01份、磷酸4份和乙二胺四乙酸二钠4份混合后，向其中加入2份去离子水，搅拌均匀后得到混合料；

（5）经筛分，4.75mm以下的颗粒为人工砂，4.75mm以上的颗粒为人工石，即为所述的尾矿基人工骨料。

对比例3

一种尾矿基人工骨料的制备方法，包括如下步骤：

对比例4

一种尾矿基人工骨料的制备方法，包括如下步骤：

（6）将甲基硅酸钠2份喷淋于颗粒表面，制得所述的尾矿基人工骨料。对各实施例与对比例得到的人工骨料的性能进行检测，结果如表1-2所示。

表1 人工骨料性能对比（石）

表2 人工骨料性能对比（砂）

由表1-2可知，实施例1-2得到的人工骨料表观密度、压碎指标、吸水率、配制混凝土的工作性、配制混凝土的7d及28d强度等性能均优于市场造粒骨料，同天然骨料接近或略好。

对比例1为不添加增强组分情况，其压碎指标明显增加，抗压能力下降；其结构密实度降低同时造成吸水率增加；混凝土抗压强度下降较为明显。

对比例2为不添加抗渗组分情况，其压碎指标变化不大，但吸水率大幅增加；同时，混凝土流动性由于吸水问题受到了明显影响；在用于人造石情况下，混凝土强度有所降低。

对比例3为同时不添加增强组分和抗渗组分情况，其各方面指标显著降低，仅略好于市售普通造粒骨料，说明二者存在明显的协同效应。

对比例4为添加普通抗渗组分情况，除吸水率和混凝土流动性指标同实施例有显著差距外，其余都差异不大，说明经改性后的抗渗组分可以显著提升人造骨料的抗渗性，进而降低吸水率，改善混凝土工作性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，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之内。

Claims

1.一种尾矿基人工骨料，其特征在于：该人工骨料由如下重量份的原料制成：

尾矿砂 30-40份；

含钙固废 40-60份；

含铝固废 10-20份；

稳定剂 0.01-0.05份；

催化剂 4-6份；

增强组分 2-5份；

抗渗组分 1-2份；

所述的抗渗组分由如下重量份的原料制成：

乙二醇 15-25份；

丙二醇 20-30份；

甲基硅酸钠 30-40份；

浓硫酸 10-15份；

滑石粉 20-30份；

所述的抗渗组分由如下步骤的方法制成：在搅拌条件下，将乙二醇和丙二醇缓慢加入甲基硅酸钠中，混合均匀后升温，向其中加入浓硫酸，混合均匀后保温后降温至40℃以下，向其中加入滑石粉，搅拌均匀后得到所述抗渗组分；所述的升温步骤的温度为85-90℃；所述的保温步骤的时间为120分钟；

所述的尾矿基人工骨料的制备方法，包括如下步骤：

步骤3是将抗渗组分喷淋于所述的人工骨料颗粒表面，制得所述的尾矿基人工骨料；

所述的稳定剂为羟甲基纤维素或羟乙基纤维素中的一种或两种；所述的催化剂为磷酸或磷酸二氢铝中的一种或两种；所述的增强组分为乙二胺四乙酸二钠或乙二胺四乙酸二钾中的一种或两种。

2.根据权利要求1所述的尾矿基人工骨料，其特征在于：所述的尾矿砂为铁尾矿、铜尾矿或金尾矿中的至少一种；所述的含钙固废为钢渣、水淬渣或电石渣中的至少一种；所述的含铝固废为铝土矿尾矿或赤泥中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的尾矿基人工骨料，其特征在于：所述的步骤1中的尾矿砂、含钙固废与含铝固废中Ca：Si+Al的摩尔比为0.8-0.9，Si：Al的摩尔比为1.6-1.8；所述的步骤1中的混合料的含水率为3-5%。

4.根据权利要求1所述的尾矿基人工骨料，其特征在于：所述的步骤2中的加压成型步骤的压强为100-150MPa；所述的步骤2中的蒸压养护步骤的温度为180-200℃，时间为6-8小时。

5.根据权利要求1所述的尾矿基人工骨料，其特征在于：所述的步骤2中的破碎步骤将养护后的坯体细碎为31.5mm以下的连续级配颗粒。

6.根据权利要求1所述的尾矿基人工骨料，其特征在于：所述的步骤2中的筛分步骤将4.75mm以下的颗粒为人工砂，4.75mm以上的颗粒为人工石。