CN107298537A - 一种复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料及其制备方法。主要解决了细铁尾矿砂活化工艺复单一、效率低、活化效果差等技术问题，所述复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料由高硅型细铁尾矿砂，化学添加剂和活性物质混合活化制成。本发明还公开了复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料的制备方法，由机械粉磨‑化学活化‑热力学活化复合活化过程组成。本发明的有益效果在于：本发明提供的复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料制备方法能有效激发高硅型细铁尾矿砂的活性，复合活化后的铁尾矿能够充当辅助胶凝材料用于水泥混凝土及其相关构件中，提高了铁尾矿的综合利用率，减少了环境污染和生态破坏，对促进资源的可持续发展有良好的推动作用。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程材料技术领域，具体涉及一种复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料及其制备方法。
背景技术
随着中国钢铁工业的发展和选矿技术水平的提高，铁尾矿的产出量逐年增加，铁尾矿是铁选厂在特定的经济技术条件下，将铁矿石磨细，选取“有用组分”后排出的固体或粉状的残渣，目前我国铁尾矿的堆存量已超过30亿吨，并且每年在以超过3亿吨的速度增长，而其堆存会占用大量土地，污染环境，破坏生态，更甚者部分尾矿库还存在灾害性水污染甚至溃坝的危险，因此，开展铁尾矿的综合利用工作迫在眉睫，提高其利用率对于推动我国的工业发展和可持续发展具有重大意义。
目前关于铁尾矿的综合利用主要包括：尾矿再选与有价元素回收利用、充填采空区、用作土壤改良剂、制备陶瓷和砖等建筑材料、沥青路面多结构层以及水泥混凝土制品等，但铁尾矿的利用率依然很低，仅有7％，研究发现，铁尾矿砂也具有类似于水泥、粉煤灰、石灰石等(辅助)胶凝材料的活性，但其活性较低，不能直接用作辅助胶凝材料，需要进行活化。
铁尾矿砂活性的激发是其用作辅助胶凝材料的关键性因素，铁尾矿的激发分为三种方式：物理激发、化学激发和热力学激发。
物理激发又称机械激发，主要是机械方法，即通过物理磨细的方法来提高铁尾矿的细度，从而提高其比表面积，随着比表面积的增大，使物料与周围水分接触面也增大，从而加快尾矿水化的速度，提高了尾矿的活性。如发明专利CN102850011A《一种利用铁尾矿制备活性粉末混凝土的工艺方法》公开了一种采用机械粉磨手段来活化铁尾矿的方法，使其作为活性粉末混凝土的活性粉末组分，但也有研究表明机械粉磨并不能提高铁尾矿的化学活性，铁尾矿在常温下主要以物理填充效应为主。
化学激发是采用添加某些添加剂来提高铁尾矿的活性，如发明专利CN103011648A《一种混凝土用改性铁尾矿活性掺合料及其制备方法》公开了一种利用聚羧酸盐减水剂对铁尾矿进行表面改性提高其活性的方法，采用该方法生产的改性铁尾矿活性掺合料的活性与二级粉煤灰相当，但铁尾矿中起决定因素的硅铝物质如石英、绿泥石等很难被碱激发，只有高温高压等复合条件下才能激发其活性。
热力学激发即高温煅烧来提高尾矿活性，易忠来等研究了热活化对铁尾矿胶凝活性的影响，结果表明在热活化过程中，铁尾矿中的部分高岭石等成分发生分解，生成活性SiO2和活性Al2O3，提高了铁尾矿的胶凝活性，但也有较多研究发现，单独对铁尾矿进行煅烧，不能提高铁尾矿活性，需加入活性物质与铁尾矿进行煅烧，才可显著提高铁尾矿活性，因此，寻求一种方便有效的铁尾矿砂活化方法激发其活性，进而大量用作辅助胶凝材料，实现铁尾矿的综合利用显得越来越重要。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，进而提供一种复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料及其制备方法，解决现有方法中工艺单一、效率低、活化效果差的技术问题，同时，扩大铁尾矿砂辅助胶凝材料的推广应用，实现工业固体废弃物的可持续利用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料，主要由高硅型细铁尾矿砂、化学添加剂以及活性物质混合活化制成，所述的高硅型细铁尾矿砂为SiO2含量65％～85％的铁尾矿砂；所述化学添加剂为碱金属硅酸盐，其百分含量为铁尾矿砂含量的0.5％～5％；所述活性物质成分包括粉煤灰、矿渣粉。
进一步的，所述的活性物质比表面积为400m2/kg～800m2/kg，其百分含量为铁尾矿砂含量的50％～100％。
进一步的，所述的碱金属硅酸盐包括Na2SiO3。
进一步的，所述的活性物质成分包括粉煤灰、石灰石粉。
进一步的，所述的化学添加剂为包括Na2CO3的碱金属碳酸盐。
一种复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤一、细铁尾矿砂选取：选取SiO2含量为65％～85％的铁尾矿砂，利用方孔筛对其进行筛分，筛取粒度为0.075mm～0.6mm范围的细铁尾矿砂为活化目标，制备辅助胶凝材料；
步骤二、机械粉磨活化：采用水泥球磨机，球料比为3:1至8:1，粉磨时间为1h～3h，对铁尾矿砂进行机械粉磨，得到一次活化铁尾矿；
步骤三、化学活化：在机械粉磨活化后的一次活化铁尾矿中加入包括Na2SiO3或Na2CO3的碱金属硅酸盐或碳酸盐化学添加剂进行化学活化，化学添加剂的掺配比例为一次活化铁尾矿含量的0.5％～3％，得到二次活化铁尾矿；
步骤四、热力学活化：将经过机械粉磨活化和化学活化后的二次活化铁尾矿与包括粉煤灰、矿渣粉或石灰石的活性材料混合，二次活化铁尾矿与活性材料的掺配比为1:1至2:1，在500℃～800℃下继续热活化处理1h～3h，得到最终复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料。
附图说明
图1为本发明制备流程图。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
一种复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料，主要由高硅型细铁尾矿砂、化学添加剂以及活性物质混合活化制成，所述的高硅型细铁尾矿砂为SiO2含量65％～85％的铁尾矿砂；所述化学添加剂为碱金属硅酸盐，其百分含量为铁尾矿砂含量的0.5％～5％；所述活性物质成分包括粉煤灰、矿渣粉。
进一步的，所述的活性物质比表面积为400m2/kg～800m2/kg，其百分含量为铁尾矿砂含量的30％～100％。
进一步的，所述的碱金属硅酸盐包括Na2SiO3。
进一步的，所述的活性物质成分包括石灰石粉。
进一步的，所述的化学添加剂为包括Na2CO3的碱金属碳酸盐。
一种复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料的制备方法，包括以下步骤，
步骤一、细铁尾矿砂选取：选取SiO2含量为65％～85％的铁尾矿砂，利用方孔筛对其进行筛分，筛取粒度为0.075mm～0.6mm范围的细铁尾矿砂为活化目标，制备辅助胶凝材料；
步骤二、机械粉磨活化：采用水泥球磨机，球料比为3:1至8:1，粉磨时间为1h～3h，对铁尾矿砂进行机械粉磨，得到一次活化铁尾矿；
步骤三、化学活化：在机械粉磨活化后的一次活化铁尾矿中加入包括Na2SiO3或Na2CO3的碱金属硅酸盐或碳酸盐化学添加剂进行化学活化，化学添加剂的掺配比例为一次活化铁尾矿含量的0.5％～3％，得到二次活化铁尾矿；
步骤四、热力学活化：将经过机械粉磨活化和化学活化后的二次活化铁尾矿与包括粉煤灰、矿渣粉或石灰石的活性材料混合，二次活化铁尾矿与活性材料的掺配比为1:1至2:1，在500℃～800℃下继续热活化处理1h～3h，得到最终复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料。
具体的，选取SiO2含量为65％～85％的铁尾矿砂，利用方孔筛对其进行筛分，筛取粒度为0.075mm～0.6mm范围的细铁尾矿砂为活化目标，首先采用水泥球磨机进行机械粉磨，球料比为5:1，粉磨2h，得到一次活化铁尾矿；之后在一次活化铁尾矿中加入掺量为2％的Na2SiO3进行化学活化，得到二次活化铁尾矿；最后将二次活化铁尾矿与粉煤灰以1:1的比例混合，在700℃下继续热活化处理2h，得到最终复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料。
实施例2
选取SiO2含量为65％～85％的铁尾矿砂，利用方孔筛对其进行筛分，筛取粒度为0.075mm～0.6mm范围的细铁尾矿砂为活化目标，首先采用水泥球磨机进行机械粉磨，球料比为3:1，粉磨3h，得到一次活化铁尾矿；之后在一次活化铁尾矿中加入掺量为2％的Na2CO3进行化学活化，得到二次活化铁尾矿；最后将二次活化铁尾矿与矿渣粉以2:1的比例混合，在750℃下继续热活化处理3h，得到最终复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料。
实施例3
选取SiO2含量为65％～85％的铁尾矿砂，利用方孔筛对其进行筛分，筛取粒度为0.075mm～0.6mm范围的细铁尾矿砂为活化目标，首先采用水泥球磨机进行机械粉磨，球料比为6:1，粉磨1.5h，得到一次活化铁尾矿；之后在一次活化铁尾矿中加入掺量为1％的Na2SiO3进行化学活化，得到二次活化铁尾矿；最后将二次活化铁尾矿与石灰石粉以1:1的比例混合，在600℃下继续热活化处理2.5h，得到最终复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料。
实施例4
选取SiO2含量为65％～85％的铁尾矿砂，利用方孔筛对其进行筛分，筛取粒度为0.075mm～0.6mm范围的细铁尾矿砂为活化目标，首先采用水泥球磨机进行机械粉磨，球料比为5:1，粉磨2h，得到一次活化铁尾矿；之后在一次活化铁尾矿中加入掺量为3％的Na2SiO3进行化学活化，得到二次活化铁尾矿；最后将二次活化铁尾矿与粉煤灰以2:1的比例混合，在800℃下继续热活化处理1.5h，得到最终复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料。
实施例5
一种复选取SiO2含量为65％～85％的铁尾矿砂，利用方孔筛对其进行筛分，筛取粒度为0.075mm～0.6mm范围的细铁尾矿砂为活化目标。首先采用水泥球磨机进行机械粉磨，球料比为8:1，粉磨1h，得到一次活化铁尾矿；之后在一次活化铁尾矿中加入掺量为3％的Na2CO3进行化学活化，得到二次活化铁尾矿；最后将二次活化铁尾矿与石灰石粉以3:2的比例混合，在650℃下继续热活化处理2.5h，得到最终复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料，主要由高硅型细铁尾矿砂、化学添加剂以及活性物质混合活化制成，其特征在于，所述的高硅型细铁尾矿砂为SiO2含量65％～85％的铁尾矿砂；所述化学添加剂为碱金属硅酸盐，其百分含量为铁尾矿砂含量的0.5％～3％；所述活性物质成分包括粉煤灰、矿渣粉。
2.根据权利要求1所述的复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料，其特征在于，所述的活性物质比表面积为400m2/kg～800m2/kg，其百分含量为铁尾矿砂含量的50％～100％。
3.根据权利要求1所述的复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料，其特征在于，所述的碱金属硅酸盐包括Na2SiO3。
4.根据权利要求1所述的复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料，其特征在于，所述的活性物质成分包括石灰石粉。
5.根据权利要求1所述的复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料，其特征在于，所述的化学添加剂为包括Na2CO3的碱金属碳酸盐。
6.一种复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料的制备方法，其特征在于，
步骤一、细铁尾矿砂选取：选取SiO2含量为65％～85％的铁尾矿砂，利用方孔筛对其进行筛分，筛取粒度为0.075mm～0.6mm范围的细铁尾矿砂为活化目标，制备辅助胶凝材料；
步骤二、机械粉磨活化：采用水泥球磨机，球料比为3:1至8:1，粉磨时间为1h～3h，对铁尾矿砂进行机械粉磨，得到一次活化铁尾矿；
步骤三、化学活化：在机械粉磨活化后的一次活化铁尾矿中加入包括Na2SiO3或Na2CO3的碱金属硅酸盐或碳酸盐化学添加剂进行化学活化，化学添加剂的掺配比例为一次活化铁尾矿含量的0.5％～3％，得到二次活化铁尾矿；
步骤四、热力学活化：将经过机械粉磨活化和化学活化后的二次活化铁尾矿与包括粉煤灰、矿渣粉或石灰石的活性材料混合，二次活化铁尾矿与活性材料的掺配比为1:1至2:1，在500℃～800℃条件下继续热活化处理1h～3h，得到最终复合活化铁尾矿砂辅助胶凝材料。
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