CN111196688A - 利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料的方法 - Google Patents

利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明一种利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备的复合胶凝材料，包括以下重量份原料：铁尾矿粉0‑42份、矿渣微粉41‑80份、生石灰9‑28份、脱硫灰3‑13份、石膏4‑17份，其制备方法包括以下步骤：将各原料加入密闭性良好的容器，封闭好后进行摇晃、翻倒处理，然后静置15分钟，重复操作3‑4次，将静置好的复合胶凝材料置于干燥环境中，获得一种利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料。本发明利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料，克服了铁尾矿粉本身胶凝活性不足的问题，显著提高了铁尾矿粉、矿渣微粉以及脱硫灰的利用率，减轻了环境负担，具有显著的经济效益和社会效益。

Description

利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料的方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料的方法。
背景技术
铁尾矿粉是铁矿在矿选铁精粉过程中产生的一种废渣，年排放量高达1.5亿吨，占入选铁矿石量60％左右，我国累计堆存量已达到50 亿吨，但利用率仅为7％，是综合利用率最低的大宗固体废弃物。由于铁尾矿粉与天然砂的理化性能极其相似，目前铁尾矿粉的二次利用主要是将铁尾矿粉作为细骨料替代天然砂运用于建筑材料的制备。但对于粒径较小的铁尾矿粉，将其用于混凝土骨料的思路已然行不通。另外，矿渣微粉是在高炉炼铁过程中的副产品，也是一种粒径微小的废渣，利用率也仅为10％。因此，如何较好的利用铁尾矿粉和矿渣微粉，拓展铁尾矿粉的应用范围，是目前急需解决的问题。
脱硫灰是由工业排烟中的SO2与吸收剂反应同时在高温下蒸干水分而形成的一种灰白色粉末状颗粒，目前我国对脱硫灰应用正处于研究的阶段，由于脱硫灰的成分极其复杂，由脱硫剂、脱硫产物与飞灰等多种成分组成，并且脱硫灰在利用过程中性质不太稳定，导致大量的脱硫灰堆放和废弃处理。因此，利用这些工业废弃物活性和碱激发性能，充分发挥他们潜在的材料特性，制备高性能复合胶凝材料，实现资源再利用，扩展材料的消纳途径，将显著减少缓解土地资源和环境资源的负担，具有较大的经济效益和社会效益。
发明内容
本发明针对钢铁工业废弃物即污染环境又占用土地的问题，提供一种利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料的方法。本发明充分利用了工业废弃物，如铁尾矿粉、矿渣微粉以及脱硫灰，通过对矿渣微粉及铁尾矿粉进行碱性激发，克服铁尾矿粉本身胶凝活性不足的问题，显著提高了铁尾矿粉、矿渣微粉以及脱硫灰的利用率，减轻了环境负担。
为实现上述目的，本发明通过以下方案予以实现：
本发明提供了一种利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料的方法，其特征在于，复合胶凝材料包括铁尾矿粉、矿渣微粉、生石灰、脱硫灰和石膏，制备方法包括以下步骤：
(1)对铁尾矿粉进行烘干处理，保证材料呈现干燥的粉末状微粒；
(2)按照重量计，按铁尾矿粉0-42份、矿渣微粉41-80份、生石灰9-28份、脱硫灰3-13份、石膏4-17份称取各种材料，备用；
(3)将备用材料加入密闭性良好的容器，封闭好后进行摇晃、翻到处理，然后静置15分钟，重复操作3-4次即可；
(4)将静置好的复合胶凝材料存放于干燥环境下，获得复合胶凝材料。
进一步地，铁尾矿粉粒径范围在80μm以下。
进一步地，矿渣微粉是粒化高炉矿渣，细度模数为0.983。
进一步地，脱硫灰由石膏湿法脱硫工艺获得。
本发明的有益效果是：
(1)铁尾矿粉是铁矿在矿选铁精粉过程中产生的一种细粒径废渣，矿渣微粉是在高炉炼铁过程中的副产品，脱硫灰是由工业排烟形成的一种灰白色粉末状颗粒，本发明利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料，提高了铁尾矿粉、矿渣微粉以及脱硫灰利用率，解决了这些废弃物的堆存问题和环境污染问题。
(2)铁尾矿粉和矿渣微粉主要成分均是SiO2和CaO，是一种具有潜在火山灰活性的固体废弃物，利用铁尾矿粉和矿渣微粉自身的活性和“潜在水硬性”，通过对矿渣微粉及铁尾矿粉进行碱性激发，脱硫灰中的SO3为硅酸盐的进一步转化提供了硫酸根离子，有助于硫硅酸钙水化物凝胶的形成，克服铁尾矿粉本身胶凝活性不足的问题，无需对铁尾矿粉进行前期活化，工艺简单，降低了铁尾矿粉处理成本。
(3)与普通42.5#水泥相比，本发明胶凝材料成本仅为42.5#水泥的16.8％，28d单轴抗压强度是42.5#水泥的1.24-2.81倍。
因此，利用矿渣微粉、铁尾矿粉、脱硫灰制备复合胶凝材料，克服了铁尾矿粉本身胶凝活性不足的问题，显著提高了铁尾矿粉、矿渣微粉以及脱硫灰的利用率，降低环境污染，保护自然环境，具有显著的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中实施例中铁尾矿粉粒径范围在80um以下，矿渣微粉是粒化高炉矿渣，细度模数为0.983，脱硫灰由石膏湿法脱硫工艺获得，采用X射线荧光光谱分析(XRF)测得铁尾矿粉、矿渣微粉和脱硫灰的化学成分如表1至表3所示：
表1铁尾矿粉主要化学成分(％)
Figure RE-GDA0002432950440000031
表2矿渣微粉主要化学成分(％)
Figure RE-GDA0002432950440000032
表3脱硫灰主要化学成分(％)
Figure RE-GDA0002432950440000041
实施例1
(1)对铁尾矿粉进行烘干处理，保证材料呈现干燥的粉末状微粒；
(2)按照重量计，按铁尾矿粉10份、矿渣微粉65份、生石灰15 份、脱硫灰5份、石膏5份称取各种材料，备用；
(3)将备用材料加入密闭性良好的容器，封闭好后进行摇晃、翻到处理，然后静置15分钟，重复操作4次即可；
(4)将静置好的复合胶凝材料存放于干燥环境下，获得复合胶凝材料。
实施例2
(1)对铁尾矿粉进行烘干处理，保证材料呈现干燥的粉末状微粒；
(2)按照重量计，按铁尾矿粉20份、矿渣微粉55份、生石灰15 份、脱硫灰5份、石膏5份称取各种材料，备用；
(3)将备用材料加入密闭性良好的容器，封闭好后进行摇晃、翻到处理，然后静置15分钟，重复操作4次即可；
(4)将静置好的复合胶凝材料存放于干燥环境下，获得复合胶凝材料。
实施例3
(1)对铁尾矿粉进行烘干处理，保证材料呈现干燥的粉末状微粒；
(2)按照重量计，按铁尾矿粉30份、矿渣微粉45份、生石灰15 份、脱硫灰5份、石膏5份称取各种材料，备用；
(3)将备用材料加入密闭性良好的容器，封闭好后进行摇晃、翻到处理，然后静置15分钟，重复操作4次即可；
(4)将静置好的复合胶凝材料存放于干燥环境下，获得复合胶凝材料。
实施例4
(1)对铁尾矿粉进行烘干处理，保证材料呈现干燥的粉末状微粒；
(2)按照重量计，按铁尾矿粉0份、矿渣微粉75份、生石灰15 份、脱硫灰5份、石膏5份称取各种材料，备用；
(3)将备用材料加入密闭性良好的容器，封闭好后进行摇晃、翻到处理，然后静置15分钟，重复操作4次即可；
(4)将静置好的复合胶凝材料存放于干燥环境下，获得复合胶凝材料。
对比例1
(1)按照重量计，按42.5#水泥75份、生石灰15份、脱硫灰5 份、石膏5份、外加剂3份称取各种材料，备用；
(2)将备用材料加入密闭性良好的容器，封闭好后进行摇晃、翻到处理，然后静置15分钟，重复操作4次即可；
(3)将静置好的复合胶凝材料存放于干燥环境下，获得复合胶凝材料。
性能检测
根据国家标准GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法(IOS法)，将实施例1-4中制备的胶凝材料按照规定的水灰比与IOS标准砂搅拌成型，加水搅拌后，制备成40mm×40mm×160mm的试块，试块放在标准养护箱内养护48小时拆模，拆模后试块放置于20±1℃养护箱内水养，检测复合胶凝材料3d、7d、28d的抗折强度和单轴抗压强度，得到复合胶凝材料抗折强度及抗压强度的试验结果见表4。
表4复合胶凝材料强度及抗压强度
Figure RE-GDA0002432950440000051
Figure RE-GDA0002432950440000061
如表4所示，本发明利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备的复合胶凝材料成本仅为42.5#水泥的16.8％，28d单轴抗压强度是42.5#水泥的1.24～2.81倍。本发明克服了铁尾矿粉本身胶凝活性不足的问题，具有实际使用价值。因此，本发明利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料，显著提高了铁尾矿粉、矿渣微粉以及脱硫灰的利用率，具有显著的经济效益和社会效益。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料过着特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料的方法，其特征在于，所述复合胶凝材料包括铁尾矿粉、矿渣微粉、生石灰、脱硫灰和石膏，制备方法包括以下步骤：
(1)对铁尾矿粉进行烘干处理，保证材料呈现干燥的粉末状微粒；
(2)按照重量计，按铁尾矿粉0-42份、矿渣微粉41-80份、生石灰9-28份、脱硫灰3-13份、石膏4-17份称取各种材料，备用；
(3)将备用材料加入密闭性良好的容器，封闭好后进行摇晃、翻到处理，然后静置15分钟，重复操作3-4次即可；
(4)将静置好的复合胶凝材料存放于干燥环境下，获得复合胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料的方法，其特征在于，所述铁尾矿粉粒径范围在80μm以下，所述铁尾矿粉为高硅型铁尾矿粉。
3.根据权利要求2所述的利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料的方法，其特征在于，所述铁尾矿粉的成分包括SiO271.62％、Fe2O3 17.09％、MgO 3.42％、Al2O33.37％、CaO 2.65％、P2O50.623％、K2O 0.318％、Na2O 0.286％、MnO 0.275％、TiO20.172％。
4.根据权利要求1所述的利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料的方法，其特征在于，所述矿渣微粉是粒化高炉矿渣，细度模数为0.983。
5.根据权利要求4所述的利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料的方法，其特征在于，所述矿渣微粉的成分包括CaO 38.06％、SiO2 35.06、Al2O3 17.12％、MgO6.20％、TiO2 1.07％、S 0.830％、NaO2 0.538％、K2O 0.363％、Fe2O3 0.332％、MnO0.186％。
6.根据权利要求1所述的利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料的方法，其特征在于，所述脱硫灰由石膏湿法脱硫工艺获得。
7.根据权利要求1所述的利用铁尾矿粉、矿渣微粉、脱硫灰制备复合胶凝材料的方法，其特征在于，所述脱硫灰的成分包括CaO 55.41％、SO3 26.52％、SiO2 5.78％、Al2O33.91％、氯元素3.45％、Na2O 1.33％、Fe2O3 1.32％、MgO 0.93％、TiO2 0.32％、碘元素0.3％。
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