CN111592254A - 一种利用固体废弃物制备的矿物掺合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用固体废弃物制备的矿物掺合料及其制备方法。本发明的矿物掺合料的原材料均为固体废弃物，所述原材料包括开采建设用碎石的废石屑（粉）、加工建筑装饰用天然石材的抛光粉、开采铅锌矿的尾矿渣和转炉炼钢炉底渣。本发明充分利用四种废渣各自的特点，通过分别烘干、复掺、混合粉磨、混合搅拌制备矿物掺合料，实现协同利用，将固体废弃物变废为宝，缓解了矿物掺合料紧缺的问题，同时解决了废弃物占用土地、污染环境的问题。

Description

一种利用固体废弃物制备的矿物掺合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及固体废弃物在建筑材料领域的资源化利用，更具体来说，特别涉及一种利用固体废弃物制备的矿物掺合料及其制备方法。
背景技术
保护环境、降低自然资源的消耗和提高水泥混凝土性能是目前水泥与混凝土工业面临的两个最为重要的问题，充分利用矿物掺合料可以有效的解决上述问题。矿物掺合料目前还没有一个准确的定义，掺加到水泥中的无机矿物物质，掺加到砂浆和混凝土中的无机矿物细粉，都可称为矿物掺合料，一般对掺加到水泥中的称为水泥混合材，掺加到砂浆和混凝土中的称为掺合料。矿物掺合料的应用，一方面可以减少硅酸盐水泥熟料或硅酸盐水泥的使用量，和有效利用一些固体废弃物，从而降低建材工业自身和其它工业产业对资源和环境的负荷；另一方面，矿物土掺合料由于具有润滑或保水作用，或火山灰活性，或填充孔隙的微集料效应，对水泥、砂浆、混凝土的工作性能、力学性能、抗侵蚀耐久性能等诸多性能有明显的改善作用，已成为水泥、砂浆和混凝土中不可或缺的组成材料，由于使用量大已造成市场紧缺。因此，利用固体废弃物制备矿物掺合料是目前研究热点之一。
在开采建设用碎石的过程中会产生大量废石屑(粉)，目前多用于道路填方，利用价值低，如果将废石屑适当加工制成矿物掺合料，这样既解决了矿物掺合料短缺和废石屑污染环境问题，又提高了资源利用率。建设用碎石多为花岗岩或石灰岩，花岗岩磨细后作为矿物掺合料主要发挥微集料效应，其中的部分石英矿物磨细后产生晶格畸变及无定形化，具有一定的火山灰活性；磨细石灰岩粉润滑和保水性好可改善拌合物的工作性，同时能促进早期水化，提高矿物掺合料7d的活性指数。
在加工建筑装饰用天然石材过程中需要对表面进行水磨抛光处理，产生大量抛光粉浆，含水量高且颗粒细小，如果不加以利用，不仅占用大量土地，还会污染水体和土壤，对生态环境造成破坏。首先要对抛光粉浆进行脱水减量化处理，再烘干，才能用作矿物掺合料。石材抛光粉粒度小，比表面积很大，大于500m2/kg，一方面可以发挥微集料效应，填充更小的孔隙，改善混凝土界面过渡区结构，另一方面建筑装饰用天然石材包括花岗岩、各种变质岩、大理石等，化学成分和矿物组成各不相同，但其抛光粉中均含有部分磨得很细的无定形化的矿物颗粒，促进早期水化，提高矿物掺合料7d的活性指数，石材抛光粉一般不单独使用，因为比表面积大会明显增加需水性，影响拌合物工作性能。
与花岗岩类有关的铅锌矿床是我国一种主要的铅锌矿床类型，其尾矿渣属于花岗岩。随着矿山长年的开采，废弃尾矿渣在地表堆积，占用耕地，危害生态。将尾矿渣粉作为矿物掺合料使用，其与开采建设用花岗岩碎石过程中产生废石屑(粉)所起的作用相同。
转炉炼钢炉底渣为转炉炼钢的喷溅物和清理物与炉坑内炉渣混合形成的钢-渣混合物经选铁后的废渣，对几个样品进行测试分析，结果表明，其化学成份主要是CaO、Fe2O3、SiO2，Fe2O3含量较高，可达20％～30％，A12O3含量较低，MgO含量2.5％～8.0％，其矿物组成含有较多玻璃体物质，与粒化高炉矿渣有相似之处，用作矿物掺合料活性较高。
固体废弃物的种类及产量，与各省市各地区的自然资源情况、产业布局密切相关。固体废弃物种类和产量不同，其资源化利用方法也不同。如：单一的使用某种性能较好的固体废弃物用作矿物掺合料，其他性能较差的固体废弃物就无法消纳或消纳量很少，因此，需要充分利用当地的固体废弃物，根据不同固体废弃物各自的特点，取长补短，发挥其各自的优势，来制备复合矿物掺合料，不仅能实现当地多种固体废弃物的全部消纳和协同利用，而且可以提高矿物掺合料的性能和产生更大经济效益，对解决当地的环境污染问题和矿物掺合料紧缺问题具有重要意义和应用价值。
协同利用开采建设用碎石的废石屑(粉)、加工建筑装饰用天然石材的抛光粉、开采铅锌矿的尾矿渣和转炉炼钢炉底渣制备矿物掺合料，目前还未见有相关现有技术的报道。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种利用固体废弃物制备的矿物掺合料及其制备方法。
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种协同利用固体废弃物制备的矿物掺合料及其制备方法，具体提供一种协同利用开采建设用碎石的废石屑(粉)、加工建筑装饰用天然石材的抛光粉、开采铅锌矿的尾矿渣和转炉炼钢炉底渣制备矿物掺合料，该矿物掺合料可用作水泥混合材、砂浆及混凝土掺合料。
本发明的目的还在于提供制备上述的一种矿物掺合料的方法。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
本发明提供的一种利用固体废弃物制备的矿物掺合料，原材料为开采建设用碎石的废石屑(粉)、加工建筑装饰用天然石材的抛光粉、开采铅锌矿的尾矿渣和转炉炼钢炉底渣。
本发明提供的一种利用固体废弃物制备的矿物掺合料，按照重量份数计，包括：
开采建设用碎石的废石屑(粉)20-40份；
加工建筑装饰用天然石材的抛光粉20-30份；
开采铅锌矿的尾矿渣15-30份；
转炉炼钢炉底渣20-30份。
进一步地，其比表面积为350m2/kg-450m2/kg，45μm筛余百分率为10％-25％。
进一步地，含水率不大于1.0％，三氧化硫含量不大于3.5％，氯离子含量不大于0.06％。
进一步地，所述开采建设用碎石的废石屑(粉)为花岗岩废石屑和石灰岩废石屑中的一种以上。
进一步地，所述加工建筑装饰用天然石材的抛光粉包括变质岩的抛光粉、花岗岩的抛光粉及大理石的抛光粉中的一种以上。
进一步地，所述加工建筑装饰用天然石材的抛光粉的含水率不大于2.0％。
进一步地，所述开采铅锌矿的尾矿渣为与花岗岩类有关的铅锌矿床的尾矿渣。
进一步地，所述开采铅锌矿的尾矿渣的的含水率不大于1.5％。
进一步地，所述转炉炼钢炉底渣为转炉炼钢的喷溅物、清理物与炉坑内炉渣混合形成的钢-渣混合物经选铁后的废渣。
本发明提供的利用固体废弃物制备的矿物掺合料，依据JG/T486-2015《混凝土用复合掺合料》附录A的测定方法，其流动度比为95％-100％，7d活性指数为65％-77％，28d活性指数为70％-83％。
本发明提供一种制备上述的利用固体废弃物制备的矿物掺合料的方法，包括如下步骤：
(1)将所述加工建筑装饰用天然石材的抛光粉先经真空压滤再烘干至含水率不大于2.0％，原开采铅锌矿的尾矿渣经烘干至含水率不大于1.5％；
(2)然后按所述质量百分比，将所述开采建设用碎石的废石屑(粉)、开采铅锌矿的尾矿渣及转炉炼钢炉底渣进行计量配料后，采用球磨机进行混合粉磨处理，得到混合料；
(3)将步骤(2)所述混合料与加工建筑装饰用天然石材的抛光粉进行计量配料后，搅拌混合均匀，得到所述利用固体废弃物制备的矿物掺合料。
本发明提供的利用固体废弃物制备的矿物掺合料，在颗粒细度方面，或本身已很细，或粉磨后细度合理，也具有作为矿物掺合料的微集料效应。开采建设用花岗岩碎石过程中产生废石屑(粉)与开采铅锌矿的尾矿渣作用相同，主要发挥微集料效应，活性较低；加工建筑装饰用天然石材的抛光粉具有类似作用，但由于其比表面积很大，对拌合物工作性能不利，但对提高7d活性指数有利。开采建设用石灰岩碎石的废石屑(粉)可改善拌合物的工作性，同时能促进早期水化，提高矿物掺合料的7d活性指数。转炉炼钢炉底渣含有较多玻璃体物质，与粒化高炉矿渣有相似之处，7d和28d活性均较高。因此，利用四种固体废弃物各自的特点，取长补短，发挥其各自的优势，可提高制备的复合矿物掺合料的性能。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明提供的利用固体废弃物制备的矿物掺合料，所用四种固体废弃物原材料虽然性能各有不同，但它们的化学成分中，SiO2，A12O3、Fe2O3、CaO和MgO的总含量在90.0％以上；矿物组成中，或含有磨细后产生晶格畸变及无定形化的石英矿物，或含有较多玻璃体物质，因此具有作为矿物掺合料的成分和活性；
(2)本发明提供的利用固体废弃物制备的矿物掺合料，比表面积较大，颗粒级配良好，并有较高的活性指数，可达到GB/T2847-2005《用于水泥中的火山灰质混合材料》中活性混合材的要求，及达到JG/T486-2015《混凝土用复合掺合料》中普通型III级或II级的要求；
(3)本发明提供的利用固体废弃物制备的矿物掺合料属于绿色环保建筑材料，协同利用四种固体废弃物不仅能实现当地多种固体废弃物的全部消纳，而且解决了固体废弃物占用土地、污染土壤和水体的问题和矿物掺合料紧缺的问题，具有重大的环境效益和经济效益。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
以下实施例中，本发明的制备方法具体包括如下步骤：
(1)固体废弃物化学成分和矿物组成分析：对同一批次的开采建设用碎石的废石屑(粉)、加工建筑装饰用天然石材的抛光粉、开采铅锌矿的尾矿渣和转炉炼钢炉底渣进行化学成分和矿物组成分析；
(2)复掺配合比设计：根据分析结果，进行复掺配合比设计，原则是根据化学成分中SiO2，A12O3、CaO的含量和矿物组成的种类及玻璃体物质的含量评判其活性从而选择其掺量；
(3)分别烘干：原材料中加工建筑装饰用天然石材的抛光粉先经真空压滤再烘干至含水率不大于2.0％，原材料中开采铅锌矿的尾矿渣先经烘干至含水率不大于1.5％；
(4)混合粉磨：按所述质量百分比，将开采建设用碎石的废石屑(粉)、开采铅锌矿的尾矿渣及转炉炼钢炉底渣进行计量配料后，采用球磨机进行混合粉磨；
(5)混合搅拌：粉磨后所得混合料再按所述质量百分比与加工建筑装饰用天然石材的抛光粉进行计量配料后，搅拌混合均匀，得到所述矿物掺合料。
实施例1
一种利用固体废弃物制备的矿物掺合料的制备方法，具体步骤如下：
将加工建筑装饰用天然花岗岩石材的抛光粉先经真空压滤再烘干至含水率为1.6％，将开采铅锌矿的尾矿渣先经烘干至含水率为1.0％；按质量百分比，将开采建设用石灰岩碎石的废石屑(粉)40wt％、开采铅锌矿的尾矿渣15wt％、转炉炼钢炉底渣20wt％进行计量配料后，采用球磨机进行混合粉磨；粉磨后所得混合料再按质量百分比75wt％与加工建筑装饰用天然花岗岩石材的抛光粉25wt％进行计量配料后，搅拌混合均匀，得到矿物掺合料。
实施例2
一种利用固体废弃物制备的矿物掺合料的制备方法，具体步骤如下：
将加工建筑装饰用天然变质岩绿泥片岩石材的抛光粉先经真空压滤再烘干至含水率为2.0％，将开采铅锌矿的尾矿渣先经烘干至含水率为1.5％；按质量百分比，将开采建设用花岗岩碎石的废石屑(粉)30％、开采铅锌矿的尾矿渣20wt％、转炉炼钢炉底渣20wt％进行计量配料后，采用球磨机进行混合粉磨；粉磨后所得混合料再按质量百分比70wt％与加工建筑装饰用天然变质岩绿泥片岩石材的抛光粉30wt％进行计量配料后，搅拌混合均匀，得到矿物掺合料。
实施例3
一种利用固体废弃物制备的矿物掺合料的制备方法，具体步骤如下：
将加工建筑装饰用天然大理石石材的抛光粉先经真空压滤再烘干至含水率为1.8％，将开采铅锌矿的尾矿渣先经烘干至含水率为1.2％；按质量百分比，将开采建设用花岗岩碎石的废石屑(粉)20wt％、开采铅锌矿的尾矿渣30wt％、转炉炼钢炉底渣30wt％进行计量配料后，采用球磨机进行混合粉磨；粉磨后所得混合料再按质量百分比80wt％与加工建筑装饰用天然大理石石材的抛光粉20wt％进行计量配料后，搅拌混合均匀，得到矿物掺合料。
实施例1-3利用固体废弃物制备的矿物掺合料的性能指标参数如表1所示。
表1实施例1-3利用固体废弃物制备的矿物掺合料的性能指标
Figure BDA0002427423340000081
由表1可知，通过四种固体废弃物复掺配合、混合粉磨及混合搅拌，颗粒级配搭配良好，早期和后期反应活性兼顾，制备的矿物掺合料各项技术指标均可达到GB/T2847-2005《用于水泥中的火山灰质混合材料》中活性混合材的要求，及达到JG/T486-2015《混凝土用复合掺合料》中普通型III级或II级的要求。以上结果显示，本发明方法协同利用四种固体废弃物，取长补短，发挥其各自的优势，不仅可提高制备的复合矿物掺合料的性能，而且可实现四种固体废弃物的全部消纳，解决了固体废弃物占用土地、污染土壤和水体的问题和矿物掺合料紧缺的问题，具有重大的环境效益和经济效益。
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种利用固体废弃物制备的矿物掺合料，其特征在于，按照重量份数计，包括：
开采建设用碎石的废石屑20-40份；
加工建筑装饰用天然石材的抛光粉20-30份；
开采铅锌矿的尾矿渣15-30份；
转炉炼钢炉底渣20-30份。
2.根据权利要求1所述的利用固体废弃物制备的矿物掺合料，其特征在于，其比表面积为350m2/kg -450m2/kg，45μm筛余百分率为10%-25%。
3.根据权利要求1所述的利用固体废弃物制备的矿物掺合料，其特征在于，含水率不大于1.0%，三氧化硫含量不大于3.5%，氯离子含量不大于0.06%。
4.根据权利要求1所述的利用固体废弃物制备的矿物掺合料，其特征在于，所述开采建设用碎石的废石屑为花岗岩废石屑和石灰岩废石屑中的一种以上。
5.根据权利要求1所述的利用固体废弃物制备的矿物掺合料，其特征在于，所述加工建筑装饰用天然石材的抛光粉包括变质岩的抛光粉、花岗岩的抛光粉及大理石的抛光粉中的一种以上。
6.根据权利要求1所述的利用固体废弃物制备的矿物掺合料，其特征在于，所述加工建筑装饰用天然石材的抛光粉的含水率不大于2.0%。
7.根据权利要求1所述的利用固体废弃物制备的矿物掺合料，其特征在于，所述开采铅锌矿的尾矿渣为与花岗岩类有关的铅锌矿床的尾矿渣；所述开采铅锌矿的尾矿渣的的含水率不大于1.5%。
8.根据权利要求1所述的利用固体废弃物制备的矿物掺合料，其特征在于，所述转炉炼钢炉底渣为转炉炼钢的喷溅物、清理物与炉坑内炉渣混合形成的钢-渣混合物经选铁后的废渣。
9.一种制备权利要求1-8任一项所述的利用固体废弃物制备的矿物掺合料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将所述加工建筑装饰用天然石材的抛光粉先经真空压滤再烘干至含水率不大于2.0%，原开采铅锌矿的尾矿渣经烘干至含水率不大于1.5%；
（2）然后按所述质量百分比，将所述开采建设用碎石的废石屑、开采铅锌矿的尾矿渣及转炉炼钢炉底渣进行计量配料后，采用球磨机进行混合粉磨处理，得到混合料；
（3）将步骤（2）所述混合料与加工建筑装饰用天然石材的抛光粉进行计量配料后，搅拌混合均匀，得到所述利用固体废弃物制备的矿物掺合料。
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