CN113968704A - 一种利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法，其先对铁尾矿进行破碎并加水稀释为矿浆，并利用磁选机中进行强磁磁选，得到含铁量较低的第二矿组；第二矿组在滤水球磨后进行酸洗处理，并在酸洗和烘干处理后筛分成不同粒径的两堆矿物粉末；然后选取砖石类建筑垃圾，破碎和粉碎后与两堆矿物粉末比例混合，并将混合后的物料作为集料与硅酸盐水泥、辅料以及水比例混合，制得浆料；将浆料注模，并连同模具依次进行自然养护‑高温蒸汽养护‑自然养护后即得到可用于工程的成品免烧砖。本发明利用铁尾矿作为原料制备物理性能优异、结构强度高的免烧砖，能为铁尾矿资源化利用寻找新的解决途径。

Description

一种利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法
技术领域
本发明涉及建筑材料的制备技术领域，具体为一种利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法。
背景技术
铁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，而堆存的铁尾矿量高达十几亿吨，占全部金属尾矿堆存总量的近1/3，将尾矿进行集中填埋不仅需要占用大量土地，也给周围的生态环境造成很大的伤害，而且要投入各自处理和维护费用。因此，铁尾矿的综合回收利用问题已受到全社会的广泛关注。
近年来，随着我国工业化、城镇化和现代化建设的推进，矿产资源需求将持续大幅度增加，矿产资源供需矛盾日益突出，环境压力也越来越大，积极推进矿产资源、工业固体废弃物的综合利用和再生资源的回收利用是也越来越得到国家政策支持和提倡。对尾矿资源进行合理的资源回收利用，不仅可以充分利用矿产资源，扩大矿产资源利用范围，延长矿山服务年限；也是治理污染、保护生态的重要手段，可以实现资源效益、经济效益、社会效益和环境效益的有效统一。目前，我国的铁尾矿广泛用于铺路材料、黄砂替代品、水泥骨料、生产水泥、墙体材料、采空区的充填材料、土壤改良剂及微量元素肥料等，其中在建筑材料领域的应用主要是生产钢渣水泥、做水泥配合料、钢渣微粉、地基材料等，但铁尾矿在上述建筑材料领域的综合利用率整体偏低，只有10％左右；而免烧砖又称环保砖或轻质砖，为一大类在生产过程中无需经高温煅烧制造而成的绿色节能环保型砖体，其在建筑行业的用量极大，且应用范围广，我国大多采用粉煤灰、矿渣等固定废物来进行免烧砖的生产，直接用铁尾矿来作为免烧砖的原料的先例不同。
而造成上述原因的主要原因是铁尾矿中含有高硅杂质以及大量不稳定的游离态氧化物，会在制砖的成型过程中产生膨胀，影响砖体的成型质量和成型后的结构稳定性，因而更适合作为水泥原料或者配合料，而不适合于直接作为原料制备环保砖，在进行混凝土成型时配合胶凝材料，才能保证不出现膨胀。而若能对传统的非烧制砖工艺进行改进，直接将铁尾矿作为原料直接制备环保砖，将能大幅增加铁尾矿在建筑材料中的应用比例，进而减少铁尾矿的存量，将其“变废为宝”。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法，这种工艺方法能有效对铁尾矿以及废渣料进行高效处理并回收利用，使其成为原料级建筑材料，提高其综合利用率，以解决上述技术背景中的缺陷。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法，具体包括以下操作步骤：
S1、对铁尾矿进行处理：将铁尾矿进行破碎，破碎至颗粒粒径在8mm以下，将破碎后的铁尾矿颗粒加水稀释为矿浆，在矿浆中利用磁选机中进行强磁磁选，得到含铁量较高的第一矿组以及含铁量较低的第二矿组。
S2、将第一矿组和第二矿组分别收集，第一矿组烘干回送炼铁工艺选矿原料工序，而第二矿组在滤水后直接利用球磨机进行湿式球磨，磨至粒径小于5mm，再将经过球磨的第二矿组铁尾矿粉末利用HCl和HF的混合酸进行酸洗处理，酸洗完成后分离出沉淀物，将沉淀物烘干得到铁尾矿分离物，将铁尾矿分离物过筛，筛分成粒径3～5mm以及粒径小于3mm的两堆。
S3、选取砖石类建筑垃圾，将其依次进行破碎和粉碎，得到粒径为3～5mm的粉料，将建筑垃圾粉料与粒径3～5mm的铁尾矿分离物按照质量比1:3～2:5的比例进行混合得到粗集料；然后将粗集料与粒径小于3mm的铁尾矿分离物按照质量比3:1～4:1的比例进行混合得到集料。
S4、按质量份关系将15～25份硅酸盐水泥、25～35份集料以及1～3份辅料加入混凝土搅拌设备中，按照水料重量比为0.6～0.7的比例加水，搅拌均匀后制得浆料；所述辅料包括羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺以及锂基固化剂，且其中羟丙基甲基纤维素的质量比含量为30～40％，所述锂基固化剂的质量比含量为15～30％。
S5、将浆料注模，并连同模具进行自然养护，养护3～5天，随即脱模，将脱模后的坯体放入蒸压釜中利用高温蒸汽养护3～4h，然后随蒸压釜自然冷却至室温后继续自然养护10～15天即得到可用于工程的成品免烧砖。
作为进一步限定，在步骤S1中对铁尾矿加水进行稀释时，加水量为铁尾矿质量的15～30倍。
作为进一步限定，在步骤S1中进行强磁磁选时，设定的磁选机的磁场为0.7～0.9T。
作为进一步限定，在步骤S1中进行酸洗处理时，控制混合酸中HCl的质量浓度为15～20wt％、HF的质量浓度为1.5～2.2wt％；酸洗处理温度为55～65℃，酸洗处理时长为15～30min。
作为进一步限定，所述集料中还添加天然骨料来对相应粒径的集料进行替换，所述天然骨料为天然砾石以及天然砂，其替换比例为0～30％。
作为进一步限定，所述锂基固化剂可以利用锂矿冶炼废渣进行替换，所述锂矿冶炼废渣对锂基固化剂的质量替换比例为3:1～5:1。
作为进一步限定，所述模具的长宽高分别为240～350mm、100～150mm、40～60mm，且模具的优选尺寸为240mm*115mm*48mm。
作为进一步限定，在步骤S5中进行自然养护时，在养护空间内通入体积比30～45％的CO2。
作为进一步限定，在步骤S5中进行高温蒸汽养护时养护压力为0.75～1.25MPa，并在养护过程中保持恒温恒压状态。
有益效果：本发明的利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法能对铁尾矿以及砖石类建筑垃圾进行高效回收，该方法对铁尾矿的利用率高达65～70％，其能通过对铁尾矿进行处理和分离，分离后含铁量较高的部分铁尾矿可作为原料矿石回流到炼铁工序，而另一部分含硅量较高的铁尾矿一部分可以弥补砖石类建筑垃圾中的材料强度缺陷，提高免烧砖的整体强度，使得成品砖在强度、安定性等性能达标前提下，减少铁尾矿和建筑垃圾带来的环境污染，并降低了制砖的原料成本，提高资源化综合利用率。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
在下述实施例中，本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。
在本发明的实施例作为主料的因素中，铁尾矿以湖南省水口山地区的某一铁矿的铁尾矿作为原料进行处理，采用的硅酸盐水泥为海螺品牌的强度等级52.5的硅酸盐水泥。
实施例一：
在实施例一中，利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法通过以下操作步骤实现：
首先对铁尾矿进行处理，对铁尾矿进行处理时，先将铁尾矿进行除杂，并在除杂后进行破碎，破碎至颗粒粒径在8mm以下后加占铁尾矿质量30倍质量的水调制成矿浆，将矿浆在磁选机中设定的0.8T强磁条件下进行磁选，得到含铁量较高的第一矿组以及含铁量较低的第二矿组。
将第一矿组和第二矿组分别收集，其第一矿组在烘干后可直接作为原料与铁矿一同进入炼铁工艺的选矿原料工序。
而第二矿组则作为原料用于制备免烧砖，将第二矿组的铁尾矿颗粒在滤水后直接送入球磨机，在带水的条件下进行湿式球磨，磨至粒径小于5mm后取出，利用HCl和HF的混合酸进行酸洗处理，其混合酸中HCl的质量浓度为18wt％，而HF的质量浓度为2.2wt％，酸洗处理时控制混合酸溶液的温度为62℃，期间保持搅拌处理25min，酸洗完成后分离出沉淀物，将沉淀物烘干得到铁尾矿分离物，将铁尾矿分离物过筛，筛分成粒径3～5mm以及粒径小于3mm的两堆。
将砖石类建筑垃圾先利用破碎机破碎一边，并在破碎后将破碎料再次进行粉磨，得到磨细得到粒径为3～5mm的粉料，将建筑垃圾粉料与粒径3～5mm的铁尾矿分离物按照质量比1:3的比例进行混合得到粗集料；然后将粗集料与粒径小于3mm的铁尾矿分离物按照质量比3:1的比例进行混合得到集料。
将15质量份的硅酸盐水泥、35质量份的集料、2质量份的辅料(包括0.6质量份的羟丙基甲基纤维素、1.1质量份的三乙醇胺、0.3质量份的锂基固化剂)以及31.5质量份的水加入混凝土搅拌设备中，搅拌均匀后制得浆料；将浆料注模(模具的模腔尺寸为240mm*115mm*48mm)，并连同模具进行自然养护，养护3天，随即脱模，将脱模后的坯体放入蒸压釜中控制高温蒸汽压力为0.96MPa并保持恒温恒压状态养护3h，然后随蒸压釜自然冷却至室温后继续自然养护15天即得到成品免烧砖。
该实施例的方法制得的成品免烧砖的单块砖砖重为2.5±0.1KG，在第3天脱模状态下的抗压强度为9.5MPa、高温蒸汽养护完成后的抗压强度为12.5MPa，而自然养护完成后获得的成品免烧砖的抗压强度为18.8MPa，冻后抗压强度为17.4MPa，满足免烧砖的使用需求。
实施例二：
在实施例二中，利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法通过以下操作步骤实现：
首先对铁尾矿进行处理，对铁尾矿进行处理时，先将铁尾矿进行除杂，并在除杂后进行破碎，破碎至颗粒粒径在8mm以下后加占铁尾矿质量20倍质量的水调制成矿浆，将矿浆在磁选机中设定的0.9T强磁条件下进行磁选，得到含铁量较高的第一矿组以及含铁量较低的第二矿组。
将第一矿组和第二矿组分别收集，其第一矿组在烘干后可直接作为原料与铁矿一同进入炼铁工艺的选矿原料工序。
而第二矿组则作为原料用于制备免烧砖，将第二矿组的铁尾矿颗粒在滤水后直接送入球磨机，在带水的条件下进行湿式球磨，磨至粒径小于5mm后取出，利用HCl和HF的混合酸进行酸洗处理，其混合酸中HCl的质量浓度为20wt％，而HF的质量浓度为1.5wt％，酸洗处理时控制混合酸溶液的温度为58℃，期间保持搅拌处理30min，酸洗完成后分离出沉淀物，将沉淀物烘干得到铁尾矿分离物，将铁尾矿分离物过筛，筛分成粒径3～5mm以及粒径小于3mm的两堆。
将砖石类建筑垃圾先利用破碎机破碎一边，并在破碎后将破碎料再次进行粉磨，得到磨细得到粒径为3～5mm的粉料，将建筑垃圾粉料与粒径3～5mm的铁尾矿分离物按照质量比1:3的比例进行混合得到粗集料；然后将粗集料与粒径小于3mm的铁尾矿分离物按照质量比4:1的比例进行混合得到集料。
将15质量份的硅酸盐水泥、35质量份的集料、2.9质量份的辅料(包括0.6质量份的羟丙基甲基纤维素、1.1质量份的三乙醇胺、1.2质量份的锂矿冶炼废渣)以及31.5质量份的水加入混凝土搅拌设备中，搅拌均匀后制得浆料；将浆料注模(模具的模腔尺寸为240mm*115mm*48mm)，并连同模具进行自然养护，养护5天，养护过程中在养护空间内通入体积比30％的CO2，随即脱模，将脱模后的坯体放入蒸压釜中控制高温蒸汽压力为1.2MPa并保持恒温恒压状态养护3h，然后随蒸压釜自然冷却至室温后继续自然养护15天，养护过程中在养护空间内通入体积比30％的CO2，即得到成品免烧砖。
该实施例的方法制得的成品免烧砖的单块砖砖重为2.5±0.1KG，在第5天脱模状态下的抗压强度为9.9MPa、高温蒸汽养护完成后的抗压强度为13.7MPa，而自然养护完成后获得的成品免烧砖的抗压强度为20.3MPa，冻后抗压强度为19.7MPa，满足免烧砖的使用需求。
实施例三：
在实施例三中，利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法通过以下操作步骤实现：
首先对铁尾矿进行处理，对铁尾矿进行处理时，先将铁尾矿进行除杂，并在除杂后进行破碎，破碎至颗粒粒径在8mm以下后加占铁尾矿质量18倍质量的水调制成矿浆，将矿浆在磁选机中设定的0.8T强磁条件下进行磁选，得到含铁量较高的第一矿组以及含铁量较低的第二矿组。
将第一矿组和第二矿组分别收集，其第一矿组在烘干后可直接作为原料与铁矿一同进入炼铁工艺的选矿原料工序。
而第二矿组则作为原料用于制备免烧砖，将第二矿组的铁尾矿颗粒在滤水后直接送入球磨机，在带水的条件下进行湿式球磨，磨至粒径小于5mm后取出，利用HCl和HF的混合酸进行酸洗处理，其混合酸中HCl的质量浓度为18wt％，而HF的质量浓度为2wt％，酸洗处理时控制混合酸溶液的温度为60℃，期间保持搅拌处理20min，酸洗完成后分离出沉淀物，将沉淀物烘干得到铁尾矿分离物，将铁尾矿分离物过筛，筛分成粒径3～5mm以及粒径小于3mm的两堆。
将砖石类建筑垃圾先利用破碎机破碎一边，并在破碎后将破碎料再次进行粉磨，得到磨细得到粒径为3～5mm的粉料，将建筑垃圾粉料与粒径3～5mm的铁尾矿分离物按照质量比1:3的比例进行混合得到中间粗集料；然后向中间粗集料中添加占中间粗集料质量比20％的粒径为3～5mm天然砾石并混合均匀后得到粗集料，并以粒径小于3mm的铁尾矿分离物作为中间细基料，在其中添加占中间细集料质量比25％的粒径小于3mm的天然砂并混合均匀后得到细集料，将粗集料与细集料按照质量比4:1的比例进行混合得到集料。
将15质量份的硅酸盐水泥、35质量份的集料、2.9质量份的辅料(包括0.6质量份的羟丙基甲基纤维素、1.1质量份的三乙醇胺、1.2质量份的锂矿冶炼废渣)以及31.5质量份的水加入混凝土搅拌设备中，搅拌均匀后制得浆料；将浆料注模(模具的模腔尺寸为240mm*115mm*48mm)，并连同模具进行自然养护，养护4天，养护过程中在养护空间内通入体积比40％的CO2，随即脱模，将脱模后的坯体放入蒸压釜中控制高温蒸汽压力为1.2MPa并保持恒温恒压状态养护3h，然后随蒸压釜自然冷却至室温后继续自然养护12天，养护过程中在养护空间内通入体积比40％的CO2，得到成品免烧砖。
该实施例的方法制得的成品免烧砖的单块砖砖重为2.5±0.1KG，在第三天脱模状态下的抗压强度为10.3MPa、高温蒸汽养护完成后的抗压强度为15.1MPa，而自然养护完成后获得的成品免烧砖的抗压强度为21.9MPa，冻后抗压强度为20.3MPa，满足免烧砖的使用需求。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法，其特征在于，包括以下操作步骤：
S1、对铁尾矿进行处理：将铁尾矿进行破碎，破碎至颗粒粒径在8mm以下，将破碎后的铁尾矿颗粒加水稀释为矿浆，在矿浆中利用磁选机中进行强磁磁选，得到含铁量较高的第一矿组以及含铁量较低的第二矿组；
S2、将第一矿组和第二矿组分别收集，第一矿组烘干回送炼铁工艺选矿原料工序，而第二矿组在滤水后直接利用球磨机进行湿式球磨，磨至粒径小于5mm，再将经过球磨的第二矿组铁尾矿粉末利用HCl和HF的混合酸进行酸洗处理，酸洗完成后分离出沉淀物，将沉淀物烘干得到铁尾矿分离物，将铁尾矿分离物过筛，筛分成粒径3～5mm以及粒径小于3mm的两堆；
S3、选取砖石类建筑垃圾，将其依次进行破碎和粉碎，得到粒径为3～5mm的粉料，将建筑垃圾粉料与粒径3～5mm的铁尾矿分离物按照质量比1:3～2:5的比例进行混合得到粗集料；然后将粗集料与粒径小于3mm的铁尾矿分离物按照质量比3:1～4:1的比例进行混合得到集料；
S4、按质量份关系将15～25份硅酸盐水泥、25～35份集料以及1～3份辅料加入混凝土搅拌设备中，按照水料重量比为0.6～0.7的比例加水，搅拌均匀后制得浆料；所述辅料包括羟丙基甲基纤维素、三乙醇胺以及锂基固化剂，且其中羟丙基甲基纤维素的质量比含量为30～40％，所述锂基固化剂的质量比含量为15～30％；
S5、将浆料注模，并连同模具进行自然养护，养护3～5天，随即脱模，将脱模后的坯体放入蒸压釜中利用高温蒸汽养护3～4h，然后随蒸压釜自然冷却至室温后继续自然养护10～15天即得到可用于工程的成品免烧砖。
2.根据权利要求1所述的利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法，其特征在于，在步骤S1中对铁尾矿加水进行稀释时，加水量为铁尾矿质量的15～30倍。
3.根据权利要求1所述的利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法，其特征在于，在步骤S1中进行强磁磁选时，设定的磁选机的磁场为0.7～0.9T。
4.根据权利要求1所述的利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法，其特征在于，在步骤S1中进行酸洗处理时，控制混合酸中HCl的质量浓度为15～20wt％、HF的质量浓度为1.5～2.2wt％；酸洗处理温度为55～65℃，酸洗处理时长为15～30min。
5.根据权利要求1所述的利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法，其特征在于，所述集料中还添加天然骨料来对相应粒径的集料进行替换，所述天然骨料为天然砾石以及天然砂，其替换比例为0～30％。
6.根据权利要求1所述的利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法，其特征在于，所述锂基固化剂利用锂矿冶炼废渣进行替换，所述锂矿冶炼废渣对锂基固化剂的质量替换比例为3:1～5:1。
7.根据权利要求1所述的利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法，其特征在于，所述模具的长宽高分别为240～350mm、100～150mm、40～60mm。
8.根据权利要求7所述的利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法，其特征在于，所述模具的模腔尺寸为240mm*115mm*48mm。
9.根据权利要求1所述的利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法，其特征在于，在步骤S5中进行自然养护时，在养护空间内通入体积比30～45％的CO2。
10.根据权利要求1所述的利用铁尾矿以及废渣料制备免烧砖的方法，其特征在于，在步骤S5中进行高温蒸汽养护时养护压力为0.75～1.25MPa，并在养护过程中保持恒温恒压状态。
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