CN114524629B - 一种铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法，涉及建筑材料技术领域。本发明首先将富里酸乙酸酐和聚甘油脂肪酸酯反应，制得改性聚甘油脂肪酸酯，将复合铁尾矿砂粉碎后和改性聚甘油脂肪酸酯，水共混粉磨，制得生料，将生料置于高温煅烧炉中进行多温段煅烧，制得熟料，再将1,8‑二氨基萘和酒石酸反应，制得改性酒石酸，将熟料粉碎后与改性酒石酸，石膏共混粉磨，制得水泥，最后将水泥，酒钢型铁尾矿砂和水混合均匀后置于模具中养护定型制得。本发明制备的铁尾矿砂掺和的绿色混凝土具有优良的抗压强度和防电磁辐射污染功能。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体为一种铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法。
背景技术
铁尾矿砂是选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。据不完全统计，全世界每年排出的尾矿及废石在100亿t以上。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。
铁尾矿砂量大面广、环境影响突出、利用前景广阔，是资源综合利用的核心领域。推进铁尾矿砂综合利用对提高资源利用效率、改善环境质量、促进经济社会发展全面绿色转型具有重要意义。因为不同地区铁尾矿砂所含有的元素组成和比列都不相同，现有技术多将铁尾矿砂当做骨料使用，本发明将几种铁尾矿砂按比例和石灰石一起制成水泥，提高了铁尾矿砂的利用率，同时添加的物质降低反应能耗，制得绿色环保的混凝土并具有高强度和防电磁辐射污染的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法，以解决现有技术中存在的问题。
一种铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法，主要包括以下制备步骤：
(1)将复合铁尾矿砂粉碎后和改性聚甘油脂肪酸酯，水共混粉磨，制得生料；
(2)将生料置于高温煅烧炉中进行多温段煅烧，制得熟料；
(3)将熟料粉碎后与改性酒石酸，石膏共混粉磨，制得水泥；
(4)将水泥，酒钢型铁尾矿砂和水混合均匀后置于模具中养护定型，制得混凝土。
作为优化，所述铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将复合铁尾矿砂粉碎至颗粒小于9mm后置于粉磨机中，再加入复合铁尾矿砂质量0.1～0.2倍的改性聚甘油脂肪酸和复合铁尾矿砂质量0.3～0.4倍的水，粉磨至颗粒小于0.9mm，制得生料；
(2)将步骤(1)所得生料置于高温煅烧炉中，依次在100～150℃煅烧15～20min，450～500℃煅烧20～25min，750～800℃煅烧40～50min，900～1100℃煅烧60～80min，制得熟料；
(3)将步骤(2)所得熟料粉碎至颗粒小于9mm后置于粉磨机中，再加入熟料质量0.05～0.08倍的改性酒石酸和熟料质量0.08～0.1倍的石膏，粉磨至熟料70％以上的颗粒小于0.045mm，制得水泥；
(4)将步骤(3)所得水泥，酒钢型铁尾矿砂和水按质量比20：10：9混合均匀后，注入模具中，在20℃室温用混凝土养护膜包裹未定型的混凝土表面，每24h浇一次水使表面混凝土养护膜全部润湿，养护28天，制得混凝土。
作为优化，步骤(1)所述复合铁尾矿砂是由鞍山高硅型铁尾矿砂、马钢高铝型铁尾矿砂、邯邢高钙镁型铁尾矿砂和石灰石按质量比2：3：3：5配制而成。
作为优化，步骤(2)所述改性聚甘油脂肪酸的制备方法为：将富里酸，乙酸与苯胺按质量比1：1：3共混，在100～105℃下以2000～3000r/min的转速搅拌50～60min后降温至10℃过滤，再用无水乙醇洗涤3～5次，在-10～-5℃温度，5～10Pa压力下干燥6h，制得富里酸乙酸酐；将富里酸乙酸酐，聚甘油脂肪酸与质量分数98％的硫酸溶液按质量比1： 1：10共混，在75～85℃下以1000～1500r/min的转速搅拌20～30min后降温至10℃过滤，再用无水乙醇洗涤3～5次，在-10～-5℃温度，5～10Pa压力下干燥6h，制得改性聚甘油脂肪酸。
作为优化，步骤(4)所述改性酒石酸的制备方法为：将酒石酸，1,8-二氨基萘与***按质量比1：1：10共混，在50～60℃下以1500～2000r/min的转速搅拌20～30min后降温至10℃过滤，再用去离子水洗涤3～5次，在-10～-5℃温度，5～10Pa压力下干燥6h，制得改性酒石酸。
作为优化，所述铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法制得的铁尾矿砂掺和的绿色混凝土，按重量份数计，主要包括：20～25份复合铁尾矿砂，2～4份改性聚甘油脂肪酸酯，1～2份改性酒石酸和8～12份酒钢型铁尾矿砂；
所述复合铁尾矿砂是将鞍山高硅型铁尾矿砂、马钢高铝型铁尾矿砂、邯邢高钙镁型铁尾矿砂和石灰石按质量比例配制而成；所述改性聚甘油脂肪酸酯是由富里酸与乙酸反应制得富里酸乙酸酐，再用富里酸乙酸酐与聚甘油脂肪酸酯反应制得；所述改性酒石酸是由 1,8-二氨基萘和酒石酸反应制的。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明在制备铁尾矿砂掺和的绿色混凝土时，首先将复合铁尾矿砂和改性聚甘油脂肪酸酯共混粉磨制得生料，将生料煅烧制得熟料，将熟料与改性酒石酸粉磨制得水泥，将水泥与酒钢型铁尾矿砂加水混合，置于模具中养护定型制得；改性聚甘油脂肪酸酯是由富里酸乙酸酐与聚甘油脂肪酸酯反应制备而成；改性酒石酸是由1,8-二氨基萘和酒石酸反应制备而成。
首先，将复合铁尾矿砂和改性聚甘油脂肪酸酯共混粉磨，制得生料，复合铁尾矿砂粉磨过程中断裂形成带电荷的金属元素活性位点，改性聚甘油脂肪酸酯粉磨过程中产生的有机酸根离子可以通过静电吸附作用进入复合铁尾矿砂裂缝中，加快粉磨效率降低粉磨能耗，同时吸附在活性位点上可消除复合铁尾矿砂粉磨颗粒键合力，避免颗粒团聚提高生料活性，使生料可以反应的更充分从而使最后制得的混凝土抗压强度升高；制得熟料的煅烧过程中改性聚甘油脂肪酸酯支链上的富里酸乙酸酐可以水解成有机酸与金属氧化物反应，加速复合铁尾矿砂中金属元素的解离，从而促进硅铝酸盐的形成。
其次，将熟料与改性酒石酸混合粉磨制得水泥，将水泥与酒钢型铁尾矿砂加水混合搅拌，改性酒石酸上的羟基通过和水形成氢键吸附水分子，为水化硅酸钙提供水化结合位点，使随着混凝土水分的蒸发形成晶体析出并不断成长形成紧密的结晶结构变得规整，从而提高了混凝土的抗压强度，改性酒石酸上的1,8-二氨基萘基团可以与混凝土干燥过程中的游离的金属进行络合反应，形成铁磁性金属有机化合物，1,8-二氨基萘基团十个电子分别处于五个成键轨道上，与金属原子络合后形成一个特殊的键，使电子在金属原子和1,8-二氨基萘基团络合处自旋，形成铁磁矩产生磁力，磁力能吸引混凝土中铁、钴、镍等金属氧化物，使混凝土在磁力的作用下结合的更加紧密，进一步提高了混凝土的抗压强度，同时也使混凝土具有防电磁辐射污染的功能。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，在以下实施例中制作的铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的各指标测试方法如下：
防辐射性能：将各实施例所得的铁尾矿砂掺和的绿色混凝土与对比例材料取相同大小形状，用两个正方体玻璃罩将材料挤压在中形成密闭空间，在一测放入电磁发射装置，另一侧放入电磁辐射测量仪，记录辐射屏蔽率＝1-过材料后辐射强度/电磁发射强度。
抗压强度：将各实施例所得的铁尾矿砂掺和的绿色混凝土与对比例材料取相同大小形状，按照GB/T50107测试混凝土抗压强度。
实施例1
一种铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法，所述铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将复合铁尾矿砂粉碎至颗粒小于9mm后置于粉磨机中，再加入复合铁尾矿砂质量0.1倍的改性聚甘油脂肪酸和复合铁尾矿砂质量0.4倍的水，粉磨至颗粒小于0.9mm，制得生料；
(2)将步骤(1)所得生料置于高温煅烧炉中，依次在150℃煅烧15min，500℃煅烧20min，800℃煅烧40min，1100℃煅烧60min，制得熟料；
(3)将步骤(2)所得熟料粉碎至颗粒小于9mm后置于粉磨机中，再加入熟料质量0.05倍的改性酒石酸和熟料质量0.08倍的石膏，粉磨至熟料70％以上的颗粒小于0.045mm，制得水泥；
(4)将步骤(3)所得水泥，酒钢型铁尾矿砂和水按质量比20：10：9混合均匀后，注入模具中，在20℃室温用混凝土养护膜包裹未定型的混凝土表面，每24h浇一次水使表面混凝土养护膜全部润湿，养护28天，制得混凝土。
作为优化，步骤(1)所述复合铁尾矿砂是由鞍山高硅型铁尾矿砂、马钢高铝型铁尾矿砂、邯邢高钙镁型铁尾矿砂和石灰石按质量比2：3：3：5配制而成。
作为优化，步骤(2)所述改性聚甘油脂肪酸的制备方法为：将富里酸，乙酸与苯胺按质量比1：1：3共混，在105℃下以2000r/min的转速搅拌60min后降温至10℃过滤，再用无水乙醇洗涤3次，在-10℃温度，10Pa压力下干燥6h，制得富里酸乙酸酐；将富里酸乙酸酐，聚甘油脂肪酸与质量分数98％的硫酸溶液按质量比1：1：10共混，在80℃下以1000r/min的转速搅拌20min后降温至10℃过滤，再用无水乙醇洗涤3次，在-10℃温度，10Pa压力下干燥6h，制得改性聚甘油脂肪酸。
作为优化，步骤(4)所述改性酒石酸的制备方法为：将酒石酸，1,8-二氨基萘与***按质量比1：1：10共混，在60℃下以1500r/min的转速搅拌30min后降温至10℃过滤，再用去离子水洗涤3次，在-10℃温度，10Pa压力下干燥6h，制得改性酒石酸。
实施例2
一种铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法，所述铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将复合铁尾矿砂粉碎至颗粒小于9mm后置于粉磨机中，再加入复合铁尾矿砂质量0.1倍的聚甘油脂肪酸和复合铁尾矿砂质量0.4倍的水，粉磨至颗粒小于0.9mm，制得生料；
(2)将步骤(1)所得生料置于高温煅烧炉中，依次在150℃煅烧15min，500℃煅烧20min，800℃煅烧40min，1100℃煅烧60min，制得熟料；
(3)将步骤(2)所得熟料粉碎至颗粒小于9mm后置于粉磨机中，再加入熟料质量0.05倍的改性酒石酸和熟料质量0.08倍的石膏，粉磨至熟料70％以上的颗粒小于0.045mm，制得水泥；
(4)将步骤(3)所得水泥，酒钢型铁尾矿砂和水按质量比20：10：9混合均匀后，注入模具中，在20℃室温用混凝土养护膜包裹未定型的混凝土表面，每24h浇一次水使表面混凝土养护膜全部润湿，养护28天，制得混凝土。
作为优化，步骤(1)所述复合铁尾矿砂是由鞍山高硅型铁尾矿砂、马钢高铝型铁尾矿砂、邯邢高钙镁型铁尾矿砂和石灰石按质量比2：3：3：5配制而成。
作为优化，步骤(4)所述改性酒石酸的制备方法为：将酒石酸，1,8-二氨基萘与***按质量比1：1：10共混，在60℃下以1500r/min的转速搅拌30min后降温至10℃过滤，再用去离子水洗涤3次，在-10℃温度，10Pa压力下干燥6h，制得改性酒石酸。
实施例3
一种铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法，所述铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将复合铁尾矿砂粉碎至颗粒小于9mm后置于粉磨机中，再加入复合铁尾矿砂质量0.1倍的改性聚甘油脂肪酸和复合铁尾矿砂质量0.4倍的水，粉磨至颗粒小于0.9mm，制得生料；
(2)将步骤(1)所得生料置于高温煅烧炉中，依次在150℃煅烧15min，500℃煅烧20min，800℃煅烧40min，1100℃煅烧60min，制得熟料；
(3)将步骤(2)所得熟料粉碎至颗粒小于9mm后置于粉磨机中，再加入熟料质量0.05倍的酒石酸和熟料质量0.08倍的石膏，粉磨至熟料70％以上的颗粒小于0.045mm，制得水泥；
(4)将步骤(3)所得水泥，酒钢型铁尾矿砂和水按质量比20：10：9混合均匀后，注入模具中，在20℃室温用混凝土养护膜包裹未定型的混凝土表面，每24h浇一次水使表面混凝土养护膜全部润湿，养护28天，制得混凝土。
作为优化，步骤(1)所述复合铁尾矿砂是由鞍山高硅型铁尾矿砂、马钢高铝型铁尾矿砂、邯邢高钙镁型铁尾矿砂和石灰石按质量比2：3：3：5配制而成。
作为优化，步骤(2)所述改性聚甘油脂肪酸的制备方法为：将富里酸，乙酸与苯胺按质量比1：1：3共混，在105℃下以2000r/min的转速搅拌60min后降温至10℃过滤，再用无水乙醇洗涤3次，在-10℃温度，10Pa压力下干燥6h，制得富里酸乙酸酐；将富里酸乙酸酐，聚甘油脂肪酸与质量分数98％的硫酸溶液按质量比1：1：10共混，在80℃下以1000r/min的转速搅拌20min后降温至10℃过滤，再用无水乙醇洗涤3次，在-10℃温度，10Pa压力下干燥6h，制得改性聚甘油脂肪酸。
对比例
一种铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法，所述铁尾矿砂掺和的绿色混凝土的制备方法主要包括以下制备步骤：
(1)将复合铁尾矿砂粉碎至颗粒小于9mm后置于粉磨机中，再加入复合铁尾矿砂质量0.1倍的聚甘油脂肪酸和复合铁尾矿砂质量0.4倍的水，粉磨至颗粒小于0.9mm，制得生料；
(2)将步骤(1)所得生料置于高温煅烧炉中，依次在150℃煅烧15min，500℃煅烧20min，800℃煅烧40min，1100℃煅烧60min，制得熟料；
(3)将步骤(2)所得熟料粉碎至颗粒小于9mm后置于粉磨机中，再加入熟料质量0.05倍的酒石酸和熟料质量0.08倍的石膏，粉磨至熟料70％以上的颗粒小于0.045mm，制得水泥；
(4)将步骤(3)所得水泥，酒钢型铁尾矿砂和水按质量比20：10：9混合均匀后，注入模具中，在20℃室温用混凝土养护膜包裹未定型的混凝土表面，每24h浇一次水使表面混凝土养护膜全部润湿，养护28天，制得混凝土。
作为优化，步骤(1)所述复合铁尾矿砂是由鞍山高硅型铁尾矿砂、马钢高铝型铁尾矿砂、邯邢高钙镁型铁尾矿砂和石灰石按质量比2：3：3：5配制而成。
效果例
下表1给出了采用本发明实施例1至3与对比例的防辐射和抗压强度的性能分析结果。
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例 | |
| 辐射屏蔽率 | 99.6％ | 98.5％ | 56.7％ | 55.8％ |
| 抗压强度 | 58MPa | 46MPa | 53MPa | 42MPa |
表1
从表1中实施例1和对比列实验数据比较可发现，实施例1对比对比例的辐射屏蔽率和抗压强度升高的都较为明显，说明了混凝土制备过程中加入改性后的聚甘油脂肪酸酯和改性后的酒石酸，对混凝土材料的辐射屏蔽率和抗皱效果提高的都较为明显；从实施例1和实施例2实验数据比较可发现，实施例1对比实施例2的抗压强度得到了提高，说明了用富里酸乙酸酐对聚甘油脂肪酸酯进行改性后，在粉磨成生料的过程中，结合在砂石断裂活性位点上，同时在煅烧过程中加速铝硅酸盐的形成，从而得到反应活性更好水泥，使制得的混凝土内分子间结合的更加紧密，提高了抗压强度；从实施例1对比实施例3实验数据比较可发现，实施例1对比实施例3的辐射屏蔽率和抗压强度都得到了提高，说明了对酒石酸进行改性后，改性酒石酸上的1,8-二氨基萘基团可以和混凝土中的金属离子进行络合，形成铁磁性金属有机化合物，使混凝土的辐射屏蔽率得到提高，同时混凝土中的部分金属氧化物在铁磁性金属有机化合物的磁力下结合的更加紧密，使混凝土抗压强度得到提高。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (1)
1.一种铁尾矿砂 掺和的绿色混凝土的制备方法，其特征在于，主要包括以下制备步骤：
（1）将复合铁尾矿砂 粉碎至颗粒小于9mm后置于粉磨机中，再加入复合铁尾矿砂 质量0.1~0.2倍的改性聚甘油脂肪酸酯和复合铁尾矿砂 质量0.3~0.4倍的水，粉磨至颗粒小于0.9mm，制得生料；
（2）将步骤（1）所得生料置于高温煅烧炉中，依次在100~150℃煅烧15~20min，450~500℃煅烧20~25min，750~800℃煅烧40~50min，900~1100℃煅烧60~80min，制得熟料；
（3）将步骤（2）所得熟料粉碎至颗粒小于9mm后置于粉磨机中，再加入熟料质量0.05~0.08倍的改性酒石酸和熟料质量0.08~0.1倍的石膏，粉磨至熟料70%以上的颗粒小于0.045mm，制得水泥；
（4）将步骤（3）所得水泥，酒钢型铁尾矿砂 和水按质量比20：10：9混合均匀后，注入模具中，在20℃室温用混凝土养护膜包裹未定型的混凝土表面，每24h浇一次水使表面混凝土养护膜全部润湿，养护28天，制得混凝土；
步骤（1）所述复合铁尾矿砂 是由鞍山高硅型铁尾矿砂 、马钢高铝型铁尾矿砂 、邯邢高钙镁型铁尾矿砂 和石灰石按质量比2：3：3：5配制而成；
步骤（2）所述改性聚甘油脂肪酸酯的制备方法为：将富里酸，乙酸与苯胺按质量比1：1：3共混，在100~105℃下以2000~3000r/min的转速搅拌50~60min后降温至20℃过滤，再用无水乙醇洗涤3~5次，在-10~-5℃温度，5~10Pa压力下干燥6h，制得富里酸乙酸酐；将富里酸乙酸酐，聚甘油脂肪酸与质量分数98%的硫酸溶液按质量比1：1：10共混，在75~85℃下以1000~1500r/min的转速搅拌20~30min后降温至20℃过滤，再用无水乙醇洗涤3~5次，在-10~-5℃温度，5~10Pa压力下干燥6h，制得改性聚甘油脂肪酸酯；
步骤（3）所述改性酒石酸的制备方法为：将酒石酸，1,8-二氨基萘与***按质量比1：1：10共混，在50~60℃下以1500~2000r/min的转速搅拌20~30min后降温至10℃过滤，再用去离子水洗涤3~5次，在-10~-5℃温度，5~10Pa压力下干燥6h，制得改性酒石酸；
上述铁尾矿砂 掺和的绿色混凝土按重量份数计，主要包括：20~25份复合铁尾矿砂 ，2~4份改性聚甘油脂肪酸酯，1~2份改性酒石酸和8~12份酒钢型铁尾矿砂 。
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Denomination of invention: A preparation method for green concrete mixed with iron tailings sand Effective date of registration: 20231019 Granted publication date: 20220906 Pledgee: Zhejiang Wenzhou Lucheng Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Tengqiao sub branch Pledgor: Wenzhou Sanjian Concrete Co.,Ltd. Registration number: Y2023330002374 |