CN114538874B - 一种利用铜尾矿湿磨加热活化技术来制备蒸压加气混凝土砌块的方法 - Google Patents

一种利用铜尾矿湿磨加热活化技术来制备蒸压加气混凝土砌块的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种利用铜尾矿湿磨加热活化技术来制备蒸压加气混凝土砌块的方法，该方法包括：步骤1：将铜尾矿原料与水混合，得到固含量为10‑70％的混合物，送入外部设置加热层的湿式球磨机中，加入研磨介质研磨，直至粒径为100‑1000nm，筛分取出研磨介质，得到铜尾矿泡沫浆料；步骤2：将10‑20质量份石灰、5‑10质量份水泥、1‑5质量份石膏混合，加入18‑45质量份温度为45‑55℃的热水打浆混合均匀，得到复合预备样品；步骤3：将步骤2中制得的复合预备样品与45‑55质量份铜尾矿泡沫浆料、1‑3质量份发气剂铝粉混合，搅拌45s‑60s，得到混合泡沫浆料；步骤4：将混合泡沫浆料倒入模具置于干燥箱中，养护后脱模得到坯体；步骤5：将坯体置于蒸压釜中养护后，获得蒸压加气混凝土砌块。

Description

一种利用铜尾矿湿磨加热活化技术来制备蒸压加气混凝土砌 块的方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种利用铜尾矿湿磨加热活化技术来制备蒸压加气混凝土砌块的方法。
背景技术
蒸压加气混凝土砌块，是以粉煤灰、石灰、水泥、石膏、矿渣等为主要原料，加入适量发气剂、调节剂、气泡稳定剂，经配料搅拌、浇注、静停、切割和高压蒸养等工艺过程而制成的一种多孔混凝土制品，蒸压加气混凝土砌块的单位体积重量是粘土砖的三分之一，保温性能是粘土砖的3-4倍，隔音性能是粘土砖的2倍，抗渗性能是粘土砖的一倍以上，耐火性能是钢筋混凝土的6-8倍。随着社会的发展，越来越多的蒸压加气混凝土砌块被使用，需求量的攀升导致生产成本水涨船高。
铜尾矿又被称作铜尾砂，是天然铜矿石经过粉碎、分选、精选等选矿作业后所剩下的粉状或砂砾状固体废弃物。通常，铜尾矿除少量作为旧矿井的填充料之外，大多数的铜尾矿是通过堆置的方式进行处理，不仅占用了大量土地，还容易对生态环境造成污染，其所含有的重金属离子容易下渗到地下水和河水中，危害到人的健康。我国的铜尾矿，除含铜品味较高外，粒度细、类型多、成分杂，以氧化铜矿物和铝硅酸盐为主是其普遍特征。铜尾矿的这些性质，使其可以作为一种原材料用于建材行业，采取措施细化粒径、提高活性后可以用于水泥混凝土中，不仅能减少水泥的使用，降低成本，同时能有效回收利用尾矿，减少环境污染。
目前，现有技术中有将铜尾矿作为原料制备蒸压加气混凝土砌块的铜尾矿处理方法，但是铜尾矿由于二氧化硅含量较天然河砂低，大多在70wt％或以下，需水量比天然河砂大，在将铜尾矿作为原料制备蒸压加气混凝土砌块时，参与水热合成的有效成分低，水胶比偏大，对于大掺量应用铜尾矿做蒸压加气混凝土砌块的硅质原材料生产的产品，存在抗压强度偏低、容重偏高、收缩偏大等问题。如何激发铜尾矿的潜在活性，使其大掺量、高性能应用于蒸压加气混凝土中是目前最关键的问题。
理论上机械粉磨、高温蒸养和化学激发等方式可以进一步提高铜尾矿活性。
机械粉末可以使铜尾矿的玻璃体结构在机械力的作用下发生晶格畸变，化学键发生断裂，大颗粒破碎、小颗粒表面和内部产生微裂纹，能有一定程度上细化和活化铜尾矿。但是干燥粉磨过程中颗粒极易发生团聚和黏附，以至于研磨效率不高。
铜尾矿属于惰性材料，简单的高温蒸养和化学激发提高活性的程度有限。
如CN110683858A公开了一种陶瓷抛光泥与铜尾矿复合制备蒸压加气混凝土砌块的方法及其产品，将干燥后的陶瓷抛光泥与铜尾矿以一定比例与普通硅酸盐水泥、生石灰充分混合粉磨加入温水和发泡试剂，成型后蒸压养护得到砌块成品。该法能够将铜尾矿废渣加以资源化回收利用，但需要将铜尾矿原料放入干燥箱中进行干燥，能耗大；采用球磨机对铜尾矿干燥粉磨的效果差，颗粒易团聚且粒径不够小，易产生扬尘，污染环境。
如CN113369012A公开了具有抑制混凝土碱硅酸反应的铜尾矿基活性矿物掺合料及其制备方法和应用，微波加热磁化铜尾矿后进行磁选、浮选，脱除其中的黄铁矿和长石矿物，接着低温煅烧活化并脱除浮选药剂，随后粉磨至比表面积为450-550g/m2，得到铜尾矿基活性矿物掺合料。该方法采用微波加热活化铜尾矿，效果明显，但后续采用干法粉磨同样具有效率低、能耗大、不环保等问题。
如CN112225485A公开了一种晶核剂、铜尾矿蒸压加气混凝土制品、制备方法、应用，未对铜尾矿进行处置，而是额外制备一种晶核剂来解决铜尾矿应用于蒸压加气混凝土砌块中的活性低的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用铜尾矿湿磨加热活化技术来制备蒸压加气混凝土砌块的方法，以解决现有技术中利用铜尾矿作为原料制备蒸压加气混凝土砌块时铜尾矿活性低、掺量小、以及铜尾矿活化工艺复杂、效率低、产品抗压强度偏低、容重偏高等问题。
本发明提供一种利用铜尾矿湿磨加热活化技术来制备蒸压加气混凝土砌块的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：将铜尾矿原料与水均匀混合，得到固含量为10-70％的混合物，送入外部设置加热层的湿式球磨机中，加入研磨介质充分研磨直至粒径为粒径100-1000nm，筛分取出所述研磨介质，得到铜尾矿泡沫浆料；
步骤2：将10-20质量份石灰、5-10质量份水泥、1-5质量份石膏混合均匀，加入18-45质量份温度为50±5℃的热水打浆混合均匀，
得到复合预备样品；
步骤3：将步骤2中复合预备样品与45-55质量份超细铜尾矿泡沫浆料、1-3质量份发气剂铝粉混合快速搅拌45s-60s，得到混合泡沫浆料；
步骤4：将混合泡沫浆料倒入模具置于干燥箱中，养护一段时间后脱模得到坯体；
步骤5：将坯体置于蒸压釜中进行养护一定时间后即可获得蒸压加气混凝土砌块。
本发明的具体机理如下：
(1)采用湿法研磨铜尾矿，在普通干法粉末的基础上，有水充当液相介质，一方面能够作为助磨剂防止颗粒团聚，另一方面可以充当化学外加剂的溶剂，使机械研磨和化学激发同时进行，同时还能够促进铜尾矿颗粒表面化学键断裂，离子溶出，能够高效优化颗粒级配、提高活性。
(2)湿磨铜尾矿至纳米级别的过程中，密闭搅拌铜会持续发热，温度可达50-70℃，加热层采用可拆卸的石英管加热圈，温度范围设置为70-90℃，液相湿磨过程中加热，促进颗粒表面化学键断裂和离子溶出，同时有利于助磨剂发挥作用，提高各组分的活性，减少蒸压加气混凝土砌块的后期蒸养时间。
(3)湿法研磨铜尾矿原料过程中由于研磨发热和空气、水的参与，浆体极易产生大量细密气泡。超细颗粒附着在气泡表面，形成稳定的包裹支撑，减少气泡破裂和相邻气泡融合形成贯通孔，由此可得到大量气泡分散均匀的颗粒稳定型泡沫。
和现有技术相比，本发明的特点和有益效果如下：
(1)湿法研磨铜尾矿，噪音小、无扬尘，研磨效率高，细化效果强，同时有水作为介质和研磨发热，提高机械活化效果，极大地优化铜尾矿颗粒级配，使其能够高掺量、高活性、高附加值地用于水泥基材料中，可充分发挥其填充效应、形态效应、界面效应和稀释效应，提高混凝土性能。
(2)湿磨发泡工艺简单，可同时起到添加化学起泡剂和稳泡剂的效果，再加入铝粉二次发泡，使得该加气轻质混凝土气孔均匀细密，整体性好；
(3)湿磨过程保温加热处理，促进颗粒表面化学键断裂和离子溶出，同时有利于助磨剂发挥作用，提高各组分的活性，减少蒸压加气混凝土砌块的后期蒸养时间，可以有效缩短后续蒸压养护时间，缩短成品制备周期，降低时间成本；
(4)采用细化活化后的超细铜尾矿浆料，可以大比例取代水泥作为胶凝材料，节约水泥成本的同时，实现了铜尾矿高附加值回收利用，经济效果好，环保贡献大。
附图说明
图1是本发明提供的一种利用铜尾矿湿磨加热活化技术来制备蒸压加气混凝土砌块的方法的工艺流程图。
具体实施方式
本发明提供一种利用铜尾矿湿磨加热活化技术来制备蒸压加气混凝土砌块的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：将铜尾矿原料与水均匀混合，得到固含量为10-70％的混合物，送入外部设置加热层的湿式球磨机中，加入研磨介质充分研磨直至粒径为粒径100-1000nm，筛分取出所述研磨介质，得到铜尾矿泡沫浆料；
步骤2：将10-20质量份石灰、5-10质量份水泥、1-5质量份石膏混合均匀，加入18-45质量份温度为50±5℃的热水打浆混合均匀，
得到复合预备样品；
步骤3：将步骤2中复合预备样品与45-55质量份超细铜尾矿泡沫浆料、1-3质量份发气剂铝粉混合快速搅拌45s-60s，得到混合泡沫浆料；
步骤4：将混合泡沫浆料倒入模具置于干燥箱中，养护一段时间后脱模得到坯体；
步骤5：将坯体置于蒸压釜中进行养护一定时间后即可获得蒸压加气混凝土砌块。
进一步的，在步骤1中，所述加热层可以采用可拆卸的石英管加热圈，温度范围设置可以为70-90℃。所述研磨介质可以为粒径为0.2-1.0mm的氧化锆研磨球，所述研磨介质的填充率可以为60-70体积％，球料重量比可以为1:2-1:4。所述湿式球磨机的磨机转速可以为400-700r/min，研磨时间可以为3h-6h,泡沫密度可以为50-80kg/m3。
进一步的，在步骤2中，所述水泥为普通硅酸盐水泥，标号不低于P.O.42.5，本发明实施例中所用的水泥是购于华新水泥厂P.O.42.5的水泥，参数符合标号不低于P.O.42.5的要求；石灰为普通生石灰；石膏为市面普通石膏，其中CaO含量不小于90％，MgO含量不大于5％，SO3含量不大于5％，过筛0.08mm方孔筛，筛余不大于10％，消解时间为5min～20min，消解热为60℃～90℃，本发明实施例中使用的石膏是市面采购的普通石膏，其参数均符合这些要求。
进一步的，在步骤4中，所述干燥箱温度可以为50℃～70℃，静停养护时间可以为1-2h。
进一步的，在步骤5中，所述蒸压养护温度可以为170～180℃，压力可以为1～1.2Mpa，养护时间可以为2-5h。
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
本发明方法以湖北某铜尾矿为主要原料，将铜尾矿原矿和水按一定比例混合后送入外部设置加热层的湿式球磨机中，加入研磨介质和外加剂充分研磨发热后，筛分得到超细铜尾矿泡沫浆料；将石灰、水泥、石膏等按比例混合，加入热水打浆混合均匀后，再加入铝粉和超细铜尾矿泡沫浆料二次搅拌发泡；将混合料浇注成型，放入干燥箱中静停预养一段时间后脱模进行蒸压养护，即可得到蒸压加气混凝土砌块进行各项性能测试以及投入使用。
下面结合实施例和对比例对本发明做进一步的说明。
实施例
实施例1
本实施例的利用铜尾矿湿磨加热活化技术来制备蒸压加气混凝土砌块的方案依次包括以下步骤：
(1)将铜尾矿原料与水均匀混合，得到固含量为50％的混合物，送入外部加热层温度为90℃的湿式球磨机中，加入研磨介质充分研磨直至粒径为粒径1000nm，筛分取出所述研磨介质，得到超细铜尾矿泡沫浆料；
步骤(1)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径为0.2-1.0mm的氧化锆研磨球，所述研磨介质的填充率为50体积％，球料重量比为1:2。湿式球磨机的磨机转速为400r/mi n，研磨时间为3h，泡沫密度为50kg/m3。
(2)将10质量份石灰、5质量份水泥、3质量份石膏混合均匀，加入32质量份温度为50℃的热水打浆混合均匀，得到复合预备样品；
(3)将步骤(2)中制得的复合预备样品与48质量份步骤(1)中制备的超细铜尾矿泡沫浆料、2质量份发气剂铝粉混合，快速搅拌45s，得到混合泡沫浆料；
(4)将混合泡沫浆料倒入模具置于65℃干燥箱中，养护2h后，脱模得到坯体；
(5)将坯体置于175℃、1MPa蒸压釜中进行养护3h后，即可获得蒸压加气混凝土砌块，按照相关国家标准进行性能测试。
实施例2
本实施例的利用铜尾矿湿磨加热活化技术来制备蒸压加气混凝土砌块的方案依次包括以下步骤：
(1)将铜尾矿原料与水均匀混合，得到固含量为10％的混合物，送入外部加热层温度为70℃的湿式球磨机中，加入研磨介质充分研磨直至粒径为粒径500nm，筛分取出所述研磨介质，得到超细铜尾矿泡沫浆料；
步骤(1)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径为0.2-1.0mm的氧化锆研磨球，所述研磨介质的填充率为60体积％，球料重量比为1:3。湿式球磨机的磨机转速为550r/min，研磨时间为4h，泡沫密度为60kg/m3。
(2)将15质量份石灰、7质量份水泥、1质量份石膏混合均匀，加入18质量份温度为45℃的热水打浆混合均匀，得到复合预备样品；
(3)将步骤(2)中制备的复合预备样品与45质量份步骤(1)中制备的超细铜尾矿泡沫浆料、1质量份发气剂铝粉混合，快速搅拌50s，得到混合泡沫浆料；
(4)将混合泡沫浆料倒入模具置于50℃干燥箱中，养护1h后，脱模得到坯体；
(5)将坯体置于170℃、1.2MPa蒸压釜中进行养护2h后，即可获得蒸压加气混凝土砌块，按照相关国家标准进行性能测试。
实施例3
本实施例的利用铜尾矿湿磨加热活化技术来制备蒸压加气混凝土砌块的方案依次包括以下步骤：
(1)将铜尾矿原料与水均匀混合，得到固含量为70％的混合物，送入外部加热层温度为80℃的湿式球磨机中，加入研磨介质充分研磨直至粒径为粒径100nm，筛分取出所述研磨介质，得到超细铜尾矿泡沫浆料；
步骤(1)中采用如下湿磨工艺参数：
研磨介质为粒径为0.2-1.0mm的氧化锆研磨球，所述研磨介质的填充率为70体积％，球料重量比为1:4。湿式球磨机的磨机转速为700r/min，研磨时间为6h，泡沫密度为80kg/m3。
(2)将20质量份石灰、10质量份水泥、5质量份石膏混合均匀，加入45质量份温度为55℃的热水打浆混合均匀，得到复合预备样品；
(3)将步骤(2)中制备的复合预备样品与55质量份步骤(1)中制备的超细铜尾矿泡沫浆料、3质量份发气剂铝粉混合快速搅拌60s，得到混合泡沫浆料；
(4)将混合泡沫浆料倒入模具置于70℃干燥箱中，养护2h后，脱模得到坯体；
(5)将坯体置于180℃、1MPa蒸压釜中进行养护5h后，即可获得蒸压加气混凝土砌块，按照相关国家标准进行性能测试。
对比例1
该对比例用于说明湿磨铜尾矿所使用的湿式球磨机无加热层时，所制得的蒸压加气混凝土砌块的抗压强度明显变差。
在对比例1中，除了在步骤(1)中使用无加热层的湿式球磨机来代替有加热层的湿式球磨机以外，使用与实施例3相同的方法来制备蒸压加气混凝土砌块，并按照相关国家标准进行性能测试。
对比例2
该对比例用于说明无发气剂铝粉发泡时，所制得的蒸压加气混凝土砌块的抗压强度变差、干燥收缩较大。
在对比例2中，除了在步骤(3)中未混合发气剂铝粉以外，使用与实施例3相同的方法来制备蒸压加气混凝土砌块，并按照相关国家标准进行性能测试。
对比例3
该对比例用于说明铜尾矿原料研磨后的粒径过大时，所制得的蒸压加气混凝土砌块的抗压强度下降明显、干密度变大、干燥收缩较大。
在对比例3中，除了在步骤(1)中将铜尾矿原料的粒径过大尾矿原料研磨至粒径2000nm来代替粒径1000nm以外，使用与实施例3相同的方法来制备蒸压加气混凝土砌块，并按照相关国家标准进行性能测试。
对比例4
该对比例用于说明利用现有利用干法粉磨铜尾矿粉制得的蒸压加气混凝土砌块的抗压强度较差、干燥收缩较大。
在对比例4中，除了利用干法粉磨铜尾矿粉来代替湿磨铜尾矿以外，使用与实施例3基本相同的方法来制备蒸压加气混凝土砌块，并按照相关国家标准进行性能测试。具体制备方法如下所述:
(1)将铜尾矿原料放入干燥箱中进行干燥，干燥箱的温度设置为105℃-110℃。干燥后的原料的含水率低于10％。将干燥后的铜尾矿置于球磨机中粉磨，使得粉磨后的铜尾矿的比表面积为于272m2·kg-1，与水均匀混合，得到固含量为70％的铜尾矿浆料。
(2)将20质量份石灰、10质量份水泥、5质量份石膏混合均匀，加入45质量份温度为55℃的热水打浆混合均匀，得到复合预备样品；
(3)将步骤(2)中制备的复合预备样品与55质量份步骤(1)中制得的铜尾矿浆料、3质量份发气剂铝粉、一定量稳泡剂混合，快速搅拌60s，搅拌停止后，快速将料浆倒入模具中。稳泡剂为砌块质量的0.2％，由油酸和三乙醇胺组成，油酸和三乙醇胺的质量比为1:2-1:5。
(4)将混合泡沫浆料倒入模具置于70℃干燥箱中，养护2h后，脱模得到坯体；
(5)将坯体置于180℃、1MPa蒸压釜中进行养护5h后，即可获得蒸压加气混凝土砌块，并按照相关国家标准进行性能测试。
下面分别实施例1-3和对比例1-4制备的蒸压加气混凝土砌块进行如下表1中所示的测试，这些测试按照国家标准GB/T11968-2020《蒸压加气混凝土砌块》进行，测试结果如下表1所示。
表1
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从以上实施例1-3的数据可以看出，在满足国家标准GB/T11968-2020《蒸压加气混凝土砌块》相关技术要求的基础上，使用本发明的方法，即：对铜尾矿湿磨至发泡并作保温加热处理、颗粒较小(满足100-1000nm的要求)，制得的蒸压加气混凝土砌块的抗压强度好，也满足行业标准和现场施工的要求。
通过对比例1和实施例3(实施例3是效果最好的一组)的对比可以看出，在制备蒸压加气混凝土砌块的过程中，湿磨铜尾矿所使用的湿式球磨机无加热层时，即，对比例1无加热层时，铜尾矿潜在的火山灰活性未得到更好的激发，取代水泥作为胶凝材料后，砌块的抗压强度有所下降。
通过对比例2和实施例3的对比可以看出，在制备蒸压加气混凝土砌块的过程中，对比例2没有添加发泡剂铝粉，仅有铜尾矿湿磨产生的细小泡沫，砌块各项性能有所下降，如：抗压强度变差、干燥收缩较大，但整体看来不算太差，可见湿磨产生的泡沫具有一定的稳定性。
通过对比例3和实施例3的对比可以看出，在制备蒸压加气混凝土砌块的过程中，将铜尾矿原料研磨后的粒径过大，例如对比例3中为2000nm(不符合本发明要求的100-1000nm)，粒径不够小，未能磨到产生泡沫的程度，铜尾矿的活性也未能得到很好的激发，故各项性能均不太好，如：抗压强度下降明显、干密度变大、干燥收缩较大。
通过对比例4和实施例1-3的对比可以看出，使用干法粉磨铜尾矿粉制备的蒸压加气混凝土砌块的抗压强度差、干燥收缩较大。本发明采用湿法研磨工艺对铜尾矿进行充分研磨，当研磨时间足够长时，铜尾矿颗粒粒径下降到微纳米级别，在助磨剂和机械研磨发热的作用下产生细小泡沫。同时，微纳米颗粒也具有良好的稳泡作用，无需额外添加稳泡剂。从对比例4的结果可以看出，干法粉磨不仅无法环保节能、高效率地对铜尾矿进行机械活化，而且还需额外添加稳泡剂，整体效果也不具有优越性。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用铜尾矿湿磨加热活化技术来制备蒸压加气混凝土砌块的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：将铜尾矿原料与水均匀混合，得到固含量为10-70%的混合物，送入外部设置加热层的湿式球磨机中，加入研磨介质，研磨直至粒径为100-1000nm，筛分取出所述研磨介质，得到铜尾矿泡沫浆料；
步骤2：将10-20质量份石灰、5-10质量份水泥、1-5质量份石膏混合均匀，加入18-45质量份温度为45-55℃的热水打浆混合均匀，得到复合预备样品；
步骤3：将步骤2中制得的所述复合预备样品与45-55质量份步骤1中制得的所述铜尾矿泡沫浆料、1-3质量份发气剂铝粉混合，搅拌45s-60s，得到混合泡沫浆料；
步骤4：将混合泡沫浆料倒入模具置于干燥箱中，养护后，脱模得到坯体；
步骤5：将坯体置于蒸压釜中进行养护后，获得蒸压加气混凝土砌块；
其中，在步骤1中，加热层采用可拆卸的石英管加热圈，温度范围设置为70-90℃；所述湿式球磨机的磨机转速为400-700r/min，研磨时间为3h-6h，泡沫密度50-80kg/m3。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤1中，所述研磨介质为粒径为0.2-1.0mm的氧化锆研磨球，所述研磨介质的填充率为50-70%，球料重量比为1:2-1:4。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤4中，所述干燥箱温度为50℃～70℃，养护时间为1-2h。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤5中，所述蒸压养护温度为170～180℃，压力为1～1.2MPa，养护时间为2-5h。
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