铁尾矿基复合矿物掺合料及其制备工艺

1.铁尾矿基矿物掺合料，包括有原料铁尾矿、工业废渣和石灰石，所述的工业废渣为矿渣或磷渣或钢渣或锰渣，各原料所占质量分数为：铁尾矿50%-60%，工业废渣20%-30%，石灰石10%-20%，还包括有占原料总质量的3%-5%的石膏和0.03%-0.05%的助磨剂，所述的助磨剂为三乙醇胺，所述的铁尾矿的细度模数为1.81，1.18mm以下的颗粒有94.6%，质量百
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分比计，其中，铁尾矿砂磨至勃氏比表面积为400~800m/kg，工业废渣磨至勃氏比表面积为
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400-600m/kg，石灰石磨至勃氏比表面积为400-800m/kg。
2.权利要求1所述的铁尾矿基矿物掺合料的制备工艺，包括如下步骤：
1）将铁尾矿、工业废渣、石灰石分别烘干至水分≤1%，备用，所述的工业废渣为矿渣或磷渣或钢渣或锰渣，各原料所占质量分数为：铁尾矿50%-60%，工业废渣20%-30%，石灰石
10%-20%，还包括有占原料总质量的3%-5%的石膏和0.03%-0.05%的助磨剂，所述的助磨剂为三乙醇胺；
2）将烘干后的铁尾矿砂配以石膏送入球磨机进行粉磨，粉磨过程中加入助磨剂；
3）将烘干后的工业废渣配以石膏送入球磨机进行粉磨，粉磨过程中加入助磨剂；
4）将烘干后的石灰石配以石膏送入球磨机进行粉磨，粉磨过程中加入助磨剂；
5）将步骤2）、步骤3）和步骤4）所得的铁尾矿粉、工业废渣粉、石灰石粉混合均匀，即
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得铁尾矿基复合矿物掺合料，其中，铁尾矿砂磨至勃氏比表面积为400~800m/kg，工业废渣
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磨至勃氏比表面积为400-600m/kg，石灰石磨至勃氏比表面积为400-800m/kg。

铁尾矿基复合矿物掺合料及其制备工艺\n技术领域\n[0001] 本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及铁尾矿资源化利用，具体的是涉及水泥和混凝土用铁尾矿基复合矿物掺合料及其制备工艺。\n背景技术\n[0002] 尾矿已成为我国目前产出量最大、综合利用率最低的固体废弃物。据不完全统计，我国由于矿产资源开发而产生的尾矿累积堆存量已超过100亿t，目前正以12亿t/a左右的速度增长，年综合利用量不足2亿t。如此低的综合利用率不仅是资源的一种浪费，而且构成环境巨大威胁。国内外对尾矿的利用，主要包括生产水泥、建筑用砂、加气混凝土、砌块、免烧砖、烧结砖、陶瓷墙地砖、玻化砖、透水砖、微晶玻璃、保温材料等产品，但这些产品附加值低，铁尾矿利用价值和经济效益远未得到有效发挥。\n[0003] 发明专利CN101121579A《一种利用铁尾矿生产混凝土活性掺合料的方法》公开了一种利用磁铁石英岩型铁尾矿替代部分矿渣磨细粉生产混凝凝土活性掺合料的方法，该项技术生产的活性掺合料具有较高活性，但其中的铁尾矿需经过粉磨预处理后再通过热蚀变反应变成活性掺合料，蚀变反应工艺比较复杂、难于工业化生产且其中的蚀变剂主要由硫酸盐类、硝酸盐类、碳酸盐类、氯盐类及氟盐类等14中无机盐配制而成，这些物质的存在对混凝土的工作性和耐久性有不利影响。\n[0004] 发明专利CN101182141A《一种利用铁尾矿制备高强结构材料的方法》和发明专利CN102658596A《一种利用粉煤灰和铁尾矿制备高强混凝土材料的方法》均公开了一种以铁尾矿为主要原料制备胶凝材料和以铁尾矿为细骨料制备细骨料混凝土的高强结构材料的方法，以上两种技术虽然能够大宗消纳铁尾矿和节约天然砂石，但铁尾矿基铁尾矿胶凝材料的制备需经过三级梯度粉磨，制备工艺复杂，工业化生产难以实现。\n[0005] 发明专利CN101805139《用高硅尾矿生产高性能混凝土及其配制方法》公开了一种高硅铁尾矿用作混凝土掺合料和替代部分天然砂制备高性能混凝土的方法，该项技术为铁尾矿的消纳和混凝土中细集料的来源提供了一种方向。然而，近些年，随着我国金属矿山资源贫、杂、细特征的日益凸显，选矿企业普遍提高了磨矿细度，并且在对尾矿中残余有价组分进行回收的过程中大都对尾矿进行了再磨，导致再选后的尾矿中位粒径由200μm降至\n40μm左右，这些过细的尾矿已不适合用于建筑用砂，因此在该项技术中将铁尾矿替代部分天然砂的可行性将受到限制。另外，该项技术中涉及的将铁尾矿用来制备混凝土用复合掺合料，其在复合掺合料中的最大掺量为45%，铁尾矿用作掺合料利用率不高。\n发明内容\n[0006] 本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术而提供一种铁尾矿基复合矿物掺合料及其制备方法，以提高铁尾矿利用率。\n[0007] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：铁尾矿基矿物掺合料，包括有原料铁尾矿、工业废渣和石灰石，所述的工业废渣为矿渣或磷渣或钢渣或锰渣，各原料所占质量分数为：铁尾矿50%-70%，工业废渣10%-40%，石灰石10%-30%，还包括有占原料总质量的\n0%-5%的石膏和0%-0.05%的助磨剂。\n[0008] 按上述方案，所述的各原料所占质量分数为：铁尾矿50%-60%，工业废渣20%-30%，石灰石10%-20%，还包括有占原料总质量的3%-5%的石膏和0.03%-0.05%的助磨剂。\n[0009] 按上述方案，所述的铁尾矿的细度模数为1.81，1.18mm以下的颗粒有94.6%，质量百分比计。\n[0010] 铁尾矿基矿物掺合料的制备工艺，包括如下步骤：\n[0011] 1）将铁尾矿砂、工业废渣、石灰石分别烘干至水分≤1%，备用，所述的工业废渣为矿渣或磷渣或钢渣或锰渣，各原料所占质量分数为：铁尾矿50%-70%，工业废渣10%-40%，石灰石10%-30%，还包括有占原料总质量的0%-5%的石膏和0%-0.05%的助磨剂；\n[0012] 2）将烘干后的铁尾矿砂配以石膏送入球磨机进行粉磨，粉磨过程中加入助磨剂；\n[0013] 3）将烘干后的工业废渣配以石膏送入球磨机进行粉磨，粉磨过程中加入助磨剂；\n[0014] 4）将烘干后的石灰石配以石膏送入球磨机进行粉磨，粉磨过程中加入助磨剂；\n[0015] 5）将步骤2）、步骤3）和步骤4）所得的铁尾矿粉、工业废渣粉、石灰石粉混合均匀，即得铁尾矿基复合矿物掺合料。\n[0016] 按上述方案，步骤2）铁尾矿砂磨至勃氏比表面积为400～800m2/kg。\n[0017] 按上述方案，步骤3）工业废渣磨至勃氏比表面积为400-600m2/kg。\n[0018] 按上述方案，步骤4）石灰石磨至勃氏比表面积为400-800m2/kg。\n[0019] 本发明的有益效果是：\n[0020] 1）铁尾矿砂在水泥混凝土方面的应用主要是建筑用砂，烧制水泥和经过特殊化学或热处理后用于水泥混合材等，但随着选矿技术的提高，排出的铁尾矿越来越细，将其用于建筑用砂的难度提高，本发明将铁尾矿配以其他工业废渣经过简单机械磨细制备混凝土用掺合料，性能较佳，为铁尾矿尤其是细粒铁尾矿的资源化利用提供另一种方向；\n[0021] 2）水泥与混凝土中常用掺合料多以矿渣、粉煤灰、硅灰、石灰石粉等为主，但因资源有限，且矿渣、硅灰成本较高，亟需研究其他性能良好的矿物掺合料用于混凝土，本发明制备的铁尾矿基复合矿物掺合料，性能良好，可用于制备强度等级为C50-C80的混凝土，为水泥混凝土提供了一种新型矿物掺合料，可弥补现有水泥与混凝土用掺合料的稀缺和不足。\n[0022] 3）科学有效地将多种工业废弃物复合，充分发挥各组分对水泥和混凝土的活性和粒度协同作用，使之优势互补，带来超叠加效应。即铁尾矿活性极低，将其细磨用作掺合料可增加水泥和混凝土中超细粉的含量，发挥其微集料填充作用，从而改善混凝土的孔结构；\n石灰石将其细磨用作掺合料可增加水泥和混凝土的早期强度；矿渣或磷渣或钢渣或锰渣等工业废渣将其细磨用作掺合料可增加水泥和混凝土的后期强度。另外，铁尾矿、矿渣或磷渣或钢渣或锰渣等工业废渣和石灰石被粉磨至不同细度混合可优化混合料颗粒级配，使其达到最紧密堆积。因此，本发明制得的铁尾矿基复合矿物掺合料不仅从化学活性上得到互补，而且从颗粒级配上也得到互补，从而提高了该掺合料的使用性能，使之能较高比例的用于水泥和混凝土生产；\n[0023] 4）本发明采用先单独粉磨再混合搅拌的工艺制备铁尾矿基复合矿物掺合料，有利于各组成物料细度、颗粒级配的控制和配方的调整，生产工艺简单，且本发明采用工业废渣为主要原料，成本低，有利于工业化生产和推广应用。\n附图说明\n[0024] 图1是本发明制备铁尾矿基复合矿物掺合料的制备工艺流程图。\n具体实施方式\n[0025] 为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，内容不仅仅局限于下面的实施例。\n[0026] 用于水泥与混凝土的铁尾矿基复合矿物掺合料，各组分粉磨后的比表面积及质量百分含量见表1：\n[0027] \n[0028] 表1铁尾矿基复合矿物掺合料的配方\n[0029] 本实施例中助磨剂为质量分数≥75%（纯度）的三乙醇胺。\n[0030] 本发明铁尾矿基复合矿物掺合料制备工艺如下：\n[0031] 先将铁尾矿砂、磷渣、石灰石分别烘干至水分≤1%，所述的铁尾矿的细度模数为\n1.81，1.18mm以下的颗粒有94.6%，质量百分比计。然后将烘干后的铁尾矿砂、磷渣、石灰石分别送入球磨机进行粉磨，分别磨至表1勃氏比表面积，铁尾矿砂、磷渣、石灰石在粉磨过程中分别加入三乙醇胺和石膏。最后将磨细铁尾矿粉、磷渣粉、石灰石粉按照表1原料配比混合均匀，即得铁尾矿基复合矿物掺合料。\n[0032] 表2为铁尾矿基复合矿物掺合料各组成材料的活性指数。\n[0033] 表2铁尾矿基复合矿物掺合料各组成材料活性指数\n[0034] \n[0035] \n[0036] 将表1中所得试样参照JG/T317-2011《混凝土用粒化粒化电炉磷渣粉》中的技术要求进行检测，其结果见表3，其中活性指数为铁尾矿基复合矿物掺合料替代30%水泥的标准胶砂强度与基准胶砂强度的比值。\n[0037] 表3铁尾矿基矿物掺合料技术性能检测结果\n[0038] \n[0039] 由表3可知，本发明制得的铁尾矿基矿物掺合料符合JG/T317-2011的标准要求，且本发明制得的铁尾矿基矿物掺合料具有较高的抗折活性指数，非常有利于混凝土抗折强度的提高。\n[0040] 表4为各铁尾矿基复合矿物掺合料的活性系数。其中活性系数为本发明制得的铁尾矿基复合矿物掺合料活性指数与相同原料组成下各原料活性指数加权平均后的数值的比值，若活性系数>1，则铁尾矿基矿物掺合料各组分具有性能超叠加效应。\n[0041] 表4铁尾矿基复合矿物掺合料活性系数\n[0042] \n[0043] 由表4可知，本发明制得的铁尾矿基复合矿物掺合料具有性能超叠加效应。\n[0044] 以表1中实施例8铁尾矿基复合掺合料为例配制C60混凝土用于铁路轨枕预制，其试验配比及结果见表5。其中水胶比为0.26，砂率为34%，水泥采用华新P·O52.5普通硅酸盐水泥，外加剂为聚羧酸系减水剂，碎石级配5～20mm，砂子细度模数为2.8。养护制度为混凝土成型后在20℃静停3h，然后带模在55℃蒸汽中养护（升温3h——恒温3h——降温\n3h)，养护完后拆模，再置于标准养护室养护至规定龄期。\n[0045] 表5轨枕C60混凝土配比及试验结果\n[0046] \n[0047] 以表1中实施例8铁尾矿基复合矿物掺合料为例配制C80泵送混凝土，其试验配比及结果见表6。其中水灰比为0.23，砂率为38%，水泥采用华新P·O52.5普通硅酸盐水泥，外加剂为聚羧酸系减水剂，碎石级配5～20mm，砂子细度模数为2.8。养护制度为混凝土成型1d拆模后，在标准养护室中养护至规定龄期。\n[0048] 表6泵送C80混凝土配比及试验结果\n[0049] \n[0050] 从上述试验情况表明，本发明制作的铁尾矿基复合矿物掺合料活性较高，可用于高强混凝土制备。本发明制作的铁尾矿基复合掺合料等量替代水泥30%时，可用于C60混凝土轨枕预制，等量替代水泥20%～40%时，可配制出C80～C65泵送混凝土。