專利名稱：富硫尾礦制備砌筑材料的方法
專利說明富硫尾礦制備砌筑材料的方法 本發(fā)明涉及一種對(duì)富硫尾礦砂綜合利用的有效方法，屬于環(huán)境工程和新型建材領(lǐng)域。尾礦是礦石經(jīng)破碎、研磨、分選后所廢棄的部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)在的尾礦儲(chǔ)存量已達(dá)七億立方米，而且還以每年700～800萬噸的速度遞增，每年侵占土地近一千畝，所花的處理費(fèi)用達(dá)六億元左右。且隨著礦山不斷掘進(jìn)，采出礦石品位日趨低下，尾礦量和相應(yīng)的投資還將逐年增加。
尾礦中含有多種脈石礦物和有用元素，具有量大、集中和顆粒細(xì)等特點(diǎn)。它遇水容易流失，干燥后遇風(fēng)又容易飛揚(yáng)，造成了嚴(yán)重的水污染和空氣污染。在礦業(yè)發(fā)達(dá)的國家，因尾礦堆存處理不當(dāng)造成嚴(yán)重公害的事件時(shí)有發(fā)生。在國內(nèi)也有潰壩、毀田、毀房、造成人員傷亡的重大事故。尤其是有色礦山尾礦含有較多的有害元素，如S、As、Hg、Cr、Pb、Cd等。這些元素通過溶解、淋濾直接進(jìn)入水系，對(duì)周圍生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。通常含有較多硫化物或硫元素的礦山尾礦稱為富硫尾礦。這些尾礦的主要物相有石英、黏土、方解石、黃鐵礦及一些非晶相物質(zhì)。其有害元素除了硫以外，有的還有Pb、As、Hg等。由于大量硫的氧化和揮發(fā)，富硫尾礦所造成的環(huán)境污染更為嚴(yán)重。僅對(duì)大氣污染來說，它的直接后果就是導(dǎo)致酸雨的形成。據(jù)有關(guān)報(bào)道，中國現(xiàn)在已是僅次于歐洲和北美的第三大酸雨區(qū)；酸雨給我國帶來的損失巨大，僅南方11省直接損失達(dá)44億元/年，間接損失無法估計(jì)。
在對(duì)尾礦的治理和綜合利用上，以往取得的研究成果和成功的工藝技術(shù)主要有(1)對(duì)尾礦中有用元素再回收技術(shù)；(2)開發(fā)成建材原料(如作為水泥原料、陶瓷和玻璃原料)的技術(shù)等。但這些技術(shù)都是以燒結(jié)工藝為先決條件。顯然這對(duì)富硫尾礦是不適用的，因?yàn)闊Y(jié)將使大量二氧化硫直接排入大氣層，導(dǎo)致更嚴(yán)重的環(huán)境污染。
此外，赤泥是煉鋁工業(yè)中產(chǎn)生的主要固體廢棄物，每生產(chǎn)一噸氧化鋁就有一噸多的赤泥排放，對(duì)赤泥的綜合利用，是國家鋁業(yè)部門一直重視的問題。本發(fā)明的目的是提供一種對(duì)富硫尾礦砂綜合利用的有效方法，既能固定住有害元素硫，又實(shí)現(xiàn)了高爐礦渣、礦山尾礦和赤泥的綜合利用，減少環(huán)境的污染。
本發(fā)明的方案是設(shè)法把硫化物固結(jié)在其它穩(wěn)定物質(zhì)之中，以杜絕其流失或揮發(fā)。本發(fā)明通過高爐礦渣的特殊物化性能來實(shí)現(xiàn)這一目的。高爐礦渣是高爐冶煉生鐵時(shí)的工業(yè)廢渣，它是由煉鐵時(shí)所用熔劑石灰石、白云石分解所得的CaO和MgO和鐵礦中廢礦以及焦炭中的灰分相熔化，生成的熔融渣。經(jīng)急冷處理使成粒狀，稱為粒化高爐礦渣，通常即稱礦渣。一般高爐礦渣的化學(xué)成分是
從礦渣的化學(xué)成分和物化性質(zhì)上講，礦渣是一種具有潛在活性的水硬性膠凝材料，呈具有高能量的玻璃結(jié)構(gòu)態(tài)。在水和一定量的激發(fā)劑作用下，其表面的硅氧網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層破壞，礦渣分解，發(fā)生水化作用，并與周圍介質(zhì)發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，生成膠凝性強(qiáng)、能構(gòu)成鏈狀和網(wǎng)狀的礦物組合(如水化硅酸鈣‘CSH’和鈣礬石等)，隨之產(chǎn)生高度凝結(jié)固化的作用。
水化過程中的化學(xué)反應(yīng)有
其產(chǎn)物主要是水化硅酸鈣(CSH)和水化鋁酸鈣凝膠。其中水化硅酸鈣(CSH)結(jié)晶成硅酸三鈣或硅酸二鈣晶體；水化鋁酸鈣可生成針狀的鈣礬石。
從上面物化反應(yīng)過程可知，礦渣所起的膠凝作用主要是來源于水化硅酸鈣(CSH)和水化鋁酸鈣凝膠的生成量、結(jié)晶速率，尤其是新生礦物(鈣礬石等)的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。這也就取決于整個(gè)體系的PH值、溫度、壓力和所用激發(fā)劑等反應(yīng)熱力學(xué)條件。
本發(fā)明的具體實(shí)施方案是1.按重量比為8.5～10.0∶1.1～1.4∶0.8～1.2的比例稱好富硫尾礦砂、高爐礦渣、輔助劑。或按重量百分比分別稱好76～80％的富硫尾礦砂、10～14％的高爐礦渣、8～10％的輔助劑、1～2％的激發(fā)劑、0.2～0.5％的分散劑。
2.本發(fā)明所用的輔助劑有兩種，為赤泥(煉鋁工業(yè)中產(chǎn)生的主要固體廢棄物)和風(fēng)化粘土(粘土礦物占50％以上)，可單獨(dú)用其中一種，也可兩種混用。二者的粒徑都要求小于200目(74微米)。
3.本發(fā)明所用的激發(fā)劑為石灰，石膏和磷石膏(一種工業(yè)副產(chǎn)品)其中的一種或兩種，而以磷石膏為最好。其粒徑要小于320目(45微米)。
4.本發(fā)明所用的分散劑為無機(jī)分散劑(如磷酸鹽類的六偏磷酸鈉)或有機(jī)分散劑(如木質(zhì)素磺酸鈉)，使用時(shí)最好把分散劑先溶于水。
5.將高爐礦渣研磨到粒徑小于200目(74微米)，再將分散劑溶于干粉(高爐礦渣、富硫尾礦砂、輔助劑和激發(fā)劑)總重量的12％的水中，將干粉與水進(jìn)行攪拌混合，將混合均勻的料倒入摸具內(nèi)，用液壓制磚機(jī)，調(diào)節(jié)壓強(qiáng)等于或大于20.0Mpa，加壓成型。然后放在室溫和常壓下養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28～30天，室溫應(yīng)在25℃以上。
本發(fā)明充分利用高爐礦渣、大量富硫尾礦和赤泥制成固硫新型環(huán)保砌筑材料，可制成磚塊砌材用于高層建筑、也可以制成路面磚鋪設(shè)人行道面層、或代替混凝土經(jīng)壓實(shí)鋪筑道路的基層和面層，真正做到了以廢治廢、控制污染和廢棄物資源化，既能大大改善生態(tài)環(huán)境，也將產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。按上述實(shí)施方案給出幾個(gè)具體實(shí)施例實(shí)施例11.將取自韶關(guān)煉鋼廠，其堿性系數(shù)、活性系數(shù)和質(zhì)數(shù)系數(shù)都符合國家I類質(zhì)量的高爐礦渣預(yù)先粉碎到粒徑小于200目(74微米)。
2.取上述粉粹過的高爐礦渣1.3kg，與取自廣東省韶關(guān)市曲江凡口鉛鋅尾礦砂7.6kg，用鄭州鋁廠燒結(jié)法產(chǎn)生的赤泥0.4kg和風(fēng)化粘土0.5kg作為輔助劑，粒徑小于45微米的磷石膏0.1kg作為激發(fā)劑，0.03kg的木質(zhì)素磺酸鈉作為分散劑。先將分散劑溶于所要加入的1.2kg水中，將干粉與水一起用臥式犁刀混合機(jī)或高捏混合機(jī)混合，混合均勻后倒入模具內(nèi)，用液壓制磚機(jī)，調(diào)節(jié)壓強(qiáng)為20.0Mpa，加壓成240×115×53mm規(guī)格的磚塊。放在室溫和常壓下養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28天。
3.用該方法生產(chǎn)的砌筑建材抗壓強(qiáng)度可達(dá)到48.0Mpa，抗折強(qiáng)度6.0Mpa?？勺鼋ㄖ牧嫌?，還可以用做廣場磚和路邊人行道磚。
實(shí)施例21.將取自韶關(guān)煉鋼廠，其堿性系數(shù)、活性系數(shù)和質(zhì)數(shù)系數(shù)都符合國家I類質(zhì)量的高爐礦渣預(yù)先粉碎到粒徑小于200目(74微米)。
2.取上述粉粹過的高爐礦渣1.2kg，與取自廣東省韶關(guān)市曲江凡口鉛鋅尾礦砂7.7kg，鄭州鋁廠燒結(jié)法產(chǎn)生的赤泥0.5kg和風(fēng)化粘土0.4kg作為輔助劑，粒徑小于45微米的磷石膏0.1kg作為激發(fā)劑，0.03kg木質(zhì)素磺酸鈉作為分散劑。先將分散劑溶于所要加入的1.2kg水中，將干粉與水一起用臥式犁刀混合機(jī)或高捏混合機(jī)混合，混合均勻后倒入模具內(nèi)，用液壓制磚機(jī)，調(diào)節(jié)壓強(qiáng)為20.0Mpa，加壓成240×115×53mm規(guī)格的磚塊。放在室溫和常壓下養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28天。
3.用該方法生產(chǎn)的砌筑建材抗壓強(qiáng)度可達(dá)到46.0Mpa，抗折強(qiáng)度5.8Mpa。可做建筑材料用，還可以用做廣場磚和路邊人行道磚。
實(shí)施例31.將取自韶關(guān)煉鋼廠，其堿性系數(shù)、活性系數(shù)和質(zhì)數(shù)系數(shù)都符合國家I類質(zhì)量的高爐礦渣預(yù)先粉碎到粒徑小于200目(74微米)。
2.取上述粉粹過的高爐礦渣1.1kg，與取自廣東省韶關(guān)市曲江凡口鉛鋅尾礦砂7.8kg，鄭州鋁廠燒結(jié)法產(chǎn)生的赤泥0.9kg作為輔助劑，粒徑小于45微米的磷石膏0.09kg作為激發(fā)劑，0.04kg六偏磷酸鈉作為分散劑。先將分散劑溶于所要加入的1.2kg水中，將干粉與水一起用臥式犁刀混合機(jī)或高捏混合機(jī)混合，混合均勻后倒入模具內(nèi)，用液壓制磚機(jī)，調(diào)節(jié)壓強(qiáng)為20.0Mpa，加壓成240×115×53mm規(guī)格的磚塊。放在室溫和常壓下養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28天。
3.用該方法生產(chǎn)的砌筑建材抗壓強(qiáng)度可達(dá)到42.0Mpa，抗折強(qiáng)度5.0Mpa。可做建筑材料用，還可以用做路邊人行道磚。
權(quán)利要求
1.一種富硫尾礦制備砌筑材料的方法，其特征是按重量比例取76～80％的富硫尾礦砂、10～14％的高爐礦渣、8～10％的輔助劑、1～2％的激發(fā)劑及0.2～0.5％的分散劑，先將分散劑溶于由高爐礦渣、富硫尾礦砂、輔助劑與激發(fā)劑組成的干粉總重量的12％的水中，將干粉與水一起攪拌混合均勻，用液壓制磚機(jī)，調(diào)節(jié)壓強(qiáng)為等于或大于20.0Mpa，加壓成型，最后放在室溫和常壓下養(yǎng)護(hù)。
2.權(quán)利要求1所述的富硫尾礦制備砌筑材料的方法，所用的高爐礦渣預(yù)先粉碎至粒徑小于200目。
3.權(quán)利要求1所述的富硫尾礦制備砌筑材料的方法，所用的輔助劑為赤泥或風(fēng)化粘土中的一種或兩種同時(shí)使用，粒徑小于200目。
4.權(quán)利要求3所述的富硫尾礦制備砌筑材料的方法，所用的風(fēng)化粘土中粘土礦物含量大于50％。
5.權(quán)利要求1所述的富硫尾礦制備砌筑材料的方法，所用的激發(fā)劑為石灰、石膏或磷石膏中的一種或兩種同時(shí)使用，其粒徑小于45微米。
6.權(quán)利要求1所述的富硫尾礦制備砌筑材料的方法，所用的分散劑為木質(zhì)素磺酸鈉或六偏磷酸鈉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對(duì)富硫尾礦砂綜合利用的有效方法，屬于環(huán)境工程和新型建材領(lǐng)域。本發(fā)明通過按比例取76～80％的富硫尾礦砂、10～14％的高爐礦渣、8～10％的輔助劑、1～2％的激發(fā)劑及0.2～0.5％的分散劑，分散劑先溶于干粉總重量的12％的水中，然后將干粉與水一起攪拌混合均勻，用20.0Mpa以上的壓力加壓制成固硫新型環(huán)保砌筑材料，用于高層建筑、路面磚鋪設(shè)人行道面層、或代替混凝土經(jīng)壓實(shí)鋪筑道路的基層和面層。本發(fā)明操作簡單，充分利用高爐礦渣和大量富硫尾礦以及鋁業(yè)中的赤泥，真正做到以廢治廢、控制污染和廢棄物資源化，改善生態(tài)環(huán)境，并產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)B28C7/00GK1872517SQ20061003506
公開日2006年12月6日 申請(qǐng)日期2006年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月19日
發(fā)明者王德強(qiáng), 馮璜, 王輔亞, 張惠芬 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所