一种铅锌尾矿胶凝材料及其制备方法与流程

本发明涉及固体废弃物的资源化利用和环保节能领域，具体涉及一种铅锌尾矿胶凝材料及其制备方法。

背景技术：

铅锌尾矿是在铅锌矿选矿分选作业中产生的有用目标元素含量最低的组分，一般有选矿厂排放的尾矿矿浆经自然脱水后形成的固体矿物废料。我国铅锌尾矿堆放量超过2亿吨，占地达0.3万hm²，每年新增加2000万吨，以约2.5％的速度逐年增加。铅锌尾矿可污染水质和土壤，危害农作物生长，破坏生态环境。尾矿中含有铅、锌、镉等重金属，残留在尾矿中的选矿药剂中含有砷等有毒物质，这些物质对周围环境及生物存在巨大威胁。我国尾矿库正常运行不足70％，有44％尾矿库处于险、病、超期服务状态每年运行费用达7.5亿元，长期堆放则有引发如尾矿库溃坝等重大地质与工程灾害的风险，给社会带来巨大的损失。

中国发明专利cn104193200a公开一种新型胶凝材料制备方法，该法将铅锌尾矿粉磨70分钟后与水泥熟料、铅锌冶炼废渣、脱硫石膏一起制备胶凝材料，用于矿山填充。但是其添加量较少，强度低，利用率不高，对解决铅锌尾矿堆放问题效果有待提高。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提出一种铅锌尾矿胶凝材料及其制备方法。具体方案如下：

一种铅锌尾矿胶凝材料，其质量配比如下：铅锌尾矿50％-70％，脱硫石膏5％-15％，矿渣8％-30％，钢渣1％-8％，石英1％-5％，早强剂1％-5％，激发剂1％-5％，减水剂0.1％-2％。半水石膏的加入增加了胶凝材料的中后期强度，减少初凝、终凝时间，石英的加入提高了后期强度。

进一步地，所述激发剂包括为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、熟石灰、石灰石的一种或多种。加入少量水泥熟料，增加胶凝材料初始反应速率，减少初凝、终凝时间。

进一步地，所述激发剂中硅酸盐水泥：硫铝酸盐水泥：熟石灰：石灰石的质量配比为1-4：2-4：1-2：0.5-2。

进一步地，所述矿渣为s95级矿渣，其中氧化铝含量≤17％。

进一步地，所述钢渣颗粒粒径≤75μm，所述石英的比表面积大于580m²/kg，所述早强剂为氯化钠。氯化钠的加入，减少了初凝时间，增加了前期的强度

进一步地，所述减水剂为聚羧酸减水剂或萘系减水剂。减水剂的加入大大减少胶凝材料的需水量，胶凝材料需水量相比水泥降低了20-30％，可增加球磨时的流动性，减少水量的加入，降低水处理量，降低能耗。

一种铅锌尾矿胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)球磨铅锌尾矿并干燥，过300目筛得铅锌尾矿粉料；

(2)将所述铅锌尾矿粉料、激发剂、矿渣、钢渣、石英倒入球磨机中球磨，得混合料；

(3)在所述混合料中加入早强剂和减水剂，混合均匀即得所述铅锌尾矿胶凝材料。

进一步地，所述铅锌尾矿胶凝材料的产品图如图1所示。

一种铅锌尾矿混凝土，由以上所述铅锌尾矿胶凝材料制备而成，所述铅锌尾矿混凝土的产品图如图2所示。

本发明的胶凝采用以铅锌尾矿为主要原料，有缓解决铅锌尾矿堆积问题，使得铅锌尾矿二次资源高值化利用。

本发明采用化学激发和机械激发制备高强度的铅锌尾矿胶凝材料。化学激发以硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、熟石灰、石灰石等熟料为激发剂，水泥可增加胶凝材料初始反应速率，减少初凝、终凝时间，熟石灰、石灰石起到碱激发的作用，有利于提高胶凝材料的抗压强度。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1为本发明的铅锌尾矿胶凝材料的产品图；

图2为本发明的铅锌尾矿混凝土的产品图。

具体实施方式

下面将结合具体实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例1

一种铅锌尾矿胶凝材料，其质量配比如下：铅锌尾矿50kg，脱硫石膏15kg，矿渣30kg，钢渣1kg，石英1.4kg，工业用氯化钠1.5kg，激发剂1kg，聚羧酸系减水剂0.1kg。所述激发剂中硅酸盐水泥：硫铝酸盐水泥：熟石灰：石灰石的质量配比为1：4：1：2。所述矿渣为s95级矿渣，其中氧化铝含量≤17％，所述钢渣颗粒粒径≤75μm，所述石英的比表面积大于580m²/kg。

铅锌尾矿胶凝材料的制备方法包括如下步骤：

(1)球磨铅锌尾矿并干燥，过300目筛得铅锌尾矿粉料；

(2)将所述铅锌尾矿粉料、激发剂、矿渣、钢渣、石英倒入球磨机中球磨，得混合料；

(3)在所述混合料中加入工业用氯化钠和聚羧酸系减水剂，混合均匀即得所述铅锌尾矿胶凝材料。

实施例2

一种铅锌尾矿胶凝材料，其质量配比如下：铅锌尾矿57kg，脱硫石膏12kg，矿渣20kg，钢渣2.2kg，石英1kg，工业用氯化钠2kg，激发剂5kg，萘系减水剂0.8kg。所述激发剂中硅酸盐水泥：硫铝酸盐水泥：熟石灰：石灰石的质量配比为1：2：2：0.5。所述矿渣为s95级矿渣，其中氧化铝含量≤17％，所述钢渣颗粒粒径≤75μm，所述石英的比表面积大于580m²/kg。

铅锌尾矿胶凝材料的制备方法包括如下步骤：

(1)球磨铅锌尾矿并干燥，过300目筛得铅锌尾矿粉料；

(2)将所述铅锌尾矿粉料、激发剂、矿渣、钢渣、石英倒入球磨机中球磨，得混合料；

(3)在所述混合料中加入工业用氯化钠和萘系减水剂，混合均匀即得所述铅锌尾矿胶凝材料。

实施例3

一种铅锌尾矿胶凝材料，其质量配比如下：铅锌尾矿63kg，脱硫石膏8kg，矿渣15.5kg，钢渣5kg，石英3kg，工业用氯化钠1kg，激发剂3kg，聚羧酸系减水剂1.5kg。所述激发剂中硅酸盐水泥：硫铝酸盐水泥：熟石灰：石灰石的质量配比为4：2：1：1。所述矿渣为s95级矿渣，其中氧化铝含量≤17％，所述钢渣颗粒粒径≤75μm，所述石英的比表面积大于580m²/kg。

铅锌尾矿胶凝材料的制备方法包括如下步骤：

(1)球磨铅锌尾矿并干燥，过300目筛得铅锌尾矿粉料；

(2)将所述铅锌尾矿粉料、激发剂、矿渣、钢渣、石英倒入球磨机中球磨，得混合料；

(3)在所述混合料中加入工业用氯化钠和聚羧酸系减水剂，混合均匀即得所述铅锌尾矿胶凝材料。

实施例4

一种铅锌尾矿胶凝材料，其质量配比如下：铅锌尾矿70kg，脱硫石膏5kg，矿渣8kg，钢渣7.5kg，石英4.5kg，氯化钠3kg，激发剂1kg，减水剂1kg。所述激发剂中硅酸盐水泥：硫铝酸盐水泥：熟石灰：石灰石的质量配比为2：2：2：1。所述矿渣为s95级矿渣，其中氧化铝含量≤17％，所述钢渣颗粒粒径≤75μm，所述石英的比表面积大于580m²/kg。

铅锌尾矿胶凝材料的制备方法包括如下步骤：

(1)球磨铅锌尾矿并干燥，过300目筛得铅锌尾矿粉料；

(2)将所述铅锌尾矿粉料、激发剂、矿渣、钢渣、石英倒入球磨机中球磨，得混合料；

(3)在所述混合料中加入工业用氯化钠和聚羧酸系减水剂，混合均匀即得所述铅锌尾矿胶凝材料。

对比例1

与实施例1相比，本对比例区别仅在于，球磨后过400目筛得铅锌尾矿粉料。

对比例2

与实施例1相比区别仅在于，本对比例未添加激发剂。

上述实施例和对比例的铅锌尾矿胶凝材料制备的混凝土的抗压强度和凝固时间见下表。

由表中数据可知，本发明的铅锌尾矿胶凝材料制备的混凝土抗压强度高，凝固时间短。铅锌尾矿混凝土的抗压强度在40mpa以上，故本发明的锌尾矿胶凝材料可代替水泥，用于混凝土、预制件、免烧砖、砌块、免烧骨料等材料的制备，在充分利用消纳铅锌尾矿的基础上，保持胶凝材料的优良性能。

由对比例1可知，本发明的铅锌尾矿胶凝材料制备方法中的球磨工序对原料起到机械激发的作用，有效提高铅锌尾矿混凝土的抗压强度。本发明两次采用球磨法对铅锌尾矿进行机械激发活化。在活化时，机械力作用使颗粒表面和内部产生微裂纹，颗粒表面缺陷化以及活化中心增多，使极性分子或离子更容易进入玻璃体结构的内部空穴中，促进铅锌尾矿中活性氧化硅和氧化铝的解聚。机械力作用于铅锌尾矿最为直观的方法是使颗粒细化、比表面积增大以及提高反应速率。晶态转变从微观角度来讲，粉磨能促使颗粒原生晶格发生畸形甚至被破坏，切断铅锌尾矿中的si-o、al-o键，生成活性高的原子基团和带电荷的断面，提高结构的不规则和缺陷程度，使其反应活性增加；从能量的角度考虑，机械化作用使结晶程度降低，甚至无定形化，增加颗粒的化学能和其化学不稳定性，达到提高活性的目的。

由对比例2可知，本发明中激发剂的添加有效提高铅锌尾矿混凝土的抗压强度，缩短凝固时间。造成混凝土早期强度较低及凝固时间较长的主要原因是胶凝材料水化反应初期碱浓度较低，因此本发明采用硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、熟石灰、石灰石等配制复合碱激发剂。在配置碱激发剂过程中未使用氢氧化钠、碳酸钠等常用的碱性物质的原因是这两种碱性物质易破坏胶凝材料在水化过程中的流动性，并且容易与骨料反应，造成碱骨料反应不合格。本发明的激发剂选料合理，对铅锌尾矿原料进行化学激发，优化了产品性能。