一种利用铜矿尾矿制备的低碱水泥及其制备方法

文档序号:9720340阅读:352来源:国知局
一种利用铜矿尾矿制备的低碱水泥及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于水泥制备技术领域,特别是涉及一种利用铜矿尾矿制备的低碱水泥, 以及该水泥的制备方法。
【背景技术】
[0002] 2013年中国水泥全年产量22亿吨,其中低碱水产量仅有10亿吨,而实际市场需求 量为15亿吨。我国大规模基础设施建设和城镇化发展对水泥的巨大需求仍将持续多年,特 别是在铁路工程、高速路、桥梁工程,水库大坝、地铁、机场、码头建设等重大工程上对低碱 水泥的需求量将大幅增加。预计在未来数十上百年内水泥仍将是不可替代的基础材料。但 是水泥的生产要消耗大量不可再生的矿产资源,每生产1吨水泥熟料需要2-3吨生料原料, 目前每年约消耗干粘土2亿吨,复合矿化剂原料1亿吨。
[0003] 低碱水泥是指水泥中氧化钾、氧化钠的含量以等当量氧化钠计不超过0.6%。使用 低碱水泥是预防混凝土中碱集料反应的主要途径之一。采用低碱水泥能够有效地避免水泥 砼体的开裂和崩塌。低碱水泥的生产主要通过两种途径:一是旁路放风,将水泥窑中内循环 的碱,在其没有凝聚前通过旁路放风排出窑外,减少窑内的碱含量。但旁路防风法需另外添 置设备,且熟料热耗高,收集下来的富含碱、氯、硫的物料难以处理。二是选用低碱的原料, 也就是低碱含量的石灰石、砂岩、页岩、铁矿石等。
[0004] 据统计,截至2013年全国金属矿山选矿过程产生的尾矿累计堆积总量达到180亿 吨以上,仅2013年当年的金属尾矿排放量就达15亿吨,居我国大宗固体废物排放量首位。日 渐扩大的尾矿堆积不仅占用土地,破坏环境,而且日渐增高的尾矿库大坝还将成为安全隐 患。尽管目前我国已开展了尾矿利用,如进行尾矿再选回收,利用尾矿生产实心砖、加气块 等墙体材料、人工砂、商品混凝土、耐火材料、玻璃、陶瓷等,以及微晶玻璃高附加值新产品, 但是在大宗利用金属尾矿生产水泥方面,仍然处于一般探索试验阶段。
[0005] 本发明将为水泥工业提供新的复合原料,开辟金属尾矿大宗利用的一个新的产业 方向,具有显著的经济效益和社会效益。

【发明内容】

[0006] 本发明的第一目的是提供一种利用铜矿尾矿制备的低碱水泥。
[0007] 本发明的第二目的是提供利用铜矿尾矿制备的低碱水泥的制备方法。
[0008] 为了实现上述第一目的,本发明提供一种利用铜矿尾矿制备的低碱水泥,由以下 重量份的原料制成:
本发明如上所述的利用铜矿尾矿制备的低碱水泥,优选地:
本发明如上所述的利用铜矿尾矿制备的低碱水泥,优选地:
本发明如上所述的利用铜矿尾矿制备的低碱水泥,优选地,所述铜矿尾矿的化学成分 按重量百分比计算如下:3丨02 60.50~82.60%41203 6.16~12.90%;030 2.32~4.23%;]\%0 0.02~0.16%;Na2〇 0.41~1·40%;Κ2〇 0.46~0·72%;Μη0 0.07~0.27%;Fe2〇3 1.87~ 3.82%;Ti〇2 0.05~0.28%;S〇3 3.25~7·28%;Ρ2〇5 0.02~0.10%;Cu0 0.01~0.04%。
[0009] 本发明如上所述的利用铜矿尾矿制备的低碱水泥,优选地:所述铜矿尾矿的细度 小于60目。
[0010] 本发明如上所述的利用铜矿尾矿制备的低碱水泥,优选地:所述硅石粉的细度小 于60目。
[0011] 为了实现上述第二目的,本发明提供一种利用铜矿尾矿制备的低碱水泥的制备方 法,包括以下步骤: 步骤1,配料:将铜矿尾矿与其它原料按重量配比进行配料并混合均匀,获得配合料; 步骤2,球磨:将上述配合料在球磨机中球磨至80μ筛余10 wt.%,200y筛余<1.5 wt.%, 获得生料粉; 步骤3,成型:取球磨好的生料粉按100g生料粉加水10ml的比例加水并拌合均匀,获得 湿料;取湿料放入耐火模具中,压成Φ13Χ13mm的圆柱体; 步骤4,烧成:将料球在马弗炉箱式电炉中进行煅烧烧成。经过生料干燥,600°C以下预 热带的升温脱水;在600°C- 900°C之间分解带的碳酸盐分解,进入900°C- 1300°C之间的固 相反应带;然后迅速升温至1350°C至1400°C烧成熟料保持30分钟后,将样品移出炉外在空 气中快速自然冷却至室温。
[0012] 步骤5,粉碎:把烧成所得试样与石膏按98.5:1.5的重量配比一起加入球磨机中球 磨至全部通过80μ筛,获得低碱水泥。
[0013] 本发明的有益效果是: 本发明提供一种利用铜矿尾矿制备的低碱水泥及其制备方法,不仅可以将铜矿尾矿这 种矿山废弃物变废为宝,降低原料成本30%以上。同时还提高了物料的易磨性,降低水泥的 烧成温度,从而降低了生产过程中的能耗,对我国建设建筑市场提供高质量低碱水泥等特 种水泥,水泥工业节能减排和绿色化发展作用显著。同时,大宗利用铜尾矿固体废弃物作为 一种二次资源循环利用,将减少其大量堆积造成环境生态污染,以及减少和消除掉尾矿库 "定时炸弹"的地质次生灾害安全隐患难题。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明一种实施例的利用铜矿尾矿制备的低碱水泥的制备方法工艺流程 图; 图2为本发明实施例3制备方法对应的烧成工艺温度曲线图,图中横坐标为时间(小 时),纵坐标为温度(°C)。
【具体实施方式】
[0015] 在此记载的实施例为本发明的特定的【具体实施方式】,用于说明本发明的构思,均 是解释性和示例性的,不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的 实施例外,本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而 易见的其它技术方案,这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的 替换和修改的技术方案。
[0016] 铜矿尾矿含碱量很低,适于用来生产低碱水泥,而且铜矿尾矿中还含有多种能促 进熟料烧成的成分,可以对水泥的烧成起到复合矿化的作用,改善水泥生料的易烧性,降低 能耗。因为铜矿尾矿粒度较小,还可以提高原料的易磨性。引入尾矿可以代替部分硅砂、粘 土、石灰石、铁矿石等水泥原料,降低原料成本。
[0017] 本发明以下实施例中,铜尾矿是铜矿选矿厂排放的含有Cu元素的粉状固体废弃 物,其含铜量为〇. 〇 1~〇. 〇4mg/kg。优选的,所述铜尾矿中含60.50~82.6%的二氧化硅,6.16 ~12 · 9%的三氧化二铝,3 · 25~7 · 28%的S03,2 · 32~4 · 23%的CaO,0 · 87~2 · 12%的Na0+K20, 1.87~3.82%的三氧化二铁,0.01~0.04%的氧化铜,余量为其他化学成分。有0.02~0.16% 的MgO,0 · 05~0 · 28%的Ti〇2,0 · 07~0 · 27%的MnO、,0 · 02~0 · 10%的P2〇5和3 · 27~8 · 76%的灼 减。其中Na0+K20代表NaO和K20的总含量。
[0018]本发明以下实施例中,石灰石是氧化f丐的质量百分数大于53.83~55.72%,Na0+ K2O的质量百分数小于0.05~0.12%,三氧化二铁的质量百分数小于0.03~0.10%,灼减 41.51~43.9%的石灰石粉。其中Na0+K 20代表NaO和K20的总含量。
[0019] 本发明以下实施例中,硅砂是二氧化硅的质量百分数大于97%,三氧化二铁的质量 百分数小于〇. 02~0.75%的娃石粉。
[0020] 本发明以下实施例中,粉煤灰是火电厂发电燃煤过程中,产生的细颗粒状的工业 固体废弃物。其粉煤灰中的化学成分含质量百分数46.2~53.6%的二氧化硅,26.21~ 37 · 73%的三氧化二铝,1 · 35~5 · 92%的CaO,0 · 56~1 · 02%的MgO,0 · 47~1 · 14%的Na0+K20, 0.33~1.84%的三氧化二铁,余量为其他化学成分。有0.15~1.62%的Ti0 2,0.12~0.57%的 MnO,0 · 25~3 · 23%的S03,0 · 05~0 · 12%的P2〇5和 1 · 64~2 · 79%的灼减。其中Na0+K20代表NaO和 K2O的总含量。
[0021] 所述铁矿石是铁(Fe)精矿的质量百分数大于55~65%,二氧化硅的质量百分数小 于3 · 51~12%,三氧化二铝的质量百分数小于3~5 ·8%,有0 ·03~0 · 13%的Ca0,0 ·01~0 ·03% 的 MgO, 0 · 07 ~0 · 12% 的MnO, 0 · 01 ~0 · 05% 的 S03,0 · 02 ~0 · 10% 的P2〇5和 1 · 27 ~4 · 67% 灼减的铁 矿石粉。
[0022]所述石膏是硫酸钙的质量百分数大于95%,三氧化二铁的质量百分数小于0.02~ 0.55%的石膏粉。
[0023] 实施例1 本实施例低碱水泥的原料组成按重量份配比如下: 铜矿尾矿20份; 石灰石70份; 硅石粉2.4份; 粉煤灰2份; 铁矿石2.6份; 石膏3份。
[0024]制备时,将原料按上述比例分别称量,均匀混合即为配合料。将上述配合料在球磨 机中球磨至80μ筛余10%,200μ筛余<1.5%。取球磨好的生料粉按100g加水10ml的比例,拌合 均匀。取湿料3.6g在耐火板模具中压成Φ 13 X 13mm的圆柱体。将成型好的配合料在马弗炉 中进行烧成。经过生料干燥,600°C以下预热带的升温脱水;在600°C- 900°C之间分解带的 碳酸盐分解,进入900°C- 1280°C之间的固相反应带;然后迅速升温至1350°C至1450°C烧成 熟料保持30分钟后,将样品移出炉外在空气中快速自然冷却至室温。再把烧成所得试样与 石膏按97:3的比例一起加入球磨机中球磨至全部通过80μ筛,既可得到低碱水泥样品。 [0025] 实施例2 本实施例低碱水泥的原料组成按重量份配比如下: 铜矿尾矿30份; 石灰石67份; 硅石粉〇份; 粉煤灰0.8份; 铁矿石1.2份; 石膏1份。
[0026]将原料按上述比例分别称量,均匀混合即为配合料。将上述配合料在球磨机中球 磨至80μ筛余10%,200μ筛余<1.5%。取球磨好的生料粉按100g加水10ml的比例,拌合均匀。 取湿料3.6g在模具中压成Φ 13 X 13mm的圆柱体。将成型好的配合料在马弗炉中进行烧成, 经过生料干燥,600°C以下预热带的升温脱水;在600°C_860°C之间分解带的
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