本发明涉及矿物加工
技术领域：
，具体而言，涉及一种铁矿废石资源化利用方法。
背景技术：
：铁矿废石是铁矿石采矿及选矿过程中产生的废渣，是工业固体废弃物的主要组成部分。中国铁矿资源具有品位低、共生伴生矿多等特点，导致在选矿过程中会产生大量的铁矿废石。伴生废石通常坚硬易脆，开采过程中不可避免的产生大量碎块，因人工挑选的成本限制，大量的质量优异的小碎石被归位废石，堆置在废石库中，无法得到利用，造成大量的资源浪费；而且将铁矿废石堆置不仅占用大量土地，还易给周围的生态环境造成损害。目前，铁矿废石利用的相关研究主要包括有价值元素的回收、建筑材料、陶瓷材料及土壤改良剂和微量元素肥料等方向。在建筑材料中，铁矿废石主要用于制备混凝土、透水砖等产品，然而，现有技术中制备的混凝土材料的力学性能较低，应用范围窄。例如，申请号为201710628006.7的中国专利申请公开了一种铁尾矿废石资源化利用方法，该方法将+12mm的粗骨料1200-1500kg、﹣4.75mm的细骨料700-800kg、﹣0.15mm的掺合料60-80kg与水泥280-320kg、粉煤灰60-100kg、水100-160kg、减水剂4-6kg搅拌混匀得到混凝土。制备的混凝土强度符合c40混凝土要求。又如，申请号为201710930190.0的中国专利申请公开了一种铁尾矿造粒透水砖及其制备方法，该方法采用细度为﹣200目(-0.075mm)的铁尾矿与水泥、石灰先制备成铁尾矿粉球，在将铁尾矿粉球与碎石、水泥制备透水砖。该方法制备的透水砖的透水系数为0.035cm/s，孔隙率为28.88％，抗压强度为37.61mpa，强度和透水性能仍有待进一步提高。有鉴于此，特提出本发明。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种铁矿废石资源化利用方法，该方法能够利用铁矿废石制备多种资源化利用产品，这些资源化利用产品的抗压强度、透水等性能优异，制作成本低，应用范围广泛。为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：一种铁矿废石资源化利用方法，包括如下步骤：步骤一、将铁矿废石破碎、筛分，分别得到10-30mm粒级的粗骨料、5-10mm粒级的中骨料、1-5mm粒级的细骨料和小于1mm的超细骨料；步骤二、按质量份数计，将粗骨料5-40份、中骨料10-30份、细骨料30-80份混合得到混合骨料；步骤三、按质量份数计，将包括混合骨料50-60份、水30-35份、水泥10-20份、减水剂1-2份和缓凝剂1-3份的物料搅拌混匀，得到混合物料；步骤四、将混合物料进行成型、养护，得到铁矿废石资源化利用产品。本发明的制备方法，通过对铁矿废石进行破碎、筛分，从而得到不同粒级的骨料，利用不同粒级的骨料可制备多种铁矿废石资源化利用产品，其中包括但不限于高强电力杆塔、高强预制管桩、城市地下管廊等混凝土预制产品、透水砖、3d打印建筑材料、建筑构件等。在本发明中，10-30mm粒级的粗骨料指的是10mm≤粒径<30mm的骨料；5-10mm粒级的中骨料指的是5mm≤粒径<10mm的骨料；1-5mm粒级的细骨料指的是1mm≤粒径<5mm的骨料。在本发明中，铁矿废石是采矿和选矿后的废弃物；具体的，铁矿废石包括采矿过程低品位铁矿石、伴生矿石及铁矿选矿过程中产生的废渣，其主要组成为sio235％-50％，cao10％-25％，mgo10％-15％，fe2o310％-15％，al2o36％-15％；特别是，铁矿废石破碎整形得到各种粒径的铁矿废石骨料，并且该骨料为多棱角的颗粒形状，且硬度高，各种粒径的骨料能够配级混合使用，能够制成各种用途且性能良好的产品；优选地，所述减水剂为木质素磺酸盐、萘磺酸盐、氨基酸磺酸盐中的任意一种；所述缓凝剂为柠檬酸盐、酒石酸盐、磷酸盐、木质素磺酸盐中的任意一种。在本发明中，所述混合骨料由不同粒径的铁矿废石骨料按照特定比例混合得到；并且，可以根据资源化利用产品的不同需求控制不同粒级骨料之间的配比。在一实施方式中，铁矿废石资源化利用产品具体为混凝土预制产品；此时，混合骨料由粗骨料30-40份、中骨料20-30份、细骨料30-40份混合得到。上述混合骨料通过不同粒径的铁矿废石骨料按照特定比例混合达到适宜的级配，能够增强混凝土预制产品的抗压强度等性能；此外，选用铁矿废石作为制作原料，既降低了制作成本，同时解决了铁矿废石堆积占用土地面积以及对生态环境造成污染的问题。本发明对水泥的类型不作严格限制，所述水泥可以选自硅酸盐水泥和铝酸盐水泥中的任意一种；具体地，水泥可以选自强度等级为42.5、52.5和62.5的硅酸盐水泥中的任意一种，或者选自ca-50、ca-60、ca-70和ca-80中任一类型的铝酸盐水泥。进一步地，可以控制搅拌转速为50-60rpm，搅拌时间为1-3min；成型可以为模压成型；养护温度可以为常温，时间为25-30天，优选为28天。上述工艺参数提高了混合骨料与水泥的混匀程度，进而增加了混合骨料与水泥的粘接强度，提高了制备混凝土预制产品的综合性能。在本发明中，混凝土预制产品的强度符合c60混凝土要求，抗压强度为65mpa以上。在另一实施方式中，铁矿废石资源化利用产品具体为透水砖；此时，混合骨料由粗骨料5-10份、中骨料10-30份、细骨料50-80份混合得到。上述混合骨料对不同粒径的铁矿废石骨料按照上述特定的比例混合达到适宜的级配，在保障透水砖强度的情况下，提高了透水砖的透水性能。进一步地，所述物料还包括石灰5-10份、发泡剂0.2-2份；本发明通过石灰的添加，不仅能够控制水泥的硬化速度，还能够提高混合骨料与水泥的粘合力，有利于提高透水砖的综合性能；本发明中所述发泡剂可以选自con-a型泡沫剂、ccw-95型固体泡沫剂、u型发泡剂、hj-3型磺酸盐系列微泡剂、cly-99型憎水发泡剂系列、cpv发泡剂中的任意一种；通过发泡剂的添加，在透水砖制备过程中，发泡剂与混合物料搅拌混匀过程中就能够实现发泡效果，并且发泡更加均匀，提高了产品的稳定性和透水性能。进一步地，可以控制搅拌在温度50-70℃，转速1000-1200rpm的条件下进行；搅拌时间为1-3min；成型为模压成型；养护在温度60-80℃，相对湿度80％-90％，绝对压力0.8-1.2mpa的条件下进行，养护时间为8-12h。上述工艺参数提高了混合骨料与发泡剂的混匀程度，并且提高了发泡剂的发泡效果，使得发泡剂发泡更加均匀，提高透水砖的抗压强度和透水性能；此外，上述工艺参数还能够促进水泥颗粒充分水化，提高了水泥颗粒的粘接强度，进而提高了透水砖的强度。进一步地，将上述制备的透水砖胚体在850-900℃的条件下进行煅烧，煅烧时间为20-30min，再冷却至常温。上述煅烧条件能够促进透水砖胚体内的原料再结晶，有利于提高透水砖的整体强度和透水性能。在本发明中，透水砖的透水系数为5×10-1cm/s以上；抗压强度为45mpa以上；孔隙率为30-45％。本发明的铁矿废石资源化利用方法还包括：以所述小于1mm的超细骨料作为原料制备3d打印建筑材料；优选地，所述3d打印建筑材料的原料包括所述超细骨料50-60份、水泥30-50份和水30-50份；优选地，所述3d打印建筑材料的制备方法包括：按质量份数计，将包括所述超细骨料50-60份、水泥30-50份和水30-50份的物料搅拌混匀；其中，搅拌速度为500-800rpm，搅拌时间为1-3min。在上述制备方法中，选用超细骨料制备3d打印建筑材料的精度高，并且通过超细骨料、水泥和水的特定比例，提高了3d打印建筑材料的强度。在本发明中，该3d打印建筑材料的抗压强度达到40-60mpa。本发明的铁矿废石资源化利用方法还包括：以所述不大于0.15mm的铁矿废石粉末作为原料制备建筑构件产品；优选地，所述建筑构件的原料包括所述铁矿废石粉末10-45份、聚乙烯母粒50-65份、表面活性剂1-2份、抗氧化剂1-2份；优选地，所述建筑构件的制备方法包括：按质量分数计，将包括所述铁矿废石粉末30-45份、聚乙烯母粒50-65份、表面活性剂1-2份、抗氧化剂1-2份的原料混合，再将混合原料进行密炼、成型制备得到建筑构件产品。进一步地，所述表面活性剂选自kh550、kh570中的一种。进一步地，所述抗氧化剂为亚磷酸酯。进一步地，所述成型为模压成型。在上述制备方法中，通过表面活性剂的添加改善了铁矿废石粉末与聚乙烯的界面性能，提高了铁矿废石粉末的分散度以及铁矿废石粉末与聚乙烯之间的相容性及结合强度，因此，以特定成分制备的建筑构件综合性能明显改善；此外，通过抗氧化剂的添加，防止高分子老化，延长了建筑构件的使用寿命。上述工艺控制条件有利于建筑构件的加工和成型，产品的成品率高。与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：(1)本发明通过将铁矿废石破碎筛分成不同连续粒径的骨料，并按照特定比例混合得到连续级配的混合骨料，提高了制备产品的强度和透水性能，应用范围广泛。(2)根据不同产品性能需求，能够调节混合骨料中不同粒径骨料的配比，达到级配效果，提高制备产品的性能需求。(3)通过对铁矿废石资源利用，提高了铁矿废石资源利用率，减少了铁矿废石堆积造成的环境污染，并且通过铁矿废石的添加降低制作成本。具体实施方式下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购买获得的常规产品。各实施例采用的原料如下：铁矿废石：其主要组成为sio235％-50％，cao10％-25％，mgo10％-15％，fe2o310％-15％，al2o36％-15％；来源于：河北怀来铁矿山废石。实施例1本实施例的铁矿废石资源化利用方法，具体为电力杆塔的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将铁矿废石破碎、筛分，分别得到10-30mm粒级的粗骨料、5-10mm粒级的中骨料以及1-5mm粒级的细骨料；步骤二、按质量份数计，将粗骨料30份、中骨料20份、细骨料40份混合得到混合骨料；步骤三、按质量份数计，将混合骨料50份、水35份和42.5号水泥15份、木质素磺酸盐减水剂2份和柠檬酸盐缓凝剂3份搅拌混匀，其中搅拌转速为60rpm，搅拌时间为1min，得到混合物料；步骤四、将混合物料置入电力杆塔模具中成型，再在室温下养护28天，得到电力杆塔。采用gb4623-2014环形混凝土电杆检测方法对所制备的产品进行抗压强度检测，检测结果如表1所示。实施例2本实施例的铁矿废石资源化利用方法，具体为预制管桩的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将铁矿废石破碎、筛分，分别得到10-30mm粒级的粗骨料、5-10mm粒级的中骨料以及1-5mm粒级的细骨料；步骤二、按质量份数计，将粗骨料30份、中骨料25份、细骨料40份混合得到混合骨料；步骤三、按质量份数计，将混合骨料60份、水30份、42.5号水泥20份、氨基酸磺酸盐减水剂2份和磷酸盐缓凝剂3份的物料搅拌混匀，搅拌转速为50rpm，搅拌时间为3min得到混合物料；步骤四、将混合物料置入预制管桩模具中成型，再在室温下养护28天，得到预制管桩。采用实施例1的检测方法对所制备的产品进行抗压强度检测，检测结果如表1所示。实施例3本实施例的铁矿废石资源化利用方法，具体为管廊的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将铁矿废石破碎、筛分，分别得到10-30mm粒级的粗骨料、5-10mm粒级的中骨料以及1-5mm粒级的细骨料；步骤二、按质量份数计，将粗骨料30份、中骨料25份、细骨料40份混合得到混合骨料；步骤三、按质量份数计，将混合骨料55份、水35份、42.5号水泥20份、氨基酸磺酸盐减水剂2份和柠檬酸盐缓凝剂3份的物料搅拌混匀，搅拌转速为60rpm，搅拌时间为3min得到混合物料；步骤四、将混合物料置入管廊模具中成型，再在室温下养护28天，得到管廊。采用实施例1的检测方法对所制备的产品进行抗压强度检测，检测结果如表1所示。实施例4本实施例的一种铁矿废石资源化利用方法，具体为管廊的制备方法，该方法与实施例3的制备方法相同，区别仅在于将步骤二中将粗骨料10份、中骨料30份、细骨料80份混合得到混合骨料。采用实施例1的检测方法对所制备的产品进行抗压强度检测，检测结果如表1所示。实施例5本实施例的铁矿废石资源化利用方法，具体为透水砖的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将铁矿废石破碎、筛分，分别得到10-30mm粒级的粗骨料、5-10mm粒级的中骨料以及1-5mm粒级的细骨料；步骤二、按质量份数计，将粗骨料10份、中骨料30份、细骨料60份混合得到混合骨料；步骤三、按质量份数计，将混合骨料60份、水35份、42.5号水泥20份、发泡剂2份、石灰10份、木质素磺酸盐减水剂2份和柠檬酸盐缓凝剂1份的物料搅拌混匀，搅拌在温度60℃、转速1200rpm的条件下进行，搅拌时间为3min，得到混合物料；步骤四、将混合物料置入制砖机中成型，再在温度60℃、相对湿度80％、绝对压力1mpa的条件下进行养护，养护时间为10h，得到透水砖胚体；步骤五、将透水砖胚体在900℃条件下，煅烧25min，再冷却至常温，制得透水砖。采用jc/t945-2005透水砖检测方法对所制备的产品进行透水系数、抗压强度以及孔隙率进行检测，检测结果为抗压强度45mpa，透水系数5×10-1cm/s，孔隙率35％。实施例6本实施例的铁矿废石资源化利用方法，具体为透水砖的制备方法，包括如下步骤：步骤一、将铁矿废石破碎、筛分，分别得到10-30mm粒级的粗骨料、5-10mm粒级的中骨料以及1-5mm粒级的细骨料；步骤二、按质量份数计，将粗骨料10份、中骨料30份、细骨料60份混合得到混合骨料；步骤三、按质量份数计，将混合骨料60份、水35份、52.5号水泥20份、发泡剂2份、石灰10份、萘磺酸盐减水剂2份和酒石酸盐缓凝剂2份的物料搅拌混匀，搅拌在温度60℃、转速1200rpm的条件下进行，搅拌时间为3min得到混合物料；步骤四、将混合物料放入制砖机中成型，再在温度80℃、相对湿度80％、绝对压力1mpa的条件下进行养护，养护时间为10h，得到透水砖胚体；步骤五、将透水砖胚体在900℃条件下，煅烧25min，再冷却至常温。采用实施例五的检测方法对所制备的产品进行抗压强度、孔隙率和透水系数检测，检测结果为抗压强度48mpa，透水系数2×10-1cm/s，孔隙率25％。实施例7本实施例的铁矿废石资源化利用方法，具体为透水砖的制备方法，该方法与实施例5的制备方法相同，区别仅在与将步骤二中将粗骨料35份、中骨料20份、细骨料40份混合得到混合骨料。采用实施例五的检测方法对所制备的产品进行抗压强度、孔隙率和透水系数检测，检测结果为抗压强度54mpa，透水系数5×10-2cm/s，孔隙率12％。实施例8本实施例的铁矿废石资源化利用方法，具体为3d打印建筑材料的制备方法，包括如下步骤：按质量份数计，将超细骨料60份、水泥30份和水40份的物料搅拌混匀；其中，搅拌速度为800rpm，搅拌时间为3min，得到3d打印建筑材料。采用gb/t50081-2002普通混凝土力学性能试验方法对所制备的产品进行检测，检测结果为抗压强度45mpa。实施例9本实施例的铁矿废石资源化利用方法，具体为3d打印建筑材料的制备方法，包括如下步骤：按质量份数计，将超细骨料60份、水泥25份和水40份的物料搅拌混匀；其中，搅拌速度为800rpm，搅拌时间为3min，得到3d打印建筑材料。采用实施例8的检测方法对所制备的产品进行检测，检测结果为抗压强度40mpa。实施例10本实施例的铁矿废石资源化利用方法，具体为石英塑板材的制备方法包括如下步骤：步骤一，将铁矿废石粉末30份，聚乙烯60份、kh5502份、亚磷酸酯2份混合，得到混合原料；步骤二、将混合原料进行密炼、模压成型制备得到石英塑板材。采用jg/t531-2017市政工程及建筑用石英塑复合板材方法对上述石英塑板材进行弯曲强度和拉伸强度检测，检测结果为：弯曲强度为28.1mpa，拉伸强度为16.2mpa。实施例11本实施例的铁矿废石资源化利用方法，具体为石英塑板材的制备方法，该方法与实施例10基本相同，区别仅在于将表面活性剂替换为锆酸酯偶联剂。采用实施例10的检测方法对上述石英塑板材进行弯曲强度和拉伸强度检测，检测结果为：弯曲强度为18.3mpa，拉伸强度为10.9mpa。对照例1本对照例的铁矿废石资源化利用方法，具体为管廊的制备方法，该方法基本与实施例3的制备方法相同，区别仅在于将步骤二中的中骨料替换成同等份数的超细骨料。采用实施例1的检测方法对所制备的产品进行抗压强度检测，检测结果如表1所示。对照例2本对照例的铁矿废石资源化利用方法，具体为管廊的制备方法，该方法基本与实施例3的制备方法相同，区别仅在于将步骤二中的粗骨料替换成同等份数的中骨料。采用实施例1的检测方法对所制备的产品进行抗压强度检测，检测结果如表1所示。对照例3本对照例的铁矿废石资源化利用方法，具体为管廊的制备方法，该方法基本与实施例3的制备方法相同，区别仅在于步骤三中的水泥为30份。采用实施例1的检测方法对所制备的产品进行抗压强度检测，检测结果如表1所示。对照例4本对照例的铁矿废石资源化利用方法，具体为透水砖的制备方法，该方法与实施例5的制备方法相同，区别仅在于将步骤二中粗骨料、中骨料和细骨料均替换成同等份数的超细骨料。采用实施例五的检测方法对所制备的产品进行抗压强度、孔隙率和透水系数检测，检测结果为为抗压强度38mpa，透水系数2×10-1cm/s，孔隙率25％，将本对照例检测结果与实施例5检测结果进行对比，如表2所示。表1由表1可知，1、本发明铁矿废石资源利用产品，通过不同连续粒径的铁矿废石骨料混合达到连续级配效果，提高了产品的整体抗压强度。2、在混合骨料、水泥、水的配比不在本发明特定范围时，制备产品的抗压强度显著降低；而且混合骨料中不同粒径的铁矿废石骨料的粒径及含量超出本发明的特定范围时，降低了制备产品的抗压强度。表2组别抗压强度(mpa)透水系数(cm/s)孔隙率(％)实施例5455×10-135对照例4382×10-125由表表2可知，本发明通过不同连续粒径的铁矿废石骨料的具体配比，保障了透水砖的抗压强度，提高了透水砖的透水系数和孔隙率。最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。当前第1页12