一种富铁高硅铜尾矿矿物掺合料的制作方法

本发明涉及建筑材料领域，特别涉及一种富铁高硅铜尾矿矿物掺合料。

背景技术：

伴随采矿业的发展，采矿过程中不可避免的产生各种尾矿渣，尤其突出的是铜尾矿渣，属于固体废弃污染物，时常被当作废料堆放于矿坑周边的山川和河道之中，不仅占地而且还会对当地的土壤及地下水资源造成污染，给人民的生命财产造成重大损失。

在对铜尾矿渣的处理过程中，人们发现铜尾矿渣经过加工处理好后可以作为一种性价比较高的建筑材料使用，例如专利公开号为cn108117292b的发明专利提供了一种铜尾矿渣复合矿物掺合料的制备方法，以质量份计，由以下原料混合制成：磨细铜尾矿渣25-50份、粉煤灰40-60份、活性激发剂0.4-1份、活性矿物掺合料0-35份。该专利中指出根据该专利制得的铜尾矿符合矿物掺合料能够替代价格高昂的粉煤灰在水泥混凝土、水泥砂浆中使用。然而在研究和使用过程中，发明人发现该专利技术中至少存在如下问题：

制备工艺复杂，且混凝土拌合站为了使用铜尾矿复合矿物掺合料还需要增加一套铜尾矿掺合料的输送设备，增大了设备成本，且该制备方法需要改善混凝土拌合站的生产工艺，而铜尾矿复合掺合料中的铜尾矿渣在水泥混凝土中的掺量仅达到5％左右，按照水泥价格为400元/吨，其每吨仅节省了20元，回报与投资比过低。

有鉴于此，实有必要开发一种富铁高硅铜尾矿矿物掺合料，用以解决上述问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的主要目的是，提供一种富铁高硅铜尾矿矿物掺合料，其通过对富铁高硅铜尾矿渣进行烘干，与一定量焦粉、白云石粉混合拌匀，造球烘干后，先后经过煅烧及二次磁选后，一方面可对铜尾矿渣中的铁进行回收，另一方面可以将磁选后的渣料制成铜尾矿矿物掺合料，作为粉煤灰在水泥混凝土、水泥砂浆中的替代品，进一步降低了水泥混凝土的生产成本，既解决了环境污染问题，又能够对矿渣中的铁进行回收，同时还提高了水泥混凝土的回报利润。

为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种富铁高硅铜尾矿矿物掺合料，由富铁高硅铜尾矿渣制成，以质量百分比计，所述富铁高硅铜尾矿渣包含：

sio2，36.71～44.87wt％；

fe，40.29～49.23wt％；

al2o3，8.02～9.79wt％；

cao，2.33～2.85wt％；

mgo，1.04～1.28wt％；

so3，0.73～0.89wt％；

cuo，0.74～0.91wt％。

本案还公开一种制备所述富铁高硅铜尾矿矿物掺合料的方法，该制备方法包含以下步骤：

步骤1，压滤：

在富铁高硅铜尾矿渣中加入水调配制成铜尾矿矿浆，并将调配好的铜尾矿矿浆泵送到污水处理车间的铜尾矿缓冲槽内，在0.45～0.75mpa的压力下经由给料泵压送入压滤机，在3.2～4.9mpa的压力条件下经压滤机压滤5.2～7.5分钟后，即制得所述铜尾矿渣含量为70～78％的固液混合状的铜尾矿滤饼；

步骤2，制球：

将步骤1中制得的固液混合状的铜尾矿滤饼放入混合机中，并按质量计，配入相对于固液混合状的铜尾矿滤饼的添加量分别为9.5～12.5％、3.4～5.3％及5.7～6.2％的焦粉、石灰及膨润土后混合16～25分钟制得混合均匀的混合料，用圆盘造球机将混合好的混合料制成圆球，放入180～230℃的烘干机中进行烘干30～50分钟；

步骤3，煅烧：

将步骤2中烘干后的圆球放在转底炉中煅烧，煅烧温度控制在1350～1480℃，煅烧时间控制在40～55分钟，即制得富铁金属圆球；

步骤4，二次磁选：

将步骤3中制得的富铁金属圆球经过水淬冷却后，先后进行一次磨选及二次磨选，其中，在一次磨选中控制一次磨矿细度为粒径在0.075毫米以下的矿粒占总磨矿质量的78.5％，一次磁选的磁场强度为14000个高斯；在二次磨选中控制二次磨矿细度为粒径在0.075毫米以下的矿粒占总磨矿质量的68.2％，二次磁选的磁场强度为9850个高斯；经过二次磁选后可得到纯铁粉及不含铁粉的铜尾矿渣。

步骤5，研磨：

将步骤4中制得的不含铁粉的铜尾矿渣倒入立磨中研磨8～10分钟，即可得到比表面积为530～620m²/kg的富铁高硅铜尾矿矿物掺合料。

可选的，步骤1中铜尾矿矿浆中富铁高硅铜尾矿渣的质量百分浓度控制在7～9％。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：由于其通过对富铁高硅铜尾矿渣进行烘干，与一定量焦粉、白云石粉混合拌匀，造球烘干后，先后经过煅烧及二次磁选后，一方面可对铜尾矿渣中的铁进行回收，另一方面可以将磁选后的渣料制成铜尾矿矿物掺合料，作为粉煤灰在水泥混凝土、水泥砂浆中的替代品，进一步降低了水泥混凝土的生产成本，既解决了环境污染问题，又能够对矿渣中的铁进行回收，同时还提高了水泥混凝土的回报利润。

附图说明

图1为根据本发明一个实施方式提出的原铜尾矿渣扫描电子显微镜图；

图2为根据本发明一个实施方式提出的经煅烧后的铜尾矿渣扫描电子显微镜图；

图3为根据本发明一个实施方式提出的富铁高硅铜尾矿矿物掺合料的制备流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，本发明的前述和其它目的、特征、方面和优点将变得更加明显，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

实施例1

一种富铁高硅铜尾矿矿物掺合料，由富铁高硅铜尾矿渣制成，以质量百分比计，所述富铁高硅铜尾矿渣由以下成分组成：

sio2，40.79wt％；

fe，44.78wt％；

al2o3，8.91wt％；

cao，2.59wt％；

mgo，1.16wt％；

so3，0.81wt％；

cuo，0.82wt％；

其他杂质，0.14wt％。

进一步地，本实施例公开一种制备所述富铁高硅铜尾矿矿物掺合料的方法，该制备方法包含以下步骤：

步骤1，压滤：

在富铁高硅铜尾矿渣中加入水调配制成铜尾矿矿浆，并将调配好的铜尾矿矿浆泵送到污水处理车间的铜尾矿缓冲槽内，在0.6mpa的压力下经由给料泵压送入压滤机，在4.5mpa的压力条件下经压滤机压滤7分钟后，即制得所述铜尾矿渣含量为75％的固液混合状的铜尾矿滤饼；

步骤2，制球：

将步骤1中制得的固液混合状的铜尾矿滤饼放入混合机中，并按质量计，配入相对于固液混合状的铜尾矿滤饼的添加量分别为11％、5％及6％的焦粉、石灰及膨润土后混合20分钟制得混合均匀的混合料，用圆盘造球机将混合好的混合料制成圆球，放入200℃的烘干机中进行烘干40分钟；

步骤3，煅烧：

将步骤2中烘干后的圆球放在转底炉中煅烧，煅烧温度控制在1400℃，煅烧时间控制在50分钟，即制得富铁金属圆球；

步骤4，二次磁选：

将步骤3中制得的富铁金属圆球经过水淬冷却后，先后进行一次磨选及二次磨选，其中，在一次磨选中控制一次磨矿细度为粒径在0.075毫米以下的矿粒占总磨矿质量的78.5％，一次磁选的磁场强度为14000个高斯；在二次磨选中控制二次磨矿细度为粒径在0.075毫米以下的矿粒占总磨矿质量的68.2％，二次磁选的磁场强度为9850个高斯；经过二次磁选后可得到纯铁粉及不含铁粉的铜尾矿渣。

步骤5，研磨：

将步骤4中制得的不含铁粉的铜尾矿渣倒入立磨中研磨10分钟，即可得到比表面积为620m²/kg的富铁高硅铜尾矿矿物掺合料。

进一步地，步骤1中铜尾矿矿浆中富铁高硅铜尾矿渣的质量百分浓度控制在9％。

实施例2

一种富铁高硅铜尾矿矿物掺合料，由富铁高硅铜尾矿渣制成，以质量百分比计，所述富铁高硅铜尾矿渣由以下成分组成：

sio2，44.87wt％；

fe，40.29wt％；

al2o3，9.79wt％；

cao，2.33wt％；

mgo，1.04wt％；

so3，0.89wt％；

cuo，0.79wt％。

进一步地，本实施例公开一种制备所述富铁高硅铜尾矿矿物掺合料的方法，该制备方法包含以下步骤：

步骤1，压滤：

在富铁高硅铜尾矿渣中加入水调配制成铜尾矿矿浆，并将调配好的铜尾矿矿浆泵送到污水处理车间的铜尾矿缓冲槽内，在0.7mpa的压力下经由给料泵压送入压滤机，在3.0mpa的压力条件下经压滤机压滤7.5分钟后，即制得所述铜尾矿渣含量为78％的固液混合状的铜尾矿滤饼；

步骤2，制球：

将步骤1中制得的固液混合状的铜尾矿滤饼放入混合机中，并按质量计，配入相对于固液混合状的铜尾矿滤饼的添加量分别为12.0％、5.3％及6.2％的焦粉、石灰及膨润土后混合25分钟制得混合均匀的混合料，用圆盘造球机将混合好的混合料制成圆球，放入230℃的烘干机中进行烘干30分钟；

步骤3，煅烧：

将步骤2中烘干后的圆球放在转底炉中煅烧，煅烧温度控制在1480℃，煅烧时间控制在40分钟，即制得富铁金属圆球；

步骤4，二次磁选：

将步骤3中制得的富铁金属圆球经过水淬冷却后，先后进行一次磨选及二次磨选，其中，在一次磨选中控制一次磨矿细度为粒径在0.075毫米以下的矿粒占总磨矿质量的78.5％，一次磁选的磁场强度为14000个高斯；在二次磨选中控制二次磨矿细度为粒径在0.075毫米以下的矿粒占总磨矿质量的68.2％，二次磁选的磁场强度为9850个高斯；经过二次磁选后可得到纯铁粉及不含铁粉的铜尾矿渣。

步骤5，研磨：

将步骤4中制得的不含铁粉的铜尾矿渣倒入立磨中研磨9分钟，即可得到比表面积为600m²/kg的富铁高硅铜尾矿矿物掺合料。

进一步地，步骤1中铜尾矿矿浆中富铁高硅铜尾矿渣的质量百分浓度控制在8％。

实施例3

一种富铁高硅铜尾矿矿物掺合料，由富铁高硅铜尾矿渣制成，其特征在于，以质量百分比计，所述富铁高硅铜尾矿渣由以下成分组成：

sio2，36.98wt％；

fe，49.23wt％；

al2o3，8.02wt％；

cao，2.85wt％；

mgo，1.28wt％；

so3，0.73wt％；

cuo，0.91wt％。

进一步地的，本实施例公开一种制备所述富铁高硅铜尾矿矿物掺合料的方法，该制备方法包含以下步骤：

步骤1，压滤：

在富铁高硅铜尾矿渣中加入水调配制成铜尾矿矿浆，并将调配好的铜尾矿矿浆泵送到污水处理车间的铜尾矿缓冲槽内，在0.5mpa的压力下经由给料泵压送入压滤机，在4.9mpa的压力条件下经压滤机压滤5.2分钟后，即制得所述铜尾矿渣含量为70％的固液混合状的铜尾矿滤饼；

步骤2，制球：

将步骤1中制得的固液混合状的铜尾矿滤饼放入混合机中，并按质量计，配入相对于固液混合状的铜尾矿滤饼的添加量分别为9.5％、3.4％及5.7％的焦粉、石灰及膨润土后混合16分钟制得混合均匀的混合料，用圆盘造球机将混合好的混合料制成圆球，放入180℃的烘干机中进行烘干50分钟；

步骤3，煅烧：

将步骤2中烘干后的圆球放在转底炉中煅烧，煅烧温度控制在1350℃，煅烧时间控制在40分钟，即制得富铁金属圆球；

步骤4，二次磁选：

将步骤3中制得的富铁金属圆球经过水淬冷却后，先后进行一次磨选及二次磨选，其中，在一次磨选中控制一次磨矿细度为粒径在0.075毫米以下的矿粒占总磨矿质量的78.5％，一次磁选的磁场强度为14000个高斯；在二次磨选中控制二次磨矿细度为粒径在0.075毫米以下的矿粒占总磨矿质量的68.2％，二次磁选的磁场强度为9850个高斯；经过二次磁选后可得到纯铁粉及不含铁粉的铜尾矿渣。

步骤5，研磨：

将步骤4中制得的不含铁粉的铜尾矿渣倒入立磨中研磨8分钟，即可得到比表面积为530m²/kg的富铁高硅铜尾矿矿物掺合料。

进一步地，步骤1中铜尾矿矿浆中富铁高硅铜尾矿渣的质量百分浓度控制在7％。

实施例及对比例的性能检测试验

将上述实施例1～实施例3制备的富铁高硅铜尾矿矿物掺合料作为三种掺料制备得到三种水泥混凝土，根据单纯使用磨细铜尾矿制得的水泥混凝土作为对比例1，单纯使用粉煤灰制得的水泥混凝土作为对比例2，以及根据专利公开号为cn108117292b提供的制备方法得到的两种铜尾矿复合掺合料制得的水泥混凝土作为对比例3及对比例4，对上述制得的7种水泥混凝土进行性能测试，获得如表1所示的测试结果及制备成本对比：

表1各实施例和各对比例制得的水泥混凝土的性能检测结果

小结：通过表1的对比可以发现，利用根据本发明制得的富铁高硅铜尾矿矿物掺合料作为掺料制备的水泥混凝土，相对利用传统掺料制备的水泥混凝土其力学性能及活性指数得到显著提升(10.8％～62.5％)，相对利用专利公开号为cn108117292b制得的铜尾矿复合掺合料作为掺料制备的水泥混凝土其力学性能及活性指数略微提高(1％～4.9％)或相差不大，但是参照制备成本来看，依据本发明制得的铜尾矿矿物掺合料作为掺料制备的水泥混凝土，如果和最终获得的力学性能和活性指数相差不大的对比例3和对比例4相比来看，本发明在水泥混凝土制备成本上的降低是非常显著的(最高降低50.75％)，此外本发明还能够回收铁粉，铁回收率为88.65％，每吨富铁高硅铜尾矿渣可回收纯fe粉396.6kg，价值269.6元，此外，经过本发明的工艺处理后制得的富铁高硅铜尾矿矿物掺合料每吨价值在419.6元左右，除去其他成本，制备富铁高硅铜尾矿矿物掺合料可以获得相当大的经济价值。更为重要的是，铜尾矿的大规模利用可以避免铜矿企业新建尾矿库，降低尾矿库对周围环境，包括土壤以及水体的污染及周围居民的生命安全；同时铜尾矿矿物掺合料可以缓解建材行业对优质矿物掺合料的需求。

进一步地，按本发明的工艺制备的铜尾矿掺合料与cn108117292b提供的铜尾矿复合掺合料相比，本发明的制得的水泥混凝土的7d抗压强度更高，减少了掺加活性激发剂、粉煤灰和活性矿物掺合料及将复合矿物掺合料拌匀的步骤，更重要的是本发明铜尾矿矿物产掺合料在混凝土中掺量是cn108117292b的2.50-4.16倍，更有利于铜尾矿大规模资源化利用。

参照图1及图2，煅烧前的铜尾矿渣棱角分明，表面比较光滑，煅烧后的铜尾矿渣表面凹凸不平，结构比较疏松，这证明铜尾矿渣在煅烧过程中发生了物相与结构的变化，众所周知，表面凹凸不平、结构疏松更有利于后续与水泥混凝土的结合，从而提高水泥混凝土的力学性能。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。