一种硅酸盐水泥用人工活性混合材料的液体造粒剂的制作方法

本发明涉及固体废弃物回收利用，具体而言，涉及微细金属尾矿及微细建筑垃圾回收利用。

背景技术：

1、按照国标gb-175的定义，通用硅酸盐水泥包括硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等6大类不同用途的水泥。

2、其中，硅酸盐水泥pi、pii的组分为95％～100％的水泥熟料和石膏，普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥等5大类不同用途的水泥由水泥熟料、石膏和包括粒化高炉渣、粉煤灰、火山质混合材等活性混合材料组成，活性混合材料规定含量最高可达20～50％。

3、粒化高炉渣和硅质渣来自冶金企业的副产物，来源有限；粉煤灰为煤炭发电的副产物，随着新能源的发展，煤炭发电的规模逐步减小，粉煤灰的来源也会越来越少。

4、火山灰质混合材料包括天然火山质混合材料和人工火山灰质混合材料。

5、天然火山质混合材料主要包括火山灰、凝灰岩、沸石岩、浮石硅藻土、硅藻石等，同样存在资源有限的困境，且过多开采会破坏生态环境。

6、现有人工火山灰质混合材料包括煅烧后的煤矸石、烧页岩、烧粘土，都必须经过煅烧后才能使用。

7、使用天然火山质材料或煤矸石、烧页岩、烧粘土等需要煅烧的现有人工火山质混合材料与绿色发展相违背，已经受到政策性使用限制。

8、但随着社会经济的发展，硅酸盐水泥的市场需求却在不断扩大，对硅酸盐水泥用活性混合材料的需求也不断扩大，活性混合材料的市场供需矛盾越来越突出，亟需发展新型硅酸盐水泥用人工活性混合材料，以满足市场的需求。

9、金属矿开采后的初级金属矿物，必须先进行选矿，才能获得能够达到冶炼生产要求的含量高的金属精矿。选矿通常采用有水选矿工艺，产生大量的含水金属尾矿，如果不能被有效利用，不仅占用大片土地，堆积的尾矿流失还会造成河道淤塞、水质污染。

10、金属尾矿是一类以二氧化硅、三氧化二铝、三氧化二铁、氧化钙、氧化镁为主要成分的矿物质，与天然火山灰所含有的主要活性矿物质相同，因而，金属尾矿具有潜在的火山灰质活性，适宜作为制备硅酸盐水泥用活性混合材的原料。

11、鉴于上述背景，利用大量堆积的微细金属尾矿及建筑垃圾微细废弃物制备具有火山灰质性能的硅酸盐水泥用人工活性混合材料，既可满足硅酸盐水泥行业的需求，又可达到减少土地资源浪费和减少对生态环境污染的有益的社会生态效果。

12、但金属尾矿中的微细尾矿，含水率高达10～40％，固态物的粒径≤200um，一般呈粉泥状，流动性能差且难以精准计量，不能直接用于制备硅酸盐水泥用活性混合材料。

13、传统的利用方法是将粉泥状的微细金属尾矿压滤、烘干、研磨后再用于制备硅酸盐水泥用人工活性混合材料，但压滤后，含水率仍然达不到直接利用要求，必须使用烘干方法再处理，能耗高，每降低1％水分，烘干成本达3～4元/吨，且产物的活性指标低于60％，达不到gb/t2847《用于水泥中的火山灰质混合材》标准规定的技术要求，在水泥中的可掺量约在3～5％范围内，无法达到高效利用的目的。

14、建筑垃圾微细渣是各类建筑物、构筑物、管网等进行建设、铺设或拆除、修缮过程中所产生的废弃物，包括渣土、弃土、弃料、余泥等，与微细金属尾矿具有类似的潜在活性，但也存在相似的无法达到高效利用的问题。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术存在的微细尾矿和建筑垃圾微细渣难于直接利用的问题，本发明提供一种硅酸盐水泥用人工活性混合材料的液体造粒剂及应用。

2、本发明的第一个目的是提供一种硅酸盐水泥用人工活性混合材料的液体造粒剂，应用于含微细尾矿或含建筑垃圾微细渣的人工活性混合材料的造粒工序，能够将因存在流动性差、难以计量等重大缺陷而难以被直接利用的含水率较高的微细尾矿或含水率较高的建筑垃圾微细渣造粒成含水率合适、具有一定强度且易于流动、粒径在5～20mm范围的粒状物，可直接用于制备硅酸盐水泥用人工活性混合材料，解决微细尾矿和建筑垃圾微细渣难于直接利用的问题。

3、本发明的第二个目的是提供一种基于该人工活性混合材料的液体造粒剂的硅酸盐水泥用人工活性混合材料；解决硅酸盐水泥用人工活性混合材料资源不足的问题。

4、本发明的第三个目的是提供一种硅酸盐水泥用人工活性混合材料的制备方法。

5、本发明的第四个目的是提供一种与普通硅酸盐水泥具有相同技术性能、高比例添加以难以直接利用的微细尾矿或建筑垃圾微细渣为原料制备的人工活性混合材料的硅酸盐水泥。

6、为实现第一个发明目的，本发明的技术方案是：

7、一种硅酸盐水泥用人工活性混合材料的液体造粒剂，应用于含微细尾矿或含建筑垃圾微细渣的人工活性混合材料的造粒工序，按液体造粒剂质量计，其组分包括：水玻璃30～50％、氢氧化钠水溶液10～30％、糖蜜10～25％、聚羧酸减水剂0～10％、助磨增强剂5～15％。

8、根据造粒对象中不同微细尾矿矿种与不同固体废弃物之间的不同组合，调整液体造粒剂中各组分的配比含量，从而实现最佳的造粒效果。

9、为实现第二个发明目的，本发明的技术方案是：

10、一种硅酸盐水泥用人工活性混合材料，由微细尾矿或建筑垃圾微细渣及其他固体废弃物添加本发明所述的液体造粒剂经造粒和研磨激发活性工艺制备而成。

11、为实现第三个发明目的，本发明的技术方案是：

12、一种硅酸盐水泥用人工活性混合材料的制备方法，包括以下步骤：

13、s1、根据不同组合的造粒对象，选择对应的液体造粒剂组分，配制液体造粒剂，存入储罐；

14、s2、使用压滤设备对高含水率微细尾矿进行压滤除水，控制微细尾矿含水率在10～14％范围内，再使用打散设备将其打散后存入料仓；

15、s3、使用破碎设备将其它固体废弃物进行破碎后，再使用打散设备将其打散后存入料仓；

16、s4、将步骤s1预先配制的液体造粒剂、步骤s2所得微细尾矿、步骤s3所得固体废弃物和水通过计量设备输送进造粒设备系统，进行造粒，调整水加入量，控制造粒后的物料含水率在10～20％范围内；

17、s5、造粒后的物料堆积于料场，放置若干天，进行自然时效处理，控制造粒物料含水率在7～13％范围内；

18、s6、将自然时效处理后的造粒物料研磨，达到规定的细度以激发物料的活性，得硅酸盐水泥用人工活性混合材料。

19、为实现第四个发明目的，本发明的技术方案是：

20、一种硅酸盐水泥，包括硅酸盐水泥熟料、石膏和本发明权利要求5～7任一项所述的或权利要求8～9任一项所述方法制备的硅酸盐水泥用人工活性混合材料。

21、第一方面的技术方案中：

22、本发明的液体造粒剂的组分包括水玻璃30～50％、氢氧化钠水溶液10～30％、糖蜜10～25％、聚羧酸减水剂0～10％、助磨增强剂5～15％。

23、其中，组分中的水玻璃的化学式为na2o·nsio2，模数n＝1.0～3.5，常温下，模数n＝1.0时，可溶于水，模数n≥1.0时，可溶于低浓度的氢氧化钠水溶液，水玻璃与氢氧化钠水溶液可形成具有较强流动性的胶凝材料，能够将含水率较高的微细尾矿或含水率较高的建筑垃圾微细渣与含水率较低的其他废弃物粉体粘合在一起，形成粒径5～20mm的粒状物。

24、组分中的糖蜜既具有一定的胶凝能力，同时也能发挥缓凝的作用，在造粒过程延缓粒状物的固化速度，增加粒状物的粒径。

25、组分中的引气减水剂同时具有引气和减水的功能，在造粒过程中，一方面，引气减水剂能够从外部环境中引入空气，在粒状物内部形成微细气孔，使造粒后的粒状物在自然时效的过程中，释放内部的水分，进一步降低粒状物的含水率；同时引气减水剂也能够在造粒过程中减少被造粒物料的需水量，同样能够发挥降低粒状物的含水率的作用；组分中的助磨增强剂，一方面，在造粒过程中，能够增强粒状物中微细颗粒之间的粘合能力，另一方面，在粒状物被研磨过程中，能够提高粒状物的流动性，从而提高粒状物的输送速度和研磨效率，同时还能发挥提高终端产物人工活性混合材料活性指标的作用。

26、第二方面的技术方案中：

27、本发明的硅酸盐水泥用人工活性材料，以含水率较高的微细尾矿或含水率较高的建筑垃圾微细渣为主要的回收利用对象，包括含水率较高的微细尾矿包括金银矿、钨矿、金矿、铜矿、铅锌矿、铁矿等矿种的微细尾矿和含水率较高的建筑垃圾微细渣。回收利用对象还包括粗尾矿、铜冶金渣、生物质渣、生物质灰、水渣、砂石压榨渣、钢渣、铸造黑渣、瓷砖渣、石材花岗岩粉、工业石膏的述固体废弃物，固体废弃物的回收利用范围广。

28、第二方面的技术方案中，回收利用的对象含有与天然火山灰所含有的主要活性矿物质相同的矿物质，具有潜在的火山灰质活性，经研磨激发，能够得到具有火山灰质活性的硅酸盐水泥用人工活性混合材料。

29、其中，金银矿尾矿含sio2 81％、al2o3 7％、fe2o3 3.5％、mgo 3％；钨矿尾矿含sio246％、al2o3 13％、fe2o3 11％、cao 21％、mgo 0.5％；金矿尾矿含sio2 57％、al2o3 11％、fe2o3 7％、mgo 2.7％；铜矿尾矿含sio2 45％、al2o3 7.5％、fe2o3 20.5％、mgo 4.8％；铅锌矿尾矿含sio2 54％、al2o3 6％、fe2o3 17％、cao 17％、mgo 1.2％；铁矿尾矿含sio2 48％、al2o3 2％、fe2o3 24％、cao 20％、mgo 3.94％；铜冶金渣含sio2 63％、al2o3 16％、fe2o33.4％、cao 11％、mgo 3.2％；生物质渣含sio2 63％、al2o3 10％、fe2o3 3.5％、cao 5.5％、mgo 3.6％；生物质灰含sio2 51％、al2o3 6.9％、fe2o3 3.9％、cao 8.5％、mgo 3.7％；水渣含sio2 33％、al2o3 15％、fe2o3 3.9％、cao 38％、mgo 8.5％；砂石压榨渣含sio2 67.8％、al2o3 23.7％、fe2o3 2.9％；钢渣含sio2 31.2％、al2o3 4.0％、fe2o3 1.5％、cao 45.7％、mgo 7.1％；铸造黑渣含sio2 74.7％、al2o3 5.5％、fe2o3 4..9％、mgo 1.7％；瓷砖渣含sio264.7％、al2o3 30.1％、mgo 2.1％；石材花岗岩粉含sio2 65.5％、al2o32 5.5％、fe2o33.1％、mgo 2.8％。

30、第三方面的技术方案中：

31、本发明的硅酸盐水泥用人工活性混合材料制备方法，包括液体造粒剂配制、高含水率微细尾矿压滤除水及打散、废弃物组合中其它废弃物的破碎和打散、造粒、自然时效、研磨6个步骤，常温条件下操作，采用特定组分和含量的液体造粒剂进行造粒。

32、本发明的制备方法，工艺简单，不需要对高含水率的微细尾矿或高含水率的建筑垃圾微细渣进行烘干处理，可节省大量的能源，成本低，所制备的人工活性混合材料活性高。

33、按照gb/t12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》规定的方法测试本发明所制备的人工活性混合材料的活性。

34、本发明各种组合的人工活性混合材料，活性系数以水泥胶砂28天抗压强度比表示，都能够达到70％以上，最高可达到87％，远高于gb/t2847《用于水泥中的火山灰质混合材料》规定的不小于65％的活性系数指标值

35、第四方面的技术方案中：

36、本发明的硅酸盐水泥，包括硅酸盐水泥熟料、石膏和本发明权利要求5～7任一项所述的或权利要求8～9所述方法制备的硅酸盐水泥用人工活性材料。其中，人工活性混合材料的添加量可达硅酸盐水泥总质量的10～30％，可掺加量高，且水泥胶砂28天抗压强度高。

37、按照gb/t17671-2021《水泥胶砂强度检验方法》规定的方法，对所制备的硅酸盐水泥进行水泥胶砂28天抗折和抗压强度测试。

38、本发明各种组合的硅酸盐水泥，其水泥胶砂28天抗折和抗压强度都达到或超过gb175《通用硅酸盐水泥》规定的p·o 42.5普通硅酸盐水泥强度等级的抗折和抗压强度指标值。

39、本发明硅酸盐水泥用人工活性混合材料的液体造粒剂及应用，采用特定组分和含量的液体造粒剂，通过造粒工艺，将现有技术难以直接利用的高含水率微细尾矿或含水率较高的建筑垃圾微细渣与粗尾矿、铜冶金渣、生物质渣、生物质灰、水渣、砂石压榨渣、钢渣、铸造黑渣、瓷砖渣、石材花岗岩粉泥、工业石膏等不同的具有潜在火山灰质活性的固体废弃物制备成具有合适含水率、合适强度、合适粒径且容易流动的粒状物；再通过研磨激发活性工艺，将粒状物制备成硅酸盐水泥用人工活性混合材料；将人工活性混合材料添加到水泥熟料中，得到与普通硅酸盐水泥具有相同的技术性能、高比例添加以难以直接利用的微细尾矿或建筑垃圾微细渣为原料制备的人工活性混合材料的硅酸盐水泥。

40、本发明的技术方案解决了微细尾矿和建筑垃圾微细渣难于直接利用的技术问题，取得巨大的社会经济和生态效益：

41、1、节约宝贵的土地资源，消除金属矿山尾矿库溃坝隐患，净化生态环境。

42、2、降低硅酸盐水泥用人工活性混合材料的生产能耗。

43、3、扩大硅酸盐水泥用人工活性混合材料的来源，满足硅酸盐水泥的市场需要。