磁鐵石英巖型鐵尾礦製備高性能混凝土專用水泥的方法

2023-05-29 22:56:56 2

專利名稱：：磁鐵石英巖型鐵尾礦製備高性能混凝土專用水泥的方法
技術領域：
：本發明屬於資源綜合利用領域和建築材料領域，特別涉及一種利用磁鐵石英巖型鐵尾礦製備高性能混凝土專用水泥的方法。
背景技術：
：隨著我國鋼鐵工業的迅速發展，鐵尾礦在工業固體廢棄物中佔的比例也越來越大。隨著鐵精礦價格的不斷上漲，鐵礦的實際採礦品味不斷下調，如磁鐵石英巖型的鐵礦採礦的最低邊界品味己調到10%以下。在這種情況下，每生產一噸鋼鐵需要產生IO噸多的鐵尾礦。我國目前鋼鐵總產量約5億噸/年，其中48%的鋼鐵資源來自於國內鐵礦山，目前每年可產生5億噸以上的鐵尾礦，其中50%以上為磁鐵礦尾礦，即我國目前磁鐵礦尾礦的產出量超過2.5億噸/年。而我國尾礦總堆存量40億噸以上，其中磁鐵礦尾礦20億噸以上。近5年來我國磁鐵礦尾礦的產出能力快速增加，平均每年以15%的速度增長。此外鐵精礦價格的快速攀升和選礦技術的進步，使所排出的尾礦的有效利用難度進一步加大。企業為了進一步提高鐵的回收率，普遍提高了磨礦細度。1990年以前排出的磁鐵石英巖型鐵礦的尾礦中位粒徑在200微米左右，而現在所排出的尾礦的中位粒徑約為40微米，降低了近5倍。因而導致尾礦中極細粒部分增加。這種細度的增加還導致尾礦顆粒表面能、表面缺陷和內部缺陷的巨大變化。這些變化對於傳統的尾礦免燒磚、砌塊、建築用砂和混凝土細骨料的生產提出了進一步的挑戰。如果要生產同樣強度的砌塊，水泥用量需增加30%以上，而做為建築用砂和混凝土細骨料等應用已幾乎失去可能性，使本來已經很困難的生產企業面臨新的更大的困難。高性能混凝土是未來水泥混凝土發展的主導方向。目前供應商品混凝土的大型攪拌站都在一定程度上採用了高性能混凝土的技術原理，使用高效減水劑或泵送劑和礦物摻合料，減少拌合混凝土的用水量。但是，在未明確提出採用高性能混凝土的工程設計的施工中，絕大多數混凝土攪拌站並未在使用超細礦物摻合料上下功夫，也沒有在各種超細礦物摻合料及其與外加劑、水泥和拌合用水的配合方面進行深入的優化。這一方面是由於市場上供應的礦物摻合料並未真正達到超細的程度，另一方面由於缺乏深入的優化研究，真正的超細摻合料未能將其優勢充分發揮，從而導致成本過高而缺乏市場。因此大型混凝土攪拌站商品混凝土的低成本高性能化需要經過深入優化的多種超細礦物摻合料及其與外加劑和拌合用水之間的優化配合。而本發明就是要提供一種經過深入優化的由水泥熟料和多種超細礦物摻合料和外加劑配合的，低成本的複合膠凝材料，以促進商品混凝土在保持較低成本的同時進一步向高性能方向改進。發明專利"高性能混凝土摻合料的製備方法及其應用(CN1322690)"公開了一種高性能混凝土摻合料的製備及利用這種摻合料提高混凝土抗滲性的方法。它以石灰石為主料粉磨至一定比表面積粉末狀物料，並可摻少量石膏、礦渣以起到改善性能的作用。此技術是利用了微細摻合料的微孔充填作用，以及這些微細礦物摻合料具有一定活性，能夠形成新的超微細物質進一步阻塞毛細孔的方法；發明專利"利用複合鋼渣微粉製備高性能混凝土摻合料的方法(CN155763)"，公開了一種配製高強、超高強混凝土用的摻合料，進一步涉及由幾種材料複合而成的摻合料的組成及其生產方法；發明專利"一種粉煤灰活性混合材及其製備方法(CN1636915)"公開了一種在高性能水泥混凝土中使用的粉煤灰活性混合材及其製備方法；發明專利"水泥與高性能混凝土的複合摻合料及其工藝(CN1287104)"公開了一種用於水泥與高性能混凝土的複合摻合料及其工藝，配製出大流動度，高耐久性要求的高性能混凝土，可以廣泛用於工程應用量較大的C30C80混凝土，具有良好的市場應用前景；發明專利"用於配製高性能混凝土的複合摻合料及其製備方法(CN1186056)"公開了一種用於配製高性能混凝土的複合摻合料及其工藝，配製出同時滿足高強度(C80以上)、大流動度不離析、高耐久性要求的高性能混凝土；發明專利"高性能混凝土專用輔料(CN19970732)"公開了一種高性能混凝土專用輔料，該輔料還可用於水泥生產中與水泥熟料，石膏共同磨細，製成525#725#等級的高密實水泥；發明專利"一種高性能水泥與高性能混凝土及其製備方法(CN20070117)"公開了一種由工業廢渣、激活劑、功能調節劑和性能調節劑組成的高性能水泥，該水泥具有極好的流動性且經時損失小，水化熱小，密實度高、耐久性好、早強高強等優異性能。從以上公開的發明可知，高性能混凝土已逐漸從採用各種原料來配製發展到將幾種原料複合配製成具有一定優化組合的混凝土摻合料，再發展到完全配製成能直接用於製備高性能混凝土的高性能水泥(如CN20070117)。但現有技術中還沒有利用"微磨球效應"，降低研磨成本和根據不同種類物料的活性進行優化以降低外加劑的用量和降低高性能混凝土專用膠凝材料總成本的具體方案，也沒有在高性能混凝土專用膠凝材料中使用尾礦的報導。
發明內容本發明的目的在於，充分利用現代選礦廠排出的磁鐵石英巖型鐵礦的尾礦粒度細，並且以石英為主要礦物成份的特點，解決現有技術對這種尾礦難以有效利用的難題，根據高性能混凝土專用膠凝材料的需要，利用不同物料研磨過程中的"微磨球效應"，降低研磨成本，同時根據不同種類物料的活性進行細度優化，總體降低高性能混凝土專用水泥的成本和提高性能。具體技術方案如下(1)將磁鐵石英巖型鐵礦的尾礦選擇粒度《200um，按重量百分數計，將&02含量》70%,粘土礦物含量《5%，含水率《1%的磁鐵石英巖型鐵礦尾礦作為生產高性能混凝土專用水泥原料，進行分級後烘乾或烘乾後分級，再將水淬高爐礦渣烘乾至含水率《1%，然後按重量百分比計，將3070%的尾礦與3070%的礦渣在磨機中進行混磨，得到細度為0.045mm方孔篩篩餘《5X的混合料。(2)將上述混磨所得的混合料、水泥熟料、粉煤灰、石膏、減水劑按重量百分比混合，尾礦與礦渣的混合料佔50.5%70%，水泥熟料20%35%，粉煤灰5%20%，石膏4%8%，減水劑0.5%3%，在磨機中共同磨細至0.045mm方孔篩篩餘《5%，得到高性能混凝土專用水泥。如上所述的水泥熟料是採用新型幹法生產線生產，80%以上是0.550mm的球形顆粒，其質量應該符合GB/T21372-2008標準。所述粉煤灰可以是I級或II級或III級粉煤灰。所述石膏可以是天然二水石膏或硬石膏，也可以是脫硫石膏或其它CaS04含量在20%以上的石膏類工業廢棄物。所述減水劑是目前用於普通水泥混凝土以減少混凝土拌和用水量和增加混凝土的流動性為目的的各種外加劑。(3)將上述混磨好的高性能混凝土專用水泥按每立方米高性能混凝土加入專用水泥350600kg，砂700卯0kg，石子10001400kg，得到具有良好的工作性能，高強度和高耐久性的高性能混凝土。本發明步驟(1)的混磨過程中，由於礦渣的粒度在0.15mm，而尾礦的粒度為0.1200um,兩者平均粒徑相差1030倍，而礦渣又屬於難磨物料，因此礦渣對於尾礦來說始終是作為"微磨球"對尾礦起到助磨作用。於是在混磨後的物料中會出現大量小於10um和部分小於1m的尾礦顆粒。本發明步驟(2)的二次混磨過程中不但各種小比例的物料得到有效的分散，而且所加入的水泥熟料的原始顆粒再次對其它細粉狀物料產生"微磨球效應"。特別是使尾礦產生大量的亞微超細顆粒，從而構成了成品中良好的顆粒級配，克服了傳統水泥缺乏超細顆粒的缺點，同時形成了水化活性最低的尾礦顆粒最細(部分為納米和亞微米)、水化活性中等的礦渣和粉煤灰顆粒中等，而水化活性最高的水泥熟料顆粒分布在最粗粒級部分，但也能達到傳統矽酸鹽水泥的細度。因此本發明解決了傳統超細矽酸鹽水泥因為高活性部分過細而迅速水化，造成減水劑的減水效果不佳和後期強度不足的問題，同時也解決了目前混凝土配製過程中由於低活性超細微粒不足導致的級配不佳和需水量大的問題，從而為高性能混凝土的製備提供一種優化的混合膠凝材料。與現有技術相比，本發明的優點在於-(1)把極細粒磁鐵石英巖型鐵礦的尾礦做為水泥的有效組份來製備高性能混凝土專用水泥，能夠解決極細粒磁鐵石英巖型鐵礦尾礦產量巨大又難以利用的瓶頸問題。(2)利用"微磨球效應"降低研磨成本，同時深入優化粒級與活性的多級組合，形成低成本的複合膠凝材料，以促進商品混凝土在保持較低成本的同時進一步向高性能方向改進。(3)由於本發明可以提供一種商品化的含有外加劑的和經過優化的專用水泥，也為沒有大型混凝土攪拌站的場合小批量生產高性能混凝土提供便利，促進高性能混凝土的推廣應用。具體實施例方式實施例1(1)首先將磁鐵石英巖型鐵礦的尾礦進行分級後烘乾，尾礦粒度《100um，按重量百分數&02含量92%，粘土礦物的含量0.8%，含水率0.5%。將水淬高爐礦渣也烘乾至含水率0.9%後，按重量百分數尾礦60%，礦渣40%的比例在磨機中進行混磨至0.045mm方孔篩篩餘3.3%。(2)將上述混磨的尾礦與礦渣的混合料與新型幹法生產線所生產的水泥熟料和石膏等按重量百分比混合尾礦與礦渣的混合料佔65%，水泥熟料20%，粉煤灰8%，石膏5.5%，減水劑1.5%，在磨機中共同磨細至0.045mm方孔篩篩餘4.8%，得到高性能混凝土專用水泥。如上所述的新型幹法生產線的水泥熟料大部分是0.550mm的球形顆粒，其質量符合GB/T21372-2008標準。所述粉煤灰是III級粉煤灰。所述石膏是天然二水石膏，所述減水劑是萘系高效減水劑。(3)將上述混磨好的高性能混凝土專用水泥按每立方米高性能混凝土加入專用水泥550kg,砂800kg，石子1100kg，水170kg，經攪拌均勻後可得到具有良好的工作性能，高強度和高耐久性的高性能混凝土，其主要性能指標如表1所示。表1用實施例1所得高性能混凝土專用水泥配製的高性能混凝土主要性能指標complextableseeoriginaldocumentpage7實施例2(1)首先將磁鐵石英巖型鐵礦的尾礦進行分級後烘乾，尾礦粒度《50ym，按重量百分數計&02含量89%，粘土礦物的含量1.8%，含水率0.4%。將水淬高爐礦渣也烘乾至含水率0.8%後，按重量百分數尾礦70%，礦渣30%的比例在磨機中進行混磨至0.045mm方孔篩篩餘2.8%。(2)將上述混磨的尾礦與礦渣的混合料與新型幹法生產線所生產的水泥熟料和石膏等按重量百分比混合尾礦與礦渣的混合料佔60%，水泥熟料25%,粉煤灰6%，石膏7.8%，減水劑1.2%，在磨機中共同磨細至0.045mm方孔篩篩餘5%，就得到了高性能混凝土專用水泥。如上所述的新型幹法生產線的水泥熟料大部分是0.550mm的球形顆粒，其質量符合GB/T21372-2008標準。所述粉煤灰是I級粉煤灰。所述石膏是燃煤火力發電廠的脫硫石膏，所述減水劑是聚羧酸系高效減水劑。(3)將上述混磨好的高性能混凝土專用水泥按每立方米高性能混凝土加入專用水泥480kg,砂870kg，石子1100kg，水160kg，經攪拌均勻後可得到具有良好的工作性能，高強度和高耐久性的高性能混凝土，其主要性能指標如表2所示。表2用實施例2所得高性能混凝土專用水泥配製的高性能混凝土主要性能指標complextableseeoriginaldocumentpage72實施例3(1)首先將磁鐵石英巖型鐵礦的尾礦進行分級後烘乾，尾礦粒度《120pm，按重量百分數&02含量86%，粘土礦物的含量2.8%，含水率0.5%。將水淬高爐礦渣也烘乾至含水率0.7%後，按重量百分數尾礦40%，礦渣60%的比例在磨機中進行混磨至0.045mm方孔篩篩餘4.7%。(2)將上述混磨的尾礦與礦渣的混合料與新型幹法生產線所生產的水泥熟料和石膏等按重量百分比混合尾礦與礦渣的混合料佔66%，水泥熟料20%，粉煤灰5%，石膏6.5%，減7權劑2.5%,在磨機中共同磨細至0.045mm方孔篩篩餘5。/。，就得到了高性能混凝土專用水泥。如上所述的新型幹法生產線的水泥熟料大部分是0.550mm的球形顆粒，其質量符合GB/T21372-2008標準。所述粉煤灰是II級粉煤灰。所述石膏是鋼鐵廠燒結機半乾法煙氣脫硫的脫硫石膏，所述減水劑是木質素璜酸鈣減水劑。(3)將上述混磨好的高性能混凝土專用水泥按每立方米高性能混凝土加入專用水泥450kg，砂900kg，石子1100kg，水155kg，經攪拌均勻後可得到具有良好的工作性能，高強度和高耐久性的高性能混凝土，其主要性能指標如表3所示。表3用實施例3所得髙性能混凝土專用水泥配製的高性能混凝土主要性能指標tableseeoriginaldocumentpage8實施例4(1)首先將磁鐵石英巖型鐵礦的尾礦進行分級後烘乾，尾礦粒度《100iim，按重量百分數Si02含量89X，粘土礦物的含量1.2%，含水率0.4%。將水淬高爐礦渣也烘乾至含水率0.9%後，按重量百分數尾礦50%，礦渣50%的比例在磨機中進行混磨至0.045mm方孔篩篩餘2.3%。(2)將上述混磨的尾礦與礦渣的混合料與新型幹法生產線所生產的水泥熟料和石膏等按重量百分比混合尾礦與礦渣的混合料佔55%，水泥熟料30%，粉煤灰7%，石膏6.5%，減水劑1.5%，在磨機中共同磨細至0.045mm方孔篩篩餘4.8%，就得到了高性能混凝土專用水泥。如上所述的新型幹法生產線的水泥熟料大部分是0.550mm的球形顆粒，其質量符合GB/T21372-2008標準。所述粉煤灰是III級粉煤灰。所述石膏是天然二水石膏，所述減水劑是聚羧酸系高效減水劑。(3)將上述混磨好的高性能混凝土專用水泥按每立方米高性能混凝土加入專用水泥580kg，砂780kg，石子1100kg，水165kg，經攪拌均勻後可得到具有良好的工作性能，高強度和高耐久性的高性能混凝土，其主要性能指標如表4所示。表4用實施例4所得高性能混凝土專用水泥配製的高性能混凝土主要性能指標tableseeoriginaldocumentpage9在以上實施例的二次混磨過程中，不但各種小比例的物料得到有效的分散，而且所加入的水泥熟料的原始顆粒再次對其它細粉狀物料產生"微磨球效應"，使得原料的磨礦時間縮短，從而降低研磨成本，同時深入優化粒級與活性的多級組合，形成了低成本的複合膠凝材料。權利要求1、一種磁鐵石英巖型鐵尾礦製備高性能混凝土專用水泥的方法，其特徵在於，將磁鐵石英巖型鐵礦的尾礦選擇粒度≤200μm，按重量百分數計，將SiO2含量≥70％，粘土礦物含量≤5％，含水率≤1％的磁鐵石英巖型鐵礦尾礦作為原料，進行分級後烘乾或烘乾後分級，再將水淬高爐礦渣烘乾至含水率≤1％，然後按重量百分比計，將30～70％的尾礦與30～70％的礦渣在磨機中進行混磨，得到細度為0.045mm方孔篩篩餘≤5％的混合料；其後，按重量百分比計，將尾礦與礦渣的混合料佔50.5％～70％、水泥熟料20％～35％、粉煤灰5％～20％、石膏4％～8％、減水劑0.5％～3％混合後，在磨機中共同磨細至0.045mm方孔篩篩餘≤5％，得到高性能混凝土專用水泥。2、如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述水泥熟料是採用新型幹法生產線生產，80。/。以上是0.550mm的球形顆粒，其質量符合GB/T21372-2008標準。3、如權利要求i所述的方法，其特徵在於，所述粉煤灰是i級或n級或m級粉煤灰。4、如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述石膏是天然二水石膏或硬石膏或脫硫石膏或其它CaS04含量在20%以上的石膏類工業廢棄物。5、如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述減水劑是用於普通水泥混凝土以減少混凝土拌和用水量和增加混凝土的流動性為目的的各種外加劑。6、權利要求1所述方法得到的高性能混凝土專用水泥用於製備混凝土，其特徵在於，按每立方米高性能混凝土加入專用水泥350600kg，砂700卯0kg，石子10001400kg。全文摘要磁鐵石英巖型鐵尾礦製備高性能混凝土專用水泥的方法屬於資源綜合利用領域和建築材料領域。本發明將粒度≤200μm的磁鐵石英巖型鐵礦的尾礦和礦渣烘乾後，按尾礦30～70％，礦渣30～70％的比例進行混磨，至細度為0.045mm方孔篩篩餘≤5％；再按50.5％～70％尾礦與礦渣的混合料、20％～35％水泥熟料、5％～20％粉煤灰、4％～8％石膏、0.5％～3％減水劑的比例混合，磨細至0.045mm方孔篩篩餘≤5％，得到高性能混凝土專用水泥，加入到混凝土體系後得到具有良好工作性能、高強度和高耐久性的混凝土。本發明提供了一種商品化的含有外加劑的和經過優化的專用水泥，促進了高性能混凝土的推廣應用。文檔編號C04B7/22GK101348335SQ20081011930公開日2009年1月21日申請日期2008年9月2日優先權日2008年9月2日發明者文倪,劉鳳梅,張玉燕,譚園園申請人:北京科技大學