本發(fā)明涉及制堿工業(yè)廢料及礦山鐵尾礦組合物的建筑材料，屬于工業(yè)固體廢物資源化再利用領(lǐng)域,具體涉及一種尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料攪拌裝置及制備工藝。

背景技術(shù)：

百余年來燕山、太行山金屬礦山開采剝離的廢石和選礦產(chǎn)生的尾礦大量堆積，如：保定西北部區(qū)縣、承德市全境和唐山市北部區(qū)縣共計有40多億噸存量，其中僅鐵尾礦就占90％以上，占用大量土地，污染環(huán)境。近年來，雖對鐵尾礦的綜合利用進(jìn)行探討，但還不夠成熟，由于其活性低，不易被激發(fā)，利用率極低，因此本項目采用堿渣作為固體激發(fā)劑，提高其活性，進(jìn)而加大其利用率。位于河北省沿海地區(qū)的大化堿廠和唐山堿廠每年生產(chǎn)170萬噸堿渣，這些堿渣直接堆積在河口海岸帶處，不僅污染地下水，占用大量土地資源，而且大量的白色堿渣粉末破壞自然環(huán)境。雖然經(jīng)過一百多年的探索，積累了一些治理措施和經(jīng)驗，但對氨堿法純堿生產(chǎn)排放的堿渣還沒有找到根治的辦法。

充分利用尾礦代替天然礦物資源，可以大幅減少天然非金屬礦資源的開采，保護(hù)青山綠水，構(gòu)筑京津冀區(qū)域固體廢物利用循環(huán)體系，對于節(jié)約資源，改善環(huán)境，提高經(jīng)濟(jì)效益，生態(tài)保護(hù)，以及對實(shí)現(xiàn)京津冀資源優(yōu)化配置和可持續(xù)發(fā)展都具有重要的意義，完全符合京津冀協(xié)同發(fā)展的國家戰(zhàn)略要求。

在現(xiàn)有的建筑用凝膠材料的研發(fā)中，雖然在不斷尋求和開發(fā)采用以廢料為基礎(chǔ)的類水泥材料，然而這些組合物類水泥材料中大多都仍以水泥為主，不僅成本高，而且眾所周知，水泥的生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量的co2廢氣排出，嚴(yán)重污染環(huán)境。目前，專利申請?zhí)枮椋?01610378285.1的“一種尾礦膠結(jié)劑”的專利文獻(xiàn)中,申請人介紹了一種尾砂膠結(jié)劑,干基按照重量百分比為礦渣5％～12％、粉煤灰1％～5％、爐渣4％～6％、石灰渣3％～6％、水泥熟料5％～20％、工業(yè)副產(chǎn)石膏2％～10％、尾礦砂75％～90％；原料干基和水重量百分比為：原料干基65％～75％，水25％～35％。按照原料干基的各組分重量百分比例配合混勻,加水調(diào)至料漿所需質(zhì)量濃度,經(jīng)攪拌機(jī)攪拌制成礦山充填膠結(jié)料漿。這種膠凝材料中仍使用了大量水泥，不僅成本高，而且眾所周知，水泥的生產(chǎn)過程會產(chǎn)生大量的co2廢氣排出，嚴(yán)重污染環(huán)境。專利申請?zhí)枮椋?01410542602.x的“一種堿渣基類水泥凝膠材料”,申請人介紹的膠凝材料是由40％～60％(質(zhì)量)的堿渣、40％～60％(質(zhì)量)的粉煤灰和占堿渣+粉煤灰總量10％～20％(質(zhì)量)的活性劑組成的組合物；先將規(guī)定質(zhì)量百分比的所需用量的堿渣與粉煤灰混合均勻,再向其中加入占該混合物總質(zhì)量10％～20％(質(zhì)量)的活性劑,然后攪拌均勻,即得到一種堿渣基類水泥凝膠材料。這種類水泥膠凝材料雖使用了大量堿渣，但同時也消耗了大量的粉煤灰和水玻璃，不經(jīng)濟(jì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料攪拌裝置及制備工藝，利用礦渣和堿渣制備尾礦膠凝劑，采用大摻量的廢料堿渣和礦渣制成尾礦的膠凝材料，既克服了現(xiàn)有的建筑用凝膠材料因使用水泥造成的成本高和間接地嚴(yán)重污染環(huán)境的缺陷，又有效地利用了大量的堿渣廢料，將其變廢為寶。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了一種尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料攪拌裝置，包括堿渣破碎裝置1、堿渣攪拌裝置2、輸送泵3、球磨裝置4以及混合攪拌裝置5，所述堿渣破碎裝置1包括投料斗、設(shè)置于投料斗內(nèi)的上下緩沖板12、破碎輪13，投料斗下部通過管道與堿渣攪拌裝置2連通，所述堿渣攪拌裝置2包括堿渣攪拌腔、堿渣攪拌主機(jī)21以及注水口22，堿渣攪拌主機(jī)21帶動攪拌葉片進(jìn)行攪拌，堿渣攪拌腔下部通過設(shè)置輸送泵3的管道與球磨裝置4連通，球磨裝置4通過管路與混合攪拌裝置5連通，所述混合攪拌裝置5包括混合攪拌腔、攪拌主機(jī)、設(shè)置于混合攪拌腔上的礦渣入口51和尾礦入口52、設(shè)置于混合攪拌腔內(nèi)加熱裝置53，所述攪拌主機(jī)帶動攪拌葉片進(jìn)行攪拌。

相應(yīng)地，還提供一種尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料制備工藝，

(1)利用原料包括以下組分：礦渣5％～15％、粉煤灰0％～6％、堿渣10％～20％、cao0％～10％、尾礦砂60％～80％、n型激發(fā)液0.5mol/l～4mol/l；n型激發(fā)液和水重量百分比為原料干基23％～30％；

(2)將上述原料按照次序加入尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料攪拌裝置，

1)堿渣破碎：測量堿渣含水率，稱取計量好的堿渣進(jìn)行破碎；

2)堿渣膠漿：稱取計量好的水加入到破碎后的堿渣中，攪拌、球磨；

3)混料：加入計量好的n型激發(fā)液攪拌均勻后，按照原料干基的各組分重量百分比均勻加入到堿渣膠漿中，再均勻加入計量好的尾礦砂，經(jīng)攪拌機(jī)攪拌均勻，制成尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以新的探索思路，首次將工業(yè)固體廢棄物堿渣作為礦物膠凝材料的部分激發(fā)劑和填料，利用鐵尾礦和堿渣兩大固體廢棄物制備礦物膠凝材料，兩種排量巨大的工業(yè)廢渣中合成一種新型的膠結(jié)材料，這種新型的建筑材料將在土木基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中部分替代硅酸鹽水泥，并將固體廢棄物回收再利用，為遏制全球氣候變化而減少co2的排放和能源的保護(hù)。強(qiáng)度較高工藝簡單,流動度大,適用于地下礦山開采充填，充填料漿組分中不含水泥或水泥熟料,鐵尾礦砂的利用率高,生產(chǎn)成本非常低廉；膠凝劑中使用的堿渣為堿廠廢渣，尾礦砂未經(jīng)分級處理,不限于單一尾礦,適用范圍廣,這不僅部分解決了堿渣、尾礦的堆積和污染問題,還使得其他的工業(yè)廢渣礦渣和粉煤灰得以資源化利用,環(huán)保效果非常顯著。

附圖說明

圖1所示為本申請的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1-堿渣破碎裝置，11-投料斗入口，12-上下緩沖板，13-破碎輪，2-堿渣攪拌裝置，21-堿渣攪拌主機(jī)，22-注水口，3-輸送泵，4-球磨裝置，5-混合料拌合裝置，51-礦渣入口，52-尾礦入口，53-加熱裝置。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

應(yīng)當(dāng)說明的是，本申請中所述的“連接”和用于表達(dá)“連接”的詞語，如“相連接”、“相連”等，既包括某一部件與另一部件直接連接，也包括某一部件通過其他部件與另一部件相連接。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用屬于“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、部件或者模塊、組件和/或它們的組合。

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

如圖1所示，本發(fā)明提供了一種尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料攪拌裝置，包括堿渣破碎裝置1、堿渣攪拌裝置2、輸送泵3、球磨裝置4以及混合攪拌裝置5，所述堿渣破碎裝置1包括投料斗、設(shè)置于投料斗內(nèi)的上下緩沖板12、破碎輪13，投料斗下部通過管道與堿渣攪拌裝置2連通，所述堿渣攪拌裝置2包括堿渣攪拌腔、堿渣攪拌主機(jī)21以及注水口22，堿渣攪拌主機(jī)21帶動攪拌葉片進(jìn)行攪拌，堿渣攪拌腔下部通過設(shè)置輸送泵3的管道與球磨裝置4連通，球磨裝置4通過管路與混合攪拌裝置5連通，所述混合攪拌裝置5包括混合攪拌腔、攪拌主機(jī)、設(shè)置于混合攪拌腔上的礦渣入口51和尾礦入口52、設(shè)置于混合攪拌腔內(nèi)加熱裝置53，所述攪拌主機(jī)帶動攪拌葉片進(jìn)行攪拌。

具體地，所述上下緩沖板(12)距離投料斗入口(11)1m，上下緩沖板(12)的間距300mm，破碎輪(13)距下緩沖板300mm。

將計量好的堿渣進(jìn)入投料口入口11，通過上下緩沖板12進(jìn)行減速后落入破碎輪13破碎，將大塊堿渣打碎至粒徑＜6mm，然后進(jìn)入堿渣攪拌裝置2；堿渣攪拌主機(jī)21啟動，注水口22開始噴水，噴量等于計量好的用水量且均勻噴水，堿渣攪拌主機(jī)21前120s慢攪拌，后180s為快速攪拌，將攪拌后的堿渣膠漿液由輸送泵3送入球磨裝置4；經(jīng)球磨裝置4磨后的堿渣膠漿液中的固體顆粒粒徑小于0.045mm，注入到混合料拌合裝置5；混合料拌合裝置5攪拌溫度由加熱裝置(53)控制在30-50℃之間，將經(jīng)球磨裝置4磨后的堿渣膠漿液進(jìn)入混合料拌合裝置5后，注入激發(fā)液同時啟動攪拌裝置慢速攪拌，然后由礦渣入口51均勻加入計量好的礦渣、選擇性地加入粉煤灰、cao中的一種或兩種，時間為60s，接著由尾礦入口52均勻加入計量好的尾礦，時間為120s，然后快速拌合60s，靜止60后，快速攪拌90s，即得尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料。

本發(fā)明還提供了一種利用上述裝置進(jìn)行尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料制備工藝，包括如下步驟：

(1)利用原料包括以下組分：礦渣5％～15％、粉煤灰0％～6％、堿渣10％～20％、cao0％～10％、尾礦砂60％～80％、n型激發(fā)液0.5mol/l～4mol/l；n型激發(fā)液和水重量百分比為原料干基23％～30％；

(2)將上述原料按照次序加入尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料攪拌裝置，

1)堿渣破碎：測量堿渣含水率，稱取計量好的堿渣進(jìn)行破碎；

2)堿渣膠漿：稱取計量好的水加入到破碎后的堿渣中，攪拌、球磨；

3)混料：加入計量好的n型激發(fā)液攪拌均勻后，按照原料干基的各組分重量百分比均勻加入到堿渣膠漿中，再均勻加入計量好的尾礦砂，經(jīng)攪拌機(jī)攪拌均勻，制成尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料。

具體地，所述的尾礦為鞍山式磁鐵礦尾礦、釩鈦磁鐵礦尾礦中的一種或兩種。

具體地，所述n型激發(fā)液為naoh、na2sio3、koh水溶液的一種或幾種。

上述一種利用堿渣、礦渣制備鐵尾礦膠凝劑，所涉及的原材料均通過公知途徑獲得。

實(shí)施例1

取建筑工程實(shí)際所需用量堿渣、礦渣、粉煤灰與鞍山式鐵礦尾礦，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為15％、15％、5％、65％；激發(fā)液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為上述混合物總量10％(質(zhì)量)，由摩爾濃度為4.0mol/l的koh和4.0mol/l的na2sio3溶液1:1混合作為激發(fā)液。首先將堿渣經(jīng)過破碎，然后按照質(zhì)量比1:1注入水溶液攪拌、研磨制得堿渣膠漿，然后向堿渣膠漿中均勻加入計量好的激發(fā)液，慢速攪拌均勻，然后均勻加入礦渣、粉煤灰，攪拌均勻后加入計量好的鞍山式鐵礦尾礦，攪拌均勻，通過拌合裝置控制出料溫度為50℃，即得尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料，然后將其注入40mm×40mm×160mm的三聯(lián)試模中，放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)(溫度為20℃和濕度為90％)，養(yǎng)護(hù)1天脫模,繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，然后測定其7d、28d的強(qiáng)度。

本實(shí)例制得的尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測定結(jié)果如下：

本實(shí)例制得的尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料抗壓強(qiáng)度高，而且28天齡期的試樣相對于7天的抗壓強(qiáng)度有所增加。表1列出了實(shí)例1制得的一種尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料的無側(cè)限抗壓值。測得的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為12.2mpa～20.5mpa，能夠滿足用于礦山采空區(qū)充填等相關(guān)工程的強(qiáng)度要求。

表1實(shí)例1制得的一種尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料的無側(cè)限抗壓值

實(shí)施例2

取建筑工程實(shí)際所需用量堿渣、礦渣、cao與鞍山式鐵礦尾礦，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10％、15％、5％、70％；激發(fā)液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為上述混合物總量15％(質(zhì)量)，由摩爾濃度為2.0mol/l的naoh和2.0mol/l的na2sio3溶液1:1混合作為激發(fā)液。首先將堿渣經(jīng)過破碎，然后按照質(zhì)量比1:1注入水溶液攪拌、研磨制得堿渣膠漿，然后向堿渣膠漿中均勻加入計量好的激發(fā)液，慢速攪拌均勻，然后均勻加入礦渣、cao，攪拌均勻后加入計量好的鞍山式鐵礦尾礦，攪拌均勻，通過拌合裝置控制出料溫度為40℃，即得尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料，然后將其注入40mm×40mm×160mm的三聯(lián)試模中，放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)(溫度為20℃和濕度為90％)，養(yǎng)護(hù)1天脫模,繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，然后測定其7d、28d的強(qiáng)度。

本實(shí)例制得的尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測定結(jié)果如下：

本實(shí)例制得的尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料抗壓強(qiáng)度高，而且28天齡期的試樣相對于7天的抗壓強(qiáng)度有所增加。表2列出了實(shí)例2制得的一種尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料的無側(cè)限抗壓值。測得的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為9.75mpa～16.5mpa，能夠滿足用于礦山采空區(qū)充填等相關(guān)工程的強(qiáng)度要求。

表2實(shí)例2制得的一種尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料的無側(cè)限抗壓值。

實(shí)施例3

取建筑工程實(shí)際所需用量堿渣、礦渣、粉煤灰與釩鈦磁鐵礦尾礦，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10％、15％、5％、70％；激發(fā)液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為上述混合物總量15％(質(zhì)量)，由摩爾濃度為1.0mol/l的naoh和1.0mol/l的na2sio3溶液1:1混合作為激發(fā)液。首先將堿渣經(jīng)過破碎，然后按照質(zhì)量比1:1注入水溶液攪拌、研磨制得堿渣膠漿，然后向堿渣膠漿中均勻加入計量好的激發(fā)液，慢速攪拌均勻，然后均勻加入礦渣、粉煤灰，攪拌均勻后加入計量好的釩鈦磁鐵礦尾礦，攪拌均勻，通過拌合裝置控制出料溫度為50℃，即得尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料，然后將其注入40mm×40mm×160mm的三聯(lián)試模中，放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)(溫度為20℃和濕度為90％)，養(yǎng)護(hù)1天脫模,繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，然后測定其7d、28d的強(qiáng)度。

本實(shí)例制得的尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測定結(jié)果如下：

本實(shí)例制得的尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料抗壓強(qiáng)度高，而且28天齡期的試樣相對于7天的抗壓強(qiáng)度有所增加。表3列出了實(shí)例3制得的一種尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料的無側(cè)限抗壓值。測得的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為6.6mpa～11.6mpa，能夠滿足用于礦山采空區(qū)充填等相關(guān)工程的強(qiáng)度要求。

表3實(shí)例3制得的一種尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料的無側(cè)限抗壓值。

實(shí)施例4

取建筑工程實(shí)際所需用量堿渣、礦渣、cao與釩鈦磁鐵礦尾礦，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為10％、10％、5％、75％；激發(fā)液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為上述混合物總量15％(質(zhì)量)，由摩爾濃度為0.5mol/l的naoh溶液作為激發(fā)液。首先將堿渣經(jīng)過破碎，然后按照質(zhì)量比1:1注入水溶液攪拌、研磨制得堿渣膠漿，然后向堿渣膠漿中均勻加入計量好的激發(fā)液，慢速攪拌均勻，然后均勻加入礦渣、cao，攪拌均勻后加入計量好的釩鈦磁鐵礦尾礦，攪拌均勻，通過拌合裝置控制出料溫度為30℃，即得尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料，然后將其注入40mm×40mm×160mm的三聯(lián)試模中，放入養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)(溫度為20℃和濕度為90％)，養(yǎng)護(hù)1天脫模,繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，然后測定其7d、28d的強(qiáng)度。

本實(shí)例制得的尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測定結(jié)果如下：

本實(shí)例制得的尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料抗壓強(qiáng)度高，而且28天齡期的試樣相對于7天的抗壓強(qiáng)度有所增加。表4列出了實(shí)例4制得的一種尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料的無側(cè)限抗壓值。測得的無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為9.75mpa～16.5mpa，能夠滿足用于礦山采空區(qū)充填等相關(guān)工程的強(qiáng)度要求。

表4實(shí)例4制得的一種尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料的無側(cè)限抗壓值。

從上述實(shí)施例可見，通過調(diào)整原材料的配比，可以增加或減少尾礦、堿渣、礦渣膠凝材料的強(qiáng)度，結(jié)合預(yù)算，以滿足不同工程應(yīng)用的需要。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。