一種耐水性能優(yōu)良的低硅鐵尾礦免蒸塊及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑或礦山填充用材及制備方法，具體地屬于一種低硅鐵尾礦免蒸塊及制備方法，確切地為一種耐水性能優(yōu)良的低硅鐵尾礦免蒸塊及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鐵尾礦是鐵礦石經(jīng)過選取鐵精礦后剩余的固體廢棄物。隨著我國鋼鐵工業(yè)的迅速發(fā)展，鐵礦石的開采量不斷增加，鐵礦廠排出的尾礦越來越多，據(jù)有關(guān)資料表明，全國鐵礦山選礦廠每年排放尾礦近3億t，而綜合利用率達(dá)不到20%。鐵尾礦的排放和處置，一直是阻礙我國礦業(yè)發(fā)展的瓶頸因素。處置尾礦不僅擠占大量土地，而且危害環(huán)境及安全，主要表現(xiàn)在:(I)尾礦粒度小、堆積密度大、堆放時易流動和塌漏，破壞植被；(2)尾礦粉塵在大風(fēng)的推動下四處飛揚，造成土壤污染，土地退化和空氣含塵量增高；(3)尾礦成分及殘留選礦藥劑對生態(tài)環(huán)境破壞加劇，使農(nóng)作物、地面水和地下水源受到污染。(4)尾礦入庫堆存存在安全隱患，且占用大量的土地資源。
[0003]地下采礦使地面產(chǎn)生了塌陷區(qū)，尾礦直接排入塌陷區(qū)，泥水會進(jìn)入采礦區(qū)，給井下生產(chǎn)帶來嚴(yán)重影響；尾礦固化后充填地表塌陷區(qū)，既不影響井下采掘生產(chǎn)，也能持續(xù)性地解決尾礦處置問題，尾礦固化充填地表塌陷區(qū)是尾礦處置的新技術(shù)。固化塊耐水性是影響尾礦固化塊性能最主要的因素，提高尾礦固化塊的耐水性有利于降低固化劑用量，降低生產(chǎn)成本。
[0004]我國于2003年6月30日起禁止生產(chǎn)、使用、銷售實心粘土磚，并提倡研宄使用工業(yè)廢料作為新型建材。建材生產(chǎn)對原料中硅含量有一定的要求，硅含量越低，利用難度越大。原料粒度越細(xì)，膠凝材料用量越大，生產(chǎn)成本越高。所以，利用細(xì)粒低硅尾礦生產(chǎn)建材，技術(shù)難度很大。
[0005]目前，在本技術(shù)領(lǐng)域，雖均采用鐵尾礦制備免蒸磚或充填固化塊，但其固化劑仍采用水泥。水泥固化劑的生產(chǎn)需要經(jīng)過高溫過程，消耗熱量，并對環(huán)境產(chǎn)生危害。利用水泥固化劑，固化速度快，雖然簡單，但生產(chǎn)成本較高。如經(jīng)檢索中國專利申請?zhí)枮?01010610408.2的文獻(xiàn)，其公開的“一種免燒免蒸尾礦磚及其制備方法”、中國專利申請?zhí)枮?01110203216.4的專利文獻(xiàn)，中國專利申請?zhí)枮?01010622991.9的文獻(xiàn)、中國專利申請?zhí)枮?1106276.9的文獻(xiàn)、中國專利申請?zhí)枮?01310331006.2的文獻(xiàn)、中國專利申請?zhí)枮?00910272609.3的文獻(xiàn)，均仍然采用水泥做固化劑；此外，所檢索到的論文也同樣采用了水泥做固化劑。
[0006]水泥中有熟料礦物，常溫養(yǎng)護(hù)條件下極易通過水化反應(yīng)來固化。從原理上看，使用水泥作固化劑制備尾礦磚可以在免蒸、免燒條件下實現(xiàn)；通過增加固化劑用量、優(yōu)化原料級配和養(yǎng)護(hù)條件等手段，容易實現(xiàn)耐水性、抗凍性等技術(shù)要求。
[0007]高溫工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生大量固體廢物，如粉煤灰等，具有潛在的反應(yīng)活性，可以制備成非熟料礦物膠凝材料，以此代替水泥作尾礦固化劑，具有成本低，節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢。非熟料礦物固化劑與水泥固化劑不同，其水化反應(yīng)比較慢，需要采取活性激發(fā)技術(shù)；即使如此，水化反應(yīng)速度仍不能和水泥相比。在免蒸、免燒條件下，使用非水泥固化劑制備尾礦磚，必須在廠內(nèi)有限的養(yǎng)護(hù)時間內(nèi)使產(chǎn)品達(dá)到國家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；這時，提高尾礦磚的耐水性和抗凍性就成為必須克服的技術(shù)瓶頸。據(jù)悉，利用非水泥固化劑制備尾礦固化塊，固化塊抗壓強度和吸水飽和抗壓強度分別為12.4 M Pa和3.4 M Pa，制品軟化系數(shù)僅為0.27。
[0008]為提高石膏制品的耐水性，一些研宄在石膏料漿中加入防水材料(例如金屬皂、瀝青、硬脂酸、樹脂等)，使硬化的石膏內(nèi)部顆粒表面形成防水層；或采用把增水材料噴射到石膏硬化體表面上，或在石膏制品上涂憎水材料，使其表面形成憎水層。上述2種技術(shù)措施對石膏的短期防水都有較好的效果，使得石膏制品2 h吸水率僅為3 %?6 %，但是長期防水效果均不理想，其24 h吸水率一般仍在10%以上。石膏是氣硬性膠凝材料，添加防水劑隔絕水分，對制品強度的影響較小。而且，石膏一般作為建筑裝飾材料，其膠凝性能比水硬性材料-水泥要弱得多，無法用于固化尾礦以制備尾礦免蒸塊。更主要的是，熟料礦物膠凝材料和水泥一樣，是水硬性膠凝材料，與石膏完全不同，水化反應(yīng)需要水，借鑒提高石膏制品耐水性的技術(shù)思想，極有可能產(chǎn)生相反的效果，憎水劑隔離水可能抑制水化反應(yīng)，降低尾礦免蒸塊的力學(xué)性能。
[0009]地下采礦造成地表塌陷，選礦產(chǎn)生大量尾礦，處置成本很高。尾礦漿直接沖填地表塌陷區(qū)會使大量泥漿滲入井下而影響井下采礦生產(chǎn)，尾礦固化后充填地表塌陷區(qū)則可以解決以上問題。利用固體廢物制備出非熟料礦物膠凝材料，并以此為固化劑固化尾礦，制備出不同力學(xué)性能的尾礦免蒸塊，分別用于充填地表塌陷區(qū)、作建筑材料，則不僅可能變廢為寶，而且還能降低尾礦處置費用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種既無環(huán)境污染，又免用水泥、免焙燒、免蒸壓養(yǎng)護(hù)，且建材用磚的軟化系數(shù)不低于0.85，抗壓強度不低于28MPa ;填充用固化塊抗壓強度和吸水飽和抗壓強度分別不低于9.5MPa及6.5MPa的耐水性能優(yōu)良的低硅鐵尾礦免蒸塊及制備方法。
[0011 ] 實現(xiàn)上述目的的措施:
一種耐水性能優(yōu)良的低硅鐵尾礦免蒸塊，其原料組成及重量百分比含量為:對于建材用磚，其鐵尾礦細(xì)粉為70~75%，固化劑為25~30% ;對于充填用固化塊，其鐵尾礦細(xì)粉為85-90%,固化劑為10~15% ;鐵尾礦細(xì)粉中顆粒粒度< 88 μ m的含量不低于70% ;外加硬脂酸乳液或硬脂酸鈉乳液及三乙醇胺，其中硬脂酸乳液或硬脂酸鈉乳液按照所添加固化劑總重量百分比的5~15%加入，三乙醇胺按照所添加固化劑總重量百分比的0.03-0.05%加入；所述的硬脂酸乳液或硬脂酸鈉乳液由硬脂酸或硬脂酸鈉、水及十二烷基苯磺酸鈉組成，其加入重量比例按照:硬脂酸或硬脂酸鈉:水:十二烷基苯磺酸鈉=1:50:0.15。
[0012]其在于:所述的固化劑由粉煤灰、生石灰及石膏組成，其加入重量比例按照:粉煤灰:生石灰:石膏=1:0.35?0.45: 0.12?0.14配制；并控制三種原料中粒度< 45 μ m的含量不低于95%。
[0013]其在于:所述的硬脂酸乳液或硬脂酸鈉乳液的制備按照以下步驟進(jìn)行:將硬脂酸或硬脂酸鈉與水按照權(quán)項2所設(shè)定的比例混合后，在80~90°C條件下加熱并攪拌，待硬脂酸或硬脂酸鈉完全溶解成油狀物后，在攪拌狀態(tài)下，按照所設(shè)定的0.15的比例添加十二烷基苯磺酸鈉，后再繼續(xù)加熱不少于60分鐘，最后自然冷卻至室溫。
[0014]制備一種耐水性能優(yōu)良的低硅鐵尾礦免蒸塊的方法，其步驟:
1)將經(jīng)破碎、研磨達(dá)到設(shè)定粒度后的低硅鐵尾礦漿進(jìn)行濃縮，控制低硅鐵尾礦漿中的低硅鐵尾礦重量百分比濃度為75?87% ；
2)將經(jīng)濃縮后的低硅鐵尾礦漿與固化劑按照含量混合，并在邊混勻的同時邊噴灑硬脂酸乳液或硬脂酸鈉乳液及三乙醇胺，噴灑量按照:硬脂酸乳液或硬脂酸鈉乳液為固化劑總重量百分比的5~15%噴灑，三乙醇胺為固化劑總重量百分比的0.03-0.05%噴灑；低硅鐵尾礦漿的加入量按照其中的低硅鐵尾礦干重量百分比計算后而加入；
3)進(jìn)行陳化，陳化溫度為20~50°C，陳化時間為5~60個小時；
4)經(jīng)陳化后混合料中的水分達(dá)到10~12%時進(jìn)行輪碾，并控制輪碾后混合料的容積比重不低于1500kg/m3；
5)進(jìn)行加壓成型，成型壓力控制在30~55MPa；
6)進(jìn)行養(yǎng)護(hù):在40~60°C條件下養(yǎng)護(hù)1~7天，再在室溫下養(yǎng)護(hù)至符合使用要求，待用。
[0015]本發(fā)明中硬脂酸乳液或硬脂酸鈉乳液的作用:固化劑中有石灰，是非常有效的堿性激發(fā)機劑，但其容易與空氣中二氧化碳反應(yīng)而被消耗，降低固化劑的膠凝效果。經(jīng)大量試驗分析，硬脂酸乳液或硬脂酸鈉乳液中表面活性劑親水端能附著在固體顆粒表面，疏水段向外延伸。因而在低硅鐵尾礦即固化劑的混合料中邊攪拌邊噴灑硬脂酸乳液或硬脂酸鈉乳液，使之在原料混合、陳化、初期養(yǎng)護(hù)各階段，硬脂酸乳液或硬脂酸鈉乳液可以隔離空氣，能避免其中的二氧化碳對堿的消耗；并養(yǎng)護(hù)使用時，其附著又能使尾礦固化塊內(nèi)部的毛細(xì)孔表面疏水，減少吸水率，從而降低水對固