一种利用低硅铁尾矿控制铁走向制备加气混凝土的方法

摘要

一种利用低硅铁尾矿控制铁走向制备加气混凝土的方法，属于矿山环境保护领域和建筑材料领域。具体方法为：对铁矿尾矿和硅砂分别湿磨至细度为200目筛余7.8%和2.3%，按铁尾矿30%~50%，硅砂10%~30%，石灰22~27%，水泥7~11%，脱硫石膏3~7%配料，在混合均匀的料浆中加入占以上干料总质量0.5~0.6‰的铝粉、温水以及加入占以上用水总量体积比4~12‰的稳泡剂，经混合搅拌，在不同温度和压力蒸养蒸压条件，制备出绝干抗压强度达到3.5MPa以上，干体积密度为550kg/m3~625kg/m3，同时实现不同价态铁离子的走向控制，满足国标对蒸压加气混凝土性能指标要求合格的加气混凝土产品。

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种以富含硅酸盐低硅铁尾矿为主要原料制备加气混凝土及其控制铁走向的方法。是一种能够大比例，利用多种工业废弃物生产具有轻质高强加气混凝土的制备技术。属于矿山环境保护领域和建筑材料领域。

背景技术

钢铁工业的快速发展促进了经济发展和社会进步，而大量的铁尾矿排放及其利用率低，同时带来了占用土地、资源浪费、污染环境等诸多问题影响社会的发展。加气混凝土是以硅质材料（如硅砂、粉煤灰等）和钙质材料（如石灰、水泥、矿渣等）为主要原料，通过化学反应方式形成的多孔混凝土，是集隔音、保温、防火、施工方便等优点于一体的能够达到建筑节能50%新型轻质墙体建筑材料，在国家禁止使用粘土砖的背景条件下，加气混凝土作为墙体占有越来越大的市场。随着河砂和局部地区粉煤灰资源短缺的加剧，石灰—水泥—砂和石灰—水泥—粉煤灰两种体系制备加气混凝土受到严峻的挑战，而利用铁尾矿生产加气混凝土，不仅可以解决资源短缺的问题，降低加气混凝土的生产的原料成本，而且可实现铁尾矿资源的循环利用。

目前国内外关于铁尾矿的利用技术主要是集中于制备建筑材料，包括制备烧结砖、蒸养标准砖、水泥制品等。发明专利“以铁尾矿为原料生产烧结砖的方法”（专利申请号200510027159，公开号 CN1887770），公开了采用铁尾矿为原料生产烧结砖的方法。该发明铁尾矿用量低，难以大量的消纳利用铁尾矿。发明专利“铁矿尾矿砂建材及其生产方法”（专利申请号200710176401，公开号CN101172835），公开了以铁矿尾矿砂和轻烧镁粉为主要原料，经配料、成型和养护后形成产品的技术。该产品附加值比较低，产品的运距受限制。发明专利“金属尾矿（矽卡岩）生产水泥或水泥制品的方法”（专利申请号200310109672.8，公开号CN1621378），公开了利用10~35%的金属矽卡岩尾矿代替水泥水原料制备水泥或者部分代替水泥制备水泥制品的技术。该专利沿用了传统水泥的生产工艺技术路线，而且铁尾矿的掺量低。

 

发明内容

本发明的目的在于克服其低硅、高铁含量给制造加气混凝土带来的潜在的强度低、密度大和开裂的问题，并充分发挥加气混凝土保温、隔热、轻质高强等特点，使这类尾矿的大宗整体消纳利用成为可能。

一种利用低硅铁尾矿控制铁走向制备加气混凝土的方法，主要原料有低硅铁尾矿、硅砂、石灰、水泥、脱硫石膏、铝粉、水、外加剂等。本发明所使用的尾矿为低硅磁铁尾矿，主要矿物有石英、角闪石、黑云母、绿泥石等。由于低硅铁尾矿的硅含量比较低，所以本发明填加硅砂补充加气混凝土所需的硅质原料，为了降低加气混凝土的生产成本，降低水泥用量，加入工业固体废弃物脱硫石膏，控制铁尾矿中的Fe³⁺进入托贝莫来石中的铝氧四面体，而Fe²⁺则代替Ca²⁺或Mg²⁺，同时保证制备的加气混凝土的密度和强度指标，完全满足加气混凝土作为墙体材料的需要。

本发明的具体步骤如下：

1.将低硅磁铁尾矿在磨机中进行湿磨，磨细后的铁尾矿的细度为200目筛余7.8%；将硅砂烘干至含水率低于1%，硅砂磨细至200目筛余2.3%；脱硫石膏的200目筛余4%；石灰为中速消解石灰，有效CaO含量不小于65%、MgO<5%，消解时间10~15min，消解温度65~80℃。

2.按重量百分比将步骤1中的原料30~50%低硅磁铁尾矿和硅砂10~30%分别湿磨后，加入石灰22~27%，水泥7~11%，脱硫石膏3~7%，混合均匀的料浆中加入温水，将水和干料总重量比例（水料比）控制在0.5~0.6，加入以上占总用水量体积比4~12‰的稳泡剂，搅拌90~150秒钟，之后加入干料总重量0.5~0.6‰的铝粉再搅拌30~50秒钟，得到混合均匀的料浆，搅拌过程中设置保温措施，保证料浆浇注时的入模温度在45~50℃。

3.将步骤2中的搅拌均匀的料浆进行浇注，经过静停发气、预养护、切割后，放入高压釜中进行高温蒸压，得到加气混凝土的成品。其中静停发气和预养的时间为3.5~4.5小时，预养环境温度50~60℃；高温蒸压经过高压釜密闭抽真空、升温、恒温、恒压，降温、降压。蒸压条件为：压力控制在1.3~1.35Mpa，温度控制在175~190℃，恒温 (恒压)6～8小时。工艺流程如图1所示。

如上所述的铁尾矿的主要化学成分的质量百分比为：SiO₂ 40%~65%；Al₂O₃ 5%~15%；Fe₂O₃ 1%~15%；FeO 1%~15%；MgO0.01%~10%；CaO 0.01%~8%；K₂O 0.01%~2%；Na₂O 0.01%~2.5%；TiO₂0%~0.5%；SO₂ 0.01~4%；烧失量0.01%~3%，其他0.01%~1%。

如上所述的硅砂的主要化学成分的质量百分比为：SiO₂ 70%~95%；Al₂O₃ 1%~15%；Fe₂O₃ 0.01%~5%；FeO 0.01%~5%；MgO 0.01%~5%；CaO 0.01%~5%；K₂O 0.01%~3%；Na₂O 0.01%~2.5%；烧失量0.01%~3%，其他0.01%~1%。

如上所述的脱硫石膏的主要化学成分的质量百分比为：SiO₂ 0.01%~5%；Al₂O₃ 0.01%~5%；Fe₂O₃ 0.01%~5%；FeO 0.01%~5%；MgO 0.01%~5%；CaO 30%~70%；K₂O 0.01%~2%；Na₂O 0.01%~2.5%；SO₂ 0.01~40%；烧失量0.01%~6%。

如上所述的使用的铝粉指标要求，其活性Al 90%~100%，细度要求0.08mm方孔筛筛余0%~3.0%，发气率80%~100%，发气时间1~20分钟，亲水性1~20秒钟。

本发明利用富含硅酸铁的低硅磁铁尾矿制备加气混凝土并控制铁的走向，以使尾矿原料中的活性组份在高温蒸压条件下充分反应，给富含铁硅酸盐的低硅尾矿提供一条大宗消纳利用的途径，实现尾矿的资源化处理，减少尾矿的堆存给环境带来的污染。

附图说明

图1 为本发明工艺流程图。

具体实施方式

实施例1：

1.将占干料总重量45%铁尾矿和15%硅砂分别湿磨，尾矿磨细至200目筛余7.8%；硅砂磨细至200目筛余2.3%，脱硫石膏200目筛余4%；石灰为中速消解石灰，有效CaO含量68%，MgO含量3.1%，消解温度68℃。

2.将步骤1准备的铁尾矿和硅砂料浆混合均匀后，加入占干料总重量25%石灰，10%水泥和5%脱硫石膏，同时向料浆中加入温水，使水料比达到0.5，并加入占总用水量体积比9.10‰的稳泡剂，搅拌90秒后加入占干料总重量0.5‰的铝粉，再搅拌40秒，得到混合均匀的料浆，保证料浆浇注温度在48℃。

3.将步骤2中的搅拌均匀的料浆进行浇注，经过静停发气、预养护、切割后，放入高压釜中进行高温蒸压，得到加气混凝土的成品。其中静停发气和预养的时间为3.5小时，预养环境温度55℃；蒸压釜蒸压制度为抽真空0.5小时，升温1.5小时，蒸压压力为1.32Mpa，温度180℃，恒温（恒压）7小时，降温2小时。

按上述步骤制备的加气混凝土的性能指标如表1所示。

表1  实施实例1制备的加气混凝土性能指标

性能绝干体积密度/（kg/m³）绝干抗压强度/MPa比强度指标5904.126.98

实施例2：

1.将占干料总重量40%铁尾矿和20%硅砂分别湿磨，尾矿磨细至200目筛余7.8%；硅砂磨细至200目筛余2.3%，脱硫石膏200目筛余4%；石灰为中速消解石灰，有效CaO含量65%，MgO含量4.3%，消解温度66℃。

2.将步骤1准备的铁尾矿和硅砂料浆混合均匀后，加入占干料总重量24%石灰，9%水泥和7%脱硫石膏，同时向料浆中加入温水，使水料比达到0.55，并加入占总用水量体积比4.13‰的稳泡剂，搅拌100秒后加入占干料总重量0.52‰的铝粉，再搅拌30秒，得到混合均匀的料浆，保证料浆浇注温度在45℃。

3.将步骤2中的搅拌均匀的料浆进行浇注，经过静停发气、预养护、切割后，放入高压釜中进行高温蒸压，得到加气混凝土的成品。其中静停发气和预养的时间为4小时，预养环境温度60℃；蒸压釜蒸压制度为抽真空0.5小时，升温1.5小时，蒸压压力为1.3Mpa，温度175℃，恒温（恒压）8小时，降温2小时。

按上述步骤制备的加气混凝土的性能指标如表2所示。

表2  实施实例2制备的加气混凝土性能指标

性能绝干体积密度/（kg/m³）绝干抗压强度/MPa比强度指标5884.267.24

实施例3：

1.将占干料总重量35%铁尾矿和25%硅砂分别湿磨，尾矿磨细至200目筛余7.8%；硅砂磨细至200目筛余2.3%，脱硫石膏200目筛余4%；石灰为中速消解石灰，有效CaO含量70%，MgO含量2.4%，消解温度72℃。

2.将步骤1准备的铁尾矿和硅砂料浆混合均匀后，加入占干料总重量23%石灰，11%水泥和6%脱硫石膏，同时向料浆中加入温水，使水料比达到0.53，并加入占总用水量体积比9.43‰的稳泡剂，搅拌80秒后加入占干料总重量0.58‰的铝粉，再搅拌50秒，得到混合均匀的料浆，保证料浆浇注温度在49℃。

3.将步骤2中的搅拌均匀的料浆进行浇注，经过静停发气、预养护、切割后，放入高压釜中进行高温蒸压，得到加气混凝土的成品。其中静停发气和预养的时间为3.5小时，预养环境温度58℃；蒸压釜蒸压制度为抽真空0.5小时，升温1.5小时，蒸压压力为1.35Mpa，温度185℃，恒温（恒压）8小时，降温2小时。

按上述步骤制备的加气混凝土的性能指标如表3所示。

表3  实施实例3制备的加气混凝土性能指标

性能绝干体积密度/（kg/m³）绝干抗压强度/MPa比强度指标5864.247.24

实施例4：

1.将占干料总重量50%铁尾矿和10%硅砂分别湿磨，尾矿磨细至200目筛余7.8%；硅砂磨细至200目筛余2.3%，脱硫石膏200目筛余4%；石灰为中速消解石灰，有效CaO含量75%，MgO含量1.8%，消解温度80℃。

2.将步骤1准备的铁尾矿和硅砂料浆混合均匀后，加入占干料总重量27%石灰，10%水泥和3%脱硫石膏，同时向料浆中加入温水，使水料比达到0.6，并加入占总用水量体积比10.00‰的稳泡剂，搅拌70秒后加入占干料总重量0.55‰的铝粉，再搅拌40秒，得到混合均匀的料浆，保证料浆浇注温度在45℃。

3.将步骤2中的搅拌均匀的料浆进行浇注，经过静停发气、预养护、切割后，放入高压釜中进行高温蒸压，得到加气混凝土的成品。其中静停发气和预养的时间为3.5小时，预养环境温度50℃；蒸压釜蒸压制度为抽真空0.5小时，升温1小时，蒸压压力为1.33Mpa，温度180℃，恒温（恒压）7小时，降温2小时。

按上述步骤制备的加气混凝土的性能指标如表4所示。

表4  实施实例4制备的加气混凝土性能指标

性能绝干体积密度/（kg/m³）绝干抗压强度/MPa比强度指标6013.986.62

实施例5：

1.将占干料总重量30%铁尾矿和30%硅砂分别湿磨，尾矿磨细至200目筛余7.8%；硅砂磨细至200目筛余2.3%，脱硫石膏200目筛余4%；石灰为中速消解石灰，有效CaO含量73%，MgO含量2%，消解温度74℃。

2.将步骤1准备的铁尾矿和硅砂料浆混合均匀后，加入占干料总重量22%石灰，11%水泥和7%脱硫石膏，同时向料浆中加入温水，使水料比达到0.53，并加入占总用水量体积比12‰的稳泡剂，搅拌90秒后加入占干料总重量0.6‰的铝粉，再搅拌30秒，得到混合均匀的料浆，保证料浆浇注温度在50 ℃。

3.将步骤2中的搅拌均匀的料浆进行浇注，经过静停发气、预养护、切割后，放入高压釜中进行高温蒸压，得到加气混凝土的成品。其中静停发气和预养的时间为4小时，预养环境温度55℃；蒸压釜蒸压制度为抽真空0.5小时，升温1小时，蒸压压力为1.34Mpa，温度190℃，恒温（恒压）8小时，降温2小时。

按上述步骤制备的加气混凝土的性能指标如表5所示。

表5  实施实例5制备的加气混凝土性能指标

性能绝干体积密度/（kg/m³）绝干抗压强度/MPa比强度指标5814.137.11