本發(fā)明涉及建筑材料，特別涉及一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、目前水泥生產(chǎn)能耗高，且生產(chǎn)一噸水泥約產(chǎn)生一噸二氧化碳溫室氣體，為改變這種現(xiàn)狀各種冶金渣(礦渣、鋼渣)、粉煤灰、石灰石粉、稻殼灰、廢玻璃粉等等紛紛用作混合材被應(yīng)用到水泥生產(chǎn)中，或者作為礦物摻合料應(yīng)用到混凝土生產(chǎn)中，來(lái)降低水泥生成的能耗、改善環(huán)境，同時(shí)改善水泥混凝土耐久性能。

2、復(fù)合礦物摻合料是指將兩種或兩種以上的以硅、鋁、鈣等一種或多種氧化物為主要成分，具有規(guī)定細(xì)度，按一定比例混合均勻的能改變混凝土性能的粉體材料，現(xiàn)有的摻合料主要起到降低水泥混凝土生產(chǎn)成本的作用，而這些礦物摻合料在使用中容易導(dǎo)致水泥早期或者后期強(qiáng)度降低等現(xiàn)象。

3、鐵礦尾泥是選礦后的廢棄物，同時(shí)也是常見(jiàn)工業(yè)固體廢棄物主要組成部分，尾礦、污泥、采礦廢石等被《海南省大宗工業(yè)固體廢物綜合利用發(fā)展規(guī)劃(2022-2025年)》明確列為重點(diǎn)綜合利用領(lǐng)域。鑒于此，尾泥等固體廢棄物的無(wú)害化處理與高效資源化利用已成為當(dāng)前科研與實(shí)踐的焦點(diǎn)，旨在推動(dòng)海南省乃至更廣泛區(qū)域內(nèi)固體廢物管理向綠色、循環(huán)、低碳方向邁進(jìn)。

4、因此，利用鐵礦尾泥研發(fā)一種復(fù)合礦物摻合料，既可以降低成本，改善水泥性能，又能綜合利用工業(yè)固體廢棄物鐵礦尾泥，實(shí)現(xiàn)資源循環(huán)利用，固體廢棄物治理實(shí)現(xiàn)綠色、低碳目標(biāo)，具有現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于此，本發(fā)明提出一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料及其制備方法。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料，按照重量份數(shù)，包括以下原料：活化鐵礦尾泥30-40份，層狀超細(xì)粉體5-10份，甲基丙烯酸-纖維素共聚物5-10份，石灰石粉5-7份，復(fù)合助磨劑1-3份，復(fù)合激發(fā)劑1-3份。

4、進(jìn)一步的，所述層狀超細(xì)粉體的粒徑為1-10μm。

5、進(jìn)一步的，所述層狀超細(xì)粉體是由質(zhì)量比3-5:1-3:1-3的蒙脫土、水滑石和葉臘石的混合物與鈦酸酯偶聯(lián)劑共球磨得到；

6、所述蒙脫土、水滑石和葉臘石的混合物與鈦酸酯偶聯(lián)劑的質(zhì)量比為1:0.1-0.3。

7、進(jìn)一步的，所述活化鐵礦尾泥的制備步驟包括：將鐵礦尾泥烘干至含水率為1.0％以下，粉碎研磨，進(jìn)行分段煅燒，將產(chǎn)物加入活化溶液中，超聲波處理，洗滌干燥，得到活化鐵礦尾泥。

8、進(jìn)一步的，所述鐵礦尾泥中的al2o3和sio2總含量大于63％，so3含量大于1.8％；所述研磨的粒徑為15-25μm；所述分段煅燒是首先以升溫速率為2℃/min將溫度升至400-600℃進(jìn)行煅燒40-60min，接著以升溫速率為1℃/min將溫度升至800-1000℃進(jìn)行煅燒30-60min；所述活化溶液是由質(zhì)量比為0.2-0.4:1的聚乙烯醇和乙酸組成；所述超聲波處理是在100-300rpm、40-60℃條件下超聲1-2h。

9、進(jìn)一步的，所述甲基丙烯酸-纖維素共聚物的制備步驟包括：將纖維素加入水中微波加熱攪拌，依次加入硫酸銨和甲基丙烯酸進(jìn)行反應(yīng)5-7h，滴加濃度為0.3-0.4mol/l的氫氧化鈉，ph調(diào)至中性，得到甲基丙烯酸-纖維素共聚物。

10、進(jìn)一步的，所述纖維素和水的固液比為1:10-20g/ml；所述微波加熱攪拌是在400-500w、60-80℃加熱30-60min；所述硫酸銨與甲基丙烯酸和纖維素的摩爾比為0.08-0.1:1-2:3-5。

11、進(jìn)一步的，所述復(fù)合助磨劑為質(zhì)量比1:3-5:1-3的聚乙烯醇、三乙醇胺和硫酸鈣。

12、進(jìn)一步的，所述復(fù)合激發(fā)劑為質(zhì)量比1:1-3的納米碳酸鈣和聚羧酸鹽類(lèi)超塑化劑粉末。

13、一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料的制備方法，具體步驟包括：

14、(1)將活化鐵礦尾泥粉碎研磨至粒徑為20-30μm，加入層狀超細(xì)粉體和配方量30％-40％的復(fù)合助磨劑，繼續(xù)研磨至比表面積400-600m2/kg；

15、(2)在步驟(1)中繼續(xù)加入甲基丙烯酸-纖維素共聚物和石灰石粉，加入余量復(fù)合助磨劑，研磨至比表面積700-900m2/kg；

16、(3)將步驟(2)和復(fù)合激發(fā)劑混合均勻，研磨至比表面積為1000-1100m2/kg，粒徑1-5μm，得到目標(biāo)復(fù)合礦物摻合料。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

18、1、本發(fā)明的復(fù)合礦物摻合料可最大限度提高其在水泥中的摻量，減少水泥熟料用量，降低水泥生產(chǎn)成本，復(fù)合水泥擁有更優(yōu)異的力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性和耐久性。本發(fā)明復(fù)合礦物摻合料顆粒較細(xì)1-5μm，擁有更高的比表面積1000-1100m2/kg，有效填充于未水化水泥和水化產(chǎn)物間的微小空隙里，從而提高水泥的密實(shí)度，起到提高強(qiáng)度的作用。復(fù)合礦物摻合料在水泥水化的過(guò)程中起到類(lèi)似“晶核效應(yīng)”的作用，提高水化產(chǎn)物形成的數(shù)量，同時(shí)使得水化產(chǎn)物在整個(gè)界面過(guò)渡區(qū)內(nèi)分布趨于均勻，生成穩(wěn)定性更好的水化產(chǎn)物，提高抗?jié)B性能。

19、2、本發(fā)明的鐵礦尾泥主要礦物為石英、赤鐵礦、高嶺土、鐵鈣閃石等，其高fe2o3含量不僅可以與水泥熟料中的鈣離子反應(yīng)形成c4af等具有較好穩(wěn)定性的鈣鐵礦相，能夠增強(qiáng)水泥產(chǎn)物在惡劣環(huán)境中的長(zhǎng)期性能和耐久性。其次，鐵礦尾泥中的鐵氧化物在高溫下作為助熔劑，能夠促進(jìn)礦物相的形成，在較低溫度下就能實(shí)現(xiàn)向摻合料的轉(zhuǎn)化，顯著減少能源消耗，降低生產(chǎn)成本。此外，鐵礦尾泥中富含的石英、鉀長(zhǎng)石和硅酸鹽類(lèi)礦物由于其高脆性特質(zhì)，使鐵礦尾泥具有更卓越的磨礦性能。鐵礦尾泥的al2o3和sio2總含量大于63％，so3含量大于1.8％，滿(mǎn)足gb/t?2847-2022(用于水泥中的火山灰質(zhì)混合材料)要求，經(jīng)過(guò)對(duì)鐵礦尾泥活化，增加了活性sio2和al2o3等活性氧化物的溶出，表面自由能增加，反應(yīng)活性提高，加速了復(fù)合礦物摻合料與氫氧化鈣的二次水化反應(yīng)進(jìn)程，不但提高水泥早期和后期強(qiáng)度，而且提高了水泥體積穩(wěn)定性和耐久性。

20、3、本發(fā)明的甲基丙烯酸-纖維素共聚物中的甲基丙烯酸側(cè)鏈的羧基基團(tuán)和水泥相互作用，纖維素提供空間位阻效應(yīng)，所含的親水羥基，可以在水泥顆粒附近形成具有分散作用的水膜。本發(fā)明特定組成的復(fù)合助磨劑能夠改善流動(dòng)性和粘結(jié)性，提高生產(chǎn)效率，縮短粉磨時(shí)間，使產(chǎn)品細(xì)度下降。本發(fā)明特定組成的復(fù)合激發(fā)劑能夠加快水化速度，提高水泥早期和后期強(qiáng)度整體性能。

技術(shù)特征：

1.一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料，其特征在于，按照重量份數(shù)，包括以下原料：活化鐵礦尾泥30-40份，層狀超細(xì)粉體5-10份，甲基丙烯酸-纖維素共聚物5-10份，石灰石粉5-7份，復(fù)合助磨劑1-3份，復(fù)合激發(fā)劑1-3份。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料，其特征在于，所述層狀超細(xì)粉體的粒徑為1-10μm。

3.如權(quán)利要求1所述的一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料，其特征在于，所述層狀超細(xì)粉體是由質(zhì)量比3-5:1-3:1-3的蒙脫土、水滑石和葉臘石的混合物與鈦酸酯偶聯(lián)劑共球磨得到；

4.如權(quán)利要求1所述的一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料，其特征在于，所述活化鐵礦尾泥的制備步驟包括：將鐵礦尾泥烘干至含水率為1.0％以下，粉碎研磨，進(jìn)行分段煅燒，將產(chǎn)物加入活化溶液中，超聲波處理，洗滌干燥，得到活化鐵礦尾泥。

5.如權(quán)利要求4所述的一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料，其特征在于，所述鐵礦尾泥中的al2o3和sio2總含量大于63％，so3含量大于1.8％；所述研磨的粒徑為15-25μm；所述分段煅燒是首先以升溫速率為2℃/min將溫度升至400-600℃進(jìn)行煅燒40-60min，接著以升溫速率為1℃/min將溫度升至800-1000℃進(jìn)行煅燒30-60min；所述活化溶液是由質(zhì)量比為0.2-0.4:1的聚乙烯醇和乙酸組成；所述超聲波處理是在100-300rpm、40-60℃條件下超聲1-2h。

6.如權(quán)利要求1所述的一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料，其特征在于，所述甲基丙烯酸-纖維素共聚物的制備步驟包括：將纖維素加入水中微波加熱攪拌，依次加入硫酸銨和甲基丙烯酸進(jìn)行反應(yīng)5-7h，滴加濃度為0.3-0.4mol/l的氫氧化鈉，ph調(diào)至中性，得到甲基丙烯酸-纖維素共聚物。

7.如權(quán)利要求6所述的一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料，其特征在于，所述纖維素和水的固液比為1:10-20g/ml；所述微波加熱攪拌是在400-500w、60-80℃加熱30-60min；所述硫酸銨與甲基丙烯酸和纖維素的摩爾比為0.08-0.1:1-2:3-5。

8.如權(quán)利要求1所述的一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料，其特征在于，所述復(fù)合助磨劑為質(zhì)量比1:3-5:1-3的聚乙烯醇、7、三乙醇胺和硫酸鈣。

9.如權(quán)利要求1所述的一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料，其特征在于，所述復(fù)合激發(fā)劑為質(zhì)量比1:1-3的納米碳酸鈣和聚羧酸鹽類(lèi)超塑化劑粉末。

10.如權(quán)利要求1所述的一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料的制備方法，其特征在于，具體步驟包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種基于鐵礦尾泥的復(fù)合礦物摻合料及其制備方法，該復(fù)合礦物摻合料按照重量份數(shù)，包括以下原料：活化鐵礦尾泥30?40份，層狀超細(xì)粉體5?10份，甲基丙烯酸?纖維素共聚物5?10份，石灰石粉5?7份，復(fù)合助磨劑1?3份，復(fù)合激發(fā)劑1?3份。本發(fā)明的復(fù)合礦物摻合料可最大限度提高其在水泥中的摻量，減少水泥熟料用量，降低水泥生產(chǎn)成本，復(fù)合水泥擁有更優(yōu)異的力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性和耐久性，復(fù)合礦物摻合料在水泥水化的過(guò)程中起到類(lèi)似“晶核效應(yīng)”的作用，提高水化產(chǎn)物形成的數(shù)量，同時(shí)使得水化產(chǎn)物在整個(gè)界面過(guò)渡區(qū)內(nèi)分布趨于均勻，生成穩(wěn)定性更好的水化產(chǎn)物，提高抗?jié)B性能。

技術(shù)研發(fā)人員：曾宏,黎文富,張蔭浩,鐘周云,黃修哲,劉野,蔣鴻儒,米世俊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：海南綠峰資源開(kāi)發(fā)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6