專利名稱：一種水泥活性混合材與混凝土活性摻合料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑材料的制備方法，尤其是水泥混合材和混凝土活性礦物摻合料的制備方法技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水泥活性混合材料的種類主要有?；郀t礦渣、火山灰質(zhì)混合材料(包括高嶺土煅燒產(chǎn)品一一活性偏高嶺石)、粉煤灰等。在水泥中摻加混合材料可以調(diào)節(jié)水泥標(biāo)號與品種，增加水泥產(chǎn)量，降低生產(chǎn)成本，在一定程度上改善水泥的某些性能，滿足建筑工程中對水泥的特殊技術(shù)要求，水泥活性混合材料可以綜合利用大量工業(yè)廢渣，具有環(huán)保和節(jié)能的重要意義。我囯國家標(biāo)準(zhǔn)《通用硅酸鹽水泥》(GB 175—2007)規(guī)定的通用硅酸鹽水泥按混合材料的品種和摻量分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、 粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥。普通硅酸鹽水泥由硅酸鹽水泥熟料摻加少量混合材料和適量石膏磨細(xì)而成。礦渣硅酸鹽水泥由硅酸鹽水泥熟料和?；郀t礦渣，加入適量石膏磨細(xì)而成?；鹕交屹|(zhì)硅酸鹽水泥由硅酸鹽水泥熟料和火山灰質(zhì)混合材料加入適量石膏， 磨細(xì)而成。粉煤灰硅酸鹽水泥由硅酸鹽水泥熟料和粉煤灰加入適量石膏磨細(xì)而成。復(fù)合硅酸鹽水泥由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料、適量石膏磨細(xì)制成。有數(shù)據(jù)顯示，按火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥中，火山灰質(zhì)混合材料混合量在20 40%計(jì)，僅在國內(nèi)，一年共需火山灰質(zhì)混合材至少2. 5 5億噸?；炷粱钚該胶狭鲜呛幸欢〝?shù)量的氧化鈣、氧化鋁和氧化硅等的玻璃態(tài)礦物， 這些礦物在常溫含水的條件下能與消石灰或水泥水化時(shí)析出的Ca (OH) 2或CaSO4作用，生成具有膠凝性質(zhì)的穩(wěn)定化合物，可改善混凝土的性能、節(jié)約水泥及調(diào)節(jié)混凝土強(qiáng)度等級。在攪拌混凝土過程中摻入混凝土活性摻合料，其摻量一般大于水泥重量的5 %，混凝土活性摻合料使用材料也是粉煤灰、?；郀t礦渣、火山灰質(zhì)材料。因此，水泥和混凝土工業(yè)對火山灰質(zhì)混合材需求量極大。偏高嶺石是一種重要的高活性火山灰質(zhì)水泥混合材和混凝土活性摻合料，它能加速水泥的水化，增加水化硅酸鈣的凝膠量，明顯提高水泥膠砂的抗壓強(qiáng)度。現(xiàn)有技術(shù)的偏高嶺石生產(chǎn)是以高嶺土高溫(650 -800°C )煅燒經(jīng)保溫一定時(shí)間形成，該生產(chǎn)技術(shù)煅燒和保溫需消耗大量的煤，而且要耗用資源并不豐富的高嶺土，所以開發(fā)一種新型偏高嶺石火山灰質(zhì)水泥混合材和混凝土活性摻合料顯得具有重大的社會和經(jīng)濟(jì)意義。我國硫鐵礦資源豐富，但硫鐵礦多以中低品位為主，平均地質(zhì)品位17. 68%，其脈石礦物就是高鈦、鐵的高嶺石粘土礦物。目前高嶺石型中低品位硫鐵礦選礦的尾渣中高嶺石含量近達(dá)90%，但因其含有7%左右的硫，故不能直接利用，也不能經(jīng)煅燒后作成水泥混合材和混凝土活性摻合料使用，這不僅浪費(fèi)了大量寶貴的資源，而且大量尾礦渣的堆存對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民身體健康造成了嚴(yán)重的危害，對周圍水域等環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。如果能將該類含大量高嶺石的中低品位硫鐵礦綜合高效利用直接煅燒，那么燒渣中即含有大量的偏高嶺石，再將其中的鐵去除，這部分偏高嶺石理論上就可以替代硅灰、粉煤灰等作為新型偏高嶺石火山灰質(zhì)水泥混合材和混凝土摻合料，既可解決尾礦渣堆放帶來的環(huán)境污染，又可使資源得到合理的利用，為該類型的中低品位硫鐵礦開發(fā)利用解除后顧之憂，還可解決常規(guī)技術(shù)生產(chǎn)偏高嶺石火山灰質(zhì)水泥混合材和混凝土活性摻和料的資源制約和高能耗問題，具有重大的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)中偏高嶺石生產(chǎn)是以高嶺土高溫煅燒經(jīng)保溫一定時(shí)間形成，并需要消耗大量的煤，而且要耗用資源并不豐富的高嶺土的不足，并且高嶺石型中低品位硫鐵礦選礦的尾渣中因其含有的硫，不能直接利用，形成大量堆存的尾礦渣對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成危害的缺陷，而提供一種用資源極其豐富的難處理的高嶺石型中低品位硫鐵礦，生產(chǎn)偏高嶺石型高活性火山灰質(zhì)水泥混合材與混凝土活性摻合料的制備方法，解決常規(guī)偏高嶺石型高活性火山灰質(zhì)水泥混合材和混凝土活性摻合料生產(chǎn)的資源制約和高能耗及高嶺石型中低品位硫鐵礦綜合利用問題。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
一種水泥活性混合材與混凝土活性摻合料的制備方法，其特征在于，步驟為將含硫 15% 的高嶺石硫鐵礦原礦，不經(jīng)洗選直接進(jìn)行破碎到與沸騰爐參數(shù)相符合的粒度，然后加入到沸騰爐在700 950°C進(jìn)行磁化沸騰煅燒或常規(guī)煅燒，通過抽樣檢測燒渣含硫量來控制沸騰煅燒時(shí)間，使燒渣含硫在1. 5%以下，對常規(guī)煅燒，在燒渣中直接加入按燒渣重量的0. 3% 19%，含碳為60 80%的煤粉，使燒渣中的三氧化二鐵還原成四氧化三鐵或鐵； 然后將燒渣放入密閉冷卻器冷卻降至常溫，其降溫速度為50 150°C /小時(shí)；再將冷卻的燒渣二次破碎達(dá)到磁鐵礦和高嶺石的嵌布粒度，使磁鐵礦與偏高嶺石解離，最后對解離的燒渣通過磁選將高含鐵燒渣部分選出，剩余的燒渣部分為水泥活性混合材與混凝土活性摻合料。得到的水泥活性混合材與混凝土活性摻合料主要成分為活性SiO2和Al2O3、含鐵量小于15%，是新型偏高嶺石型高活性火山灰質(zhì)水泥混合材與混凝土活性摻合料。煅燒產(chǎn)生的含二氧化硫的氣體用于生產(chǎn)硫酸或生產(chǎn)硫磺；磁選得到的高含鐵燒渣可作為鐵礦粉出售。本發(fā)明的有益效果是，采用高嶺石型中低品位硫鐵礦為原料，利用其中的1 氧化反應(yīng)熱將高嶺石煅燒成偏高嶺石，不需再消耗外加能源，且能副產(chǎn)鐵礦粉和硫酸或硫磺， 生產(chǎn)成本低，工藝簡單，可操作性強(qiáng)。本發(fā)明既實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)綜合利用，又保護(hù)了環(huán)境，綜合效益較高，成本優(yōu)勢明顯，符合國家節(jié)能減排、循環(huán)利用的產(chǎn)業(yè)方向，是資源節(jié)約和循環(huán)經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新技術(shù)，產(chǎn)品市場市場容量大，具有重大社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保效益。


圖1為本發(fā)明磁化煅燒工藝流程示意圖； 圖2為本發(fā)明常規(guī)煅燒煤還原工藝流程示意圖。
具體實(shí)施例實(shí)施例1
如圖1，將云南威信縣高田含硫16%的高嶺石型中低品位硫鐵礦原礦，直接破碎到2. 5mm以下，加入沸騰爐在800°C進(jìn)行磁化沸騰煅燒，通過抽樣檢測燒渣含硫量來控制沸騰煅燒時(shí)間，使燒渣含硫在1. 5%以下；煅燒產(chǎn)生的含二氧化硫的氣體用于生產(chǎn)硫酸或生產(chǎn)硫磺。將溫度800°C、含硫在1. 5%以下燒渣放入密閉冷卻器冷卻降至常溫，控制降溫速度 80°C /小時(shí)。再將冷卻燒渣二次破碎到細(xì)度為0. 5-lmm，使磁鐵礦與偏高嶺石解離，最后在磁場強(qiáng)度為0. 6T條件下經(jīng)磁選得到主要成分為活性SiO2和Al2O3、含鐵量8%以下的新型偏高嶺石型高活性火山灰質(zhì)水泥活性混合材，磁選得到的高含鐵燒渣作為鐵礦粉出售。 將該活性混合材磨細(xì)至SOMffl方孔篩篩余量1_3%，取代1 水泥制備水泥凈漿，參照GB/T 1346-2001水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量測定方法測試標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。制備的40 X 40 X 40mm 試件，在溫度為士20°C，濕度為90%以上的養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)。得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量38. 4mL、3天抗壓強(qiáng)度45MPa、7天抗壓強(qiáng)度51. 3MPaJ8天抗壓強(qiáng)度80. 9MPa，滿足水泥活性混合材質(zhì)量指標(biāo)。實(shí)施例2:
如圖2，將四川敘永縣大寨含硫21%的高嶺石型中低品位硫鐵礦原礦，直接破碎到 1. 5mm以下，加入沸騰爐在880°C進(jìn)行常規(guī)沸騰煅燒，通過抽樣檢測燒渣含硫量來控制沸騰煅燒時(shí)間，使燒渣含硫在1%以下；煅燒產(chǎn)生的含二氧化硫的氣體用于生產(chǎn)硫酸或生產(chǎn)硫磺。然后將溫度880°C、含硫在1%以下燒渣送入還原爐，按燒渣重量1. 5%加入含碳65%的煤粉使其中的三氧化二鐵還原成四氧化三鐵，再將還原燒渣放入密閉冷卻器冷卻降至常溫，控制降溫速度100°C /小時(shí)。將冷卻燒渣二次破碎到細(xì)度為0. 5-lmm，使磁鐵礦與偏高嶺石解離，最后在磁場強(qiáng)度為0. 4T條件下磁選得到主要成分為活性SiO2和Al2O3、含鐵量 12%以下的新型偏高嶺石型高活性火山灰質(zhì)水泥活性混合材，磁選得到的高含鐵燒渣作為鐵礦粉出售。將該活性混合材磨細(xì)至SOMffl方孔篩篩余量1_3%，取代6%水泥制備水泥凈漿，參照GB/T 1346-2001水泥凈漿標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量測定方法測試標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。制備的 40X40X40mm試件，在溫度為士20°C，濕度為90%以上的養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)。得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量36. 7mL、3天抗壓強(qiáng)度50MPa、7天抗壓強(qiáng)度56. 8MPa,28天抗壓強(qiáng)度 82. 9MPa,滿足水泥活性混合材質(zhì)量指標(biāo)。實(shí)施例3:
如圖1，將云南鎮(zhèn)雄縣黑樹村含硫16%的高嶺石型中低品位硫鐵礦原礦，直接破碎到 2 mm以下，加入沸騰爐在70(TC進(jìn)行磁化沸騰煅燒，通過抽樣檢測燒渣含硫量來控制沸騰煅燒時(shí)間，使燒渣含硫在1. 2%以下，煅燒產(chǎn)生的含二氧化硫的氣體用于生產(chǎn)硫酸或生產(chǎn)硫磺。將溫度700°C、含硫在1. 2%以下燒渣放入密閉冷卻器冷卻降至常溫，控制降溫速度 500C /小時(shí)。再將冷卻燒渣二次破碎到細(xì)度為0. 5-lmm，使磁鐵礦與偏高嶺石解離，最后在磁場強(qiáng)度為0. 8T條件下磁選得到主要成分為活性SiA和Al2O3、含鐵量5%的新型偏高嶺石型高活性火山灰質(zhì)混凝土活性摻合料，磁選得到的高含鐵燒渣作為鐵礦粉出售。將該混凝土活性摻合料磨細(xì)至SOMffl方孔篩篩余量1_3%，參照GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工業(yè)廢渣活性試驗(yàn)方法》和《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO)法》GB/T17671制備出膠砂試件，養(yǎng)護(hù)觀天，測定對比膠砂和試驗(yàn)?zāi)z砂的抗壓強(qiáng)度。根據(jù)GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工業(yè)廢渣活性試驗(yàn)方法》，活性指數(shù)按式1計(jì)算
H2s= (R/R0) XlOO....................................... (1)
式中//28_活性指數(shù)，單位為百分?jǐn)?shù)(％) R—試驗(yàn)?zāi)z砂28d抗壓強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa) Rtl—對比膠砂28d抗壓強(qiáng)度，單位為兆帕(MPa)
根據(jù)試驗(yàn)所測得的膠砂抗壓強(qiáng)度，計(jì)算得到該水泥活性混合材的活性指數(shù)如表1 表權(quán)利要求
1. 一種水泥活性混合材與混凝土活性摻合料的制備方法，其特征在于，步驟為將含硫15% 24%的高嶺石硫鐵礦原礦，不經(jīng)洗選直接進(jìn)行破碎到與沸騰爐參數(shù)相符合的粒度， 然后加入到沸騰爐在700 950°C進(jìn)行磁化沸騰煅燒或常規(guī)煅燒，通過抽樣檢測燒渣含硫量來控制沸騰煅燒時(shí)間，使燒渣含硫在1. 5%以下，對常規(guī)煅燒，在燒渣中直接加入按燒渣重量的0. 3% 19%，含碳為60 80%的煤粉，使燒渣中的三氧化二鐵還原成四氧化三鐵或鐵；然后將燒渣放入密閉冷卻器冷卻降至常溫，其降溫速度為50 150°C /小時(shí)；再將冷卻的燒渣二次破碎達(dá)到磁鐵礦和高嶺石的嵌布粒度，使磁鐵礦與偏高嶺石解離，最后對解離的燒渣通過磁選將高含鐵燒渣部分選出，剩余的燒渣部分為水泥活性混合材與混凝土活性摻合料。
全文摘要
一種水泥活性混合材與混凝土活性摻合料的制備方法，本發(fā)明步驟為將含硫15%～24%的高嶺石硫鐵礦原礦破碎后進(jìn)行磁化沸騰煅燒或常規(guī)煅燒，爐溫為700～950℃，控制沸騰煅燒時(shí)間使燒渣含硫在1.5%以下，對常規(guī)煅燒，在燒渣中直接加入按燒渣重量的0.3～19%，含碳為60～80%的煤粉，使燒渣中的三氧化二鐵還原成四氧化三鐵或鐵；然后將磁化沸騰煅燒或常規(guī)煅燒的燒渣放入密閉冷卻器冷卻至常溫，降溫速度為50～150℃/小時(shí)；再將冷卻的燒渣二次破碎達(dá)到磁鐵礦和高嶺石的嵌布粒度，最后對解離的燒渣通過磁選將高含鐵燒渣部分選出，剩余的燒渣部分為水泥活性混合材與混凝土活性摻合料。本發(fā)明具有生產(chǎn)成本低、工藝簡單、可操作性強(qiáng)、環(huán)保的顯著優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號C04B7/02GK102320761SQ20111014856
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月3日
發(fā)明者倪天銀, 馮啟明, 高德政 申請人:云南常青樹投資有限公司, 西南科技大學(xué)