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CN118495906A - 一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法 - Google Patents

一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法 Download PDF

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CN118495906A CN202410687582.9A CN202410687582A CN118495906A CN 118495906 A CN118495906 A CN 118495906A CN 202410687582 A CN202410687582 A CN 202410687582A CN 118495906 A CN118495906 A CN 118495906A
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汪浩然
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Anhui Jianzhu University
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Anhui Jianzhu University
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Abstract

本发明涉及混凝土生产领域，具体涉及一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法，包括以下步骤：(1)将水泥、生石灰、河砂和经机械化学耦合处理后的改性铜尾矿粉搅拌均匀，得到铜尾矿干掺料；(2)将石膏和温水拌匀后加入铜尾矿干掺料，得到铜尾矿混合料；(3)向铜尾矿混合料中加入稳泡剂、发气剂、激发剂和气相二氧化硅，搅拌均匀后得到预制料；(4)将预制料倒入模具中，随后进行养护和蒸压反应，制得蒸压加气混凝土。本发明采用球磨‑碱液‑微波处理铜尾矿，脱出其内的结合水，使得硅氧四面体和铝氧三面体形成不稳定的玻璃相结构，有利于后续处理中硅、铝的溶出，提高铜尾矿的活性，改善了蒸汽加压混凝土的质量。

Description

一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法
技术领域
本发明涉及混凝土生产技术领域，具体涉及一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法。
背景技术
火山灰质材料如火山灰烬、凝灰岩、高炉矿渣、粉煤灰等，具有在常温下有水存在时能与氢氧化钙发生化学反应生成水硬性产物的特性，称为火山灰活性，尾矿跟粉煤灰、赤泥等固废相比，虽然一般硅质含量一样较高，但是没有经过活化处理，其中的硅质成分多为晶态而非玻璃态，反应活性较低，晶体物质用作混凝土只能起到填充、润滑和作为骨料的功能，不具有火山灰活性。若能通过各种方法将尾矿进行活化，则能增强其制成的混凝土的强度、耐久性等多种性能。
铜尾矿中二氧化硅多以云母、绿泥石、钙铁榴石等形式存在，这类惰性很强的晶体在水热反应阶的溶解速率很低，导致其蒸压水热反应活性差，致使蒸压加气混凝土出现强度低、易收缩、开裂等问题。而矿物构成决定了单一的机械活化难以激发铜尾矿蒸压水热反应活性，且易出现粉磨过细、表面能过大，不仅能耗高，还会引起复合体系发生团聚、发气料浆稳定性差等问题，导致蒸压加气混凝土孔结构发育不良。
目前，通过机械活化、化学活化、热活化虽然能够提升铜尾矿火山灰活性。但是单一活化难以有效激发其蒸压水热反应活性，影响蒸压加气混凝土的质量。为此，我们提供了一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法。
发明内容
(一)针对现有技术的不足，本发明提供了一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法，采用球磨-碱液反应-微波热处理铜尾矿，提高了铜尾矿的活性，改善了蒸汽加压混凝土的质量。
(二)为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法，包括以下步骤：
(1)将水泥、生石灰、河砂和经机械化学耦合处理后的改性铜尾矿粉搅拌均匀，得到铜尾矿干掺料；
(2)将石膏和温水拌匀后加入铜尾矿干掺料，得到铜尾矿混合料；
(3)向铜尾矿混合料中加入稳泡剂、发气剂、激发剂和气相二氧化硅，搅拌均匀后得到预制料；
(4)将预制料倒入模具中，随后放入蒸汽养护箱内，在温度为45-55℃、湿度为55-65％下养护24h以上，拆模后再放入蒸压釜内，在0.8-1.5MPa下蒸压反应6-10h，制得蒸压加气混凝土。
优选的，以质量百分比计，各原料添加量包括：改性铜尾矿粉35-45％、水泥15-18％、生石灰15-18％、河砂6-10％、石膏1-3％、激发剂0.5-1.5％、稳泡剂0.5-1.5％、发气剂0.05-0.1％，气相二氧化硅12-15％。
优选的，步骤(1)中，改性铜尾矿粉制备方法如下：
S1、采用球磨机对铜尾矿进行球磨，筛分后得到铜尾矿粉；
S2、将铜尾矿粉放入马弗炉中焙烧，得到扩孔型铜尾矿粉；
S3、将扩孔型铜尾矿粉浸入氢氧化钠溶液中，加热反应后进行过滤、烘干，得到预处理铜尾矿粉；
S4、对预处理铜尾矿粉予以微波处理，制得改性铜尾矿粉。
优选的，步骤S1中，铜尾矿粉的比表面积为230-260m2/kg。
优选的，步骤S2中，焙烧温度为350-400℃，焙烧时长为1-2.5h。
优选的，步骤S3中，扩孔型铜尾矿粉与氢氧化钠溶液的固液比为1：(1-5)g/ml；氢氧化钠溶液的质量分数为30％；加热反应温度为120-130℃，加热反应时长为2-6h。
优选的，步骤S4中，微波处理工艺为：微波功率为1000-1200W，微波时长为100-150s。
优选的，步骤(3)中，稳泡剂为六偏磷酸钠，激发剂为硅酸钠，发气剂为铝粉；预制料中的水料比为0.65。
(三)本发明提供了一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法，具备以下有益效果：
本发明采用球磨-碱液反应-微波热处理铜尾矿，先通过增加其比表面积以提高其水化活度，再配合碱-热处理，脱出矿物中含有的结合水，使得硅氧四面体和铝氧三面体难以聚合成长链而是形成不稳定的玻璃相结构，有利于后续处理中硅、铝的溶出，提高铜尾矿的活性，改善了蒸汽加压混凝土的质量。
本发明在碱处理之前对铜尾矿进行焙烧处理，使得微粒发生热运动，脱出铜尾矿外围包裹的部分结合水，同时铜尾矿内的部分黏土类物质发生分解，在铜尾矿表面和内部形成多处细孔，增加了后期氢氧化钠的负载量和反应位点，有利于提高铜尾矿的活性。
本发明采用微波热处理取代传统的高温煅烧，不仅加快了铜尾矿的活化效率，还能改善铜尾矿的活化效果，对提高了蒸汽加压混凝土的质量有积极影响。
附图说明
图1为本发明中铜尾矿的XRD谱图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
一种改性铜尾矿粉的制备方法如下：
S1、采用球磨机对铜尾矿进行球磨，筛分后得到铜尾矿粉；其中，铜尾矿粉的比表面积为230-260m2/kg；
S2、将铜尾矿粉放入马弗炉中，在350℃下焙烧2.5h，得到扩孔型铜尾矿粉；
S3、按固液比1：1g/ml将扩孔型铜尾矿粉浸入25wt％氢氧化钠溶液中，在120℃下加热反应3h，而后进行过滤、烘干，得到预处理铜尾矿粉；
S4、对预处理铜尾矿粉予以微波处理，制得改性铜尾矿粉。其中，微波功率为1000W，微波时长为150s。
实施例2
一种改性铜尾矿粉的制备方法如下：
S1、采用球磨机对铜尾矿进行球磨，筛分后得到铜尾矿粉；其中，铜尾矿粉的比表面积为230-260m2/kg；
S2、将铜尾矿粉放入马弗炉中，在400℃下焙烧1h，得到扩孔型铜尾矿粉；
S3、按固液比1：3g/ml将扩孔型铜尾矿粉浸入35wt％氢氧化钠溶液中，在130℃下加热反应6h，而后进行过滤、烘干，得到预处理铜尾矿粉；
S4、对预处理铜尾矿粉予以微波处理，制得改性铜尾矿粉。其中，微波功率为1200W，微波时长为100s。
实施例3
一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法，包括以下步骤：
(1)将水泥、生石灰、河砂和经机械化学耦合处理后的改性铜尾矿粉搅拌均匀，得到铜尾矿干掺料；
(2)将石膏和45℃的温水拌匀后加入铜尾矿干掺料，得到铜尾矿混合料；
(3)向铜尾矿混合料中加入六偏磷酸钠、铝粉、硅酸钠和气相二氧化硅，搅拌均匀后得到预制料，预制料中的水料比为0.65；
(4)将预制料倒入模具中，随后放入蒸汽养护箱内，在温度为50℃、湿度为60％下养护24h，24h后切去发气后的多余部分并拆模，拆模后再放入蒸压釜内，在1.0MPa下蒸压反应8h，制得蒸压加气混凝土，其相对密度2280，8kg/m3，孔隙率70.98％。
以质量百分比计，准备各原料：改性铜尾矿粉39.92％、水泥17％、生石灰17％、河砂8％、石膏2％、激发剂1％、稳泡剂1％、发气剂0.08％，气相二氧化硅14％。
本实施例中，采用实施例1中的改性铜尾矿粉。
实施例4
一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法，包括以下步骤：
(1)将水泥、生石灰、河砂和经机械化学耦合处理后的改性铜尾矿粉搅拌均匀，得到铜尾矿干掺料；
(2)将石膏和45℃的温水拌匀后加入铜尾矿干掺料，得到铜尾矿混合料；
(3)向铜尾矿混合料中加入六偏磷酸钠、铝粉、硅酸钠和气相二氧化硅，搅拌均匀后得到预制料，预制料中的水料比为0.65；
(4)将预制料倒入模具中，随后放入蒸汽养护箱内，在温度为45℃、湿度为55％下养护24h，24h后切去发气后的多余部分并拆模，拆模后再放入蒸压釜内，在0.8MPa下蒸压反应10h，制得蒸压加气混凝土，相对密度2248.4kg/m3，孔隙率74.4％。
以质量百分比计，准备各原料：改性铜尾矿粉44.9％、水泥15％、生石灰18％、河砂6％、石膏1％、激发剂1.5％、稳泡剂1.5％、发气剂0.1％，气相二氧化硅12％。
本实施例中，采用实施例2中的改性铜尾矿粉。
对比例1
与实施例3基本相同，区别在于，一种改性铜尾矿粉的制备方法如下：
S1、采用球磨机对铜尾矿进行球磨，筛分后得到铜尾矿粉；其中，铜尾矿粉的比表面积为230-260m2/kg；
S2、按固液比1：1g/ml将铜尾矿粉浸入25wt％氢氧化钠溶液中，在120℃下加热反应3h，而后进行过滤、烘干，得到预处理铜尾矿粉；
S3、对预处理铜尾矿粉予以微波处理，制得改性铜尾矿粉。其中，微波功率为1000W，微波时长为150s。
对比例2
与实施例3基本相同，区别在于，一种改性铜尾矿粉的制备方法如下：
S1、采用球磨机对铜尾矿进行球磨，筛分后得到铜尾矿粉；其中，铜尾矿粉的比表面积为230-260m2/kg；
S2、将铜尾矿粉放入马弗炉中，在350℃下焙烧2.5h，得到扩孔型铜尾矿粉；
S3、按固液比1：1g/ml将扩孔型铜尾矿粉浸入25wt％氢氧化钠溶液中，在120℃下加热反应3h，而后进行过滤、烘干，得到预处理铜尾矿粉；
S4、在600℃下煅烧预处理铜尾矿粉3h，制得改性铜尾矿粉。
对比例3
与实施例3基本相同，区别在于，采用未经活化的铜尾矿粉，铜尾矿粉的比表面积为230-260m2/kg。
性能检测
1、对实施例3-4以及对比例1-3中所得到的蒸压加气混凝土进行检测。具体结果如下表所示。
表1抗压强度
从上表可以得出：
(1)实施例3中蒸压加气混凝土抗压强度远高于对比例3，说明对铜尾矿进行改性后，可以提高蒸压加气混凝土的质量；
(2)实施例3中蒸压加气混凝土抗压强度优于对比例1，说明在碱液浸泡之前进行焙烧处理，有助于铜尾矿的活化；
(3)实施例3中蒸压加气混凝土抗压强度略高于对比例2，说明采用微波处理，可提高铜尾矿的活化效果，从而改善蒸压加气混凝土的质量。
本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将水泥、生石灰、河砂和经机械化学耦合处理后的改性铜尾矿粉搅拌均匀，得到铜尾矿干掺料；
(2)将石膏和温水拌匀后加入铜尾矿干掺料，得到铜尾矿混合料；
(3)向铜尾矿混合料中加入稳泡剂、发气剂、激发剂和气相二氧化硅，搅拌均匀后得到预制料；
(4)将预制料倒入模具中，随后放入蒸汽养护箱内，在温度为45-55℃、湿度为55-65％下养护24h以上，拆模后再放入蒸压釜内，在0.8-1.5MPa下蒸压反应6-10h，制得蒸压加气混凝土。
2.如权利要求1所述的一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法，其特征在于，以质量百分比计，各原料添加量包括：改性铜尾矿粉35-45％、水泥15-18％、生石灰15-18％、河砂6-10％、石膏1-3％、激发剂0.5-1.5％、稳泡剂0.5-1.5％、发气剂0.05-0.1％、气相二氧化硅12-15％。
3.如权利要求1所述的一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法，其特征在于，步骤(1)中，改性铜尾矿粉制备方法如下：
S1、采用球磨机对铜尾矿进行球磨，筛分后得到铜尾矿粉；
S2、将铜尾矿粉放入马弗炉中焙烧，得到扩孔型铜尾矿粉；
S3、将扩孔型铜尾矿粉浸入氢氧化钠溶液中，加热反应后进行过滤、烘干，得到预处理铜尾矿粉；
S4、对预处理铜尾矿粉予以微波处理，制得改性铜尾矿粉。
4.如权利要求3所述的一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法，其特征在于，步骤S1中，铜尾矿粉的比表面积为230-260m2/kg。
5.如权利要求3所述的一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法，其特征在于，步骤S2中，焙烧温度为350-400℃，焙烧时长为1-2.5h。
6.如权利要求3所述的一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法，其特征在于，步骤S3中，扩孔型铜尾矿粉与氢氧化钠溶液的固液比为1：(1-5)g/ml；氢氧化钠溶液的质量分数为25-35％；加热反应温度为120-130℃，加热反应时长为2-6h。
7.如权利要求3所述的一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法，其特征在于，步骤S4中，微波处理工艺为：微波功率为1000-1200W，微波时长为100-150s。
8.如权利要求1所述的一种机械化学耦合处理铜尾矿制备蒸压加气混凝土的方法，其特征在于，步骤(3)中，稳泡剂为六偏磷酸钠，激发剂为硅酸钠，发气剂为铝粉；预制料中的水料比为0.65。
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