一种钒钛尾矿基无熟料胶凝材料及其制备方法与流程

本发明涉及尾矿处理，尤其涉及一种钒钛尾矿基无熟料胶凝材料及其制备方法。

背景技术：

1、攀枝花是我国钒钛磁铁矿的主要产地，拥有丰富的矿物资源，其中钒钛磁铁矿的储量超过70亿吨，钛资源储量8.7亿吨，占全国的90.5%。在资源开采的过程中会产生大量固废材料，而钒钛尾矿则是重要的废弃物之一。提钛渣是矿山开采后，含钛高炉渣经过高温碳化-低温氯化后产生的一种钛含量高、含氯的无机材料。目前并没有经济环保的措施对该种材料进行回收。这就导致钒钛尾矿和提钛渣只能大规模堆积存放，但是该种存放方式不仅会对环境造成污染，还存在着大面积土地占用以及成本增加的问题。

2、目前胶凝材料的制备主要依靠水泥，而水泥的大量使用会产生以下两个较为明显的问题：（1）生产水泥时不可避免地造成co2排放，2020年我国水泥行业co2的排放量达13.79亿吨，2022年较2020年co2的排放量下降13.77%，所以在国家战略的指导下，水泥的使用量也要逐步降低，这样才能实现水泥产量下降，进而减少co2的排放量；（2）水泥生产、使用成本高，大量使用水泥制备胶凝材料会增加工程成本，如在矿山填充中使用水泥制备胶凝材料用于矿山空区的填充，水泥成本占充填成本的50%。水泥基胶凝材料是目前所面临的重大问题之一，因此，固废材料的再利用以及水泥基胶凝材料使用量的减少已成为当今亟需解决的问题。

技术实现思路

1、针对上述问题，该发明提供一种钒钛尾矿基无熟料胶凝材料及其制备方法，解决了水泥的大量使用问题，在不使用或减少水泥使用的同时将矿山开采产生的钒钛尾矿、提钛渣合理利用，减少了钒钛尾矿废弃物大面积堆放对环境的破坏，并且使用尾矿废弃物也降低了工程成本。

2、本发明的一种钒钛尾矿基无熟料胶凝材料及其制备方法，以及使用该胶凝材料制备的砂浆及其制备方法，通过以下方案实现：

3、一种钒钛尾矿基无熟料胶凝材料，包括以下重量分数的原料：钒钛尾矿粉200～250份，提钛渣120～160份，硫质校正材料30～60份，钙质校正材料50～60份和硅质校正材料1～3份。

4、优选地，所述钒钛尾矿粉的主要化学成分为fe2o3、cao、sio2、al2o3、tio2、v2o5和mgo，所述钒钛尾矿粉的比表面积为600～730m2/kg。

5、优选地，所述提钛渣的化学成分主要为cao、sio2、al2o3、tio2、mgo和mno，所述提钛渣的比表面积为600～650m2/kg。

6、优选地，所述硫质校正材料为石膏，所述硫质校正材料的主要化学成分为cao、so3、fe2o3、tio2和sio2。

7、优选地，所述钙质校正材料的主要化学成分为cao和mgo。

8、优选地，所述硅质校正材料为纳米二氧化硅。

9、一种钒钛尾矿基无熟料胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：

10、（1）将钒钛尾矿粉置入粉磨机中研磨2～12min，所述钒钛尾矿粉的比表面积为600～730m2/kg；将提钛渣置入粉磨机中研磨25～40min，所述提钛渣的比表面积为600～650m2/kg；

11、（2）将研磨后的钒钛尾矿、提钛渣、硫质校正材料、钙质校正材料、硅质校正材料混合后制得一种钒钛尾矿基无熟料胶凝材料。

12、一种使用上述胶凝材料制备的砂浆，包括以下步骤：

13、（1）将上述胶凝材料与机制砂混合均匀后倒入搅拌机中，加入水后搅拌制得砂浆，胶凝材料与机制砂的质量比为1：（3～4），所述水的重量份数为200～230份。

14、（2）将上述砂浆填充至模具中，48h后脱模成型，在标准养护条件下进行养护

15、本发明所用的钒钛尾矿粉，经矿物物相分析可知，其中主要矿物成分为高岭石、长石、方解石、板钛矿和菱镁矿，并且在粉磨时发现，当尾矿粉的比表面积增大时，高岭石、钠长石的含量变化较为显著，说明机械活化作用对这两种矿物的影响显著，而其他成分含量变化并不明显，是该尾矿粉中的惰性成分，并且尾矿粉中石英含量少，所以其中的sio2主要以长石和高岭石矿物形式存在，这也有利于通过机械力方式对其进行活化。

16、在研磨过程中发现，钒钛尾矿粉的比表面积出现两个峰值，分别为653.4m2/kg和729m2/kg，并且继续研磨对尾矿粉的比表面积增大效果不明显，所以本发明中使用的钒钛尾矿粉的比表面积为600m2/kg和730m2/kg，该比表面积下钒钛尾矿粉的7d活性指数分别为45.17%和54.42%。

17、对于提钛渣的研究表明，提钛渣中含大量玻璃体，所以适当研磨之后可以激发其活性。对提钛渣研磨的过程中发现，提钛渣的比表面积出现峰值为635m2/kg。随着研磨时间的增长，提钛渣的比表面积反而下降，出现了逆粉碎现象，这说明粉料出现团聚现象，继续研磨比表面积也难以提高。所以本发明中所使用提钛渣的比表面积630m2/kg，该比表面积下提钛渣的7d活性指数为121.5%。

18、钒钛尾矿属富铝材料，早期活性高，可以保障制备的胶凝材料早期强度满足要求，但由于尾矿粉中硅相不足，导致胶凝体系生成的水化硅酸钙凝胶物质不足，进而导致体系不稳定。所以添加硅质校正材料——纳米二氧化硅，补充体系中缺少的硅相，改善晶胶比，使得胶凝体系更为稳定。添加硫质校正材料是为了补充体系中缺少的硫相，由于钒钛尾矿自身是富铝材料，所以补充硫质校正材料后，液相中的硫相、铝相、钙相等达到钙矾石生成的条件，使得胶凝体系在早期可以生成钙矾石，提供早期强度。

19、虽然钒钛尾矿可以保证早期强度，但是后期强度不足，所以本发明利用提钛渣对钒钛尾矿基胶凝材料进一步改性。提钛渣在碱性环境中可以激发活性，作为胶凝体系的后期活性剂，在水化后期补充硅、铝成分，生成水化硅（铝）酸钙凝胶，填充胶凝体系的孔隙、减小孔隙率，从而提高胶凝材料的后期强度。

20、有益效果

21、本发明利用矿山开采所产生的钒钛尾矿粉制备胶凝材料，利用矿山开采而产生的提钛渣作为改性剂并掺入硫质、钙质、硅质校正材料使得胶凝体系更为稳定，并且满足32.5水泥的强度需要。本发明使用矿山开采产生的固废材料钒钛尾矿粉、提钛渣等，满足工程需要的同时实现固废材料的再利用，将废弃物再次利用达到“变废为宝”的目的。同时本发明中使用的材料并无水泥，使用钒钛尾矿粉和提钛渣完全替代水泥，减少水泥的使用量，降低工程成本，实现绿色环保，资源再利用。

技术特征：

1.一种钒钛尾矿基无熟料胶凝材料，其特征在于，包括以下重量分数的原料：钒钛尾矿粉200～250份，提钛渣120～160份，硫质校正材料30～60份，钙质校正材料50～60份和硅质校正材料1～3份。

2.根据权利要求1所述的钒钛尾矿基无熟料胶凝材料，其特征在于，所述钒钛尾矿粉的主要化学成分为fe2o3、cao、sio2、al2o3、tio2、v2o5和mgo，所述钒钛尾矿粉的比表面积为600～730m2/kg。

3.根据权利要求1所述的钒钛尾矿基无熟料胶凝材料，其特征在于，所述提钛渣的化学成分主要为cao、sio2、al2o3、tio2、mgo和mno，所述提钛渣的比表面积为600～650m2/kg。

4.根据权利要求1所述的钒钛尾矿基无熟料胶凝材料，其特征在于，所述硫质校正材料为石膏，所述硫质校正材料的主要化学成分为cao、so3、fe2o3、tio2和sio2。

5.根据权利要求1所述的钒钛尾矿基无熟料胶凝材料，其特征在于，所述钙质校正材料的主要化学成分为cao和mgo。

6.根据权利要求1所述的钒钛尾矿基无熟料胶凝材料，其特征在于，所述硅质校正材料为纳米二氧化硅。

7.一种如权利要求1～6任一项所述的钒钛尾矿基无熟料胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.一种使用权利1~7所述的胶凝材料制备的砂浆，其特征在于，包括以下步骤：

9.（2）将上述砂浆填充至模具中，48h后脱模成型，在标准养护条件下进行养护。

技术总结本发明涉及尾矿处理技术领域，尤其涉及一种钒钛尾矿基无熟料胶凝材料及其制备方法。一种钒钛尾矿基无熟料胶凝材料，包括以下重量分数的原料：钒钛尾矿粉200～250份，提钛渣120～160份，硫质校正材料30～60份，钙质校正材料50～60份和硅质校正材料1～3份。本发明利用矿山开采所产生的钒钛尾矿粉为原料，利用提钛渣作为改性剂并掺入硫质、钙质、硅质校正材料使得胶凝体系更为稳定，并且满足强度需要。本发明固废材料钒钛尾矿粉、提钛渣等，满足工程需要的同时实现固废材料的再利用。同时本发明使用钒钛尾矿粉和提钛渣完全替代水泥，减少水泥的使用量，降低工程成本，降低碳排放量，实现绿色环保，资源再利用。技术研发人员：李屹,刘娟红,任艳丽,李华,陈涛,邹敏受保护的技术使用者：攀钢集团矿业有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/2