一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料及其制备方法与流程

本发明涉及建筑材料，特别涉及一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料及其制备方法。

背景技术：

1、目前水泥生产能耗高，且生产一吨水泥约产生一吨二氧化碳温室气体，为改变这种现状各种冶金渣(矿渣、钢渣)、粉煤灰、石灰石粉、稻壳灰、废玻璃粉等等纷纷用作混合材被应用到水泥生产中，或者作为矿物掺合料应用到混凝土生产中，来降低水泥生成的能耗、改善环境，同时改善水泥混凝土耐久性能。

2、复合矿物掺合料是指将两种或两种以上的以硅、铝、钙等一种或多种氧化物为主要成分，具有规定细度，按一定比例混合均匀的能改变混凝土性能的粉体材料，现有的掺合料主要起到降低水泥混凝土生产成本的作用，而这些矿物掺合料在使用中容易导致水泥早期或者后期强度降低等现象。

3、铁矿尾泥是选矿后的废弃物，同时也是常见工业固体废弃物主要组成部分，尾矿、污泥、采矿废石等被《海南省大宗工业固体废物综合利用发展规划(2022-2025年)》明确列为重点综合利用领域。鉴于此，尾泥等固体废弃物的无害化处理与高效资源化利用已成为当前科研与实践的焦点，旨在推动海南省乃至更广泛区域内固体废物管理向绿色、循环、低碳方向迈进。

4、因此，利用铁矿尾泥研发一种复合矿物掺合料，既可以降低成本，改善水泥性能，又能综合利用工业固体废弃物铁矿尾泥，实现资源循环利用，固体废弃物治理实现绿色、低碳目标，具有现实意义。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提出一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料及其制备方法。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料，按照重量份数，包括以下原料：活化铁矿尾泥30-40份，层状超细粉体5-10份，甲基丙烯酸-纤维素共聚物5-10份，石灰石粉5-7份，复合助磨剂1-3份，复合激发剂1-3份。

4、进一步的，所述层状超细粉体的粒径为1-10μm。

5、进一步的，所述层状超细粉体是由质量比3-5:1-3:1-3的蒙脱土、水滑石和叶腊石的混合物与钛酸酯偶联剂共球磨得到；

6、所述蒙脱土、水滑石和叶腊石的混合物与钛酸酯偶联剂的质量比为1:0.1-0.3。

7、进一步的，所述活化铁矿尾泥的制备步骤包括：将铁矿尾泥烘干至含水率为1.0％以下，粉碎研磨，进行分段煅烧，将产物加入活化溶液中，超声波处理，洗涤干燥，得到活化铁矿尾泥。

8、进一步的，所述铁矿尾泥中的al2o3和sio2总含量大于63％，so3含量大于1.8％；所述研磨的粒径为15-25μm；所述分段煅烧是首先以升温速率为2℃/min将温度升至400-600℃进行煅烧40-60min，接着以升温速率为1℃/min将温度升至800-1000℃进行煅烧30-60min；所述活化溶液是由质量比为0.2-0.4:1的聚乙烯醇和乙酸组成；所述超声波处理是在100-300rpm、40-60℃条件下超声1-2h。

9、进一步的，所述甲基丙烯酸-纤维素共聚物的制备步骤包括：将纤维素加入水中微波加热搅拌，依次加入硫酸铵和甲基丙烯酸进行反应5-7h，滴加浓度为0.3-0.4mol/l的氢氧化钠，ph调至中性，得到甲基丙烯酸-纤维素共聚物。

10、进一步的，所述纤维素和水的固液比为1:10-20g/ml；所述微波加热搅拌是在400-500w、60-80℃加热30-60min；所述硫酸铵与甲基丙烯酸和纤维素的摩尔比为0.08-0.1:1-2:3-5。

11、进一步的，所述复合助磨剂为质量比1:3-5:1-3的聚乙烯醇、三乙醇胺和硫酸钙。

12、进一步的，所述复合激发剂为质量比1:1-3的纳米碳酸钙和聚羧酸盐类超塑化剂粉末。

13、一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料的制备方法，具体步骤包括：

14、(1)将活化铁矿尾泥粉碎研磨至粒径为20-30μm，加入层状超细粉体和配方量30％-40％的复合助磨剂，继续研磨至比表面积400-600m2/kg；

15、(2)在步骤(1)中继续加入甲基丙烯酸-纤维素共聚物和石灰石粉，加入余量复合助磨剂，研磨至比表面积700-900m2/kg；

16、(3)将步骤(2)和复合激发剂混合均匀，研磨至比表面积为1000-1100m2/kg，粒径1-5μm，得到目标复合矿物掺合料。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

18、1、本发明的复合矿物掺合料可最大限度提高其在水泥中的掺量，减少水泥熟料用量，降低水泥生产成本，复合水泥拥有更优异的力学性能、体积稳定性和耐久性。本发明复合矿物掺合料颗粒较细1-5μm，拥有更高的比表面积1000-1100m2/kg，有效填充于未水化水泥和水化产物间的微小空隙里，从而提高水泥的密实度，起到提高强度的作用。复合矿物掺合料在水泥水化的过程中起到类似“晶核效应”的作用，提高水化产物形成的数量，同时使得水化产物在整个界面过渡区内分布趋于均匀，生成稳定性更好的水化产物，提高抗渗性能。

19、2、本发明的铁矿尾泥主要矿物为石英、赤铁矿、高岭土、铁钙闪石等，其高fe2o3含量不仅可以与水泥熟料中的钙离子反应形成c4af等具有较好稳定性的钙铁矿相，能够增强水泥产物在恶劣环境中的长期性能和耐久性。其次，铁矿尾泥中的铁氧化物在高温下作为助熔剂，能够促进矿物相的形成，在较低温度下就能实现向掺合料的转化，显著减少能源消耗，降低生产成本。此外，铁矿尾泥中富含的石英、钾长石和硅酸盐类矿物由于其高脆性特质，使铁矿尾泥具有更卓越的磨矿性能。铁矿尾泥的al2o3和sio2总含量大于63％，so3含量大于1.8％，满足gb/t 2847-2022(用于水泥中的火山灰质混合材料)要求，经过对铁矿尾泥活化，增加了活性sio2和al2o3等活性氧化物的溶出，表面自由能增加，反应活性提高，加速了复合矿物掺合料与氢氧化钙的二次水化反应进程，不但提高水泥早期和后期强度，而且提高了水泥体积稳定性和耐久性。

20、3、本发明的甲基丙烯酸-纤维素共聚物中的甲基丙烯酸侧链的羧基基团和水泥相互作用，纤维素提供空间位阻效应，所含的亲水羟基，可以在水泥颗粒附近形成具有分散作用的水膜。本发明特定组成的复合助磨剂能够改善流动性和粘结性，提高生产效率，缩短粉磨时间，使产品细度下降。本发明特定组成的复合激发剂能够加快水化速度，提高水泥早期和后期强度整体性能。

技术特征：

1.一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料，其特征在于，按照重量份数，包括以下原料：活化铁矿尾泥30-40份，层状超细粉体5-10份，甲基丙烯酸-纤维素共聚物5-10份，石灰石粉5-7份，复合助磨剂1-3份，复合激发剂1-3份。

2.如权利要求1所述的一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料，其特征在于，所述层状超细粉体的粒径为1-10μm。

3.如权利要求1所述的一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料，其特征在于，所述层状超细粉体是由质量比3-5:1-3:1-3的蒙脱土、水滑石和叶腊石的混合物与钛酸酯偶联剂共球磨得到；

4.如权利要求1所述的一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料，其特征在于，所述活化铁矿尾泥的制备步骤包括：将铁矿尾泥烘干至含水率为1.0％以下，粉碎研磨，进行分段煅烧，将产物加入活化溶液中，超声波处理，洗涤干燥，得到活化铁矿尾泥。

5.如权利要求4所述的一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料，其特征在于，所述铁矿尾泥中的al2o3和sio2总含量大于63％，so3含量大于1.8％；所述研磨的粒径为15-25μm；所述分段煅烧是首先以升温速率为2℃/min将温度升至400-600℃进行煅烧40-60min，接着以升温速率为1℃/min将温度升至800-1000℃进行煅烧30-60min；所述活化溶液是由质量比为0.2-0.4:1的聚乙烯醇和乙酸组成；所述超声波处理是在100-300rpm、40-60℃条件下超声1-2h。

6.如权利要求1所述的一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料，其特征在于，所述甲基丙烯酸-纤维素共聚物的制备步骤包括：将纤维素加入水中微波加热搅拌，依次加入硫酸铵和甲基丙烯酸进行反应5-7h，滴加浓度为0.3-0.4mol/l的氢氧化钠，ph调至中性，得到甲基丙烯酸-纤维素共聚物。

7.如权利要求6所述的一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料，其特征在于，所述纤维素和水的固液比为1:10-20g/ml；所述微波加热搅拌是在400-500w、60-80℃加热30-60min；所述硫酸铵与甲基丙烯酸和纤维素的摩尔比为0.08-0.1:1-2:3-5。

8.如权利要求1所述的一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料，其特征在于，所述复合助磨剂为质量比1:3-5:1-3的聚乙烯醇、7、三乙醇胺和硫酸钙。

9.如权利要求1所述的一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料，其特征在于，所述复合激发剂为质量比1:1-3的纳米碳酸钙和聚羧酸盐类超塑化剂粉末。

10.如权利要求1所述的一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：

技术总结本发明提供一种基于铁矿尾泥的复合矿物掺合料及其制备方法，该复合矿物掺合料按照重量份数，包括以下原料：活化铁矿尾泥30‑40份，层状超细粉体5‑10份，甲基丙烯酸‑纤维素共聚物5‑10份，石灰石粉5‑7份，复合助磨剂1‑3份，复合激发剂1‑3份。本发明的复合矿物掺合料可最大限度提高其在水泥中的掺量，减少水泥熟料用量，降低水泥生产成本，复合水泥拥有更优异的力学性能、体积稳定性和耐久性，复合矿物掺合料在水泥水化的过程中起到类似“晶核效应”的作用，提高水化产物形成的数量，同时使得水化产物在整个界面过渡区内分布趋于均匀，生成稳定性更好的水化产物，提高抗渗性能。技术研发人员：曾宏,黎文富,张荫浩,钟周云,黄修哲,刘野,蒋鸿儒,米世俊受保护的技术使用者：海南绿峰资源开发有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6