一种高硅铝质铜尾矿胶凝活性的加速激发方法技术

一种高硅铝质铜尾矿胶凝活性的加速激发方法，所述方法利用耦合碱激发法破坏铜尾矿中聚合度高的Si

【技术实现步骤摘要】
一种高硅铝质铜尾矿胶凝活性的加速激发方法
[0001]

[0002]本专利技术涉及一种高硅铝质铜尾矿胶凝活性的加速激发方法，属铜尾矿资源化利用


技术介绍

[0003]铜尾矿是铜矿石开采经粉碎、精选后残留的细粉砂粒，属于大宗固体废弃物范畴。据统计，我国铜尾矿的累积排放量约30亿t，综合利用率不到10%，远远低于其他大宗固体废弃物，尾矿中的有价金属组分和大量非金属组分得不到再选回收或有效利用，造成了极大的资源浪费。此外，大部分新产生的尾矿砂堆积在尾矿库，占用了大量土地资源，而且通过各种途径污染大气、水体和土壤，给矿区生态环境造成巨大威胁。分布于江西赣北地区的铜尾矿SiO2、Al2O3含量一般高于普通硅酸盐水泥，属于高硅铝质铜尾矿，且经选矿作业处理得到的铜尾矿主要粒径范围为10
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75μm，重金属含量低于尾矿建材化利用的重金属离子限值（危险废物鉴别标准
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浸出毒性鉴别GB5085.3规定的危害成分浓度限值）要求，铜尾矿建材资源化利用的潜力巨大。但是，选矿厂外排的铜尾矿中活性Si、Al含量较少，不利于生成硅铝聚合凝胶相，Si氧化物一般为惰性晶体或低碱活性原料（主要以石英矿物形式存在），聚合度较高，较难作为活性掺合料使用，铜尾矿胶凝活性偏低制约了尾矿的大规模应用。
[0004]针对铜尾矿胶凝活性偏低的问题，CN113173746A公开了一种基于铜尾矿的地聚合物凝胶材料及其制备方法，采用碱激发剂和复合矿物制备铜尾矿基地聚物凝胶材料，该方法能获得较好的力学性能并有效固定重金属含量。CN112341026A公开了一种铜尾渣改性剂及其制备方法，该方法在碱激发的基础上，添加羧甲基纤维素钠和羟丙基甲基纤维素改善铜尾渣的憎水性和粘聚力，该方法能改善掺杂铜尾渣混合物的压实性及结构稳定性。CN109304256A公开了一种炼铜尾渣的综合利用方法，将含铁炼铜尾渣再选尾矿粉料和添加剂混合，经破碎、粉磨机械活化，得到固体活化炼铜尾渣改性材料，作为水泥掺和料使用。
[0005]上述专利技术分别采用碱激发法和机械活化法提高铜尾矿的胶凝活性。本专利技术在现有研究基础上做了一些改进，将要提供一种高硅铝质铜尾矿胶凝活性的加速激发方法，具有重要的社会、经济和环境效益。
[0006]
技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是，解决铜尾矿胶凝活性偏低的问题，充分激活铜尾矿中的弱惰性硅铝组分，使其参与水化反应生成凝胶物质，实现铜尾矿的高效（高掺量、高活性）综合附加值利用，提出一种高硅铝质铜尾矿胶凝活性的加速激发方法。
[0008]实现本专利技术的技术方案如下，一种高硅铝质铜尾矿胶凝活性的加速激发方法，所述方法为了加速激发铜尾矿的潜在活性，利用耦合碱激发法破坏铜尾矿中聚合度高的Si
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O
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Si、Si
‑
O
‑
Al空间网络结构，活化铜尾矿生成具有增强效应的水化产物；在碱激发的基础上添加聚合度低的偏高岭土作为铝校正料，偏高岭土先期生成水化产物对铜尾矿的水化起到诱导作用，进而加速激活铜尾矿中铝硅质氧化物参与反应生成凝胶物质，辅助添加矿渣粉作为钙补强料促凝增强。
[0009]所述方法具体步骤如下：（1）将铜尾矿进行烘干处理，采用球磨机粉磨，筛选出100
µ
m以下的铜尾矿粉；（2）按质量份数计，称取步骤（1）的铜尾矿粉和添加料，搅拌均匀制成凝胶灰体材料；（3）将NaOH溶于称量好的水中，充分搅拌至固体颗粒完全溶解；（4）按质量份数计，称取步骤（3）的NaOH溶液、水玻璃、减水剂和水，倒入耐碱性塑料容器，搅拌均匀制成激发溶液；（5）将步骤（2）的凝胶灰体材料与步骤（4）的溶液按顺序倒入搅拌锅内，选取手动搅拌模式，慢搅120s，间隔15s，快搅120s；直到搅拌锅的原材料充分融合，即得到所述铜尾矿胶凝材料。
[0010]所述添加料为铝校正料和钙补强料；所述凝胶灰体材料质量份数组成为：铜尾矿粉占灰体55
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75wt%；铝校正料占灰体10
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30wt%；钙补强料占灰体5
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20wt%。
[0011]所述激发剂由NaOH和水玻璃复配而成；NaOH和水玻璃的质量比为1:0.5
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2；所述激发剂中水玻璃为流态状，模数为3.0
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3.5；所述激发剂中NaOH为固态状；所述激发剂含量是胶凝灰体的10
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40wt%。
[0012]由于所述激发剂为NaOH和水玻璃复配而成，高碱性环境破坏铜尾矿中Si
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O键和Al
‑
O键，使得铜尾矿中活性Si、Al组分充分溶出。NaOH首先在溶液中解离生成OH
‑
离子，激活溶液中的活性成分发生火山灰反应，有效提高早期胶凝材料的生成速率。另一方面，水玻璃的活性成分溢出速率偏低，在NaOH的催化作用下，改变了水玻璃的模量，从而提高了水玻璃中活性成分溢出速率，进而保障了后期胶凝材料的生成速率。随着水化反应的持续进行，NaOH析出的OH
‑
离子逐渐减少，水玻璃经催化后继续为水化反应提供活性基团，使得碱激发体系的水化反应稳定进行。
[0013]所述胶凝灰体和水的质量比为100:25
‑
35；所述胶凝灰体和减水剂的质量比为100:1
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3。
[0014]所述铜尾矿粉的比表面积为300m2/kg。
[0015]因为高硅铝质铜尾矿的活性较低，机械粉磨可以改善颗粒形貌，使得颗粒表面粗糙并产生晶格缺陷，提高颗粒形貌效应。晶格畸变使得原子间距与晶格常数发生变化，铜尾矿中的Si
‑
O化学键发生断裂和重组，惰性的SiO2红外光谱出现扩宽或分裂尖锐现象进而形成无序的矿物结构。此外，粉磨增加了铜尾矿的比表面积，使铜尾矿颗粒接触面积增大，反应活性提高，更容易被激发发生聚合反应。
[0016]所述铝校正料为偏高岭土，所述偏高岭土的颗粒粒径小于50
µ
m。
[0017]因为高岭土为原料在650℃
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800℃高温煅烧，脱水后形成的无水硅酸铝，含有大量无定形的Al2O3和SiO2，在碱性环境下发生溶解
‑
重构
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缩聚反应生成聚合材料。偏高岭土中SiO2和Al2O3的低聚合Al
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O、Si
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O共价键发生断裂，溶出的[SiO4]4‑
、[AlO4]5‑
在碱环境下发生水化反应，先期生成的水化产物对铜尾矿的水化起到诱导作用，进而加速激活铜尾矿中铝
硅质氧化物参与反应生成凝胶物质。此外，可溶性的Si和Al离子溶出，通过调控溶液中的Si/Al比来改善固结性能。所述的偏高岭土作为辅助原料使用，通过调节水化反应体系的Si/Al比，以利于生成高聚合度的铝硅酸盐骨架结构，相应地，微观结构更加致密且强度更高。
[0018]所述钙补强料为矿渣粉，所述矿渣粉等级为S7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高硅铝质铜尾矿胶凝活性的加速激发方法，其特征在于，所述方法为了加速激发铜尾矿的潜在活性，利用耦合碱激发法破坏铜尾矿中聚合度高的Si
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O
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Si、Si
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O
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Al空间网络结构，活化铜尾矿生成具有增强效应的水化产物；在碱激发的基础上添加聚合度低的偏高岭土作为铝校正料，偏高岭土先期生成水化产物对铜尾矿的水化起到诱导作用，进而加速激活铜尾矿中铝硅质氧化物参与反应生成凝胶物质，辅助添加矿渣粉作为钙补强料促凝增强；具体步骤如下：（1）将铜尾矿进行烘干处理，采用球磨机粉磨，筛选出100
µ
m以下的铜尾矿粉；（2）按质量份数计，称取步骤（1）的铜尾矿粉和添加料，搅拌均匀制成凝胶灰体材料；（3）将NaOH溶于称量好的水中，充分搅拌至固体颗粒完全溶解；（4）按质量份数计，称取步骤（3）的NaOH溶液、水玻璃、减水剂和水，倒入耐碱性塑料容器，搅拌均匀制成激发溶液；（5）将步骤（2）的凝胶灰体材料与步骤（4）的溶液按顺序倒入搅拌锅内，选取手动搅拌模式，慢搅120s，间隔15s，快搅120s；直到搅拌锅的原材料充分融合，即得到所述铜尾矿胶凝材料。2.根据权利要求1所述的一种高硅铝质铜尾矿胶凝活性的加速激发方法，其特征在于，所述添加料为铝校正料和钙补强料；所述凝胶灰体材料质量份数组成为：铜尾矿粉占灰体55
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75w...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志平，高梦实，雷祖祥，童立红，赵秀绍，董晶亮，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：