CN114292041A - 一种基于磷尾矿的胶凝材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固废再利用技术领域，且公开了一种基于磷尾矿的胶凝材料的制备方法，包括以下步骤；S1、烘干：使用105℃温度对磷尾矿进行烘干，烘干时间为2‑3小时；S2、破碎：磷尾矿烘干结束后，然后将烘干后的磷尾矿过200目筛或破碎至0.074mm以下，得到细粉料；S3、煅烧：破碎完成后，将得到的细粉料置于高温煅烧窑中进行烧制。该种基于磷尾矿的胶凝材料的制备方法，根据磷尾矿的化学成分，综合钙质水泥和镁质水泥的特征，发明的一种复合镁钙水泥，利用了废弃物的有益成分，投入小量的成本，实现了行业革新的效果。产品具有成本低、性能优良、能耗低、生产便捷等优点，且可广泛应用于工程建设领域。
Description
技术领域
本发明涉及固废再利用技术领域，具体为一种基于磷尾矿的胶凝材料的制备方法。
背景技术
胶凝材料是指在物理、化学作用下，自身能从浆体变成坚硬的固体，并具有胶结性能，通过胶结性能将其他散粒状或块状材料粘结成整体的材料。其中最具代表性的无机胶凝材料当属于水泥，随着社会经济的发展，国家基础建设对胶凝材料的需求越来越大，2013年我国消耗的水泥量约占全球总量的60％，开采了大量的石山，破坏了当地的植被和生态，对环境和绿化带来了一定影响。
磷尾矿是因为磷矿原矿开采出来的品位一般达不到生产湿法磷酸的要求，所以需要对矿石进行选矿，选矿后磷矿分为两部分，一部分是磷精矿，用于生产磷酸、磷铵等产品，另一部分就是磷矿尾矿，尾矿由于品位太低，一般都堆置在磷尾矿库里面。所以磷尾矿作为固体废弃物的一种，甚至还具有少量的污染性；采用堆存的方式处理，还占用了大量土地，堆存过高还存在一定的安全稳定问题。因此考虑废物利用，也有利于相关行业的健康发展；磷尾矿综合利用目前主要有以下几个渠道：作为建筑材料，比如制砖。
磷尾矿作为建材材料，由于磷尾矿颗粒过细，比表面积过大，需要消耗大量的固化材料，最终生产的建材强度也较小。同时，建材所具有的附加值不高，销售半径较小。最后，磷尾矿本身还有氟化物以及微量辐射性物质，对人体有害。
其次，磷尾矿中有用资源再提取，实际上受到工艺技术的限制，在目前无机化学基础科学的发展已经相当完善，想在此基础上将工艺提纯技术有大的提升也很难，何况对于品位极地的磷尾矿，其提取成本，与最终受益难以成正比。
本发明的目的即为推动资源综合利用，加强治理，促进固废高效、高质、高值、规模化利用，助力生态文明建设。坚持变废为宝，旨在将磷尾矿堆体消耗殆尽，还堆场以初始的面貌。同时，降低同类产品生产带来的生态环境的破坏。
本发明针对现有技术中的上述不足，采用深层次开发，制备胶凝材料的方式消耗磷尾矿，提升产品的附加值，提高产品的可服务半径；同时又有较广阔的应用面和应用场景；另外，在同类产品中又具有成本低、性能优良、能耗低、生产便捷等优点，促进固体废弃物的综合利用。
发明内容
(一)解决的技术问题
本发明提供了一种基于磷尾矿的胶凝材料的制备方法，具备降低了环境和安全风险、实现了行业革新等优点，解决了背景技术提出的问题。
(二)技术方案
本发明提供如下技术方案：一种基于磷尾矿的胶凝材料的制备方法，包括以下步骤；
S1、烘干：使用105℃温度对磷尾矿进行烘干，烘干时间为2-3小时；
S2、破碎：磷尾矿烘干结束后，然后将烘干后的磷尾矿过200目筛或破碎至0.074mm以下，得到细粉料；
S3、煅烧：破碎完成后，将得到的细粉料置于高温煅烧窑中进行烧制，得到灰白色粉末；
S4、拌和：然后将煅烧完成后的磷尾矿粉末和其他辅料按比例进行充分搅拌，使其混合均匀，得到混合粉料，即制成该基于磷尾矿的胶凝材料。
优选的，所述S4中，胶凝材料由烧成粉末的磷尾矿、氯化镁、硫酸镁、氧化镁、缓凝剂组成。
优选的，所述S3中，磷尾矿煅烧温度为700±50℃，焙烧时间不少于5 小时，烧制完成后采用XRD对磷尾矿进行化学成分检验，确定氧化镁、氧化钙、二氧化硅成分占比；
所述烧制后的产品内氧化镁含量不低于15％，氧化钙含量不低于20％，二氧化硅含量不低于18％；
所述烧制后的磷尾矿在整体中的干质量占比为28～60％。
优选的，所述氯化镁为氯化镁粉末，纯度不低于80％，在整体中的干质量占比为5～17％；
所述硫酸镁为粉末，纯度不低于90％，在整体中的干质量占比为8～22％。
优选的，所述氧化镁为重烧氧化镁粉末，纯度不低于80％，在整体配方中的干质量占比为12～33％；
所述缓凝剂为有机酸及其可溶盐或碱性磷酸盐以及蛋白质类等，缓凝剂在整体中的干质量占比为0.1～1％。
(三)有益效果
本发明具备以下有益效果：
1、该种基于磷尾矿的胶凝材料的制备方法，根据磷尾矿的化学成分，综合钙质水泥和镁质水泥的特征，发明的一种复合镁钙水泥，利用了废弃物的有益成分，投入小量的成本，实现了行业革新的效果。产品具有成本低、性能优良、能耗低、生产便捷等优点，且可广泛应用于工程建设领域。
2、该种基于磷尾矿的胶凝材料的制备方法，解决磷肥企业尾矿堆存的土地压力和堆存成本，降低了环境和安全风险，增加了经济效益，将磷尾矿堆体消耗殆尽，还堆场以初始的面貌，同时，降低同类产品生产带来的生态环境的破坏。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种基于磷尾矿的胶凝材料的制备方法，包括以下步骤；
S1、烘干：使用105℃温度对磷尾矿进行烘干，烘干时间为2-3小时；
S2、破碎：磷尾矿烘干结束后，然后将烘干后的磷尾矿过200目筛或破碎至0.074mm以下，得到细粉料；
S3、煅烧：破碎完成后，将得到的细粉料置于高温煅烧窑中进行烧制，得到灰白色粉末；
S4、拌和：然后将煅烧完成后的磷尾矿粉末和其他辅料按比例进行充分搅拌，使其混合均匀，得到混合粉料，即制成该基于磷尾矿的胶凝材料。
进一步的，所述S4中，胶凝材料由烧成粉末的磷尾矿、氯化镁、硫酸镁、氧化镁、缓凝剂组成。
进一步的，所述S3中，磷尾矿煅烧温度为700±50℃，焙烧时间不少于 5小时，烧制完成后采用XRD对磷尾矿进行化学成分检验，确定氧化镁、氧化钙、二氧化硅成分占比；所述烧制后的产品内氧化镁含量不低于15％，氧化钙含量不低于20％，二氧化硅含量不低于18％；所述烧制后的磷尾矿在整体中的干质量占比为28～60％；所述氯化镁为氯化镁粉末，纯度不低于80％，在整体中的干质量占比为5～17％；所述硫酸镁为粉末，纯度不低于90％，在整体中的干质量占比为8～22％；所述氧化镁为重烧氧化镁粉末，纯度不低于80％，在整体配方中的干质量占比为12～33％；所述缓凝剂为有机酸及其可溶盐或碱性磷酸盐以及蛋白质类等，缓凝剂在整体中的干质量占比为0.1～1％。
配比完成后，按照水胶比＝0.1-0.25往胶凝材料中加水，搅拌形成具有可塑性的磷尾矿胶凝材料半流体，完成后，用市售的425号普通硅酸盐水泥作对照组，按照水灰比＝0.5、灰砂比＝1：3配置水泥胶砂，砂应满足《GB/T 14684-2011建设用砂》标准中的相关规定。
磷尾矿浆体与水泥胶砂配置完成后，将磷尾矿浆体与水泥胶砂分别灌注于70.7*70.7*70.7mm成型模具内，并振动密实，每组制备6个试块，分别用于测试7d、28d强度。
在养护24h后脱模，常温下室内养护至相应龄期，然后使用水泥抗压抗折一体试验机以200N/s的压载速率测试两组试块7d、28d抗压强度，每个龄期测试三次，最终数据取三次结果平均值，测试结果进行表格制作：
本发明通过磷尾矿胶凝材料与水泥对照组强度性能对比，从而能够得出磷尾矿的胶凝材料相比于普通硅酸盐水泥材料，其7d、28d强度均有明显提高，说明磷尾矿胶凝材料可以替代水泥作为高强度胶凝材料应用于建筑业与制造业，同时，在建筑工程原材料配合比试验阶段，确定合适的水胶比，使用本材料可大大提高产品强度，提高耐水性。伴随着强度增加，对原材料内部的污染物也起到固化作用。
本发明消耗了固废——磷尾矿，有效降低胶凝材料的成本，同时提高了产品的竞争力；解决了以磷尾矿堆存带来的环境问题，以及磷尾矿堆存时带来的安全问题，且解决了磷肥企业可持续发展危机，同时，通过本发明变废为宝，为企业增效的同时，解决企业堆存成本。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种基于磷尾矿的胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤；
S1、烘干：使用105℃温度对磷尾矿进行烘干，烘干时间为2-3小时；
S2、破碎：磷尾矿烘干结束后，然后将烘干后的磷尾矿过200目筛或破碎至0.074mm以下，得到细粉料；
S3、煅烧：破碎完成后，将得到的细粉料置于高温煅烧窑中进行烧制，得到灰白色粉末；
S4、拌和：然后将煅烧完成后的磷尾矿粉末和其他辅料按比例进行充分搅拌，使其混合均匀，得到混合粉料，即制成该基于磷尾矿的胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的一种基于磷尾矿的胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述S4中，胶凝材料由烧成粉末的磷尾矿、氯化镁、硫酸镁、氧化镁、缓凝剂组成。
3.根据权利要求2所述的一种基于磷尾矿的胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述S3中，磷尾矿煅烧温度为700±50℃，焙烧时间不少于5小时，烧制完成后采用XRD对磷尾矿进行化学成分检验，确定氧化镁、氧化钙、二氧化硅成分占比；
所述烧制后的产品内氧化镁含量不低于15％，氧化钙含量不低于20％，二氧化硅含量不低于18％；
所述烧制后的磷尾矿在整体中的干质量占比为28～60％。
4.根据权利要求3所述的一种基于磷尾矿的胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述氯化镁为氯化镁粉末，纯度不低于80％，在整体中的干质量占比为5～17％；
所述硫酸镁为粉末，纯度不低于90％，在整体中的干质量占比为8～22％。
5.根据权利要求3所述的一种基于磷尾矿的胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述氧化镁为重烧氧化镁粉末，纯度不低于80％，在整体配方中的干质量占比为12～33％；
所述缓凝剂为有机酸及其可溶盐或碱性磷酸盐以及蛋白质类等，缓凝剂在整体中的干质量占比为0.1～1％。
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