全固废再生骨料非烧结透水材料及其制备方法与流程

1.本技术涉及固体废弃物的处理领域，尤其涉及一种全固废再生骨料非烧结透水材料及其制备方法。


背景技术：

2.金尾矿是黄金开采精选过程中产生的主要废弃物，由于其产量大、活性低、粒度细等特点导致其难以规模化利用。但是尾矿中含有大量的si、al和ca等成分，具有潜在的胶凝活性，若能有效的激发尾矿的潜在活性，那势必将带来巨大经济价值。
3.在城市建设中需要应用大量的透水材料，然而传统的透水材料是由水泥、砂石骨料等组成。将尾矿等固废与透水材料制备有机结合，可以规模化、高值化消纳尾矿。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种全固废再生骨料非烧结透水材料及其制备方法，以解决上述问题。
5.为实现以上目的，本技术采用以下技术方案：一种全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，包括：将金尾矿进行筛分得到粒径大于100μm的粗尾矿和小于等于100μm的细尾矿；将所述粗尾矿、矿渣粉、赤泥和水混合、造粒，进行第一养护得到骨料；将所述细尾矿依次进行机械活化和热活化得到活化细尾矿，然后与碱渣、所述骨料混合得到混合物；将所述混合物压实成型，然后进行第二养护，得到所述全固废再生骨料非烧结透水材料。
6.优选地，所述赤泥为拜耳法生产氧化铝过程中产生的高碱性废弃物，ph值大于等于12.7。
7.优选地，所述骨料的粒径为2-9mm；所述第一养护的温度为23-27℃、湿度为85-95%、时间为7-14天。
8.优选地，所述机械活化包括球磨处理35-55min，所述热活化包括450-650℃焙烧0.5-3h。
9.优选地，所述碱渣为氨碱法制碱过程中产生的废渣，ph值大于等于11.5，所述碱渣中caso4的含量为4.5-18wt%。
10.优选地，所述碱渣和所述赤泥使用之前进行烘干、粉磨处理后过75μm筛得到筛下物；所述烘干的温度为105-120℃，所述烘干的时间为0.3-0.5h。
11.优选地，所述骨料用量与所述活化细尾矿和所述碱渣的总用量的比例为2.1-4.9：1。
12.优选地，所述压实成型的成型压力为5-10mpa，时间为45-90s；
所述第二养护的温度为20-30℃、湿度为85-95%，时间为25-35天。
13.优选地，所述金尾矿中粒径大于0.106mm的颗粒物占比55-70%，sio2含量为45%-70%。
14.本技术还提供一种全固废再生骨料透水材料，使用所述的全固废再生骨料透水材料的制备方法制得。
15.与现有技术相比，本技术的有益效果包括：本技术提供的全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，立足于解决金尾矿存在粒度细、活性差等限制其资源化利用的难点，将金尾矿进行梯级分离处理，细粒部分尾矿基础活性较好，进行进一步活化处理提高活性，作为胶结原料制备透水材料；粗粒级部分直接与矿渣粉、水混合造粒制备再生骨料，实现金尾矿的全组分利用。
16.碱渣是在氨碱法制碱过程中盐水精制和蒸馏回收氨后排放的碱性残渣，其含有较高的碱性和钙盐，将碱渣进行低温烘干处理，使碱渣中的二水石膏相在低温条件下转化为α-半水石膏，α-半水石膏具有较高的强度可以为胶凝材料提供早期强度；碱渣中较高的碱性可以促进尾矿中硅铝组分的溶出，参加水化反应，提高基体强度。
17.赤泥是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物，其具有较高的碱性和大量的sio2和al2o3等组分，一般ph值可达到12以上。本技术充分利用赤泥的高碱性激发体系中硅铝组分的活性，此外，赤泥中含有的sio2和al2o3等组分可有效为体系补充硅铝组分，具有双重有益效果。
18.本技术提供的全固废再生骨料非烧结透水材料，不仅规模化消纳固废材料，也可有效的减少砂石骨料的消耗，实现了固废材料增值消纳与“海绵城市”的有机结合。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对本技术范围的限定。
20.图1为本技术提供的全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法的工艺流程图；图2为实施例1得到的全固废再生骨料非烧结透水材料的实物图；图3为实施例1得到的全固废再生骨料非烧结透水材料的孔隙分布情况图；图4为实施例1得到的全固废再生骨料非烧结透水材料的面扫图。
具体实施方式
21.如本文所用之术语：“由
……
制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
22.连接词“由
……
组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由
……
组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后
时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
23.当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
24.在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
[0025]“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说a组分的质量份为a份，b组分的质量份为b份，则表示a组分的质量和b组分的质量之比a：b。或者，表示a组分的质量为ak，b组分的质量为bk（k为任意数，表示倍数因子）。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
[0026]“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，a和/或b包括(a和b)和(a或b)。
[0027]
一种全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，包括：将金尾矿进行筛分得到粒径大于100μm的粗尾矿和小于等于100μm的细尾矿；将所述粗尾矿、矿渣粉、赤泥和水混合、造粒，进行第一养护得到骨料；将所述细尾矿依次进行机械活化和热活化得到活化细尾矿，然后与碱渣、所述骨料混合得到混合物；将所述混合物压实成型，然后进行第二养护，得到所述全固废再生骨料非烧结透水材料。
[0028]
矿渣粉是在高炉炼铁过程中的副产品，是以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经过淬冷、粉磨后获得矿渣粉。
[0029]
在一个可选的实施方式中，所述赤泥为拜耳法生产氧化铝过程中产生的高碱性废弃物，ph值大于等于12.7。
[0030]
在一个可选的实施方式中，所述骨料的粒径为2-9mm；所述第一养护的温度为23-27℃、湿度为85-95%、时间为7-14天。
[0031]
可选的，所述骨料的粒径可以为2mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm或者2-9mm之间的任一值；所述第一养护的温度可以为23℃、24℃、25℃、26℃、27℃或者23-27℃之间的任一值，湿度可以为85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%或者85-95%之间的任一值、时间可以为7天、8天、9天、10天、11天、12天、13天、14天或者7-14天之间的任一值。
[0032]
在一个可选的实施方式中，所述机械活化包括球磨处理35-55min，所述热活化包括450-650℃焙烧0.5-3h。
[0033]
可选的，所述球磨处理得时间可以为35min、40min、45min、50min、55min或者35-55min之间的任一值，所述焙烧的温度可以为450℃、500℃、550℃、600℃、650℃或者450-650℃之间的任一值，时间可以为0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h或者0.5-3h之间的任一值。
[0034]
在一个可选的实施方式中，所述碱渣为氨碱法制碱过程中产生的废渣，ph值大于
等于11.5，所述碱渣中caso4的含量为4.5-18wt%。
[0035]
可选的，所述碱渣中caso4的含量可以为4.5wt%、5wt%、6wt%、7wt%、8wt%、9wt%、10wt%、11wt%、12wt%、13wt%、14wt%、15wt%、16wt%、17wt%、18wt%或者4.5-18wt%之间的任一值。
[0036]
在一个可选的实施方式中，所述碱渣和所述赤泥使用之前进行烘干、粉磨处理后过75μm筛得到筛下物；所述烘干的温度为105-120℃，所述烘干的时间为0.3-0.5h。
[0037]
可选的，所述烘干的温度可以为105℃、110℃、115℃、120℃或者105-120℃之间的任一值，所述烘干的时间可以为0.3h、0.4h、0.5h或者0.3-0.5h之间的任一值。
[0038]
尾矿焙烧活化温度为450-650℃，而碱渣和赤泥的烘干温度为105-120℃，可以采用尾矿焙烧活化的余热进行碱渣和赤泥烘干，可有效利用尾矿焙烧活化过程中剩余的热量，实现热量的完全利用。
[0039]
在一个可选的实施方式中，所述骨料用量与所述活化细尾矿和所述碱渣的总用量的比例为2.1-4.9：1。
[0040]
可选的，所述骨料用量与所述活化细尾矿和所述碱渣的总用量的比例可以为2.1：1、2.5：1、3.0：1、3.5：1、4.0：1、4.5：1、4.9：1或者2.1-4.9：1之间的任一值。
[0041]
在一个可选的实施方式中，所述压实成型的成型压力为5-10mpa，时间为45-90s；所述第二养护的温度为20-30℃、湿度为85-95%，时间为25-35天。
[0042]
可选的，所述压实成型的成型压力可以为5mpa、6mpa、7mpa、8mpa、9mpa、10mpa或者5-10mpa之间的任一值，时间可以为45s、50s、55s、60s、65s、70s、75s、80s、85、90s或者45-90s之间的任一值；所述第二养护的温度可以为20℃、21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃或者20-30℃之间的任一值，湿度可以为85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%或者85-95%之间的任一值、时间可以为25天、30天、35天或者25-35天之间的任一值。
[0043]
在一个可选的实施方式中，所述金尾矿中粒径大于0.106mm的颗粒物占比55-70%，sio2含量为45%-70%。
[0044]
可选的，所述金尾矿中粒径大于0.106mm的颗粒物占比可以为55%、60%、65%、70%或者55-70%之间的任一值，sio2含量可以为45%、50%、55%、60%、65%、70%或者45%-70%之间的任一值。
[0045]
本技术还提供一种全固废再生骨料透水材料，使用所述的全固废再生骨料透水材料的制备方法制得。
[0046]
下面将结合具体实施例对本技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本技术，而不应视为限制本技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0047]
实施例1如图1所示，本实施例提供一种全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，具体如下：（1）对金尾矿进行筛分预处理，将粒径小于100μm部分进行活化处理，首先球磨
40min，随后将球磨过的尾矿在温度600℃的条件下焙烧1.5h，得到复合活化尾矿m1。
[0048]
（2）将碱渣和赤泥分别在110℃的条件下烘干0.5h，然后研磨20min得到预处理碱渣和赤泥。
[0049]
碱渣为氨碱法制碱过程中产生的废渣，主要化学成分包括caco3、cacl2、ca(oh)2和caso4等，碱渣的ph值为12，碱渣中w(caso4)=11.7%；赤泥为拜耳法生产氧化铝过程中产生的高碱性废弃物，赤泥ph值为13.9。其成分如表1所示：表1实施例1碱渣和赤泥的主要成分表（3）将粒径大于100μm尾矿与矿渣粉、预处理赤泥混合后，置于圆筒造粒机中，加水造粒，控制骨料粒径范围在2-9mm，造粒完成后，在温度为25℃、湿度90%的条件下养护至规定龄期，得到骨料a1。
[0050]
（4）将活化后尾矿m1与预处理碱渣混合均匀，得到混合物m2，按照骨胶比为3：1，将m2与骨料a1混合得到混合物a2；（5）将混合物a2通过压实成型，成型压力8mpa，成型时间60s，成型完成后，在温度25℃、湿度90%条件下养护28d，即获得全固废再生骨料非烧结透水材料，其外观形貌如图2所示。
[0051]
对上述所得全固废再生骨料非烧结透水材料进行孔隙分布和面扫分析，结果如图3（孔隙分布情况）和图4（面扫结构情况）所示。
[0052]
实施例2如图1所示，本实施例提供一种全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，具体如下：（1）对金尾矿进行筛分预处理，将粒径小于100μm部分进行活化处理，首先球磨50min，随后将球磨过的尾矿在温度600℃的条件下焙烧3h，得到复合活化尾矿m1。
[0053]
（2）将碱渣和赤泥分别在120℃的条件下烘干0.5h，然后研磨20min得到预处理碱渣和赤泥。
[0054]
其中，碱渣ph值为12，碱渣中w(caso4)=11.7%；赤泥为拜耳法生产氧化铝过程中产生的高碱性废弃物，赤泥ph值为13.9。
[0055]
其成分如表2所示：表2实施例2碱渣和赤泥的主要成分表
（3）将粒径大于100μm尾矿与矿渣粉、预处理赤泥混合后，置于圆筒造粒机中，加水造粒，控制骨料粒径范围在2-9mm，造粒完成后，在温度为30℃、湿度90%的条件下养护至规定龄期，得到骨料a1。
[0056]
（4）将活化后尾矿m1与预处理碱渣混合均匀，得到混合物m2，按照骨胶比为4：1，将m2与骨料a1混合得到混合物a2；（5）将混合物a2通过压实成型，成型压力8mpa，成型时间60s，成型完成后，在温度25℃、湿度90%条件下养护30d，即获得全固废再生骨料非烧结透水材料。
[0057]
实施例3如图1所示，本实施例提供一种全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，具体如下：（1）对金尾矿进行筛分预处理，将粒径小于100μm部分进行活化处理，首先球磨35min，随后将球磨过的尾矿在温度500℃的条件下焙烧1.5h，得到复合活化尾矿m1。
[0058]
（2）将碱渣和赤泥分别在110℃的条件下烘干0.5h，然后研磨20min得到预处理碱渣和赤泥。
[0059]
其中，碱渣ph值为12.5，碱渣中w(caso4)=9%；赤泥为拜耳法生产氧化铝过程中产生的高碱性废弃物，赤泥ph值为13.5。
[0060]
其成分如表3所示：表3实施例3碱渣和赤泥的主要成分表（3）将粒径大于100μm尾矿与矿渣粉、预处理赤泥混合后，置于圆筒造粒机中，加水造粒，控制骨料粒径范围在2-9mm，造粒完成后，在温度为25℃、湿度90%的条件下养护至规定龄期，得到骨料a1。
[0061]
（4）将活化后尾矿m1与预处理碱渣混合均匀，得到混合物m2，按照骨胶比为3：1，将m2与骨料a1混合得到混合物a2；（5）将混合物a2通过压实成型，成型压力8mpa，成型时间60s，成型完成后，在温度25℃、湿度90%条件下养护28d，即获得全固废再生骨料非烧结透水材料。
[0062]
对比例1其余与实施例1相同，不同之处在于，分级后的金尾矿粒径小于100μm部分不进行
活化处理，其他步骤和工艺条件均与实施例1相同。
[0063]
对比例2其余与实施例1相同，不同之处在于，金尾矿不进行分级处理，全部进行活化处理，其他步骤和工艺条件均与实施例1相同。
[0064]
对比例3其余与实施例1相同，不同之处在于，所述掺量的预处理赤泥完全由等量的金尾矿代替，其他步骤和工艺条件均与实施例1相同。
[0065]
对比例4其余与实施例1相同，不同之处在于，所述掺量的预处理碱渣完全由等量的金尾矿代替，其他步骤和工艺条件均与实施例1相同。
[0066]
对比例5其余与实施例1相同，不同之处在于，所述掺量的矿渣粉完全由等量的金尾矿代替，其他步骤和工艺条件均与实施例1相同。
[0067]
对比例6其余与实施例1相同，不同之处在于，所有物料（包括处理过的物料），不进行分批成型，直接全部混合一次成型，其他步骤和工艺条件均与实施例1相同。
[0068]
对实施例和对比例得到的材料进行性能测试，具体结果如表4所示：表4性能数据从表4中数据可以看出，实施例1中添加了预处理赤泥、碱渣和矿粉之后的全固废透水材料，劈裂抗压强度升高，透水系数增加。通过二次养护成型工艺可实现透水材料的满足《gb/t25993-2010透水路面砖和透水路面板》中抗折强度等级rf3.0以上，透水等级a级的要求。
[0069]
需要说明的是，表4中对比例1、4提供的透水材料抗折强度和透水系数为“—”是表明透水材料成型失败，没有强度产生。对比例1的主要原因是尾矿没有活化处理，不能参与强度的产生过程，从而导致透水材料未能产生强度。对比例4是由于未添加碱渣，导致强度产生体系未能完整构建，因此没有产生强度。另外，对比例2中将尾矿全部活化，将会大大增加透水材料的生产成本。
[0070]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽
管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。
[0071]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本技术的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

技术特征：
1.一种全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，其特征在于，包括：将金尾矿进行筛分得到粒径大于100μm的粗尾矿和小于等于100μm的细尾矿；将所述粗尾矿、矿渣粉、赤泥和水混合、造粒，进行第一养护得到骨料；将所述细尾矿依次进行机械活化和热活化得到活化细尾矿，然后与碱渣、所述骨料混合得到混合物；将所述混合物压实成型，然后进行第二养护，得到所述全固废再生骨料非烧结透水材料。2.根据权利要求1所述的全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，其特征在于，所述赤泥为拜耳法生产氧化铝过程中产生的高碱性废弃物，ph值大于等于12.7。3.根据权利要求1所述的全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，其特征在于，所述骨料的粒径为2-9mm；所述第一养护的温度为23-27℃、湿度为85-95%、时间为7-14天。4.根据权利要求1所述的全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，其特征在于，所述机械活化包括球磨处理35-55min，所述热活化包括450-650℃焙烧0.5-3h。5.根据权利要求1所述的全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，其特征在于，所述碱渣为氨碱法制碱过程中产生的废渣，ph值大于等于11.5，所述碱渣中caso4的含量为4.5-18wt%。6.根据权利要求1所述的全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，其特征在于，所述碱渣和所述赤泥使用之前进行烘干、粉磨处理后过75μm筛得到筛下物；所述烘干的温度为105-120℃，所述烘干的时间为0.3-0.5h。7.根据权利要求1所述的全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，其特征在于，所述骨料用量与所述活化细尾矿和所述碱渣的总用量的比例为2.1-4.9：1。8.根据权利要求1所述的全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，其特征在于，所述压实成型的成型压力为5-10mpa，时间为45-90s；所述第二养护的温度为20-30℃、湿度为85-95%，时间为25-35天。9.根据权利要求1-8任一项所述的全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，其特征在于，所述金尾矿中粒径大于0.106mm的颗粒物占比55-70%，sio2含量为45%-70%。10.一种全固废再生骨料非烧结透水材料，其特征在于，使用权利要求1-9任一项所述的全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法制得。

技术总结
本申请提供一种全固废再生骨料非烧结透水材料及其制备方法，涉及固体废弃物的处理领域。全固废再生骨料非烧结透水材料的制备方法，包括：将金尾矿进行筛分得到粒径大于100μm的粗尾矿和小于等于100μm的细尾矿；将所述粗尾矿、矿渣粉、赤泥和水混合、造粒，进行第一养护得到骨料；将所述细尾矿依次进行机械活化和热活化得到活化细尾矿，然后与碱渣、所述骨料混合得到混合物；将所述混合物压实成型，然后进行第二养护，得到所述全固废再生骨料非烧结透水材料。该全固废再生骨料非烧结透水材料可以规模化、高值化消纳尾矿。高值化消纳尾矿。高值化消纳尾矿。


技术研发人员：李勇 朱阳戈 赵庆朝 李伟光 李学亮
受保护的技术使用者：矿冶科技集团有限公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/8/5