一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂及其制备方法与流程

1.本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂及其制备方法。

背景技术：

2.我国的铜矿资源丰富，为满足国民经济的需求，人们大量开采铜矿，但铜矿中夹带有明矾石等非金属伴生矿，在大量开采明铜矿的同时，产生了大量的明矾石尾矿，导致明矾石尾矿的大量堆积，而这些明矾石尾矿的大量堆积，将会对生态环境和人员安全造成不利影响。
3.明矾石尾矿中含有共生有价资源，具有巨大的回收利用价值，例如，明矾石尾矿中含有较多的明矾石，明矾石因具有一定的碱性，能够在混凝土中作为激发剂来激发矿渣的活性。但明矾石本身活性较差，直接用作激发剂的效果不佳。并且，在现有技术中，增加矿物掺合料用量时，会产生混凝土早期强度低，强度发展慢等问题，导致混凝土工作性能差，而明矾石作为一种矿物掺合料，当其用量增加时，同样会导致混凝土的早期强度低，强度发展慢等问题，阻碍了明矾石尾矿作为混凝土激发剂的应用。

技术实现要素：

4.针对以上技术问题，本发明提供一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂，该激发剂可用于混凝土中，能有效激发铁尾砂及矿物掺合料的活性。该激发剂制备的混凝土的产品附加值高，具有更好的工作性能，实现了明矾石尾矿的资源综合再利用，解决了矿物掺合料用量增加时所出现的混凝土早期强度低，强度发展慢等问题，最终达到减少水泥用量、增加矿物掺合料用量、改善环境、改善混凝土工作性能的目的。
5.本发明为明矾石尾矿的高效资源化利用提供一种新途径。
6.为解决上述技术问题，本发明实施例采用了如下技术方案：
7.第一方面，本发明实施例提供一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂，其制备原料包括以下重量份数的下述成分：明矾石尾矿50～60份，稀硫酸100～120份和生石灰5～10份。
8.本发明实施里提供的激发剂，通过稀硫酸和生石灰的酸碱耦合激发铜矿中夹带的明矾石尾矿的活性得到。可作为激发剂用于混凝土中，能有效激发铁尾砂及矿物掺合料的活性；该激发剂制备的混凝土的产品附加值高，抗折强度和抗压强度高，力学性能优越，具有更好的工作性能；实现了明矾石尾矿的综合资源再利用，避免了明矾石尾矿的大量堆积对生态环境和人员安全的不利影响，具有较好的经济效应和社会效应。
9.该激发剂制备的混凝土具有更好的工作性能，解决了矿物掺合料用量增加时所出现的混凝土早期强度低，强度发展慢等问题，最终达到减少水泥用量、增加矿物掺合料用量、改善环境、改善混凝土工作性能的目的。
10.优选地，所述明矾石尾矿中含有明矾石、石英、地开石、高岭石、黄铁矿和蒙脱石。
11.优选地，所述明矾石的含量为30wt％～35wt％，所述石英的含量为35wt％～ 40wt％，所述地开石的含量为5wt％～10wt％，所述高岭石的含量为10wt％～ 15wt％，所述黄铁矿的含量为1wt％～5wt％，以及所述蒙脱石的含量为1wt％～ 5wt％。
12.优选地，所述稀硫酸的浓度为50～100g/l。
13.本发明实施例中，稀硫酸可以将明矾石尾矿中的明矾石和高岭石中的 si-o-al键发生破坏，产生断键，初步提高明矾石尾矿的活性。
14.优选地，所述生石灰的比表面积为220～270m2/kg。
15.本发明实施例中，生石灰的比表面积为220～270m2/kg，可以使初级明矾石尾矿易于分散，便于研磨，提高研磨效果。
16.第二方面，本发明实施还提供上述激发剂的制备方法，至少包括如下步骤：
17.将明矾石尾矿用稀硫酸酸浸、清洗、烘干及煅烧后，得到初级明矾石尾矿；
18.将所述初级明矾石尾矿与生石灰混合均匀、研磨，得到激发剂。
19.本发明实施里提供的激发剂制备方法，通过将明矾石尾矿用稀硫酸进行酸浸，使得明矾石尾矿中明矾石和高岭石表面产生断键，初步激发了明矾石尾矿的活性；清洗并烘干后，进行高温煅烧，脱除了明矾石尾矿中的结构水，再次提高明矾石尾矿的活性；将初级明矾石尾矿与生石灰混合后进行研磨，一方面，初级明矾石尾矿因受到机械冲击力、剪切力以及压力等的作用，使凝聚状态下的初级明矾石尾矿发生化学变化或物理化学变化，产生晶格畸变和局部破坏，以及晶格缺陷，使明矾石尾矿的内能增大，从而显著增强明矾石尾矿的反应活性；另一方面被研磨后的明矾石尾矿细度更细，由于在特定范围之内，明矾石尾矿细度越细，水化活性越高，因此，被研磨后的矾石尾矿的水活性更高，能够促进胶凝材料的早期水化，从而能够进一步提高混凝土的强度。经研磨后的激发剂的粉体混合物，颗粒形状趋于球形、边缘光滑，能够保证激发剂在制备混凝土时，对和易性没有过多负面影响。
20.优选地，将所述明矾石尾在浓度为50～100g/l稀硫酸的中酸浸，酸浸温度为20～30℃，酸浸时间为30～60min；用去离子水清洗1～5min，烘干至恒重；煅烧温度为500～550℃，煅烧时间为1.5～2h，即得初级明矾石尾矿。
21.本发明实施中，通过将明矾石尾矿用稀硫酸进行酸浸，使得明矾石尾矿中明矾石和高岭石表面产生断键，初步激发了明矾石尾矿的活性；清洗并烘干后，进行高温煅烧，脱除了明矾石尾矿中的结构水，再次提高明矾石尾矿的活性。
22.优选地，煅烧在马弗炉中进行，所述马沸炉的升温速率为10～15℃/min。
23.本发明实施中，通过马沸炉的控制升温速率，能够得到活化效果最好的初级明矾石尾矿；升温速率太快会导致活化不充分，太慢会导致能源浪费。
24.优选地，研磨至粒径≤0.025mm。
25.本发明实施中，初级明矾石尾矿因受到机械冲击力、剪切力以及压力等的作用，使凝聚状态下的初级明矾石尾矿发生化学变化或物理化学变化，产生晶格畸变和局部破坏，以及晶格缺陷，使明矾石尾矿的内能增大，从而显著增强明矾石尾矿的反应活性；另一方面被研磨后的明矾石尾矿细度更细，由于在特定范围之内，明矾石尾矿细度越细，水化活性越高，因此，被研磨后的明矾石尾矿的水活性更高，能够促进胶凝材料的早期水化，从而能够进一步提高混凝土的强度。
26.本发明实施中，试验磨可以为5kg水泥试验磨，型号为采用该水泥试验磨的转速为45～55r/min，研磨时间为90～120min。若采用其他规格或型号的试验磨，应适当调整转速与研磨时间，保证研磨后粒径≤0.025mm。通过控制转速和研磨时间，能够得到活性最高的激发剂；研磨时间太短，导致激发剂无法研磨充分；研磨时间过长，使得激发剂的颗粒内部裂纹出现“压实”、“焊合”现象，从而导致激发剂的比表面积下降，进而使得激发剂反应活性降低。
27.本发明实施中提供的激发剂的制备方法具有操作方便、能耗低、工艺简单等优点，实现了铜矿中夹带的明矾石尾矿的有效利用，避免了明矾石尾矿的大量堆积而占用耕地以及对环境和人体产生危害。
28.第三方面，本发明实施提供的所述的激发剂在混凝土中的应用。
具体实施方式
29.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
30.本发明实施例提供的明矾石尾矿来自于黄铜矿中的伴生非金属矿。
31.本发明实施例中提供的酸浸温度若高于室温，采用恒温水浴锅进行加热；酸浸温度若不高于室温，采用空气调节器将环境温度控制并保持在所需酸浸温度至少30min后，再进行酸浸。
32.实施例1
33.本实施例提供一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂，包括以下重量份数的下述成分：明矾石尾矿54份(明矾石的含量为31wt％，石英的含量为37wt％，地开石的含量为7wt％，高岭石的含量为11wt％，黄铁矿的含量为2wt％，蒙脱石的含量为1wt％，余量为杂质)，50g/l的稀硫酸108份，比表面积230m2/kg的生石灰6份。
34.上述激发剂的制备方法，包括以下步骤：
35.将明矾石尾矿放入50g/l的稀硫酸中，于20℃环境中，酸浸40min，取出后，用去离子水清洗2min，放入鼓风烘箱中，于104℃烘干至恒重(10h)，然后放入马弗炉中，于520℃煅烧1.5h，马弗炉的升温速率为12℃/min，煅烧结束后关闭马弗炉，待马弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得到初级明矾石尾矿；
36.将初级明矾石矿与生石灰混合均匀，用型号为用型号为的5kg 的水泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为48r/min，研磨时间为110min，得到激发剂。
37.实施例2
38.本实施例提供一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂，包括以下重量份数的下述成分：明矾石尾矿51份(明矾石的含量为35wt％，石英的含量为39wt％，地开石的含量为6wt％，高岭石的含量为12wt％，黄铁矿的含量为3wt％，蒙脱石的含量为3wt％，余量为杂质)，60g/l的稀硫酸102份，比表面积250m2/kg的生石灰粉末7份。
39.上述激发剂的制备方法，包括以下步骤：
40.将明矾石尾矿放入稀硫酸中，于25℃环境中，酸浸50min，取出后，用去离子水清洗3min，放入鼓风烘箱中，于101℃烘干至恒重(12h)，然后放入马弗炉中，于510℃煅烧1.7h，
马弗炉的升温速率为14℃/min，煅烧结束后关闭马弗炉，待马弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得到初级明矾石尾矿；
41.将初级明矾石矿与生石灰混合均匀，用型号为用型号为的5kg 的水泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为45r/min，研磨时间为110min，得到激发剂。
42.实施例3
43.本实施例提供一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂，包括以下重量份数的下述成分：明矾石尾矿55份(明矾石的含量为34wt％，石英的含量为35wt％，地开石的含量为9wt％，高岭石的含量为14wt％，黄铁矿的含量为1wt％，蒙脱石的含量为4wt％，余量为杂质)，70g/l的稀硫酸110份，比表面积240m2/kg的生石灰9份。
44.上述激发剂的制备方法，包括以下步骤：
45.将明矾石尾矿放入稀硫酸中，于23℃环境中，酸浸50min，取出后，用去离子水清洗1min，放入鼓风烘箱中，于102℃烘干至恒重(10.5h)，然后放入马弗炉中于550℃煅烧1.9h，马弗炉的升温速率为10℃/min，煅烧结束后，关闭马弗炉，待马弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得到初级明矾石尾矿；
46.将初级明矾石矿与生石灰混合均匀，用型号为用型号为的5kg 的水泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为53r/min，研磨时间为90min，得到激发剂。
47.实施例4
48.本实施例提供一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂，包括以下重量份数下述成分：明矾石尾矿52份(明矾石的含量为32wt％，石英的含量为38wt％，地开石的含量为5wt％，高岭石的含量为10wt％，黄铁矿的含量为5wt％，蒙脱石的含量为2wt％，余量为杂质)，80g/l的稀硫酸104份，比表面积260m2/kg的生石灰10份。
49.上述激发剂的制备方法，包括以下步骤：
50.将明矾石尾矿放入稀硫酸中，于28℃环境中，酸浸60min，取出后，用去离子水清洗5min，放入鼓风烘箱中，于105℃烘干至恒重(11h)，然后放入马弗炉中，于530℃煅烧1.6h，马弗炉的升温速率为11℃/min，煅烧结束后，关闭马弗炉，待马弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得到初级明矾石尾矿；
51.将初级明矾石矿与生石灰混合均匀，用型号为用型号为的5kg 的水泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为50r/min，研磨时间为100min，得到激发剂。
52.实施例5
53.本实施例提供一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂，包括以下重量份数下述成分：明矾石尾矿53份(明矾石的含量为33wt％，石英的含量为36wt％，地开石的含量为8wt％，高岭石的含量为15wt％，黄铁矿的含量为4wt％，蒙脱石的含量为5wt％，余量为杂质)，90g/l的稀硫106份，比表面积270m2/kg的生石灰粉末8份。
54.上述激发剂的制备方法，包括以下步骤：
55.将明矾石尾矿放入稀硫酸中，于30℃环境中，酸浸50min，取出后，用去离子水清洗5min，放入鼓风烘箱中，于103℃烘干至恒重(11h)，然后放入马弗炉中，于540℃煅烧2h，马弗炉的升温速率为13℃/min，煅烧结束后，关闭马弗炉，待马弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得到初级明矾石尾矿；
56.将初级明矾石矿与生石灰混合均匀，用型号为用型号为的5kg 的水
泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为51r/min，研磨时间为120min，得到激发剂。
57.对比例1
58.本对比例提供一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂，包括以下重量份数下述成分：明矾石尾矿60份(明矾石的含量为34wt％，石英的含量为35wt％，地开石的含量为9wt％，高岭石的含量为14wt％，黄铁矿的含量为1wt％，蒙脱石的含量为4wt％，余量为杂质)和比表面积240m2/kg的生石灰粉末9份。
59.上述激发剂的制备方法，包括如下步骤：
60.将明矾石尾矿和生石灰混合均匀，得到激发剂。
61.对比例2
62.本对比例提供一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂，包括以下重量份数下述成分：明矾石尾矿60份(明矾石的含量为34wt％，石英的含量为35wt％，地开石的含量为9wt％，高岭石的含量为14wt％，黄铁矿的含量为1wt％，蒙脱石的含量为4wt％，余量为杂质)，70g/l的稀硫酸120份。
63.上述激发剂的制备方法，包括如下步骤：
64.将明矾石尾矿放入稀硫酸中，于23℃环境中，酸浸50min，取出后，用去离子水清洗1min，放入鼓风烘箱中，于102℃烘干至恒重(10.5h)，然后放入马弗炉中，于550℃煅烧1.9h，马弗炉的升温速率为10℃/min，煅烧结束后关闭马弗炉，待马弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得到初级明矾石尾矿；
65.将初级明矾石尾矿用型号为的5kg的水泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为50r/min，研磨时间为120min，得到激发剂。
66.对比例3
67.本对比例提供一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂，包括以下重量份数下述成分：明矾石尾矿60份(明矾石的含量为34wt％，石英的含量为35wt％，地开石的含量为9wt％，高岭石的含量为14wt％，黄铁矿的含量为1wt％，蒙脱石的含量为4wt％，余量为杂质)，70g/l的稀硫酸120份，比表面积250m2/kg的生石灰10份。
68.上述明矾石尾矿活性的激发剂的制备方法，包括以下步骤：
69.将明矾石尾矿放入稀硫酸于23℃环境酸浸50min，取出用去离子水清洗 1min，放入鼓风烘箱中，于102℃烘干至恒重(10.5h)，然后放入马弗炉中，于550℃煅烧1.9h，马弗炉的升温速率为3℃/min，煅烧结束后，关闭马弗炉，待马弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得到初级明矾石尾矿；
70.将初级明矾石矿与生石灰混合均匀，用型号为用型号为的5kg 的水泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为50r/min，研磨时间为120min，得到激发剂。
71.对比例4
72.本对比例提供一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂，包括以下重量份数下述成分：明矾石尾矿60份(明矾石的含量为34wt％，石英的含量为35wt％，地开石的含量为9wt％，高岭石的含量为14wt％，黄铁矿的含量为1wt％，蒙脱石的含量为4wt％，余量为杂质)，比表面积250m2/kg的生石灰粉末10份。
73.上述激发剂的制备方法，包括以下步骤：
74.将明矾石尾矿放入鼓风烘箱中，于102℃烘干恒重(10.5h)，然后放入马弗炉中，于
550℃煅烧1.9h，马弗炉的升温速率为10℃/min，煅烧结束后，关闭马弗炉，待马弗炉炉腔内温度自然冷却至室温(25℃)，得到初级明矾石尾矿；
75.将初级明矾石矿与生石灰混合均匀，用型号为用型号为的5kg 的水泥试验磨进行研磨，水泥试验磨的转速为53r/min，研磨时间为90min，得到激发剂。
76.验证例1
77.将本发明实施例1-5与对比例1-4制得的激发剂，按照表1的配合比，制备c30混凝土。其中，a组矿物掺合料为粉煤灰，b组矿物掺合料为矿粉，c 组矿物掺合料为铁尾砂。根据gb/t 50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行抗压强度和抗折强度测试，具体试验结果如表2所示：
78.表1 c30混凝土配合比
[0079][0080][0081]
表2实施例1-5与对比例1-4制备c30混凝土测试结果表
[0082]
[0083][0084]
由表2的数据可知，实施例1-5的激发剂制备的混凝土在a组矿物掺合料为粉煤灰时，7d抗折强度在4.4mpa以上，28d抗折强度在6.5mpa以上，7d抗压强度在31mpa以上，28d抗压强度在46mpa以上，均大于对比例1-4与空白对照。
[0085]
实施例1-5的激发剂制备的混凝土在b组矿物掺合料为矿粉时，7d抗折强度在4.3mpa以上，在28d抗折强度在6.9mpa以上，在7d抗压强度在32mpa 以上，在28d抗压强度在44mpa以上，均大于对比例1-4与空白对照。
[0086]
实施例1-5的激发剂制备的混凝土c组矿物掺合料为铁尾砂，7d抗折强度在3.5mpa以上，在28d抗折强度在5.7mpa以上，在7d抗压强度在30mpa以上，在28d抗压强度在43mpa以上，均大于对比例1-4与空白对照。
[0087]
可见，在矿物掺合料为粉煤灰、矿粉或铁尾砂的情况下，实施例1-5的激发剂制备的混凝土的抗折强度和抗压强度优越，即各项力学性能均优于对比例1-4 与空白对照，实现了明矾石尾矿有效利用，可实现黄铜矿中有益非金属矿组分的综合利用，避免了明矾石尾矿的大量堆积而占用耕地，同时避免了矾石尾矿的大量堆积对环境和人体产生危害。具有更好地工作性能，强度更高，具有较好的经济效应和社会效应。
[0088]
该激发剂制备的混凝土的抗折强度和抗压强度优越，从而解决了矿物掺合料用量增加时所出现的混凝土早期强度低，强度发展慢等问题，最终达到减少水泥用量、增加矿物掺合料用量、改善环境、改善混凝土工作性能的目的。
[0089]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂，其特征在于，其制备原料包括以下重量份数的下述成分：明矾石尾矿50～60份，稀硫酸100～120份和生石灰5～10份。2.根据权利要求1所述的激发剂，其特征在于，所述明矾石尾矿中含有明矾石、石英、地开石、高岭石、黄铁矿和蒙脱石。3.根据权利要求2所述的激发剂，其特征在于，所述明矾石的含量为30wt％～35wt％，所述石英的含量为35wt％～40wt％，所述地开石的含量为5wt％～10wt％，所述高岭石含量为10wt％～15wt％，所述黄铁矿的含量为1wt％～5wt％，以及所述蒙脱石的含量为1wt％～5wt％。4.根据权利要求1所述的激发剂，其特征在于，所述稀硫酸的浓度为50～100g/l。5.根据权利要求1所述的激发剂，其特征在于，所述生石灰的比表面积为220～270m2/kg。6.权利要求1-5任意一项所述激发剂的制备方法，其特征在于，至少包括如下步骤：将所述明矾石尾矿用稀硫酸进行酸浸、清洗、烘干及煅烧后，得到初级明矾石尾矿；将所述初级明矾石尾矿与生石灰混合均匀、研磨，得到所述激发剂。7.根据权利要求6所述激发剂的制备方法，其特征在于：酸浸温度为20～30℃，酸浸时间为30～60min；和/或去离子水清洗1～5min，烘干至恒重；和/或煅烧温度为500～550℃，煅烧时间为1.5～2h。8.根据权利要求7所述激发剂的制备方法，其特征在于，在马弗炉中煅烧，所述马弗炉的升温速率为10～15℃/min。9.根据权利要求6所述的激发剂的制备方法，其特征在于，研磨至粒径≤0.025mm。10.权利要求1-5任意一项所述的激发剂在混凝土中的应用。

技术总结

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种用于激发铜矿中夹带的明矾石尾矿活性的激发剂及其制备方法。该激发剂的制备原料包括以下重量份数的下述成分：明矾石尾矿50～60份，稀硫酸100～120份和生石灰5～10份；该激发剂通过稀硫酸和生石灰的酸碱耦合激发，可作为激发剂用于混凝土中，能有效激发铁尾砂及矿物掺合料的活性；该激发剂制备的混凝土的产品附加值高，抗折强度和抗压强度高，力学性能优越，具有更好的工作性能，实现了明矾石尾矿的综合资源再利用，避免了明矾石尾矿的大量堆积对生态环境及人员安全的不利影响，具有较好的经济效应和社会效应。应和社会效应。