[发明专利]一种耐水性能优良的低硅铁尾矿免蒸块及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种建筑或矿山填充用材及制备方法，具体地属于一种低硅铁尾矿免蒸块及制备方法，确切地为一种耐水性能优良的低硅铁尾矿免蒸块及制备方法。

背景技术

铁尾矿是铁矿石经过选取铁精矿后剩余的固体废弃物。随着我国钢铁工业的迅速发展，铁矿石的开采量不断增加，铁矿厂排出的尾矿越来越多，据有关资料表明，全国铁矿山选矿厂每年排放尾矿近3亿t，而综合利用率达不到20%。铁尾矿的排放和处置，一直是阻碍我国矿业发展的瓶颈因素。处置尾矿不仅挤占大量土地，而且危害环境及安全，主要表现在：（1）尾矿粒度小、堆积密度大、堆放时易流动和塌漏，破坏植被；（2）尾矿粉尘在大风的推动下四处飞扬，造成土壤污染，土地退化和空气含尘量增高；（3）尾矿成分及残留选矿药剂对生态环境破坏加剧，使农作物、地面水和地下水源受到污染。（4）尾矿入库堆存存在安全隐患，且占用大量的土地资源。

地下采矿使地面产生了塌陷区，尾矿直接排入塌陷区，泥水会进入采矿区，给井下生产带来严重影响；尾矿固化后充填地表塌陷区，既不影响井下采掘生产，也能持续性地解决尾矿处置问题，尾矿固化充填地表塌陷区是尾矿处置的新技术。固化块耐水性是影响尾矿固化块性能最主要的因素，提高尾矿固化块的耐水性有利于降低固化剂用量，降低生产成本。

我国于2003年6月30日起禁止生产、使用、销售实心粘土砖，并提倡研究使用工业废料作为新型建材。建材生产对原料中硅含量有一定的要求，硅含量越低，利用难度越大。原料粒度越细，胶凝材料用量越大，生产成本越高。所以，利用细粒低硅尾矿生产建材，技术难度很大。

目前，在本技术领域，虽均采用铁尾矿制备免蒸砖或充填固化块，但其固化剂仍采用水泥。水泥固化剂的生产需要经过高温过程，消耗热量，并对环境产生危害。利用水泥固化剂，固化速度快，虽然简单，但生产成本较高。如经检索中国专利申请号为201010610408.2的文献，其公开的“一种免烧免蒸尾矿砖及其制备方法”、 中国专利申请号为201110203216.4的专利文献，中国专利申请号为201010622991.9的文献、中国专利申请号为91106276.9的文献、中国专利申请号为201310331006.2的文献、中国专利申请号为200910272609.3的文献，均仍然采用水泥做固化剂；此外，所检索到的论文也同样采用了水泥做固化剂。

水泥中有熟料矿物，常温养护条件下极易通过水化反应来固化。从原理上看，使用水泥作固化剂制备尾矿砖可以在免蒸、免烧条件下实现；通过增加固化剂用量、优化原料级配和养护条件等手段，容易实现耐水性、抗冻性等技术要求。

高温工业生产中产生大量固体废物，如粉煤灰等，具有潜在的反应活性，可以制备成非熟料矿物胶凝材料，以此代替水泥作尾矿固化剂，具有成本低，节能环保等优势。非熟料矿物固化剂与水泥固化剂不同，其水化反应比较慢，需要采取活性激发技术；即使如此，水化反应速度仍不能和水泥相比。在免蒸、免烧条件下，使用非水泥固化剂制备尾矿砖，必须在厂内有限的养护时间内使产品达到国家技术标准；这时，提高尾矿砖的耐水性和抗冻性就成为必须克服的技术瓶颈。据悉，利用非水泥固化剂制备尾矿固化块，固化块抗压强度和吸水饱和抗压强度分别为12.4ＭPa和3.4ＭPa，制品软化系数仅为0.27。

为提高石膏制品的耐水性，一些研究在石膏料浆中加入防水材料(例如金属皂、沥青、硬脂酸、树脂等) ,使硬化的石膏内部颗粒表面形成防水层;或采用把增水材料喷射到石膏硬化体表面上,或在石膏制品上涂憎水材料,使其表面形成憎水层。上述2种技术措施对石膏的短期防水都有较好的效果,使得石膏制品2 h 吸水率仅为3 %～6 % ,但是长期防水效果均不理想,其24 h 吸水率一般仍在10%以上。石膏是气硬性胶凝材料，添加防水剂隔绝水分，对制品强度的影响较小。而且，石膏一般作为建筑装饰材料，其胶凝性能比水硬性材料-水泥要弱得多，无法用于固化尾矿以制备尾矿免蒸块。更主要的是，熟料矿物胶凝材料和水泥一样，是水硬性胶凝材料，与石膏完全不同，水化反应需要水，借鉴提高石膏制品耐水性的技术思想，极有可能产生相反的效果，憎水剂隔离水可能抑制水化反应，降低尾矿免蒸块的力学性能。

地下采矿造成地表塌陷，选矿产生大量尾矿，处置成本很高。尾矿浆直接冲填地表塌陷区会使大量泥浆渗入井下而影响井下采矿生产，尾矿固化后充填地表塌陷区则可以解决以上问题。利用固体废物制备出非熟料矿物胶凝材料，并以此为固化剂固化尾矿，制备出不同力学性能的尾矿免蒸块，分别用于充填地表塌陷区、作建筑材料，则不仅可能变废为宝，而且还能降低尾矿处置费用。

发明内容