一种利用石煤提钒尾矿制备矿渣硅酸盐水泥熟料及制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体为一种利用石煤提钒尾矿制备矿渣硅酸盐水泥熟料及制备方法。

背景技术

我国是世界钒资源大国，石煤中钒的品位较低，提钒后会产生大量的尾矿。大量提钒尾矿的堆存不仅给企业的发展带来沉重负担，而且也对环境造成污染。由此看来，提钒尾矿的处理影响着提钒工业的发展，如何对其有效利用，从而解决尾矿带来的污染是现在必须要思考的问题。

以石煤提钒尾矿、粘土、碳酸钙和铁粉为主要原料，经过磨矿、混料、困料、成型、煅烧、粉磨等工艺制备硅酸盐水泥熟料，不但可以改善水泥的性能，而且可以大量消耗矿渣，节约能源，降低水泥生产的成本。以提钒尾矿为主要原料制备建筑材料可以有效地消耗尾矿，符合节能减排发展的要求，具有一定的社会效益和经济效益。

现有的对于提钒尾矿的综合利用，主要体现在建筑材料、井下充填料、覆土造田三方面。

其中以石煤提钒尾矿为主要原料，掺入水泥，颗粒尾矿与尾矿细粉比例为65:27，水泥用量在固体干料中占8％，掺合用水量为固体干料总量的8％，成型压力为15MPa。经过28d养护，制备出性能指标满足MU25标号以上的免烧砖，每块砖尾矿含量为92％。

但这种方法的制作工艺复杂，成品应用场景少，无法大批量的消化堆存的提钒尾矿渣。

发明内容

针对现有技术中存在的制作工艺复杂，成品应用场景少，无法大批量的消化堆存的提钒尾矿渣的问题，本发明提供一种利用石煤提钒尾矿制备矿渣硅酸盐水泥熟料及制备方法；该水泥熟料可以直接消耗大量提钒尾矿，利用提钒尾矿中等非碳酸盐钙质材料，减少硅酸盐水泥熟料熟练烧制分解阶段二氧化碳排放，降低烧成温度，减少煤炭消耗，且不影响硅酸盐水泥熟料质量，大幅降低二氧化排放。

本发明是通过以下技术方案来实现：一种利用石煤提钒尾矿制备矿渣硅酸盐水泥熟料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

将提钒尾矿渣、碳酸钙、粘土和铁粉进行混合制得混合物A；

将混合物A压力成型为样块，将样块充分干燥后，烧成；

将烧成的样块冷却、粉磨制得矿渣硅酸盐水泥熟料。

进一步的，所述碳酸钙占总质量的95％以上。

进一步的，所述烧成温度1400～1450℃；所述烧成时间为10～20min。

进一步的，所述粘土占总质量的8％。

进一步的，进行混合时，通过干混研磨2h，之后向混好的料中加入10％的水搅拌均匀得到混合物A。

进一步的，在成型之前对混合物A进行困料。

进一步的，在1300℃以上的条件下保温3h之后，烧成完成。

进一步的，对冷却后的样块进行粉磨，所述粉磨要求能够全部通过60目筛；

过筛之后再次进行粉碎，直至3～35um粒级含量>65％。

一种利用石煤提钒尾矿制备矿渣硅酸盐水泥熟料，基于上述的制备方法制得。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供一种利用石煤提钒尾矿制备矿渣硅酸盐水泥熟料及制备方法，该熟料可以直接消耗大量提钒尾矿，利用提钒尾矿中等非碳酸盐钙质材料，减少硅酸盐水泥熟料熟练烧制分解阶段二氧化碳排放，降低烧成温度，减少煤炭消耗，且不影响硅酸盐水泥熟料质量，大幅降低二氧化排放。

进一步的，通过尾矿细粉、碳酸钙、粘土和铁粉制得的水泥熟料，其产物的主要成分为硅酸三钙、硅酸二钙、铁铝酸四钙和铝酸三钙，符合水泥熟料的化学组成，粒度分布也符合水泥熟料的粒度分布标准要求。

进一步的，所述提钒尾矿渣熟料，不但可以改善水泥的性能，而且可以大量消耗矿渣，节约能源，降低水泥生产的成本，广泛应用于水工及海工建筑、地下各种混凝土和钢筋混凝土建筑、高温场所的建筑等。

进一步的，按照设定的工艺路线，可以成功的利用提钒尾矿制备出水泥熟料，矿渣水泥熟料，不但可以改善水泥的性能，而且可以大量消耗矿渣，节约能源，降低水泥生产的成本，广泛应用于水工及海工建筑、地下各种混凝土和钢筋混凝土建筑、高温场所的建筑等。

具体实施方式

在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1：

本发明实施例提供一种利用石煤提钒尾矿制备矿渣硅酸盐水泥熟料及制备方法，包括：采用提钒尾矿渣、碳酸钙、粘土和铁粉在一定配比条件下混合，压力成型，充分干燥后，在1400℃条件下烧成，经冷却、粉磨制得水泥熟料；

熟料烧成温度1400℃，粘土配入量占配料总质量的8％较佳。

所述提钒尾矿渣、碳酸钙、粘土、铁粉的各质量配比如下：其中，碳酸钙通常占总质量的95％以上；粘土是含沙粒很少、有黏性的土壤，一般都是由硅酸盐矿物在地球表面风化后形成。粘土属于硅铝质原料，含有47.01％的SiO

其中，所述提钒尾矿属于SiO2-Al2O3-金属氧化物体系，主要矿物组成为石英和石膏。所述提钒尾矿经过放射性检测后判定属于C类装饰装修材料。

所述原料提钒尾矿渣、碳酸钙、粘土、铁粉分别占总质量的百分比分别为：14.06％、75.13％、8.00％、3.03％；Al2O3；

在工厂条件下，硅酸盐水泥熟料的石灰饱和系数在0.82～0.94之间，硅率在1.7～2.7之间，铝率在0.9～1.7之间。

该水泥熟料的制备方法如下：

将各原料按照配料表准确称量，在轻型球磨机上干混研磨2h；

向混好的料中加入10％的水搅拌均匀，在密封袋中困料10～12h；

将经过困料的原料准确称量55g(根据后续样块的体积计算的，范围50～55g)，倒入不锈钢模具在YES-600型压力试验机上以50KN的压力压制成约125mm×20mm×7mm的样块。

将压制好的样块放入热鼓风干燥箱中充分干燥(干燥温度为130～150℃，时间为45～60min，所含水分小于样块总质量的1％)。

将充分干燥后的样块放入CSL-16-12Y型高温炉中高温烧结，烧结温度为1400～1450℃，烧结时间为10～20min。

在1300℃以上的条件下保温三小时后立刻急冷至室温。

冷却了的样块经过轻型球磨机粉磨(粉磨时间为2h)至全部通过60目筛，过筛后利用流化床式气流粉碎分级机粉碎20min，至3～35um粒级含量>65％。

完成制备。

实施例2：

一种利用石煤提钒尾矿制备矿渣硅酸盐水泥熟料的制备方法，

包括以下的原料：钒尾矿渣、碳酸钙、粘土和铁粉；其中，

所述提钒尾矿属于SiO

所述原料提钒尾矿渣、碳酸钙、粘土、铁粉的所占占总质量的百分比分别为：14.06％、75.13％、7.79％、3.03％。为了方便实验称量，各质量分数均取整。为了研究不同原料配比对熟料成分的影响，选择小范围内改变粘土和碳酸钙的含量，得到新的原料配比。

最终确定的三种实验配比及对应的率值。

实验配比及对应的率值一览表1

从热力学的角度分析温度对C3S和C2S结晶的影响。

化学过程的方向可由状态自由晗来判断，通过计算物质的自由晗进而研究化学反应的平衡和能量平衡。

经过计算得出，配方中CaO与SiO2的摩尔比均大于3:1，计算CaO:SiO2＝3:1时各温度各生成物的自由晗变化即可。

最终确定了原料配比和烧成温度之后，将不同配比和不同烧成温度的样品按表2编号。

样品编号一览表

经过对各样品进行X射线衍射分析、岩相分析、粒度分析、粒度分析发现，样品2-2为最佳。

因此按照设定的工艺路线，可以成功的利用提钒尾矿制备出水泥熟料，其中尾矿的最佳含量为14％、粘土的最佳含量是8％、烧成最佳温度是1400℃、烧成的熟料经过球磨机和气流磨的粉磨，得到的产品的粒度分布符合普通硅酸盐水泥的粒度分布。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。