一种钒尾矿水泥掺合料及其制备方法与应用与流程

本发明属于建筑材料制备的技术领域，具体地说，涉及一种钒尾矿水泥掺合料及其制备方法与应用。

背景技术：

钒尾矿大多属于含硅量较高的尾矿(通常认为SiO2含量≥60％高硅型尾矿，SiO2含量<60％为低硅型尾矿)，该类尾矿主要矿物组成以石英为主，同时带有少量的长石、石膏以及黄铁矿等矿物。钒尾矿的处理方式多以堆存或充填的方式进行处理，不仅未能发挥其经济价值，而且尾矿的堆存给社会带来了一系列社会问题、环境问题。

钒尾矿中SiO2含量较高，主要以石英的形式存在。可将其作为硅质材料用在制备建筑材料的制备中。对于原状钒尾矿而言，未经过一定的预处理不适合用作矿物掺合料。为实现钒尾矿的高值利用，在经济可行的条件下，应尽可能的提高尾矿的反应活性实现高值利用，所以在利用其制备建筑材料前，可先对其进行活化处理。

对于尾矿的活化处理方式主要有机械粉磨、高温煅烧、添加碱性激发剂等三种方式。而单一运用某一种活化方式对尾矿活性的激发具有局限性，尾矿活性很难得到充分的发挥。因此，需要考虑将多种活化方式相结合对尾矿进行活化。

将工业提钒所产生的钒尾矿用于水泥掺合料的生产，可减少固体废弃物排放，对减轻提钒生产过程中的环境污染有重要的意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种钒尾矿水泥掺合料及其制备方法与应用，该发明既可以有效的消耗钒尾矿、实现节能环保的目的，同时也能变废为宝使钒尾矿产生较高的经济价值。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种钒尾矿水泥掺合料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、对电石渣进行烘干，用选粉机选出比表面积大于400m²/kg和小于400m²/kg的电石渣粉料；

步骤2、将大于400m²/kg的电石渣粉料和钒尾矿、煤渣混合并进行高温煅烧；

步骤3、将煅烧后的粉体进行粉磨，得到粉磨后的预混料；

步骤4、将加气混凝土废料破碎成小于10mm的粒度后烘干至水分小于1％，然后进行粉磨至300-600m²/kg；

步骤5、将小于400m²/kg的电石渣粉料和烘干后的加气混凝土废料加入预混料中进行粉磨，得到比表面积为400～1000m²/kg的钒尾矿水泥掺合料。

可选地，电石渣的化学成份以质量百分比计为：SiO22％～4％，Al2O31.5％～2.5％，CaO 70％～72％，Fe2O3+FeO 0.2％～0.6％，SO20.3％～0.6％，K2O 0.10％～0.18％，Na2O 0.25％～0.30％，烧失量22.00-22.30％。

可选地，所述钒尾矿化学成份以质量百分比计为：SiO250％～80％，Al2O34％～12％，CaO 1％～5％，MgO 1％～6％，Fe2O3+FeO 0.1％～5％，TiO20.1～3％，K2O 0.1％～5％，Na2O 0.1％～6％，P2O50.01％～0.1％，烧失量0.1％～6％，杂质0.01％～2％。

可选地，所述煤渣化学成份以质量百分比计为：SiO230％～50％，Al2O310％～20％，Fe2O33％～10％，MgO 1％～5％，CaO5～10％，Na2O 0.01％～0.30％，K2O 0.01％～0.60％，SO30.1％～5％，LOI 9％～20％。

可选地，高温煅烧温度为600～1000℃，高温煅烧时间为0.5～3h。

可选地，电石渣与钒尾矿总量的质量比为5：95～15:85；煤渣与高温煅烧后的钒尾矿总量的质量比为5：95～15:85。

可选地，步骤4中的烘干温度为40～70℃；所述粉磨的时间为30～80min；所述粉磨使用SM 500mm×500mm型水泥磨。

可选地，所述步骤5中的粉磨的时间为30～80min；所述粉磨使用SM500mm×500mm型水泥磨；烘干后的加气混凝土废料占钒尾矿质量总量的0.5％～2％。

本发明还公开了一种上述的制备方法制备得到的钒尾矿水泥掺合料。

本发明还公开了一种上述的钒尾矿水泥掺合料在制备钒尾矿水泥中的应用，包括以下步骤：将钒尾矿水泥掺合料和硅酸盐水泥混合，制备得到钒尾矿水泥，其中，钒尾矿水泥掺合料与硅酸盐水泥的质量比为10：90-30:70。

与现有技术相比，本发明可以获得包括以下技术效果：

1)本发明的钒尾矿水泥掺合料的制备方法简单、易行，利用钒尾矿生产水泥掺合料，可实现钒尾矿的规模化利用，大大提高钒尾矿的附加值。

2)本发明所需原料来源广泛，价格低廉，经活化处理后的钒尾矿用作水泥混合材掺合料，可降低水泥生产成本。

3)本发明所采用的活化方法能有效提高钒尾矿活性，工艺简单，设备要求低，便于操作。

4)本发明制备的钒尾矿水泥掺合料可根据需求配制不同标号的水泥，水泥质量能得以保证。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明钒尾矿水泥掺合料的制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

以下将配合实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明公开了一种钒尾矿水泥掺合料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、对电石渣进行烘干，用选粉机筛选出比表面积大于400m²/kg和小于400m²/kg的电石渣粉料；

其中，电石渣的化学成份以质量百分比计为：SiO22％～4％，Al2O31.5％～2.5％，CaO 70％～72％，Fe2O3+FeO 0.2％～0.6％，SO20.3％～0.6％，K2O 0.10％～0.18％，Na2O 0.25％～0.30％，烧失量22.00-22.30％。

步骤2、将大于400m²/kg的电石渣粉料和钒尾矿、煤渣混合并进行高温煅烧，煤渣与高温煅烧后的钒尾矿总量的质量比为5：95～15:85；高温煅烧温度为600～1000℃，高温煅烧时间为0.5～3hh；

其中，所述钒尾矿化学成份以质量百分比计为：SiO250％～80％，Al2O34％～12％，CaO 1％～5％，MgO 1％～6％，Fe2O3+FeO 0.1％～5％，TiO20.1～3％，K2O 0.1％～5％，Na2O 0.1％～6％，P2O50.01％～0.1％，烧失量0.1％～6％，杂质0.01％～2％。

所述煤渣化学成份以质量百分比计为：SiO230％～50％，Al2O310％～20％，Fe2O33％～10％，MgO 1％～5％，CaO5～10％，Na2O 0.01％～0.30％，K2O 0.01％～0.60％，SO30.1％～5％，LOI 9％～20％。

步骤3、将煅烧后的粉体使用SM 500mm×500mm型水泥磨进行粉磨30～80min，得到粉磨后的预混料；

步骤4、将加气混凝土废料破碎成小于10mm的粒度后在40～70℃温度条件下烘干至水分小于1％，然后进行粉磨至300-600m²/kg；

其中，加入40～70℃烘干的加气混凝土废料，而后粉磨至300-600m²/kg，起到固Na⁺和K⁺的作用。

步骤5、将小于400m²/kg的电石渣粉料和烘干后的加气混凝土废料加入预混料中使用SM 500mm×500mm型水泥磨进行粉磨30～80min，烘干后的加气混凝土废料占钒尾矿质量总量的0.5％～2％，电石渣与钒尾矿总量的质量比为5：95～15:85；得到比表面积为400～1000m²/kg的钒尾矿水泥掺合料。

其中，煤渣中的挥发分中的碳的燃烧为混合料的煅烧提供了一定的热量，且煤渣中有大量的活性成分。混合料中加入了电石渣后煅烧，电石渣中的CaO与钒尾矿中SiO2反应生成硅酸二钙(C2S)和硅酸三钙(C3S)，新生成的C2S和C3S与煤渣中原有的活性成分C2S和C3S一起，与小于400m²/kg电石渣和加气混凝土废料形成水泥掺合料，电石渣中的有效CaO起到激发促进水化的作用，而加气混凝土废料中原有的水化产物托贝莫来石和C-S-H凝胶能对体系中的Na⁺和K⁺起到吸附的作用，同时对尾矿中的重金属起到吸附和固化的作用。本发明减少了水泥的用量，降低了碳排放，节能环保。

本发明还公开了一种上述制备方法制备得到的钒尾矿水泥掺合料。

本发明还公开了一种上述的钒尾矿水泥掺合料在制备钒尾矿水泥中的应用，包括以下步骤：将钒尾矿水泥掺合料和硅酸盐水泥混合，制备得到钒尾矿水泥，其中，钒尾矿水泥掺合料与硅酸盐水泥的质量比为10：90-30:70。

实施例1

对电石渣进行烘干，用选粉机选出比表面积大于400m²/kg和小于400m²/kg的电石渣粉料；将大于400m²/kg的电石渣粉料和钒尾矿、煤渣混合并进行高温煅烧，煤渣与高温煅烧后的钒尾矿总量的质量比为10:90，高温煅烧温度为750℃，高温煅烧时间为1h；本实施例1所选用的钒尾矿其SiO2的含量为64.3％。将煅烧后的粉体使用SM 500mm×500mm型水泥磨进行粉磨40min，得到粉磨后的预混料；将加气混凝土废料在40～70℃温度条件下进行烘干，然后进行粉磨至450m²/kg；将小于400m²/kg的电石渣粉料和烘干后的加气混凝土废料加入预混料中使用SM 500mm×500mm型水泥磨进行粉磨40min，烘干后的加气混凝土废料占钒尾矿质量总量的2％，电石渣与钒尾矿总量的质量比为3:37；得到比表面积为600m²/kg的钒尾矿水泥掺合料。

其中，电石渣的化学成份以质量百分比计为：SiO23.09％，Al2O32.16％，CaO 71.25％，Fe2O3+FeO 0.4％，SO20.45％，K2O 0.13％，Na2O 0.28％，烧失量22.13％。

钒尾矿化学成份以质量百分比计为：SiO277.6％，Al2O34％，CaO 5％，MgO 1％，Fe2O3+FeO 5％，TiO20.1％，K2O 5％，Na2O 0.1％，P2O50.1％，烧失量0.1％，杂质2％。

所述煤渣化学成份以质量百分比计为：SiO248.29％，Al2O310％，Fe2O310％，MgO 1％，CaO10％，Na2O 0.01％，K2O 0.60％，SO30.1％，LOI 20％。

将活化后的钒尾矿水泥掺合料以10％、20％、30％的掺量与P﹒I 42.5硅酸盐水泥混合，按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》制备胶砂试块并测得强度。

实施例2

对电石渣进行烘干，用选粉机选出比表面积大于400m²/kg和小于400m²/kg的电石渣粉料；将大于400m²/kg的电石渣粉料和钒尾矿、煤渣混合并进行高温煅烧，煤渣与高温煅烧后的钒尾矿总量的质量比为5：95；高温煅烧温度为500℃，高温煅烧时间为3h；本实施例2所选用的钒尾矿其SiO2的含量为64.3％。将煅烧后的粉体使用SM 500mm×500mm型水泥磨进行粉磨50min，得到粉磨后的预混料；将加气混凝土废料在40℃温度条件下进行烘干，然后进行粉磨至300m²/kg；将小于400m²/kg的电石渣粉料和烘干后的加气混凝土废料加入预混料中使用SM 500mm×500mm型水泥磨进行粉磨50min，烘干后的加气混凝土废料占钒尾矿质量总量的0.5％，电石渣与钒尾矿总量的质量比为15:85；得到比表面积为400m²/kg的钒尾矿水泥掺合料。

其中，电石渣的化学成份以质量百分比计为：SiO22％，Al2O32.5％，CaO 72％，Fe2O3+FeO 0.2％，SO20.6％，K2O 0.10％，Na2O 0.30％，烧失量22.30％。

所述钒尾矿化学成份以质量百分比计为：SiO250％～80％，Al2O34％～10％，CaO 1％～5％，MgO 1％～5％，Fe2O3+FeO 0.1％～5％，TiO20.1～2％，K2O 0.1％～5％，Na2O 0.1％～5％，P2O50.01％～0.1％，烧失量0.1％～5％，杂质0.01％～2％。

所述煤渣化学成份以质量百分比计为：SiO250％，Al2O316.69％，Fe2O33％，MgO 5％，CaO5％，Na2O 0.30％，K2O 0.01％，SO35％，LOI 20％。

将活化后的钒尾矿水泥掺合料以10％、20％、30％的掺量与P﹒I 42.5硅酸盐水泥混合，按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》制备胶砂试块并测得强度。

实施例3

对电石渣进行烘干，用选粉机选出比表面积大于400m²/kg和小于400m²/kg的电石渣粉料；将大于400m²/kg的电石渣粉料和钒尾矿、煤渣混合并进行高温煅烧，煤渣与高温煅烧后的钒尾矿总量的质量比为15：85；高温煅烧温度为750℃，高温煅烧时间为1h；本实施例3所选用的钒尾矿其SiO2的含量在50％。将煅烧后的粉体使用SM 500mm×500mm型水泥磨进行粉磨30～80min，得到粉磨后的预混料；将加气混凝土废料在60℃温度条件下进行烘干，然后进行粉磨至500m²/kg；将小于400m²/kg的电石渣粉料和烘干后的加气混凝土废料加入预混料中使用SM 500mm×500mm型水泥磨进行粉磨80min，烘干后的加气混凝土废料占钒尾矿质量总量的2％，电石渣与钒尾矿总量的质量比为5：95；得到比表面积为1000m²/kg的钒尾矿水泥掺合料。

其中，电石渣的化学成份以质量百分比计为：SiO24％，Al2O31.5％，CaO 71.17％，Fe2O3+FeO 0.6％，SO20.3％，K2O 0.18％，Na2O 0.25％，烧失量22.00％。

所述钒尾矿化学成份以质量百分比计为：SiO250％，Al2O311.99％，CaO 5％，MgO 6％，Fe2O3+FeO 5％，TiO23％，K2O 5％，Na2O 6％，P2O50.01％，烧失量6％，杂质2％。

所述煤渣化学成份以质量百分比计为：SiO247.3％，Al2O320％，Fe2O38％，MgO 4％，CaO 8％，Na2O 0.2％，K2O 0.50％，SO33％，LOI 9％。

将活化后的钒尾矿水泥掺合料以10％、20％、30％的掺量与P﹒I 42.5硅酸盐水泥混合，按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》制备胶砂试块并测得强度。

实施例4

对电石渣进行烘干，用选粉机选出比表面积大于400m²/kg和小于400m²/kg的电石渣粉料；将大于400m²/kg的电石渣粉料和钒尾矿、煤渣混合并进行高温煅烧，煤渣与高温煅烧后的钒尾矿总量的质量比为8：92；高温煅烧温度为1000℃，高温煅烧时间为0.5h；本实施例4所选用的钒尾矿其SiO2的含量在80％。将煅烧后的粉体使用SM 500mm×500mm型水泥磨进行粉磨30min，得到粉磨后的预混料；将加气混凝土废料在70℃温度条件下进行烘干，然后进行粉磨至600m²/kg；将小于400m²/kg的电石渣粉料和烘干后的加气混凝土废料加入预混料中使用SM 500mm×500mm型水泥磨进行粉磨30min，烘干后的加气混凝土废料占钒尾矿质量总量的1％，电石渣与钒尾矿总量的质量比为9:91；得到比表面积为600m²/kg的钒尾矿水泥掺合料。

其中，电石渣的化学成份以质量百分比计为：SiO24％，Al2O32.1％，CaO 70％，Fe2O3+FeO 0.6％，SO20.6％，K2O 0.18％，Na2O 0.30％，烧失量22.00-22.30％。

所述钒尾矿化学成份以质量百分比计为：SiO280％，Al2O312％，CaO 1％，MgO 2％，Fe2O3+FeO 0.1％，TiO22％，K2O 0.1％，Na2O2％，P2O50.05％，烧失量0.74％，杂质0.01％。

所述煤渣化学成份以质量百分比计为：SiO230％，Al2O320％，Fe2O310％，MgO 5％，CaO10％，Na2O 0.20％，K2O 0.30％，SO35％，LOI 19.5％。

将活化后的钒尾矿水泥掺合料以10％、20％、30％的掺量与P﹒I 42.5硅酸盐水泥混合，按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》制备胶砂试块并测得强度。

实施例5

对电石渣进行烘干，用选粉机选出比表面积大于400m²/kg和小于400m²/kg的电石渣粉料；将大于400m²/kg的电石渣粉料和钒尾矿、煤渣混合并进行高温煅烧，煤渣与高温煅烧后的钒尾矿总量的质量比为12：88高温煅烧温度为750℃，高温煅烧时间为1h；本实施例5所选用的钒尾矿其SiO2的含量在64.3％。将煅烧后的粉体使用SM 500mm×500mm型水泥磨进行粉磨50min，得到粉磨后的预混料；将加气混凝土废料在50℃温度条件下进行烘干，然后进行粉磨至400m²/kg；将小于400m²/kg的电石渣粉料和烘干后的加气混凝土废料加入预混料中使用SM 500mm×500mm型水泥磨进行粉磨50min，烘干后的加气混凝土废料占钒尾矿质量总量的1.5％，电石渣与钒尾矿总量的质量比为21:179；得到比表面积为726m²/kg的钒尾矿水泥掺合料。

其中，电石渣的化学成份以质量百分比计为：SiO23.09％，Al2O32.16％，CaO 71.25％，Fe2O3+FeO 0.4％，SO20.45％，K2O 0.13％，Na2O 0.28％，烧失量22.13％。

所述钒尾矿化学成份以质量百分比计为：SiO250％，Al2O311.99％，CaO 5％，MgO 6％，Fe2O3+FeO 5％，TiO23％，K2O 5％，Na2O 6％，P2O50.01％，烧失量6％，杂质2％。

所述煤渣化学成份以质量百分比计为：SiO248.29％，Al2O310％，Fe2O310％，MgO 1％，CaO10％，Na2O 0.01％，K2O 0.60％，SO30.1％，LOI 20％。

将活化后的钒尾矿水泥掺合料以10％、20％、30％的掺量与P﹒I 42.5硅酸盐水泥混合，按照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》制备胶砂试块并测得强度。

采用本发明的方法制备的水泥强度性能指标如表1所示。

表1钒尾矿水泥强度性能指标

本发明就地取材以钒尾矿原料制备水泥掺合料，实现了对钒尾矿有效利用。在制备的过程中，材料无放射，达到了低成本、环保、节能、节约土地资源的目的。

上述说明示出并描述了发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离发明的精神和范围，则都应在发明所附权利要求的保护范围内。