一種以鉛鋅尾礦為原料的水泥及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種以鉛鋅尾礦為原料的水泥及其制備方法，原料組分和各組分占原料總量的質量分數(shù)分別為：石灰石81.0-82.5%，鉛鋅尾礦7.0-16.0%，有色金屬灰渣0-7.5%，粉煤灰0.5-5.5%。原料經(jīng)粉磨后，按配比配料并進行預均化，于1350-1400℃進行高溫煅燒，在空氣中冷卻至室溫，得到水泥熟料。熟料球磨過至粒徑不超過74μm，熟料與二水石膏的質量比為95.5:4.5，混合均勻，制成水泥產(chǎn)品。本發(fā)明充分利用鉛鋅尾礦，實現(xiàn)了尾礦的資源化利用，生產(chǎn)的水泥產(chǎn)品質量合格，安全無危害。
【專利說明】一種以鉛鋅尾礦為原料的水泥及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)境保護及建筑材料領域，涉及到一種以鉛鋅尾礦為原料的水泥及其 制備方法。

【背景技術】
[0002] 我國是一個資源大國，尤其是鉛鋅礦產(chǎn)儲有量大，其鉛鋅礦的生產(chǎn)能力、出口量和 消耗量均位于世界前列。鉛鋅尾礦是鉛鋅礦選礦分選作業(yè)中產(chǎn)生的，是由選礦廠排放的尾 礦礦漿經(jīng)自然脫水后形成的固體礦物廢料。據(jù)國家環(huán)境保護部2012年環(huán)境統(tǒng)計年報，2012 年全國一般工業(yè)固體廢物產(chǎn)生量32. 9億噸，比上年增加1. 96%，其中，尾礦產(chǎn)生量為11. 0億 噸，占全國總產(chǎn)量的33. 4%。礦山開采帶來的尾礦大量堆積，不僅占用土地，還造成水質污 染，帶來嚴重的環(huán)境安全問題。
[0003] 鉛鋅尾礦組成復雜，儲存量巨大，有價金屬含量較低，提取較為困難，但卻是一種 具有較高潛在利用價值的礦產(chǎn)資源。鉛鋅尾礦含有大量的氧化物和豐富的微量元素，主要 化學成分為CaO、Si02、A1203和Fe203等，與水泥原料成分相近在配料過程中，可減少石灰石 等原料的用量，在一定程度上節(jié)約了資源。尾礦中的微量元素與氧化物可促進水泥熟料的 形成，增加熟料的液相量，改善熟料的易燒性。近年來，國內外研究者通過將鉛鋅尾礦作礦 化劑和粘土質原料等制備水泥熟料，為鉛鋅尾礦的資源化提供了研究思路及理論依據(jù)。鉛 鋅尾礦中的Zn2+等與熟料中的含氧化合物在900-1000°C反應生成含鋅礦物，促使液相提前 出現(xiàn)，加速了C3S的形成，提高了C3S的活性。
[0004] 目前，國內對水泥熟料煅燒過程中重金屬的固化行為開始于20世紀90年代。北 京某水泥廠研究了水泥回轉窯中危險廢物焚燒過程中重金屬的固化，試驗證明焚燒過程中 煙氣的氮氧化物、硫氧化物、重金屬等指標符合國家標準，水泥熟料的重金屬浸出毒性國標 中的相應規(guī)定，不會對環(huán)境造成危害。隨著水泥窯消納重金屬工業(yè)固廢的技術開發(fā)及應用， 重金屬在水泥熟料中的固化行為受到了極大的重視，各國均開展了大量的研究。因此，以水 泥窯固化重金屬工業(yè)固廢，可消納大量的工業(yè)固廢，為工業(yè)固廢的資源化利用從環(huán)保角度 分析了其應用的可行性及安全性。水泥各原料均含有一定量的重金屬，在煅燒過程中，重金 屬的流向王要有：固結在水泥熟料中；隨飛灰及廢氣排出。顯然，固結在水泥熟料中的重金 屬，不會對環(huán)境造成二次污染。由于重金屬本身的性質差異，不同的重金屬在熟料煅燒過程 中的固化特性、以及流向不同。
[0005] 近年來，對鉛鋅尾礦的利用主要集中在充填礦山采空區(qū)、資源化、有價金屬回收等 方面。以鉛鋅尾礦代替粘土配料，可生產(chǎn)出符合國家標準的水泥，不僅提高了水泥標號，還 降低了燃煤，獲得了較好的經(jīng)濟效益，實現(xiàn)了資源循環(huán)利用和大量消除尾礦及實現(xiàn)礦山綠 色發(fā)展。但目前對于以鉛鋅尾礦為原料生產(chǎn)水泥的研究，大部分僅局限于對以水泥的各齡 期強度作為主要指標，而對于其他的熟料性能缺乏系統(tǒng)的研究，尤其是在煅燒過程的重金 屬固化及水泥的重金屬毒性浸出等方面鮮有報道。本發(fā)明主要研究添加鉛鋅尾礦制備水泥 及重金屬固化特性，不僅提供生產(chǎn)水泥所需的原燃材料新來源，同時解決廢棄尾礦庫占用 大量土地，從源頭解決重金屬污染問題。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種以鉛鋅尾礦為原料的水泥及其制備方法，在保證水泥的 各項指標均能達到GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》中相應規(guī)定的前提下，本發(fā)明以更低的 煅燒溫度得到水泥，從而增加了水泥生產(chǎn)的原料來源，并能減少尾礦帶來的環(huán)境污染，有效 地改善環(huán)境，解決了水泥工業(yè)中能源、資源和環(huán)保之間相互制約的問題。
[0007] 本發(fā)明所采用的技術方案是：一種以鉛鋅尾礦為原料的水泥及其制備方法， 水泥生料中各組分及組分含量分別為石灰石81. 0-82. 5%，鉛鋅尾礦7. 0-16. 0%，有色金 屬灰渣0-7. 5%，粉煤灰0. 5-5. 5% ;所述的鉛鋅尾礦中各主要礦物及組分為：Si02含量 為 45. 28-53. 12%，CaO含量為 12. 08-16. 49%，F(xiàn)e203 含量為 8. 65-14. 36%，A1203 含量為 7. 32-14. 84%，MgO含量為2. 09-4. 28%及S03含量為1.35-2. 01%，余量為燒失量；石灰石 中CaO含量為47. 53-53. 97% ;有色金屬灰渣Fe203含量為28. 65-35. 28% ;粉煤灰中Si02 含量為53. 46-59. 26% ;水泥熟料的率值，即飽和石灰比KH、硅率SM、鋁率頂?shù)姆秶鸀椋?KH=0. 880-0. 924 ；SM=1. 78-2. 43 ；IM=1. 22-1. 59〇
[0008] 水泥的制備過程主要有：原料的配合、原料預均化、生料成型、熟料煅燒和熟料粉 磨，其主要步驟為： 步驟1.率值配方。
[0009] 根據(jù)水泥生料的化學組成，通過控制熟料的飽和石灰比（KH)、硅率（SM)、鋁率 (頂)來調節(jié)水泥各原料的摻入量，從而使水泥的各主要礦物組成合理，性能達標。具體控制 范圍為：KH=0. 880-0. 924 ;SM=1. 78-2. 43 ;頂=1. 22-1. 59。
[0010] 步驟2.原料預處理。
[0011] 本發(fā)明所采取的原料需經(jīng)過處理才能達到要求，原料的處理主要包括石灰石的破 碎、物料烘干和物料粉磨。原料處理的主要步驟如下： ⑴石灰石破碎，控制石灰石顆粒粒徑不超過20_ ; ⑵物料烘干，鉛鋅尾礦、經(jīng)破碎的石灰石、有色金屬灰渣和粉煤灰經(jīng)分別恒溫l〇5°C干 燥1-3小時，提高生料的易磨性； ⑶物料粉磨，干燥后的各原料分別經(jīng)粉磨，使全部石灰石通過74ym標準篩。
[0012] 步驟3.水泥的制備。
[0013] 水泥的制備過程主要包括： ⑴將步驟2預處理后的水泥原料混合均勻； ⑵生料成型：經(jīng)均化后的原料，加入水泥原料總質量20%的水量攪拌成型，切割成直徑 5cm、厚度0. 5cm的半圓形切片，在105°C下預烘1. 5-2小時； ⑶熟料煅燒：將成型后的切片均勻疊放在剛玉坩堝中，以確?？諝獾牧魍ㄐ裕釄迤椒€(wěn) 放置于高溫爐的爐體內，煅燒過程的煅燒制度為：從室溫升溫30分鐘到950°C，恒溫30分 鐘，升溫20分鐘到1350-1400°C，再恒溫20分鐘，在空氣中冷卻至室溫； ⑷熟料粉磨：熟料粉磨，控制熟料的細度為80iim分子篩的篩余不大于10%，密封保 存； (5)水泥生產(chǎn)：所得熟料，摻入水泥總質量的4. 5%的二水石膏制成水泥產(chǎn)品。
[0014] 測量所得水泥熟料，其f-CaO含量低于0. 5% ;熟料中各主要礦物組成及含量分 別為：由硅酸三鈣C3S和硅酸二鈣C2S組成的硅酸鹽礦物61. 8-78. 8% ;由鋁酸三鈣C3A和 鐵鋁酸四鈣組成的C4AF鋁酸鹽礦物21. 2-38. 3% ;所生產(chǎn)的水泥產(chǎn)品其3天抗折強度為 4. 22-6. 82MPa，28 天抗折強度為 6. 31-9. 18MPa，3 天抗壓強度為 17. 01-27. 08MPa，28 天抗 壓強度為 42. 63-53. 99MPa。
[0015] 本發(fā)明以鉛鋅尾礦、石灰石、有色金屬灰渣及粉煤灰為原料制備水泥熟料，摻入二 水石膏生產(chǎn)水泥，有效降低了熟料的燒成溫度，減少了煅燒成本，拓寬了水泥原料的來源， 緩解了水泥原料的資源壓力，解決了重金屬污染的環(huán)境問題。在不改變新型干法水泥生產(chǎn) 工藝的前提下，容易工程化實施，最終形成的水泥產(chǎn)品強度性能、凝結時間、安定性等基本 性能符合國家標準，且重金屬浸出毒性低，達到無害化要求。因此，以鉛鋅尾礦為原料生產(chǎn) 水泥，是一種尾礦資源化利用的有效途徑。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明的熟料煅燒制度圖。
[0017] 圖2為本發(fā)明熟料的制備流程圖。

【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進一步的詳細描述。
[0019] 本發(fā)明的原材料 本發(fā)明所用原材料中鉛鋅尾礦采自某鉛鋅尾礦庫，石灰石、有色金屬灰渣、石英采礦廢 石和粉煤灰等均由某水泥有限公司提供。
[0020] 表1主要原料中的重金屬含量（％)

【權利要求】
1. 一種以鉛鋅尾礦為原料的水泥，其特征在于：生料中各組分及組分質量百分 含量分別為：石灰石81. 0-82. 5%，鉛鋅尾礦7. 0-16. 0%，有色金屬灰渣0-7. 5%，粉煤灰 0.5-5. 5%;所述的鉛鋅尾礦中各主要礦物及組分為：Si02含量為45. 28-53. 12%，CaO含 量為 12. 08-16. 49%，F(xiàn)e203 含量為 8. 65-14. 36%，A1203 含量為 7. 32-14. 84%，MgO 含量為 2. 09-4. 28%及S03含量為1. 35-2. 01%，余量為燒失量；石灰石中CaO含量為47. 53-53. 97% ; 有色金屬灰渣Fe203含量為28. 65-35. 28% ;粉煤灰中Si02含量為53. 46-59. 26% ;水泥熟 料的率值，即飽和石灰比KH、硅率SM、鋁率IM的范圍為：KH=0. 880-0. 924 ;SM=1. 78-2. 43 ; IM=1. 22-1. 59〇
2. -種根據(jù)權利要求1所述的以鉛鋅尾礦為原料的水泥的制備方法，其特征在于包括 以下步驟： A根據(jù)水泥熟料的率值，即飽和石灰比KH、硅率SM、鋁率頂?shù)姆秶鸀椋?KH=0. 880-0. 924 ;SM=1. 78-2. 43 ;頂=1. 22-1. 59 按權利要求 1 所述的生料配方； B原料預處理 ⑴石灰石破碎，控制石灰石顆粒粒徑不超過20_ ; ⑵物料烘干，鉛鋅尾礦、經(jīng)破碎的石灰石、有色金屬灰渣和粉煤灰經(jīng)分別恒溫105 °C干 燥1-3小時，提高生料的易磨性； ⑶物料粉磨，干燥后的各原料分別經(jīng)粉磨，使全部石灰石通過74 y m標準篩； C水泥的制備 ⑴將B步驟預處理后的水泥原料混合均勻； ⑵生料成型：經(jīng)均化后的原料，加入水泥原料總質量20%的水量攪拌成型，切割成直徑 5 cm、厚度0. 5 cm的半圓形切片，在105°C下預烘1. 5-2小時； ⑶熟料煅燒：將成型后的切片均勻疊放在剛玉坩堝中，以確?？諝獾牧魍ㄐ裕釄迤椒€(wěn) 放置于高溫爐的爐體內，煅燒過程的煅燒制度為：從室溫升溫30分鐘到950°C，恒溫30分 鐘，升溫20分鐘到1350-1400°C，再恒溫20分鐘，在空氣中冷卻至室溫； ⑷熟料粉磨：熟料粉磨，控制熟料的細度為80 iim分子篩的篩余不大于10%，密封保 存； (5)水泥生產(chǎn)：所得熟料，摻入水泥總質量的4. 5%的二水石膏制成水泥產(chǎn)品； 水泥熟料中f-CaO含量低于0. 5%，熟料中各主要礦物組成及含量分別為：由硅酸三鈣 C3S和硅酸二鈣C2S組成的硅酸鹽礦物61. 8-78. 8% ;由鋁酸三鈣C3A和鐵鋁酸四鈣組成的 C4AF鋁酸鹽礦物21. 2-38. 3% ;水泥的3天齡期抗折強度為4. 22-6. 82MPa，28天抗折強度為 6. 31-9. 18MPa，3 天抗壓強度為 17. 01-27. 08MPa，28 天抗壓強度為 42. 63-53. 99MPa。
【文檔編號】C04B7/14GK104355558SQ201410586115
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權日:2014年10月28日
【發(fā)明者】何哲祥, 肖祈春, 周喜艷, 肖威, 李翔 申請人:中南大學