權(quán)利要求

1.尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一：鐵尾礦分析：建立鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)（1），并對(duì)鐵尾礦的化學(xué)成分、礦物組成的基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行分析得到化學(xué)成分參數(shù)（101）以及礦物組成參數(shù)（102）； 步驟二：鐵尾礦粉活化：將鐵尾礦粉（2）進(jìn)行機(jī)械活化（3）、機(jī)械力化學(xué)耦合活化（4）以及納米材料原位生長(zhǎng)活化（5）得到高性能鐵尾礦粉（6）； 步驟三：復(fù)合鐵尾礦砂：鐵尾礦砂（7）復(fù)配天然砂復(fù)合鐵尾礦砂（8）； 步驟四：改性鐵尾礦砂：改性鐵尾礦砂（9）包括加鈣碳化改性鐵尾礦砂（10）和微生物礦化改性鐵尾礦砂（11）； 步驟五：然后將所得的高性能鐵尾礦粉（6）、復(fù)合鐵尾礦砂（8）及改性鐵尾礦砂（9）用于制備大摻量裝配式構(gòu)建外墻板混凝土。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法，其特征在于：所述鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)（1）建立的工藝流程包括： 2.1、尾礦堆放區(qū)地質(zhì)勘測(cè)； 2.2、踩點(diǎn)、取樣； 2.3、對(duì)樣品的化學(xué)成分、礦物組成的基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及分析； 2.4、搭建鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)（1）系統(tǒng)框架； 2.5、信息錄入，將化學(xué)成分參數(shù)（101）以及礦物組成參數(shù)（102）錄入到鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)（1）中。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法，其特征在于：所述復(fù)合鐵尾礦砂（8）制備的工藝流程包括以下步驟： 3.1、稱取鐵尾礦砂（7），投入攪拌機(jī)； 3.2、稱取天然砂，投入攪拌機(jī)； 3.3、混合鐵尾礦砂（7）和天然砂，得復(fù)合鐵尾礦砂（8）。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法，其特征在于：所述加鈣碳化法改性鐵尾礦砂（10）工藝流程包括以下步驟： 4.1、原料倉(cāng)中裝有鐵尾礦砂（7），將其輸送至攪拌機(jī)內(nèi)； 4.2、然后將溶液罐內(nèi)的鈣源輸送至拌機(jī)中，啟動(dòng)攪拌機(jī)，將鈣源與鐵尾礦砂（7）混合均勻； 4.3、然后將混有鈣源的鐵尾礦砂（7）輸送至碳化室內(nèi)，并將儲(chǔ)氣罐中的二氧化碳?xì)怏w通入到碳化室內(nèi)以此碳化混有鈣源的鐵尾礦砂（7）； 4.4、將表面充分碳化的鐵尾礦砂（7）輸送至堆場(chǎng)，自然干燥，即得加鈣碳化改性鐵尾礦砂（10）。 5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法，其特征在于：所述微生物礦化改性鐵尾礦砂（11）工藝流程包括以下步驟： 5.1、首先配制微生物培養(yǎng)基，并將其移送至微生物培養(yǎng)室，然后向位于微生物培養(yǎng)室中的微生物培養(yǎng)基中加入尿素和微生物； 5.2、待微生物數(shù)量滿足要求時(shí)，先將原料倉(cāng)中的鐵尾礦砂（7）和鈣源輸送至礦化室，并將其混合均勻，然后再向其中加入來(lái)自微生物培養(yǎng)室中的微生物，再次攪拌混合； 5.3、礦化一段時(shí)間后，將礦化室中的產(chǎn)物輸送至堆場(chǎng)，自然干燥，即得微生物礦化改性鐵尾礦砂（11）。 6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法，其特征在于：所述機(jī)械活化（3）法制備高性能鐵尾礦粉（6）的工藝流程包括以下步驟： 6.1、將鐵尾礦粉（2）、高硅原料、化學(xué)激發(fā)劑分別存儲(chǔ)于原料倉(cāng) A、原料倉(cāng)B 和原料倉(cāng)C內(nèi)部； 6.2、單純進(jìn)行機(jī)械活化（3）時(shí)，將存儲(chǔ)于原料倉(cāng) A 中的鐵尾礦粉（2）和存儲(chǔ)于原料倉(cāng)B中的高硅原料分別輸送至球磨機(jī)，然后進(jìn)行球磨處理，球磨結(jié)束后，將其輸送至料倉(cāng)，備用； 6.3、進(jìn)行機(jī)械力化學(xué)耦合活化（4）時(shí)，將存儲(chǔ)于原料倉(cāng) A 中的鐵尾礦粉（2）、存儲(chǔ)于原料倉(cāng) B 中的高硅原料和存儲(chǔ)于原料倉(cāng)C 中的化學(xué)激發(fā)劑分別輸送至球磨機(jī)，然后進(jìn)行球磨處理，球磨結(jié)束后，將其輸送至料倉(cāng)，備用。 7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法，其特征在于：所述納米材料原位生長(zhǎng)活化（5）制備高性能鐵尾礦粉（6）的工藝流程包括以下步驟： 7.1、首先制備鐵尾礦分原位生長(zhǎng)納米顆粒； 7.2、原料倉(cāng)中裝有鐵尾礦粉（2），先將其輸送至粉磨機(jī)中粉磨，然后將其輸送至反應(yīng)罐內(nèi)； 7.3、溶液罐 A 和溶液罐 B 中則分別裝有用于化學(xué)共沉淀反應(yīng)的硅源和鈣源，待粉磨后的鐵尾礦粉（2）被輸送至反應(yīng)罐后，溶液罐 A 中的硅源被輸送至反應(yīng)罐內(nèi)； 7.4、一段時(shí)間后，再將溶液罐 B 中的鈣源緩慢加入到反應(yīng)罐內(nèi)，反應(yīng)一段時(shí)間； 7.5、將反應(yīng)罐內(nèi)的漿體輸送至板框壓濾機(jī)，對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾分離，濾液被輸送至廢液池內(nèi)，待處理； 7.6、其它物質(zhì)則通過(guò)氣流干燥器干燥，得鐵尾礦粉（2）原位生長(zhǎng)水化硅酸鈣，并將其輸送至料倉(cāng)，備用。 8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法，其特征在于：所述步驟五具體包括： 8.1、將所得的高性能鐵尾礦粉（6）、復(fù)合鐵尾礦砂（8）及改性鐵尾礦砂（9）用于制備大摻量預(yù)制墻板混凝土； 8.2、所述大摻量預(yù)制墻板混凝土再用于裝配式構(gòu)件外墻板。 9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法，其特征在于：所述大摻量預(yù)制墻板混凝土包括鐵尾礦粉（2）和鐵尾礦砂（7），并以所得配合比為基礎(chǔ)，進(jìn)行大摻量鐵尾礦粉+鐵尾礦砂協(xié)同互補(bǔ)制備裝配式構(gòu)件外墻板。 10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法，其特征在于：所述大摻量預(yù)制墻板混凝土協(xié)同互補(bǔ)制備裝配式構(gòu)件外墻板的工藝流程包括以下步驟： 10.1、原料倉(cāng) A 中裝有高性能鐵尾礦粉（6），原料倉(cāng) B 中裝有改性鐵尾礦砂（9），其它原料分別裝在不同原料倉(cāng)中，然后按照混凝土成型工藝將不同原料分別輸送至攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行拌合； 10.2、拌合完成后，進(jìn)行裝模成型； 10.3、成型后的混凝土構(gòu)件移送至蒸汽養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，蒸養(yǎng)結(jié)束后，拆模，并將構(gòu)件移送至堆場(chǎng)。

說(shuō)明書(shū)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種尾礦砂處理方法，特別是涉及一種尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法，屬于礦山資源處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

礦山資源是人類社會(huì)賴以生存的重要自然資源，我國(guó) 95%的能源、85%的工業(yè)原料以及 70%的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料都是以礦產(chǎn)品為原料，礦山資源的開(kāi)發(fā)與利用為社會(huì)進(jìn)步提供了巨大動(dòng)力，同時(shí)也產(chǎn)生了大量的尾礦等礦山廢棄物。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，工業(yè)固體廢物造成的污染日益突出，嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境，威脅著人們的身體健康，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前我國(guó)發(fā)現(xiàn)的礦產(chǎn)有 150多種，開(kāi)發(fā)建立 8000 多座礦山，累計(jì)生產(chǎn)尾礦 59.7 億t，2018年，我國(guó)主要工業(yè)企業(yè)尾礦產(chǎn)生量為 8.8 億噸，占主要工業(yè)企業(yè)一般固體廢物產(chǎn)生量的 27.4%，綜合利用量為 2.4 億噸，綜合利用率僅為 27.1%，尾礦產(chǎn)生量最大的兩個(gè)行業(yè)是有色金屬礦采選業(yè)和黑色金屬礦采選業(yè)，其產(chǎn)生量分別為 4.0 億噸和 3.7 億噸，綜合利用率分別為 23.4%和 26.8%。

尾礦的填埋堆放不僅浪費(fèi)資源，而且占用大量的土地，僅 2019 年，尾礦的新增堆放用地就超過(guò) 100 萬(wàn)畝，隨著礦石日漸貧化，資源日漸枯竭，尾礦作為二次資源已在國(guó)內(nèi)外備受關(guān)注，由于綜合利用水平不高，造成資源消耗高、浪費(fèi)大、利用率低，不僅使企業(yè)成本上升、經(jīng)濟(jì)效益低下，而且由于廢棄物排放量大，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

因此，亟需對(duì)尾礦砂的處理方法進(jìn)行改進(jìn)，以解決上述存在的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法，分別通過(guò)原位生長(zhǎng)和加鈣碳化+MICP技術(shù)，協(xié)同互補(bǔ)制備綠色建筑材料，一方面，為鐵尾礦的改性和資源化利用提供一條經(jīng)濟(jì)、可行的綠色共性技術(shù)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，另一方面，通過(guò)對(duì)鐵尾礦的綜合利用，可以大幅度降低鐵尾礦堆存及處置的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

一種尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法，包括以下步驟：

步驟一：鐵尾礦分析：建立鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)鐵尾礦的化學(xué)成分、礦物組成的基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行分析得到化學(xué)成分參數(shù)以及礦物組成參數(shù)；

步驟二：鐵尾礦粉活化：將鐵尾礦粉進(jìn)行機(jī)械活化、機(jī)械力化學(xué)耦合活化以及納米材料原位生長(zhǎng)活化得到高性能鐵尾礦粉；

步驟三：復(fù)合鐵尾礦砂：鐵尾礦砂復(fù)配天然砂復(fù)合鐵尾礦砂；

步驟四：改性鐵尾礦砂：改性鐵尾礦砂包括加鈣碳化改性鐵尾礦砂和微生物礦化改性鐵尾礦砂，表面活性和改性技術(shù)的新穎性，鐵尾礦粉表面原位生長(zhǎng)納米材料，提供鐵尾礦粉的活性；

步驟五：然后將所得的高性能鐵尾礦粉、復(fù)合鐵尾礦砂及改性鐵尾礦砂用于制備大摻量裝配式構(gòu)建外墻板混凝土。

針對(duì)鐵礦行業(yè)大宗低品位鐵尾礦無(wú)法有效處置的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，本發(fā)明將鐵尾礦分為鐵尾礦粉和鐵尾礦砂兩個(gè)產(chǎn)品類別，分別通過(guò)原位生長(zhǎng)和加鈣碳化技術(shù)，將鐵尾礦制備成高性能細(xì)骨料和低碳膠凝材料，協(xié)同互補(bǔ)制備綠色建筑材料，一方面，為鐵尾礦的改性和資源化利用提供一條經(jīng)濟(jì)、可行的綠色共性技術(shù)，促進(jìn)企業(yè)提高鐵尾礦利用率、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，另一方面，通過(guò)對(duì)鐵尾礦的綜合利用，可以大幅度降低鐵尾礦堆存及處置的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，為生態(tài)環(huán)境主管部門(mén)提供預(yù)處理改性及資源化利用的技術(shù)支撐。

優(yōu)選的，所述鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)建立的工藝流程包括：

尾礦堆放區(qū)地質(zhì)勘測(cè)；

踩點(diǎn)、取樣；

對(duì)樣品的化學(xué)成分、礦物組成的基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及分析；

搭建鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)框架；

信息錄入，將化學(xué)成分參數(shù)以及礦物組成參數(shù)錄入到鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)中；

按照《工業(yè)固體廢物采樣制樣技術(shù)規(guī)范》（HIT20-1998）要求，進(jìn)行多點(diǎn)、多層采樣工作，利用儀器分析法（XRD、XRF、SEM、激光粒度儀等表征手段）確定鐵尾礦的特性成分的種類數(shù)量，建立“鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)”，為后續(xù)預(yù)處理以及資源化起到積極的意義。

優(yōu)選的，所述復(fù)合鐵尾礦砂制備的工藝流程包括以下步驟：

稱取鐵尾礦砂，投入攪拌機(jī)；

稱取天然砂，投入攪拌機(jī)；

混合鐵尾礦砂和天然砂，得復(fù)合鐵尾礦砂；

根據(jù)鐵尾礦砂及天然砂的級(jí)配，利用鐵尾礦砂部分取代天然砂，配制符合標(biāo)淮GB/T 14684-2011《建筑用砂》的復(fù)合鐵尾礦砂，并將所得復(fù)合鐵尾礦砂用于混凝土中，提升資源利用率。

優(yōu)選的，所述加鈣碳化法改性鐵尾礦砂工藝流程包括以下步驟：

原料倉(cāng)中裝有鐵尾礦砂，將其輸送至攪拌機(jī)內(nèi)；

然后將溶液罐內(nèi)的鈣源輸送至拌機(jī)中，啟動(dòng)攪拌機(jī)，將鈣源與鐵尾礦砂混合均勻；

然后將混有鈣源的鐵尾礦砂輸送至碳化室內(nèi)，并將儲(chǔ)氣罐中的二氧化碳?xì)怏w通入到碳化室內(nèi)以此碳化混有鈣源的鐵尾礦砂；

將表面充分碳化的鐵尾礦砂輸送至堆場(chǎng)，自然干燥，即得加鈣碳化改性鐵尾礦砂；

針對(duì)鐵尾礦砂過(guò)細(xì)的特點(diǎn)，利用項(xiàng)目組已有的加鈣碳化和微生物礦化專利技術(shù)，改性鐵尾礦砂，增大鐵尾礦砂的細(xì)度模數(shù)，以期粗化鐵尾礦砂。

加鈣碳化是指在鐵尾礦砂中補(bǔ)充鈣源，然后向其中通入二氧化碳?xì)怏w，直至鐵尾礦砂表面完全碳化，鐵尾礦表面包裹著白色碳酸鈣沉淀，該物質(zhì)有助于填充鐵尾礦砂的孔隙結(jié)構(gòu)、修補(bǔ)裂縫，而且，所生成的碳酸鈣具有一定的粘聚性，能夠?qū)⒓?xì)小的砂粒膠結(jié)粘聚，進(jìn)一步粗化鐵尾礦砂。

優(yōu)選的，所述微生物礦化改性鐵尾礦砂工藝流程包括以下步驟：

首先配制微生物培養(yǎng)基，并將其移送至微生物培養(yǎng)室，然后向位于微生物培養(yǎng)室中的微生物培養(yǎng)基中加入尿素和微生物；

待微生物數(shù)量滿足要求時(shí)，先將原料倉(cāng)中的鐵尾礦砂和鈣源輸送至礦化室，并將其混合均勻，然后再向其中加入來(lái)自微生物培養(yǎng)室中的微生物，再次攪拌混合；

礦化一段時(shí)間后，將礦化室中的產(chǎn)物輸送至堆場(chǎng)，自然干燥，即得微生物礦化改性鐵尾礦砂；

某些微生物能夠酶解其周?chē)镔|(zhì)生成碳酸根離子，碳酸根離予與鈣離子反應(yīng)，生成具有膠結(jié)作用的碳酸鈣晶體，利用微生物在鐵尾礦砂中生成具有酸結(jié)效果的碳酸鈣晶體，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)小鐵尾礦砂間的膠結(jié)粘聚，增大鐵尾礦砂細(xì)度模數(shù)，粗化鐵尾礦砂顆粒。

優(yōu)選的，所述機(jī)械活化法制備高性能鐵尾礦粉的工藝流程包括以下步驟：

將鐵尾礦粉、高硅原料、化學(xué)激發(fā)劑分別存儲(chǔ)于原料倉(cāng) A、原料倉(cāng)B 和原料倉(cāng) C內(nèi)部；

單純進(jìn)行機(jī)械活化時(shí)，將存儲(chǔ)于原料倉(cāng) A 中的鐵尾礦粉和存儲(chǔ)于原料倉(cāng) B中的高硅原料分別輸送至球磨機(jī)，然后進(jìn)行球磨處理，球磨結(jié)束后，將其輸送至料倉(cāng)，備用。

進(jìn)行機(jī)械力化學(xué)耦合活化時(shí)，將存儲(chǔ)于原料倉(cāng) A 中的鐵尾礦粉、存儲(chǔ)于原料倉(cāng) B中的高硅原料和存儲(chǔ)于原料倉(cāng)C 中的化學(xué)激發(fā)劑分別輸送至球磨機(jī)，然后進(jìn)行球磨處理，球磨結(jié)束后，將其輸送至料倉(cāng)，備用；

針對(duì)鐵尾礦硅含量低、活性差的問(wèn)題，先將鐵尾礦單獨(dú)機(jī)械活化，再與二氧化硅含量較高的稻殼灰、硅灰、粉煤灰和礦粉等高硅物質(zhì)共同機(jī)械粉磨，制備鐵尾礦基復(fù)合礦物摻合料。

進(jìn)行機(jī)械力化學(xué)耦合活化時(shí)，將存儲(chǔ)于原料倉(cāng) A 中的鐵尾礦粉、存儲(chǔ)于原料倉(cāng) B中的高硅原料和存儲(chǔ)于原料倉(cāng)C 中的化學(xué)激發(fā)劑分別輸送至球磨機(jī)，然后進(jìn)行球磨處理，球磨結(jié)束后，將其輸送至料倉(cāng)，備用，在述述的基礎(chǔ)上，保持其他參數(shù)不變，在粉磨過(guò)程中添加 Ca(OH） 2、CaSO 4·2H 2O、NaOH 等化學(xué)激發(fā)劑，共同粉磨，實(shí)現(xiàn)機(jī)械力化學(xué)耦合活化。

優(yōu)選的，所述納米材料原位生長(zhǎng)活化制備高性能鐵尾礦粉的工藝流程包括以下步驟：

首先制備鐵尾礦分原位生長(zhǎng)納米顆粒；

原料倉(cāng)中裝有鐵尾礦粉，先將其輸送至粉磨機(jī)中粉磨，然后將其輸送至反應(yīng)罐內(nèi)；

溶液罐 A 和溶液罐 B 中則分別裝有用于化學(xué)共沉淀反應(yīng)的硅源和鈣源，待粉磨后的鐵尾礦粉被輸送至反應(yīng)罐后，溶液罐 A 中的硅源被輸送至反應(yīng)罐內(nèi)；

一段時(shí)間后，再將溶液罐 B 中的鈣源緩慢加入到反應(yīng)罐內(nèi)，反應(yīng)一段時(shí)間；

將反應(yīng)罐內(nèi)的漿體輸送至板框壓濾機(jī)，對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾分離，濾液被輸送至廢液池內(nèi)，待處理；

其它物質(zhì)則通過(guò)氣流干燥器干燥，得鐵尾礦粉原位生長(zhǎng)水化硅酸鈣，并將其輸送至料倉(cāng)，備用；

為進(jìn)一步提高鐵尾礦粉的活性，采用“納米材料原位生長(zhǎng)技術(shù)”對(duì)鐵尾礦粉進(jìn)行表面改性，該法既能實(shí)現(xiàn)鐵尾礦粉的表面改性，從而提高其表面活性，又能將其與納米材料復(fù)合，分別在鐵尾礦粉表面原位生長(zhǎng)納米 SiO 2、納米 CaCO 3及納米 C-S-H，在此基礎(chǔ)上，將原位生長(zhǎng)有納米顆粒的鐵尾礦粉與磨細(xì)鐵尾礦粉等復(fù)合，以原位生長(zhǎng)在鐵尾礦粉上的納米顆粒作為活性激發(fā)劑，激發(fā)磨細(xì)鐵尾礦粉等的活性，從而提高鐵尾礦基復(fù)合摻合料的活性。

優(yōu)選的，所述步驟五具體包括：

將所得的高性能鐵尾礦粉、復(fù)合鐵尾礦砂及改性鐵尾礦砂用于制備大摻量預(yù)制墻板混凝土；

所述大摻量預(yù)制墻板混凝土再用于裝配式構(gòu)件外墻板。

優(yōu)選的，所述大摻量預(yù)制墻板混凝土包括鐵尾礦粉和鐵尾礦砂，并以所得配合比為基礎(chǔ)，進(jìn)行大摻量鐵尾礦粉+鐵尾礦砂協(xié)同互補(bǔ)制備裝配式構(gòu)件外墻板，所述大摻量預(yù)制墻板混凝土協(xié)同互補(bǔ)制備裝配式構(gòu)件外墻板的工藝流程包括以下步驟：

原料倉(cāng) A 中裝有高性能鐵尾礦粉，原料倉(cāng) B 中裝有改性鐵尾礦砂，其它原料分別裝在不同原料倉(cāng)中，然后按照混凝土成型工藝將不同原料分別輸送至攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行拌合；

拌合完成后，進(jìn)行裝模成型；

成型后的混凝土構(gòu)件移送至蒸汽養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，蒸養(yǎng)結(jié)束后，拆模，并將構(gòu)件移送至堆場(chǎng)；

以項(xiàng)目組現(xiàn)有的預(yù)制墻板混凝土配合比為基礎(chǔ)，分別研究復(fù)合鐵尾礦粉、復(fù)合鐵尾礦砂和改性鐵尾礦砂對(duì)混凝土基本性能的影響，并在此基礎(chǔ)上，研究“鐵尾礦粉+鐵尾礦砂”對(duì)混凝土性能的影響，其中，以所制備的混凝土性能不低于基準(zhǔn)混凝土性能為標(biāo)準(zhǔn)，得到各原料的適宜摻量范圍和相應(yīng)的混凝土配合比，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化混凝土配合比，獲得大摻量“鐵尾礦粉+鐵尾礦砂”裝配式構(gòu)件外墻板混凝土的配合比。

進(jìn)一步地，分別研究所得大摻量“鐵尾礦粉+鐵尾礦砂”裝配式構(gòu)件外墻板混凝土的夏季性能和冬季性能，以及該混凝土對(duì)裝配式構(gòu)件外墻板生產(chǎn)線工況的適應(yīng)性，并根據(jù)生產(chǎn)線工況對(duì)該混凝土配合比等進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，將改性增強(qiáng)后的尾礦粉和尾礦砂協(xié)同互補(bǔ)制備高性能混凝土預(yù)制構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)了鐵尾礦 100%資源化利用，鐵尾礦大摻量應(yīng)用技術(shù)，相較于傳統(tǒng)研究 10%-30%的固廢摻量，在保持混凝土預(yù)制構(gòu)件基本力學(xué)性能和耐久性的前提下，本項(xiàng)目通過(guò)技術(shù)革新，將鐵尾礦摻量提升至 50%，大幅度提高了鐵尾礦的使用率。

本發(fā)明至少具備以下有益效果：

1、分別通過(guò)原位生長(zhǎng)和加鈣碳化技術(shù)，協(xié)同互補(bǔ)制備綠色建筑材料，一方面，為鐵尾礦的改性和資源化利用提供一條經(jīng)濟(jì)、可行的綠色共性技術(shù)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，另一方面，通過(guò)對(duì)鐵尾礦的綜合利用，可以大幅度降低鐵尾礦堆存及處置的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

2、然后向其中通入二氧化碳?xì)怏w，直至鐵尾礦砂表面完全碳化，鐵尾礦表面包裹著白色碳酸鈣沉淀，該物質(zhì)有助于填充鐵尾礦砂的孔隙結(jié)構(gòu)、修補(bǔ)裂縫，而且，所生成的碳酸鈣具有一定的粘聚性，能夠?qū)⒓?xì)小的砂粒膠結(jié)粘聚，進(jìn)一步粗化鐵尾礦砂。

附圖說(shuō)明

此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明項(xiàng)目的技術(shù)路線圖；

圖2為本發(fā)明的機(jī)械活化法制備高性能鐵尾礦粉的工藝流程圖；

圖3為本發(fā)明的原位生長(zhǎng)活化制備高性能鐵尾礦粉的工藝流程圖；

圖4為本發(fā)明的加鈣碳化法改性鐵尾礦砂工藝流程圖；

圖5為本發(fā)明的微生物礦化改性鐵尾礦砂工藝流程圖；

圖6為本發(fā)明的協(xié)同互補(bǔ)制備裝配式構(gòu)件外墻板的工藝流程圖。

圖中，1-鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)，101-化學(xué)成分參數(shù)，102-礦物組成參數(shù)，2-將鐵尾礦粉，3-機(jī)械活化，4-機(jī)械力化學(xué)耦合活化，5-納米材料原位生長(zhǎng)活化，6-高性能鐵尾礦粉，7-鐵尾礦砂，8-復(fù)合鐵尾礦砂，9-改性鐵尾礦砂，10-加鈣碳化改性鐵尾礦砂，11-微生物礦化改性鐵尾礦砂。

具體實(shí)施方式

以下將配合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本申請(qǐng)的實(shí)施方式，借此對(duì)本申請(qǐng)如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題并達(dá)成技術(shù)功效的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。

如圖1-圖6所示，本實(shí)施例提供的尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法，包括以下步驟：

步驟一：鐵尾礦分析：建立鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)1，并對(duì)鐵尾礦的化學(xué)成分、礦物組成的基礎(chǔ)參數(shù)進(jìn)行分析得到化學(xué)成分參數(shù)101以及礦物組成參數(shù)102；

步驟二：鐵尾礦粉活化：將鐵尾礦粉2進(jìn)行機(jī)械活化3、機(jī)械力化學(xué)耦合活化4以及納米材料原位生長(zhǎng)活化5得到高性能鐵尾礦粉6；

步驟三：復(fù)合鐵尾礦砂：鐵尾礦砂7復(fù)配天然砂復(fù)合鐵尾礦砂8；

步驟四：改性鐵尾礦砂：改性鐵尾礦砂9包括加鈣碳化改性鐵尾礦砂10和微生物礦化改性鐵尾礦砂11，表面活性和改性技術(shù)的新穎性，鐵尾礦粉2表面原位生長(zhǎng)納米材料，提供鐵尾礦粉2的活性。

步驟五：然后將所得的高性能鐵尾礦粉6、復(fù)合鐵尾礦砂8及改性鐵尾礦砂9用于制備大摻量裝配式構(gòu)建外墻板混凝土。

針對(duì)鐵礦行業(yè)大宗低品位鐵尾礦無(wú)法有效處置的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，本發(fā)明將鐵尾礦分為鐵尾礦粉和鐵尾礦砂兩個(gè)產(chǎn)品類別，分別通過(guò)原位生長(zhǎng)和加鈣碳化技術(shù)，將鐵尾礦制備成高性能細(xì)骨料和低碳膠凝材料，協(xié)同互補(bǔ)制備綠色建筑材料，一方面，為鐵尾礦的改性和資源化利用提供一條經(jīng)濟(jì)、可行的綠色共性技術(shù)，促進(jìn)企業(yè)提高鐵尾礦利用率、提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，另一方面，通過(guò)對(duì)鐵尾礦的綜合利用，可以大幅度降低鐵尾礦堆存及處置的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，為生態(tài)環(huán)境主管部門(mén)提供預(yù)處理改性及資源化利用的技術(shù)支撐。

鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)1建立的工藝流程包括：

尾礦堆放區(qū)地質(zhì)勘測(cè)；

踩點(diǎn)、取樣；

對(duì)樣品的化學(xué)成分、礦物組成的基礎(chǔ)參數(shù)測(cè)定及分析；

搭建鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)1系統(tǒng)框架；

信息錄入，將化學(xué)成分參數(shù)101以及礦物組成參數(shù)102錄入到鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)1中。

按照《工業(yè)固體廢物采樣制樣技術(shù)規(guī)范》（HIT20-1998）要求，進(jìn)行多點(diǎn)、多層采樣工作，利用儀器分析法（XRD、XRF、SEM、激光粒度儀等表征手段）確定鐵尾礦的特性成分的種類數(shù)量，建立“鐵尾礦數(shù)據(jù)庫(kù)”，為后續(xù)預(yù)處理以及資源化起到積極的意義。

復(fù)合鐵尾礦砂8制備的工藝流程包括以下步驟：

稱取鐵尾礦砂7，投入攪拌機(jī)；

稱取天然砂，投入攪拌機(jī)；

混合鐵尾礦砂7和天然砂，得復(fù)合鐵尾礦砂8。

根據(jù)鐵尾礦砂7及天然砂的級(jí)配，利用鐵尾礦砂7部分取代天然砂，配制符合標(biāo)淮GB/T 14684-2011《建筑用砂》的復(fù)合鐵尾礦砂，并將所得復(fù)合鐵尾礦砂用于混凝土中，提升資源利用率。

在本實(shí)施例中，如圖4所示，加鈣碳化法改性鐵尾礦砂10工藝流程包括以下步驟：

原料倉(cāng)中裝有鐵尾礦砂7，將其輸送至攪拌機(jī)內(nèi)；

然后將溶液罐內(nèi)的鈣源輸送至拌機(jī)中，啟動(dòng)攪拌機(jī)，將鈣源與鐵尾礦砂7混合均勻；

然后將混有鈣源的鐵尾礦砂7輸送至碳化室內(nèi)，并將儲(chǔ)氣罐中的二氧化碳?xì)怏w通入到碳化室內(nèi)以此碳化混有鈣源的鐵尾礦砂7；

將表面充分碳化的鐵尾礦砂7輸送至堆場(chǎng)，自然干燥，即得加鈣碳化改性鐵尾礦砂10。

針對(duì)鐵尾礦砂7過(guò)細(xì)的特點(diǎn)，利用項(xiàng)目組已有的加鈣碳化和微生物礦化專利技術(shù)，改性鐵尾礦砂，增大鐵尾礦砂的細(xì)度模數(shù)，以期粗化鐵尾礦砂7。

加鈣碳化是指在鐵尾礦砂7中補(bǔ)充鈣源，然后向其中通入二氧化碳?xì)怏w，直至鐵尾礦砂7表面完全碳化，鐵尾礦表面包裹著白色碳酸鈣沉淀，該物質(zhì)有助于填充鐵尾礦砂7的孔隙結(jié)構(gòu)、修補(bǔ)裂縫，而且，所生成的碳酸鈣具有一定的粘聚性，能夠?qū)⒓?xì)小的砂粒膠結(jié)粘聚，進(jìn)一步粗化鐵尾礦砂7。

在本實(shí)施例中，如圖5所示，微生物礦化改性鐵尾礦砂11工藝流程包括以下步驟：

首先配制微生物培養(yǎng)基，并將其移送至微生物培養(yǎng)室，然后向位于微生物培養(yǎng)室中的微生物培養(yǎng)基中加入尿素和微生物；

待微生物數(shù)量滿足要求時(shí)，先將原料倉(cāng)中的鐵尾礦砂7和鈣源輸送至礦化室，并將其混合均勻，然后再向其中加入來(lái)自微生物培養(yǎng)室中的微生物，再次攪拌混合；

礦化一段時(shí)間后，將礦化室中的產(chǎn)物輸送至堆場(chǎng)，自然干燥，即得微生物礦化改性鐵尾礦砂11。

某些微生物能夠酶解其周?chē)镔|(zhì)生成碳酸根離子，碳酸根離予與鈣離子反應(yīng)，生成具有膠結(jié)作用的碳酸鈣晶體，利用微生物在鐵尾礦砂7中生成具有酸結(jié)效果的碳酸鈣晶體，從而實(shí)現(xiàn)細(xì)小鐵尾礦砂間的膠結(jié)粘聚，增大鐵尾礦砂7細(xì)度模數(shù)，粗化鐵尾礦砂7顆粒。

在本實(shí)施例中，如圖2所示，機(jī)械活化3法制備高性能鐵尾礦粉6的工藝流程包括以下步驟：

將鐵尾礦粉2、高硅原料、化學(xué)激發(fā)劑分別存儲(chǔ)于原料倉(cāng) A、原料倉(cāng)B 和原料倉(cāng) C內(nèi)部；

單純進(jìn)行機(jī)械活化3時(shí)，將存儲(chǔ)于原料倉(cāng) A 中的鐵尾礦粉2和存儲(chǔ)于原料倉(cāng) B中的高硅原料分別輸送至球磨機(jī)，然后進(jìn)行球磨處理，球磨結(jié)束后，將其輸送至料倉(cāng)，備用；

針對(duì)鐵尾礦硅含量低、活性差的問(wèn)題，先將鐵尾礦單獨(dú)機(jī)械活化，再與二氧化硅含量較高的稻殼灰、硅灰、粉煤灰和礦粉等高硅物質(zhì)共同機(jī)械粉磨，制備鐵尾礦基復(fù)合礦物摻合料。

進(jìn)行機(jī)械力化學(xué)耦合活化4時(shí)，將存儲(chǔ)于原料倉(cāng) A 中的鐵尾礦粉2、存儲(chǔ)于原料倉(cāng)B 中的高硅原料和存儲(chǔ)于原料倉(cāng)C 中的化學(xué)激發(fā)劑分別輸送至球磨機(jī)，然后進(jìn)行球磨處理，球磨結(jié)束后，將其輸送至料倉(cāng)，備用，在述述的基礎(chǔ)上，保持其他參數(shù)不變，在粉磨過(guò)程中添加 Ca(OH） 2、CaSO 4·2H 2O、NaOH 等化學(xué)激發(fā)劑，共同粉磨，實(shí)現(xiàn)機(jī)械力化學(xué)耦合活化。

在本實(shí)施例中，如圖3所示，納米材料原位生長(zhǎng)活化5制備高性能鐵尾礦粉6的工藝流程包括以下步驟：

首先制備鐵尾礦分原位生長(zhǎng)納米顆粒；

原料倉(cāng)中裝有鐵尾礦粉2，先將其輸送至粉磨機(jī)中粉磨，然后將其輸送至反應(yīng)罐內(nèi)；

溶液罐 A 和溶液罐 B 中則分別裝有用于化學(xué)共沉淀反應(yīng)的硅源和鈣源，待粉磨后的鐵尾礦粉2被輸送至反應(yīng)罐后，溶液罐 A 中的硅源被輸送至反應(yīng)罐內(nèi)；

一段時(shí)間后，再將溶液罐 B 中的鈣源緩慢加入到反應(yīng)罐內(nèi)，反應(yīng)一段時(shí)間；

將反應(yīng)罐內(nèi)的漿體輸送至板框壓濾機(jī)，對(duì)其進(jìn)行過(guò)濾分離，濾液被輸送至廢液池內(nèi)，待處理；

其它物質(zhì)則通過(guò)氣流干燥器干燥，得鐵尾礦粉2原位生長(zhǎng)水化硅酸鈣，并將其輸送至料倉(cāng)，備用。

為進(jìn)一步提高鐵尾礦粉2的活性，采用“納米材料原位生長(zhǎng)技術(shù)”對(duì)鐵尾礦粉2進(jìn)行表面改性，該法既能實(shí)現(xiàn)鐵尾礦粉2的表面改性，從而提高其表面活性，又能將其與納米材料復(fù)合，分別在鐵尾礦粉2表面原位生長(zhǎng)納米 SiO 2、納米 CaCO 3及納米 C-S-H，在此基礎(chǔ)上，將原位生長(zhǎng)有納米顆粒的鐵尾礦粉2與磨細(xì)鐵尾礦粉等復(fù)合，以原位生長(zhǎng)在鐵尾礦粉上的納米顆粒作為活性激發(fā)劑，激發(fā)磨細(xì)鐵尾礦粉2等的活性，從而提高鐵尾礦基復(fù)合摻合料的活性。

在本實(shí)施例中，如圖1所示，步驟五具體包括：

將所得的高性能鐵尾礦粉6、復(fù)合鐵尾礦砂8及改性鐵尾礦砂9用于制備大摻量預(yù)制墻板混凝土；

大摻量預(yù)制墻板混凝土再用于裝配式構(gòu)件外墻板。

在本實(shí)施例中，如圖1和圖6所示，大摻量預(yù)制墻板混凝土包括鐵尾礦粉2和鐵尾礦砂7，并以所得配合比為基礎(chǔ)，進(jìn)行大摻量鐵尾礦粉+鐵尾礦砂協(xié)同互補(bǔ)制備裝配式構(gòu)件外墻板。

大摻量預(yù)制墻板混凝土協(xié)同互補(bǔ)制備裝配式構(gòu)件外墻板的工藝流程包括以下步驟：

原料倉(cāng) A 中裝有高性能鐵尾礦粉6，原料倉(cāng) B 中裝有改性鐵尾礦砂9，其它原料分別裝在不同原料倉(cāng)中，然后按照混凝土成型工藝將不同原料分別輸送至攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行拌合；

拌合完成后，進(jìn)行裝模成型；

成型后的混凝土構(gòu)件移送至蒸汽養(yǎng)護(hù)室內(nèi)進(jìn)行蒸汽養(yǎng)護(hù)，蒸養(yǎng)結(jié)束后，拆模，并將構(gòu)件移送至堆場(chǎng)；

以項(xiàng)目組現(xiàn)有的預(yù)制墻板混凝土配合比為基礎(chǔ)，分別研究復(fù)合鐵尾礦粉、復(fù)合鐵尾礦砂和改性鐵尾礦砂對(duì)混凝土基本性能的影響，并在此基礎(chǔ)上，研究“鐵尾礦粉+鐵尾礦砂”對(duì)混凝土性能的影響，其中，以所制備的混凝土性能不低于基準(zhǔn)混凝土性能為標(biāo)準(zhǔn)，得到各原料的適宜摻量范圍和相應(yīng)的混凝土配合比，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步優(yōu)化混凝土配合比，獲得大摻量“鐵尾礦粉+鐵尾礦砂”裝配式構(gòu)件外墻板混凝土的配合比。

進(jìn)一步地，分別研究所得大摻量“鐵尾礦粉+鐵尾礦砂”裝配式構(gòu)件外墻板混凝土的夏季性能和冬季性能，以及該混凝土對(duì)裝配式構(gòu)件外墻板生產(chǎn)線工況的適應(yīng)性，并根據(jù)生產(chǎn)線工況對(duì)該混凝土配合比等進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，將改性增強(qiáng)后的尾礦粉和尾礦砂協(xié)同互補(bǔ)制備高性能混凝土預(yù)制構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)了鐵尾礦 100%資源化利用，鐵尾礦大摻量應(yīng)用技術(shù)，相較于傳統(tǒng)研究 10%-30%的固廢摻量，在保持混凝土預(yù)制構(gòu)件基本力學(xué)性能和耐久性的前提下，本項(xiàng)目通過(guò)技術(shù)革新，將鐵尾礦摻量提升至 50%，大幅度提高了鐵尾礦的使用率。

如在說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求當(dāng)中使用了某些詞匯來(lái)指稱特定組件。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)可理解，硬件制造商可能會(huì)用不同名詞來(lái)稱呼同一個(gè)組件。本說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求并不以名稱的差異來(lái)作為區(qū)分組件的方式，而是以組件在功能上的差異來(lái)作為區(qū)分的準(zhǔn)則。如在通篇說(shuō)明書(shū)及權(quán)利要求當(dāng)中所提及的“包含”為一開(kāi)放式用語(yǔ)，故應(yīng)解釋成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的誤差范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在一定誤差范圍內(nèi)解決技術(shù)問(wèn)題，基本達(dá)到技術(shù)效果。

需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的商品或者系統(tǒng)不僅包括那些要素，而且還包括沒(méi)有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種商品或者系統(tǒng)所固有的要素。在沒(méi)有更多限制的情況下，由語(yǔ)句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括要素的商品或者系統(tǒng)中還存在另外的相同要素。

上述說(shuō)明示出并描述了本發(fā)明的若干優(yōu)選實(shí)施例，但如前所述，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明并非局限于本文所披露的形式，不應(yīng)看作是對(duì)其他實(shí)施例的排除，而可用于各種其他組合、修改和環(huán)境，并能夠在本文所述發(fā)明構(gòu)想范圍內(nèi)，通過(guò)上述教導(dǎo)或相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)或知識(shí)進(jìn)行改動(dòng)。而本領(lǐng)域人員所進(jìn)行的改動(dòng)和變化不脫離本發(fā)明的精神和范圍，則都應(yīng)在本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

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尾礦砂成分分析及改性處理一體化處理方法.pdf