技术摘要：
本发明公开了一种超细碳酸盐型尾矿基活性材料及其制备方法和作为水泥材料的应用，将超细碳酸盐型尾矿经过干燥和破碎后，置于750℃～850℃下进行煅烧处理，即得超细碳酸盐型尾矿基活性材料；该活性材料具有较好的水化活性，可以替换部分高性能硫铝酸盐水泥应用，大大降 全部
背景技术：
矿山采选、矿物加工为中国的工业生产，经济发展提供了大量宝贵的资源，具有不 可或缺的地位。然而，在矿山采矿加工等过程中也会遗留下大量尾矿，尾矿是选矿厂在特定 经济下采用特定的工艺与生产技术，将块状矿石破碎、磨细后，从中提取有价化学组分后残 余的废弃物。是一种矿山采选类工业固废，通常处置方法是堆存于特意开辟的尾矿库中，或 用水泥等胶凝材料进行采空区尾矿胶结回填，以上处置方法均占用大量土地资源，尾矿库 会导致土壤重金属污染，破坏生态环境。 随着城镇化、工业化的快速推进，经济的高速发展，国家对于矿产资源的需求越来 越大，矿物开采工程规模也逐渐增大，从而导致尾矿产量也逐年增加，而产生的大量尾矿浆 通常以堆存的形式处置，从而在全国形成规模不一的重金属尾矿库12000余座，这些未经过 稳定化处理的尾矿库，给矿业、环境及经济等造成不少难题，且尾矿在传统大宗工业废渣中 年产生量最大，综合利用率最低，是急需进行资源化利用的一种矿山工业固废。目前对尾矿 的利用主要是进行填埋及固化处理，如北京矿业研究总院提出采用膜袋法对汤丹尾矿库超 细碳酸盐型尾矿进行稳定化处理的方案，该技术具有超细粒径尾矿快速堆坝、边施工边生 产的优点，扩宽了超细尾矿堆坝的使用范围，可有效提高超细碳酸盐型尾矿库的安全稳定 性能，但却无法实现超细碳酸盐型尾矿的资源化和减量化。武汉大学自主研发的固化剂将 超细铁尾矿通过压实成型、水化胶结等作用，结合同相类同相理论，制备出一种铁尾矿免蒸 免烧砖系列建筑材料，其中双免砖的28天抗压强度高达13MPa，达到了空心砖GB 13545- 2014规定的MU5.0型号的所有指标，可以较好的实现超细铁尾矿的资源化、减量化、无害化。
技术实现要素：
针对现有技术中重金属尾矿库超细尾矿利用率低，过量堆积造成环境、安全问题， 本发明的第一个目的是在于提供一种利用超细碳酸盐型尾矿通过简单高温活化制备超细 碳酸盐型尾矿基活性材料的方法，该方法简单、能耗低、原料成本低，有利于工业化生产，且 可以实现大宗工业固废资源化、减量化、无害化，开阔工业废渣建材化的市场、保护尾矿库 区周边及地下生态环境。 本发明的第二个目的是在于提供一种具有较高水化活性的超细碳酸盐型尾矿基 活性材料，该材料可以作为水泥活性材料使用。 本发明的第三个目的是在于提供一种超细碳酸盐型尾矿基活性材料的应用，将其 作为水泥活性材料应用，具有与硫铝酸盐水泥相近的水化活性，可以替换部分硫铝酸盐水 3 CN 111606585 A 说 明 书 2/5 页 泥使用，减少硫铝酸盐水泥的使用量，降低成本。 为了实现上述技术目的，本发明提供了一种超细碳酸盐型尾矿基活性材料的制备 方法，该方法是将超细碳酸盐型尾矿经过干燥和破碎后，置于750℃～850℃下进行煅烧处 理，即得。 作为一个优选的技术方案，所述超细碳酸盐型尾矿主要成分为白云石和石英石， 白云石质量百分比含量在68％～75％，石英石质量百分比含量在8％～16％。白云石和石英 石经过适当的高温煅烧后生成活性较高的无定形态CaO、MgO(通过表征分析发现CaO、MgO的 元素结合能、结晶度均在煅烧温度为800℃、恒温时间为40min时达最低，意味着此条件下活 性最高)及活性二氧化硅等，在水化体系可迅速溶解产生大量Ca2 、Mg2 、OH-，可与硫铝酸盐 水泥水化体系中的原料及SiO2等成分迅速反应，产生大量如钙矾石、蓝闪石、斜方钙沸石等 结构稳定致密的水化产物。 作为一个优选的技术方案，所述超细碳酸盐型尾矿的中位径D50小于20μm。 作为一个优选的技术方案，煅烧处理时间为40～80min。 本发明还提供了一种超细碳酸盐型尾矿基活性材料，其由上述制备方法得到。 本发明还提供了一种超细碳酸盐型尾矿基活性材料的应用，其作为水泥材料应 用。 作为一个优选的技术方案，超细碳酸盐型尾矿基活性材料与硫铝酸盐水泥配合作 为水泥材料应用。 作为一个优选的技术方案，超细碳酸盐型尾矿粉与硫铝酸盐水泥的质量百分比组 成为35～45％:55～65％。当取代水平提高到50％，同样以最佳煅烧条件活化，复合材料指 定龄期抗压强度会出现轻微降低，但替代水平在50％左右还能基本保持与40％同一级别的 活性水平，随着取代水平的进一步提高，水化体系碱度过高、OH-、Mg2 浓度过高，会对后期复 合材料的抗压强度会带来不利影响。 本发明提供的一种超细碳酸盐型尾矿基活性材料的制备方法，包括以下具体步 骤： (1)取原材料超细碳酸盐型尾矿5Kg于铁质容器中，放入105℃鼓风干燥箱中干燥 至恒重，再将干燥至恒重的块状尾矿过颚式破碎机，将尾矿破碎至5mm以下，最后将破碎尾 矿过0.9mm方孔筛得到干燥的超细碳酸盐型尾矿粉； (2)取300g超细碳酸盐型尾矿粉平铺在长宽25cm×20cm的铁盘内，分别在750℃～ 850℃下恒温煅烧40min～80min(升温时间不计入)后自然冷却； (3)将煅烧活化完成的超细碳酸盐型尾矿基活性材料装入封口袋内密封干燥保 存，并称量质量损失。 相对现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果： 本发明提供的超细碳酸盐型尾矿基活性材料的制备方法，不仅原料来源广泛，对 矿物成分要求单一，并不限制具体矿种，主要矿物成分为白云石的大宗工业固废皆适用。同 时预处理方法以及改性活化方法简单，操作便捷，能够在相对较低的温度下煅烧出活性较 高的材料，能耗较低。传统硫铝酸盐水泥的烧制需要在1300℃以上，需要消耗大量能量，因 此导致硫铝酸盐水泥成本较高，属于特种水泥，限制了其在实际工程领域的应用，采用上述 方法制备出的超细碳酸盐型尾矿基活性材料可以以40％取代水平替代快硬硫铝酸盐水泥 4 CN 111606585 A 说 明 书 3/5 页 而达到同等级的抗压强度，可以在实现超细碳酸盐型尾矿大掺量资源化、建材化利用的同 时，降低了水泥原材料用量以及生产过程中的能耗，从而可以大幅降低成本，提高经济效 益。 本发明技术方案制备的超细碳酸盐型尾矿基活性材料以40％取代水平替代 RSAC42.5进行固化成型，养护七天抗压强度均值可达25.35MPa，是不掺超细碳酸盐型尾矿 基活性材料的原始RSAC42.5对应强度的93.86％，说明了超细碳酸盐型尾矿基活性材料具 有良好的水化活性，可以在硫铝酸盐水泥水化体系中快速参与水化反应，产生CaAl2Si2O8· 4H2O(斜方钙沸石)、Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O(钙矾石)、Na2Mg3Al2Si8O22(OH)2(蓝闪石)等 结构稳定硬度较高的水化产物，保持体系宏观力学强度。 附图说明 图1为现有技术中各种工业固体废弃物的生产量占比及其利用率。
本发明公开了一种超细碳酸盐型尾矿基活性材料及其制备方法和作为水泥材料的应用，将超细碳酸盐型尾矿经过干燥和破碎后，置于750℃～850℃下进行煅烧处理，即得超细碳酸盐型尾矿基活性材料；该活性材料具有较好的水化活性，可以替换部分高性能硫铝酸盐水泥应用，大大降 全部
背景技术：
矿山采选、矿物加工为中国的工业生产，经济发展提供了大量宝贵的资源，具有不 可或缺的地位。然而，在矿山采矿加工等过程中也会遗留下大量尾矿，尾矿是选矿厂在特定 经济下采用特定的工艺与生产技术，将块状矿石破碎、磨细后，从中提取有价化学组分后残 余的废弃物。是一种矿山采选类工业固废，通常处置方法是堆存于特意开辟的尾矿库中，或 用水泥等胶凝材料进行采空区尾矿胶结回填，以上处置方法均占用大量土地资源，尾矿库 会导致土壤重金属污染，破坏生态环境。 随着城镇化、工业化的快速推进，经济的高速发展，国家对于矿产资源的需求越来 越大，矿物开采工程规模也逐渐增大，从而导致尾矿产量也逐年增加，而产生的大量尾矿浆 通常以堆存的形式处置，从而在全国形成规模不一的重金属尾矿库12000余座，这些未经过 稳定化处理的尾矿库，给矿业、环境及经济等造成不少难题，且尾矿在传统大宗工业废渣中 年产生量最大，综合利用率最低，是急需进行资源化利用的一种矿山工业固废。目前对尾矿 的利用主要是进行填埋及固化处理，如北京矿业研究总院提出采用膜袋法对汤丹尾矿库超 细碳酸盐型尾矿进行稳定化处理的方案，该技术具有超细粒径尾矿快速堆坝、边施工边生 产的优点，扩宽了超细尾矿堆坝的使用范围，可有效提高超细碳酸盐型尾矿库的安全稳定 性能，但却无法实现超细碳酸盐型尾矿的资源化和减量化。武汉大学自主研发的固化剂将 超细铁尾矿通过压实成型、水化胶结等作用，结合同相类同相理论，制备出一种铁尾矿免蒸 免烧砖系列建筑材料，其中双免砖的28天抗压强度高达13MPa，达到了空心砖GB 13545- 2014规定的MU5.0型号的所有指标，可以较好的实现超细铁尾矿的资源化、减量化、无害化。
技术实现要素：
针对现有技术中重金属尾矿库超细尾矿利用率低，过量堆积造成环境、安全问题， 本发明的第一个目的是在于提供一种利用超细碳酸盐型尾矿通过简单高温活化制备超细 碳酸盐型尾矿基活性材料的方法，该方法简单、能耗低、原料成本低，有利于工业化生产，且 可以实现大宗工业固废资源化、减量化、无害化，开阔工业废渣建材化的市场、保护尾矿库 区周边及地下生态环境。 本发明的第二个目的是在于提供一种具有较高水化活性的超细碳酸盐型尾矿基 活性材料，该材料可以作为水泥活性材料使用。 本发明的第三个目的是在于提供一种超细碳酸盐型尾矿基活性材料的应用，将其 作为水泥活性材料应用，具有与硫铝酸盐水泥相近的水化活性，可以替换部分硫铝酸盐水 3 CN 111606585 A 说 明 书 2/5 页 泥使用，减少硫铝酸盐水泥的使用量，降低成本。 为了实现上述技术目的，本发明提供了一种超细碳酸盐型尾矿基活性材料的制备 方法，该方法是将超细碳酸盐型尾矿经过干燥和破碎后，置于750℃～850℃下进行煅烧处 理，即得。 作为一个优选的技术方案，所述超细碳酸盐型尾矿主要成分为白云石和石英石， 白云石质量百分比含量在68％～75％，石英石质量百分比含量在8％～16％。白云石和石英 石经过适当的高温煅烧后生成活性较高的无定形态CaO、MgO(通过表征分析发现CaO、MgO的 元素结合能、结晶度均在煅烧温度为800℃、恒温时间为40min时达最低，意味着此条件下活 性最高)及活性二氧化硅等，在水化体系可迅速溶解产生大量Ca2 、Mg2 、OH-，可与硫铝酸盐 水泥水化体系中的原料及SiO2等成分迅速反应，产生大量如钙矾石、蓝闪石、斜方钙沸石等 结构稳定致密的水化产物。 作为一个优选的技术方案，所述超细碳酸盐型尾矿的中位径D50小于20μm。 作为一个优选的技术方案，煅烧处理时间为40～80min。 本发明还提供了一种超细碳酸盐型尾矿基活性材料，其由上述制备方法得到。 本发明还提供了一种超细碳酸盐型尾矿基活性材料的应用，其作为水泥材料应 用。 作为一个优选的技术方案，超细碳酸盐型尾矿基活性材料与硫铝酸盐水泥配合作 为水泥材料应用。 作为一个优选的技术方案，超细碳酸盐型尾矿粉与硫铝酸盐水泥的质量百分比组 成为35～45％:55～65％。当取代水平提高到50％，同样以最佳煅烧条件活化，复合材料指 定龄期抗压强度会出现轻微降低，但替代水平在50％左右还能基本保持与40％同一级别的 活性水平，随着取代水平的进一步提高，水化体系碱度过高、OH-、Mg2 浓度过高，会对后期复 合材料的抗压强度会带来不利影响。 本发明提供的一种超细碳酸盐型尾矿基活性材料的制备方法，包括以下具体步 骤： (1)取原材料超细碳酸盐型尾矿5Kg于铁质容器中，放入105℃鼓风干燥箱中干燥 至恒重，再将干燥至恒重的块状尾矿过颚式破碎机，将尾矿破碎至5mm以下，最后将破碎尾 矿过0.9mm方孔筛得到干燥的超细碳酸盐型尾矿粉； (2)取300g超细碳酸盐型尾矿粉平铺在长宽25cm×20cm的铁盘内，分别在750℃～ 850℃下恒温煅烧40min～80min(升温时间不计入)后自然冷却； (3)将煅烧活化完成的超细碳酸盐型尾矿基活性材料装入封口袋内密封干燥保 存，并称量质量损失。 相对现有技术，本发明技术方案带来的有益技术效果： 本发明提供的超细碳酸盐型尾矿基活性材料的制备方法，不仅原料来源广泛，对 矿物成分要求单一，并不限制具体矿种，主要矿物成分为白云石的大宗工业固废皆适用。同 时预处理方法以及改性活化方法简单，操作便捷，能够在相对较低的温度下煅烧出活性较 高的材料，能耗较低。传统硫铝酸盐水泥的烧制需要在1300℃以上，需要消耗大量能量，因 此导致硫铝酸盐水泥成本较高，属于特种水泥，限制了其在实际工程领域的应用，采用上述 方法制备出的超细碳酸盐型尾矿基活性材料可以以40％取代水平替代快硬硫铝酸盐水泥 4 CN 111606585 A 说 明 书 3/5 页 而达到同等级的抗压强度，可以在实现超细碳酸盐型尾矿大掺量资源化、建材化利用的同 时，降低了水泥原材料用量以及生产过程中的能耗，从而可以大幅降低成本，提高经济效 益。 本发明技术方案制备的超细碳酸盐型尾矿基活性材料以40％取代水平替代 RSAC42.5进行固化成型，养护七天抗压强度均值可达25.35MPa，是不掺超细碳酸盐型尾矿 基活性材料的原始RSAC42.5对应强度的93.86％，说明了超细碳酸盐型尾矿基活性材料具 有良好的水化活性，可以在硫铝酸盐水泥水化体系中快速参与水化反应，产生CaAl2Si2O8· 4H2O(斜方钙沸石)、Ca6Al2(SO4)3(OH)12·26H2O(钙矾石)、Na2Mg3Al2Si8O22(OH)2(蓝闪石)等 结构稳定硬度较高的水化产物，保持体系宏观力学强度。 附图说明 图1为现有技术中各种工业固体废弃物的生产量占比及其利用率。
