干法精品尾矿机制砂制备方法及含该机制砂的高强混凝土与流程

1.本技术涉及机制砂处理技术领域，尤其是涉及一种干法精品尾矿机制砂制备方法及含该机制砂的高强混凝土。


背景技术：

2.尾矿是选矿厂在特定技术条件下将矿石碎磨、选取“有用组分”之后所排放的固体废弃物，是我国目前产出量最大、综合利用率最低的大宗固体废弃物，如何合理地综合利用尾矿已逐步成为我国乃至世界范围内都高度重视的问题之一。
3.由于天然砂是一种不可再生的地方资源，目前天然砂资源已经大为减少，接近枯竭，混凝土用砂供需矛盾尤为突出，近年来机制砂在混凝土的使用正逐步增多，机制砂用量占砂石总用量的比例也逐年增加，将尾矿制备成混凝土可用的机制砂是对尾矿回收再利用，变废为宝的一个工艺改进。
4.石灰岩资源丰富且开采成本低，现常用石灰石尾矿来制备机制砂，但石灰石尾矿结构松散，在破碎撞击的过程中碎裂不均匀，使得制得的机制砂成品的粒形较差，表面石粉过多，进而使得机制砂的性能较差，影响了机制砂加入混凝土或砂浆中与胶料的结合性和作为骨料起到的支撑作用。针对这一技术问题，发明人认为现有的石灰石尾矿机制砂的制备方法还有很大的提升空间。


技术实现要素：

5.为了提升石灰石尾矿机制砂的成品质量，使得用尾矿制得的机制砂适应高强混凝土的性能要求，本技术提供一种干法精品尾矿机制砂制备方法及含该机制砂的高强混凝土。
6.第一方面，本技术提供的一种干法精品尾矿机制砂制备方法采用如下的技术方案：一种干法精品尾矿机制砂制备方法，包括以下具体步骤：步骤1，石灰石尾矿预处理：步骤1-1，收集500-520质量份的石灰石尾矿，将80-100质量份的聚丙烯酸溶液加入石灰石尾矿中，混合搅拌过程中加入20-30质量份的乙烯基磺酸、15-20质量份盐酸聚丙烯胺和30-35质量份的氯化钙水溶液，在温度为30-35℃下搅拌1-2h后，保温静置24h，用去离子水洗涤、真空干燥，得到一次改性石灰石尾矿；步骤1-2，将15-17质量份葛根淀粉与13-16质量份黄原胶混合，在90-110℃下水浴糊化，冷却后加入7-9.5质量份n,n-亚甲基双丙烯酰胺和7-9.5质量份过硫酸钠，搅拌2-3h后，制得包覆液；步骤1-3，将包覆液加入一次改性石灰石尾矿中，搅拌均匀，静置冷却后，再次搅拌均匀，得到二次改性石灰石尾矿；步骤2，将二次改性石灰石尾矿破碎制砂，得到平均粒径为0.25-0.05mm的细砂；步骤3，将细砂振动筛分；
步骤4，将筛分后的细砂进行回收过滤；步骤5，将经过回收过滤后留下的细砂进行一次除尘处理和二次除尘处理，得到粗制机制砂；步骤6，收集除尘得到的石粉；将粗制机制砂下料；步骤7，将粗制机制砂浸泡在17-22质量份醋酸甲酯、12-16质量份酒石酸和20-30质量份乙醇的混合溶液中，搅拌均匀，静置6h后，固液分离，将上层液体排出，用清水洗净沉砂，将沉砂干燥，得到干法精品尾矿机制砂。
7.通过采用上述技术方案，先将石灰石尾矿进行一次改性，在聚丙烯酸溶液作为稳定剂的辅助下，乙烯基磺酸、盐酸聚丙烯胺和氯化钙水溶液共同作用，促进了石灰石内部不定型结晶重结晶，石灰石内部结晶化程度提升，使得石灰石的强度提升；然后将强度提升后的石灰石尾矿加入包覆液中，包覆液中葛根淀粉与黄原胶混合糊化，再加上n,n-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钠，四者之间协同作用在一次改性的石灰石表面相互交融形成了一层弹性保护膜，当石灰石进行后续破碎时，弹性保护膜不仅有助于减少破碎过程中由于石子之间相互碰撞而生成的石粉，而且有利于石灰石破碎过程中的塑形；最后再通过醋酸甲酯、酒石酸和乙醇的混合溶液对石灰石表面残留的弹性保护膜进行消膜，弹性保护膜中的基团与混合溶液中的基团反应，使得弹性包覆膜逐渐溶解在混合溶液中，进而将石灰石外层的保护膜清除，降低保护膜对石灰石表面活性的影响。通过上述对石灰石内部和外部进行层层改性处理，使得得到的干法精品尾矿机制砂具有了较高的强度，干法精品尾矿机制砂的石粉含量可控，更加适合作为原料应用到高强混凝土中。
8.优选的，所述步骤1-2中还加入有0.5-0.7质量份的聚乙烯醇。
9.通过采用上述技术方案，将聚乙烯醇加入包覆液中，不仅有利于促进包覆液在石灰石表面成膜的弹性，还有利于提升包覆液形成的膜的分解性，使得后续消膜更加充分彻底，进而使得后续对机制砂处理后得到的效果提升更加明显。
10.优选的，所述步骤7中还加入有0.3-0.5质量份的正丁醇或乙酰胺。
11.通过采用上述技术方案，正丁醇和乙酰胺两者单独或共同加入混合液中，均能起到一定的助溶作用，进而进一步促进弹性保护膜的消除，消膜更充分。
12.优选的，所述步骤7中还包括对干法精品尾矿机制砂进行后处理的工艺，具体包括以下步骤：在成品机制砂中加入30-35质量份的甲苯、7-10质量份偶联剂、10-15质量份聚天冬氨酸、12-15份l-3,4-二羟基苯丙氨酸，混合均匀，在100-110℃下反应20-24h，固液分离，所得固体产物用去离子水超声洗涤、真空干燥，即得后处理的干法精品尾矿机制砂。
13.通过采用上述技术方案，聚天冬氨酸、l-3,4-二羟基苯丙氨酸和甲苯三者之间协同作用形成了某种渗透络合物，该络合物渗透进石灰石内部的层间结构中，使得石灰石内部形成砖块式紧密搭接的层状结构，进而起到了对石灰石进行填充补强的作用，进而进一步提升了机制砂的抗压强度，且在偶联剂的影响下使得机制砂加入混凝土中起到更好的骨料作用，与胶料的结合更好。
14.优选的，所述偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷或乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷。
15.通过采用上述技术方案，乙烯基三甲氧基硅烷和乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷两者能够很好的溶入甲苯中，从而增强体系中各组分之间的分散性和相容性，进而提升对机制砂的填充补强效果。
16.优选的，所述步骤7对成品机制砂进行后处理的过程中还加入有0.2-0.5质量份的对苯二酚。
17.通过采用上述技术方案，对苯二酚加入混合液中起到了一定的阻聚作用，减少了机制砂之间的相互团聚，机制砂颗粒之间的分散性较好，有利于增强聚天冬氨酸、甲苯和l-3,4-二羟基苯丙氨酸三者之间协同作用形成的渗透络合物对机制砂的渗透程度，进而提升对机制砂的填充补强效果。
18.第二方面，本技术提供一种干法精品尾矿机制砂，采用如下的技术方案：一种干法精品尾矿机制砂，由上述的干法精品尾矿机制砂制备方法制得。
19.通过上述制备方法制备得到的机制砂具有较好的强度，且表面浮粉含量较少，表面活性较好，加入到混凝土或砂浆中能提升混凝土或砂浆的强度性能。
20.第二方面，本技术提供一种高强混凝土，采用如下的技术方案：一种高强混凝土，由混凝土拌合料制得，所述混凝土拌合料中包括以下质量份的原料：水泥381-401份、机制砂637-657份、碎石1040-1060份、水155-175份、矿粉82-100份、粉煤灰82-100份、聚羧酸高性能减水剂12.5-15.5份；所述机制砂为通过上述的制备方法制得的干法精品尾矿机制砂。
21.在混凝土原料中加入经过干法精品处理得到的尾矿机制砂，由于尾矿机制砂具有较好的强度和较少的石粉含量，使得机制砂与混凝土原料中其他组分之间的结合性更好，机制砂的骨料作用更加突出，从而使得混凝土的强度性能突出。
22.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：1.本技术中先将石灰石尾矿进行一次改性，一次改性后的石灰石内部结晶化程度提升，使得石灰石的强度提升；然后将一次改性后的石灰石尾矿加入包覆液中，包覆液中葛根淀粉、黄原胶、n,n-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钠四者之间协同作用，在一次改性的石灰石表面相互交融形成了一层弹性保护膜，当石灰石进行后续破碎时，弹性保护膜不仅有利于石灰石破碎过程中的塑形，而且在保护膜的粘结作用下有利于减少磨损产生的石粉；最后再通过醋酸甲酯、酒石酸和乙醇的混合溶液对石灰石表面残留的弹性保护膜进行消膜，从而消除保护膜对机制砂表面活性的影响。通过对石灰石内部和外部进行层层改性处理，使得得到的石灰石尾矿机制砂具有了较高的强度，机制砂的石粉含量得到较好的控制，并提升了机制砂与混凝土的适配性；2.本技术中对消膜后的机制砂进行了后处理，后处理过程中聚天冬氨酸、甲苯和l-3,4-二羟基苯丙氨酸三者之间协同作用形成了某种渗透络合物，该络合物渗透进石灰石内部，使得石灰石内部形成砖块式紧密搭接的层状结构，进而起到了对石灰石进行填充补强的作用，进一步提升了机制砂的抗压强度；3.本技术中对石灰石尾矿依次进行粗破碎、中度破碎和细破碎，三重破碎，使得石灰石尾矿破碎过程中粒形的塑形效果更好，且有助于得到级配较好的机制砂。
具体实施方式
23.以下结合实施例对本技术作进一步详细说明。
24.以下实施例及对比例中所用原料的来源信息详见表1。
25.表1
实施例
26.实施例1本实施例公开一种干法精品尾矿机制砂制备方法，具体包括以下步骤：步骤1，石灰石尾矿预处理：步骤1-1，收集500kg的石灰石尾矿，将80kg的聚丙烯酸溶液加入石灰石尾矿中混合，以40r/min的搅拌速度搅拌的过程中加入20kg的乙烯基磺酸、15kg盐酸聚丙烯胺和30kg的氯化钙水溶液，在温度为30℃下、转速为60r/min下搅拌2h后，保温静置24h，用去离子水洗涤、采用真空干燥机在80℃下进行恒温干燥1h，得到一次改性石灰石尾矿；步骤1-2，将15kg葛根淀粉与13kg黄原胶混合加入水浴锅中，在90℃下水浴糊化，糊化至粘稠状后停止加热，倒入搅拌池中，加入7kgn,n-亚甲基双丙烯酰胺和7kg过硫酸钠，以70r/min的速度搅拌2h后，制得包覆液；步骤1-3，将包覆液加入一次改性石灰石尾矿中，以50r/min的速度搅拌2h，静置冷却至室温，再用搅拌机在60r/min的速度下搅拌5min，得到二次改性石灰石尾矿；步骤2，将二次改性石灰石尾矿送入原料进料仓中，通过骨料皮带输送机一次性送入usf394h制砂机中，进行破碎制砂，得到粒径为0.25-0.05mm的细砂；步骤3，将细纱加入zs2468振动筛中，在振幅为6mm、长
×
宽
×
高为8094
×
3190
×
3804(mm)的振动筛上进行振动筛分：步骤4，将筛分得到的0.25-0.05mm的细砂送入pd650回收过滤器中，将符合粒径的
细砂进行回收过滤；步骤5，将经过回收过滤后留下的细砂送入nmc系列脉冲除尘器中，在工作压力为0.5mpa、环境温度为30℃、脉冲间隔时间为30s的条件下进行一次除尘处理；再通送入2lqm660离线脉冲除尘器中，在工作压力为0.7mpa、脉冲间隔时间为30s、环境温度为30℃的条件下进行二次除尘处理，得到粗制机制砂；步骤6，将除尘过滤收集到的石粉通过石粉输送和提升系统送至fg100型粉罐中储存；将粗制机制砂输送至下料口下料；步骤7，将下料得到的粗制机制砂浸泡在17kg醋酸甲酯、1kg酒石酸和20kg乙醇的混合溶液中，在温度为35℃下、转速为100r/min下搅拌30min，恒温静置6h后，机制砂沉降在底部，用抽水机将上层液体抽取排出，再加入清水淘洗机淘洗，将淘洗两次后的机制砂放入干燥室中，在室温60℃下干燥24h，得到粒径满足二级标准的干法精品尾矿机制砂。
27.实施例2一种干法精品尾矿机制砂制备方法，与实施例1的不同之处在于：处理过程中各组分的含量和工艺参数不同，具体如下：步骤1-1中，收集520kg的石灰石尾矿，将100kg的聚丙烯酸溶液加入石灰石尾矿中混合，搅拌的过程中加入30kg的乙烯基磺酸、20kg盐酸聚丙烯胺和35kg的氯化钙水溶液，在温度为35℃下搅拌1h；步骤1-2，将17kg葛根淀粉与16kg黄原胶混合加入水浴锅中，在110℃下水浴糊化，冷却后加入9.5kgn,n-亚甲基双丙烯酰胺和9.5kg过硫酸钠，搅拌3h；步骤7，将粗制机制砂浸泡在22kg醋酸甲酯、16kg酒石酸和30kg乙醇的混合溶液中。
28.实施例3一种干法精品尾矿机制砂制备方法，与实施例2的不同之处在于：步骤7中还包括对干法精品尾矿机制砂进行后处理的工艺，具体包括以下步骤：将成品机制砂中加入30kg的甲苯、7kg乙烯基三甲氧基硅烷、10kg聚天冬氨酸、12kgl-3,4-二羟基苯丙氨酸，在100℃下反应10h，通过静置沉淀后使得固液分离，将上层液体排出，所得机制砂固体产物用去离子水以37khz超声频率进行超声清洗、采用真空干燥机在60℃下恒温干燥1h，得到后处理的干法精品尾矿机制砂。
29.实施例4一种干法精品尾矿机制砂制备方法，与实施例3的不同之处在于：后处理过程中各组分的含量和工艺参数不同，以及偶联剂的选用不同，具体如下：将成品机制砂中加入35kg的甲苯、10kg乙烯基三(β-甲氧乙氧基)硅烷、15kg聚天冬氨酸、15kgl-3,4-二羟基苯丙氨酸，在110℃下反应8h。
30.实施例5-6一种干法精品尾矿机制砂制备方法，与实施例3的不同之处在于：步骤7后处理过程中还分别加入有0.2kg、0.5kg的对苯二酚。
31.实施例7-8一种干法精品尾矿机制砂制备方法，与实施例2的不同之处在于：步骤1-2中还分别加入有0.5、0.7kg的聚乙烯醇。
zsc100聚羧酸高性能减水剂混合加入搅拌机中。
41.应用例3本应用例公开一种高强混凝土，与应用例1的不同之处在于：机制砂选用对比例1制得的干法精品尾矿机制砂。性能检测试验
42.1、按照国家标准gb/t 14684-2011《建设用砂》的规定：分别对本技术实施例1-11和对比例1-3进行表观密度、石粉含量以及压碎指标值的性能检测，对实施例1进行颗粒级配检测，性能检测数据详见表2-3；机制砂的表观密度表示材料单位细观外形体积(包括内部封闭孔隙)的质量，表观密度越大，机制砂内部空隙越少，内部越致密，机制砂的强度性能越好；石粉含量是指机制砂中粒径小于75μm的颗粒含量，在高强混凝土中，水灰比较小，石粉含量的多少对混凝土的工作性有重要的影响，所以需要对机制砂中的石粉需要进行严格的限制，石粉含量降低，有利于减少石粉含量对高强混凝土水化过程的影响；泥块含量是指砂中原粒径大于1.18mm，经水浸洗、手捏后小于600μm的颗粒含量，如果机制砂泥块含量过大，对混凝土的品质影响很大，泥块含量大，混凝土用水量增大，保塑性能变差，收缩加大，混凝土强度必然下降；压碎指标值是指机制砂在外力作用下抵抗破坏的能力，是间接表达机制砂坚固性的一个重要指标，压碎指标直接影响所配制混凝土的强度，特别对于高强混凝土的影响最大，压碎指标值越低，机制砂破坏损失越少，机制砂的强度性能较好。
43.2、根据gb/t50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》中抗压强度试验方法，对应用例1-3进行3d、28d抗压强度试验，试验结果详见表4。
44.表2——实施例1-11和对比例1-3表观密度、石粉含量、泥块含量以及压碎指标值的性能检测表3——实施例1的颗粒级配检测
表4——应用例1-3在3d、28d的抗压强度检测 3d抗压强度28d抗压强度应用例147.076.6应用例249.078.8应用例345.961.3
45.根据表2和表3中的性能检测数据可得，实施例1、2通过聚丙烯酸溶液、乙烯基磺酸、盐酸聚丙烯胺和氯化钙水溶液混合对石灰石尾矿进行一次改性；再通过葛根淀粉、黄原胶、n,n-亚甲基双丙烯酰胺和、过硫酸钠制得包覆液，对一次改性后的石灰石尾矿进行二次改性，最后在制砂过程中又通过醋酸甲酯、酒石酸和乙醇的混合溶液进行消膜处置，使得实施例1、2制得的机制砂的表观密度、石粉含量、泥块含量以及压碎指标值的数值均达到了ⅱ级机制砂的标准要求，且实施例1制得机制砂的颗粒级配也满足ⅱ级机制砂的标准要求。
46.根据对比例1-3的性能检测数据分析可得，对比例1中不对石灰石尾矿进行一次改性，对比例1制得的机制砂相对于实施例2制得机制砂的表观密度明显下降；石粉含量、泥块含量以及压碎指标值均明显上升，说明对比例1制得的机制砂强度性能较弱；对比例2中不对石灰石尾矿进行二次改性，对比例2制得的机制砂相较于实施例2制得的机制砂的表观密度下降、石粉含量、泥块含量以及压碎指标值均明显上升，且砂砾粒形有棱角，不圆润，说明对比例2制得的机制砂强度性能降低且粒形较差。对比例3中对市售的天然砂进行性能检测，实施例2中制得的机制砂的性能检测数据优于对比例3中天然砂的性能检测数据，进一步证明了本技术中采用干法精品尾矿机制砂的制备方法制得的机制砂的性能较好，完全可以替代天然砂投入使用。
47.发明人分析，石灰石内部存在有无定型结晶，这些无定型结晶在聚丙烯酸溶液作为稳定剂的辅助下，受到乙烯基磺酸、盐酸聚丙烯胺和氯化钙水溶液的共同作用，按照特定的方向进行转化或再结晶，进而使得石灰石内部结晶度提升，结晶有序程度提升，进而直观反映在石灰石颗粒的强度性能提升；强度性能提升，减少了由于强度较差产生大量石粉的问题；然后通过包覆液中葛根淀粉与黄原胶混合糊化，再加上n,n-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸钠的配合，四者之间协同作用在一次改性的石灰石表面相互交融形成了一层弹性保护膜，在弹性保护膜的保护下，石灰石破碎碰撞时减少了颗粒本体之间摩擦产生的石粉，且在保护膜的弹性作用下更好地实现颗粒塑形；最后再通过醋酸甲酯、酒石酸和乙醇的混合溶液对石灰石表面残留的弹性保护膜进行消膜，保障机制砂的表面活性。但是，仅对石灰石尾矿进行一次改性或二次改性，缺少了两次改性过程中对石灰石尾矿起到的协同作用，使得制得的机制砂无法达到实施例2制得的机制砂的性能指标。
48.实施例3、4在实施例2的基础上对机制砂进行了后处理，实施例3、4制得的机制砂相较于实施例2制得的机制砂的表观密度提升压碎指标值下降，说明实施例3、4制得机制砂的强度性能得到提升，发明人分析，后处理过程中聚天冬氨酸、l-3,4-二羟基苯丙氨酸和甲苯三者之间协同作用可能形成了某种渗透络合物，该络合物可以渗透进石灰石内部，通过
在石灰石内部层状结晶的空隙处进行填充和粘结，使得石灰石内部形成砖块式紧密搭接的结构，进而使得石灰石内部结构致密，石灰石的强度提升，石灰石强度提升也有助于降低石灰石破碎碰撞过程中石粉的产生，且后处理中接入了偶联剂，偶联剂使得机制砂的表面活性增强，有助于提升机制砂在混凝土中的作用。
49.实施例5、6在实施例4的基础上加入了对苯二酚，实施例5、6制得机制砂相较于实施例4制得的机制砂的表观密度提升、压碎指标值稍有下降，说明实施例5、6制得机制砂的强度性能得到进一步提升；发明人分析对苯二酚加入混合液中增大了机制砂颗粒之间的界面张力，进而减少了机制砂颗粒之间的相互团聚，使得聚天冬氨酸、甲苯和l-3,4-二羟基苯丙氨酸三者之间协同作用形成的渗透络合物可以更加充分地与机制砂结合，从而起到更好的填充补强效果。
50.实施例7、8在实施例2的基础上于一次改性过程中加入了聚乙烯醇，实施例7、8制得的机制砂相较于实施例2制得机制砂的表观密度提升、压碎指标值下降，说明实施例7、8制得机制砂的强度性能得到提升，发明人分析，将聚乙烯醇加入包覆液中，聚乙烯醇与包覆液中的弹性防护膜交融，聚乙烯醇的成膜性有助于增强弹性防护膜的膜结构，进而提升弹性防护膜在石灰石破碎撞击过程中对石灰石的塑形作用，且聚乙烯醇具有一定的水溶性，有利于提升包覆液形成的膜的分解性，使得后续消膜更加充分彻底，进而减少包覆膜和浮粉对机制砂加入混凝土中与水泥结合时的阻碍作用。
51.实施例9在实施例2的基础上于机制砂制备过程中加入了正丁醇、实施例10则加入了乙酰胺，实施例9、10制得的机制砂相较于实施例2制得机制砂的表观密度稍有提升、压碎指标值下降，且实施例9、10制得机制砂的各项性能值相近，说明实施例9、10制得机制砂的强度性能得到提升，发明人分析，正丁醇和乙酰胺两者加入混合液中，能与保护膜反应，生成络合物，络合物易于溶解在醋酸甲酯、酒石酸和乙醇的混合溶液中，进而对保护膜起到了一定的助溶作用，进一步促进弹性保护膜后续的消除，消膜更充分，机制砂表面活性受阻较小，更加适合高强混凝土的原料要求。
52.实施例11在实施例2的基础上不仅加入了聚乙烯醇、乙酰胺，还对成品机制砂进行了后处理的加工工艺，实施例11制得的机制砂相较于实施例2制得机制砂的表观密度提升、压碎指标值有明显下降，说明实施例11制得机制砂的强度性能得到了显著提升，通过实施例2中对石灰石尾矿的多重改性，再加上有助于提升性能的物质加入，使得实施例11制得的机制砂的性能较好，成为本技术的最佳实施例。
53.通过表4中应用例1-3的性能检测数据可得，应用例1中采用实施例2制得的机制砂制备混凝土，应用例2采用实施例11制得的机制砂制备混凝土，应用例1-2制得混凝土的3d、28d抗压强度数值较高，已达到了c60混凝土的抗压强度要求，而应用例3采用对比例1制得的机制砂制备混凝土，应用例3制得混凝土的3d、28d抗压强度数值相较于应用例1-2制得混凝土的3d、28d抗压强度数值较低，由此说明机制砂的性能对于混凝土的抗压强度性能有着重要的影响，采用本技术中干法精品尾矿机制砂处理方法制得的机制砂可以制得高强混凝土，具有较好的应用前景。
54.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。