[发明专利]一种基于改性明矾石尾矿的收缩补偿复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于改性明矾石尾矿的补偿收缩复合材料及其制备方法。通过高温煅烧实现晶体相变的技术方案，将明矾石尾矿中的石英晶体变成无定型态的二氧化硅，同时将其中高岭石转化成具有火山灰活性的偏高岭土，相变后的无定型态二氧化硅和具有火山灰活性的偏高岭土均可与氢氧化钙进行水化反应，增加复合材料的强度；充分利用明矾石尾矿中所含硫酸铝，高温活化后形成硫铝酸盐，活性硫铝酸盐、无水石膏和水泥反应生成钙矾石，使得材料具有较好的微膨胀作用，有效补偿水泥基材料的收缩，从而防治水泥基材料开裂；通过掺加一定量的活性矿粉，弥补明矾石尾矿中存在的二氧化硅含量不足缺陷，可以提高水化硅酸钙的含量，提高复合材料的力学性能；同时，使用高效多功能复合外加剂改善复合材料加水后所形成料浆的和易性、气孔结构，提高复合材料成型后的综合力学性能和长期耐久性。

技术领域

本发明属于无机固体废弃物资源化利用领域，适用于明矾石尾矿综合性资源化利用，是一种利用活性二氧化硅含量低的明矾石制备收缩补偿水泥基复合材料的方法。

背景技术

我国矿产资源丰富，特别是非金属矿产资源，在矿物浮选过程中会产生大量的废弃尾矿。如，福建紫金山铜矿是大型低品位铜矿，主要金属矿物为黄铁矿、硫砷铜矿等，非金属矿物以石英、明矾石、高岭石为主。当前，紫金山铜矿资源中铜品位0.４％以上通过浮选处理的矿石量约为1.25亿吨，尾矿产率为90％，因此紫金山铜尾矿量将达到１亿吨以上，这些尾矿中含有大量有利用价值的非金属矿物。目前，己成功从铜尾矿中浮选富集硫铁矿产品，然后浮选明矾石精矿产品，浮选得到的明矾石精矿中明矾石品位可达60％~70％。尾矿的堆积会占用大量土地，也会引起环境生态污染甚至地质灾害。因而，明矾石尾矿的资源化利用具有重要的资源和环境意义。

目前，有关明矾石尾矿高值化应用的综合利用研究还不成熟，不少国家和地区都在探索适合自己条件的明矾石加工工业技术，而且倾向于酸法工艺路线的研究，但能够顺利实现工业化连续生产的技术路线却非常稀少，主要是因为成本过高等各种原因阻碍了其工业化应用。此外，明矾石尾矿中含有较丰富的二氧化硅晶体、硫酸铝盐，为制备具有收缩补偿功能的水泥基复合材料提供了潜在可能。

水泥基材料作为常用的建筑材料，被广泛应用于各类工程结构。但其存在较为严重的养护收缩和长期徐变收缩现象，容易导致水泥基材料制品尺寸改变甚至收缩开裂。开发基于明矾石尾矿的收缩补偿材料，既可以实现尾矿的资源化利用，又可针对水泥基材料的固有缺陷进行改善。

发明内容

本发明针对煅烧后的明矾石尾矿制备风电基座灌浆料的方法，该方法是一种工艺简单、成本低廉的明矾石尾矿处理方法。

本发明针对明矾石尾矿中含有的二氧化硅和硅酸盐矿物，提供一种制备新型公路护轮带修复工程复合材料及其制备方法，该方法是一种工艺简单、成本低廉的明矾石尾矿的高效资源化处理方法。

本发明的技术方案包含以下几个主要部分：

1）明矾石高温改性

明矾石尾矿中含有较丰富的二氧化硅，但这些二氧化硅多处于晶体状态，缺乏必要的活性，难以产生火山灰反应和效应。该专利采用的技术手段是相变改性，即通过在明矾石尾矿中掺入一定质量比例的Na₂CO₃和CaSO₄.2H₂O粉末进行高温相变改性，使明矾石尾矿中的非活性二氧化硅晶体由晶态变成具有活性的无定型态，同时将明矾石尾矿中非活性的高岭石相变成具有良好火山灰活性的偏高岭土。从而利用相变改性后明矾石尾矿中的活性无定型二氧化硅与水泥水化，明矾石尾矿中的部分超细铝酸盐矿物作为微骨料与水化硅酸钙具有更好的结合能力，更进一步增加水泥基复合材料的力学强度和耐久性能。同时，激活明矾石中的硫铝酸盐。