[发明专利]一种利用铁尾砂的水泥基复合材料及其制备方法

说明书

一种利用铁尾砂的水泥基复合材料及其制备方法，由胶凝材料、骨料、减水剂及水组成，所述胶凝材料包括水泥及硅灰，胶凝材料中水泥的质量分数为75％～80％；所述骨料包括铁尾砂及机制石英砂，骨料中铁尾砂的质量分数为≤70％；所述水泥基复合材料的水胶比为0.16～0.2；所述减水剂为胶凝材料质量的2.0％～2.4％。本发明水泥基复合材料及其制备方法将尾矿库铁尾砂应用于生态可持续型超高性能建筑材料，实现了工业固废铁尾砂大掺量制备高附加值建筑材料的目标，不仅经济效益显著，也降低了尾矿库的维护成本。

技术领域

本发明涉及铁尾矿回收利用领域，具体涉及一种利用铁尾砂的水泥基复合材料及其制备方法。

背景技术

我国尾矿排量逐年上升，占世界尾矿排出量的50％以上，尾矿目前已经成为我国排出量最大、综合利用率最低的固体废弃物。其中铁尾矿堆存量占全部尾矿总堆存量的近1/3，每年排出量近3亿吨，但其综合利用率很低，不足20％。尾矿常以自然堆积法储存于尾矿库中，不仅占用±地，耗费建库资金，而且由于颗粒一般较细，容易被风扬起，经常造成周围地区的局部沙尘暴，经遇洪水时，又经常由于库坝决口造成泥石流灾害，造成极其严重的经济损失。

近年来，超高强水泥基复合材料已广泛应用于高层建筑、预制构件、基础设施以及核废料储存容器等特殊设施中，构建体积的减小也提供了更广阔的使用空间。同时由于剔除了粗骨料，这种材料主要由水泥、硅灰、粉煤灰、河砂等组成，大量活性粉末以及高性能减水剂共同铸就了其内部均匀致密、孔隙率较低、高强、高耐久等优越性能。然而，高额的制备成本限制了它的广泛应用。因此，为了降低成本，一些企业研发了新的方法，利用工业副产品，如粉煤灰和矿渣粉等，在不牺牲超高强水泥基复合材料原有性能的基础上作为活性掺合料替代其中的部分水泥。然而由于我国建筑设施规模的庞大，活性掺合料的消耗量不断上升，已经出现供不应求的局面，导致其价格不断升高。同时由于对生态环境环保意识的增强，天然河砂在国内大部分地区已经禁止开采。与此带来机制砂的价格也不断飙升。原有耗材价格的不断上涨，势必引导我们急需寻找一种生态可持续的方法来制备这种性能优越的材料。

铁尾砂化学成分主要含有SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃、MgO等以及少量的K₂O、Na₂O、S、P等元素，几乎没有活性，同时颗粒尺寸比水泥颗粒要大。虽然铁尾砂在一定条件下激发可以获得一定的活性，但活性普遍较低，无论是物理还是化学等激发方式都会带来高额的成本投入，因此精细化预处理铁尾砂并不是一种有效利用手段。目前我国铁矿资源趋于杂、贫、细，很多企业为了选出更多的铁精矿，增大铁矿石的粉磨程度，因而得到的铁尾砂也越来越细，这些细铁尾砂已经不适合应用到普通混凝土中。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上现有技术的不足，而提供一种利用铁尾砂的水泥基复合材料及其制备方法。

本发明一方面提供一种利用铁尾砂的水泥基复合材料，由胶凝材料、骨料、减水剂及水组成，所述胶凝材料包括水泥及硅灰，胶凝材料中水泥的质量分数为75％～80％；所述骨料包括铁尾砂及机制石英砂，骨料中铁尾砂的质量分数为≤70％；所述水泥基复合材料的水胶比(即水与胶凝材料之比)为0.16～0.2；所述减水剂为胶凝材料质量的2.0％～2.4％。

优选，所述水泥基复合材料各原料配比如下：水泥750～800kg/m³、硅灰190～240kg/m³、铁尾砂600～700kg/m³、机制石英砂250～350kg/m³、减水剂20～24kg/m³、水160～200kg/m³。

优选，所述铁尾砂中SiO₂质量分数≥70％。

优选，所述骨料中铁尾砂的质量分数为65％～70％，其余为机制石英砂。