一种铁尾矿制备抹灰石膏的工艺方法和工艺装备
技术领域
本发明涉及一种铁尾矿制备抹灰石膏的工艺方法和工艺装备。
背景技术
铁尾矿是选矿后的废弃物，是工业固体废弃物的主要组成部分。
我国堆存的铁尾矿量高达十几亿吨，占全部尾矿堆存总量的近1/3。因此，铁尾矿的综合回收利用问题已受到全社会的广泛关注。
马钢罗河矿业从事铁矿采选业，采用充填法采矿、先浮后磁阶段选别选矿生产工艺流程，利用全尾矿充填后富余尾矿约40％(60～90万t/a)。该矿尾矿物相组成特征具有硅铝含量低、石膏含量较高的特异性，其中小于0.15mm粒径的颗粒占50％以上，不宜用作建筑材料中作骨料。
在实施罗河铁尾矿的综合回收利用的过程中，本发明人发现：罗河矿铁尾矿不含放射性、浸出毒性，通过改性及添加辅助材料活化水化后，可有效利用铁尾矿中的石膏、偏铝酸盐、偏硅酸盐等胶凝成分，生产类似于内墙抹灰石膏类新型建材产品。
抹灰石膏是以建筑石膏为主要成分，掺入多种外加剂和集料而制成的气硬性胶凝材料，是一种建筑内墙及顶板表面的抹面材料，是传统水泥砂浆或混合砂浆的换代产品。既具有建筑石膏快硬早强、粘结力强、体积稳定性好、吸湿、防火、轻质等优点，又改善了建筑石膏凝结速度过快、粘性大和抹灰操作不便等缺点。
抹灰石膏砂浆是国外广泛使用的建筑粉刷产品，在欧洲石膏砂浆占粉刷砂浆的总量超过70％。我国抹灰石膏的研究与发展相对较晚，直到20世纪80年代初期相关科研院所才开始进行抹灰石膏的研究。
近40年来我国的石膏工业有了较快的发展，就抹灰石膏而言，无论是技术水平、产品品种、产品质量方面，还是在生产规模、装备水平上都有了较大的提高，抹灰石膏的应用范围逐渐扩大。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铁尾矿制备抹灰石膏的工艺方法和工艺装备，以对铁尾矿作无害化处理，变废为宝。
为此，本发明一方面提供了一种铁尾矿制备抹灰石膏的工艺方法，包括：对于适合制备抹灰石膏的铁尾矿脱水后煅烧；对煅烧冷却后的铁尾矿进行磨细；以及将活性材料、复合激发剂、化学激发剂、轻质骨料与磨细后的铁尾矿进行混合，得到类石膏凝胶料，即抹灰石膏。
根据本发明的另一方面，提供了一种铁尾矿制备抹灰石膏的工艺装备，包括：铁尾矿工艺设备，用于煅烧磨细铁尾矿，包括按照工艺路线顺序布置的湿原料缓冲料仓、直焰焙烧窑、冷却机、原料缓冲料仓、干式磨球机、干尾矿均化仓；轻质骨料工艺设备，用于将珍珠岩矿粉加工为珍珠岩膨胀颗粒，包括按照工艺路线顺序布置的预热炉、膨胀炉、网状储料仓；用于存放活性材料的活性材料仓、用于存放复合激发剂的复合激发剂仓、用于存放化学激发剂的化学激剂仓；以及无重力混合机，用于对称量后的磨细铁尾矿、珍珠岩膨胀颗粒、化学激发剂、活性材料、复合激发剂进行混合，得到类石膏凝胶料，即抹灰石膏。
本发明利用铁尾矿生产抹灰石膏，符合我国鼓励的废弃资源、工业废渣综合利用和无害化处理的原则，有较高的经济效益、环境效益和社会效益，有利于我国的环境保护，符合可持续发展战略，对于节约资源、改善环境具有十分重要的意义。
本抹灰石膏项目是综合利用矿尾矿，减少尾矿堆存用地，安全、环保、节约集约用地等意义重大，开发的产品为建材市场受欢迎的新型墙体粉刷材料，能够替代高能耗水泥。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明的铁尾矿制备抹灰石膏的工艺方法的流程图；
图2是根据本发明的铁尾矿制备抹灰石膏的工艺装配的工艺路线图。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是根据本发明的铁尾矿制备抹灰石膏的工艺方法的流程图。下面结合图1对本发明的铁尾矿制备抹灰石膏的工艺路线的各步骤进行详细说明。
S1，首先取样，根据取样分析对于铁尾矿是否适合制备抹灰石膏进行判定，若符合判定条件，则选定该铁尾矿作为制备抹灰石膏的原料，否则放弃。
铁尾矿判定条件如下：铁尾矿不含放射性、浸出毒性，通过改性及添加辅助材料活化水化后，可有效利用铁尾矿中的石膏、偏铝酸盐、偏硅酸盐等胶凝成分，生产类似于内墙抹灰石膏类新型建材产品。
举例
铁尾矿样品来自于罗河铁矿，罗河铁矿位于安徽省庐江县城南30公里处的罗河镇东风村，矿区总面积4.4Km2，探明的铁矿石储量达5亿吨，国家储委批准储量为3.4亿吨，品位为35.82％。在生产过程中，产生大量尾矿砂。
铁尾矿样品由罗河铁矿从生产线上获取，样品为含水的浆体，取样量为50公斤塑料桶1桶。将样品在干燥箱内烘干，采用手工方法把结块破碎，充分混合后，取出一定量的样品分别进行分析。从建筑材料应用考虑，主要分析样品的成分、颗粒级配、元素聚集状态、颗粒的硬度、颗粒与水泥之间相容性、样品放射性等。
从成分分析来看，样品中主要元素为铁、钙、硅、硫；次要元素为铝、镁、磷、钾。从物相组成看，样品主要由中物相组成有：CaSO4、SiO2、CaSO4·0.5H2O、FeS2，而沸石、Fe2O3、Al2O3、Al2(SO4)3、辉石、透辉石含量较少。
该样品与其它关于铁尾矿的文献报道不同，氧化硅与氧化铝含量偏少，石膏含量较多。这可能与样品来源有很大关系，根据文献资料对罗河铁矿的地质勘探鉴定，该矿属一类大型铁矿、硫铁矿与硬石膏共生的矿床，该矿属于磁铁矿，因此，样品中石膏较多与此因素有关。
物相组成中硬石膏(CaSO4)及半水石膏(CaSO4·0.5H2O)含量较高(60％以上)，与实验过程中对样品烘干有关。
从颗粒度分布看，样品中以细颗粒为主，其中小于0.15mm粒径的颗粒占50％以上，不宜用作建筑材料中作骨料。
采用压碎指标法测定样品的坚固性，反映出样品硬度较低。
对样品进行的放射性评价结果表明，该样品用于建筑材料或建筑制品生产是安全的。该样品与水泥有较好的相容性。
综合判定，罗河铁尾矿适合制备抹灰石膏。
S2，对于铁尾矿进行过滤脱水。
以罗河铁尾矿为例，利用陶瓷过滤机脱水后的铁尾矿的含水率约10.5％。
S3，对于铁尾矿进行煅烧。
优选地，煅烧温度700℃，煅烧时间20min-30min。
可选的煅烧设备：匣钵类连续窑(如隧道窑、辊道窑等)、间接加热回转窑和内热式回转窑。优选为内热式回转窑。
由于焙烧后的物料温度高，无法进入球磨机进行粉磨，需将焙烧后的物料冷却，例如选用单筒喷淋冷却机进行冷却，将物料冷却到60℃左右进入下一工序。
S4，对铁尾矿进行磨细。
利用制粉设备对尾矿进行磨细处理，控制颗粒在相对较窄的范围分布(200目)，增加颗粒表面粗糙度及颗粒内部微裂纹，以增强了尾矿的表面活性；结合煅烧工艺，提高尾矿中石膏的溶解活性。
对物料进行邦德功指数实验，根据该尾矿邦德功指数实验结果进行设备选型，优选地，该磨矿设备为干式球磨机。
S5，混料。
掺入对象分为：活性材料、复合激发剂和化学激发剂。其中，掺入活性材料至关重要，例如矿渣、水泥熟料等，以增加胶凝料的强度，克服凝胶料的强度不足的问题。掺入复合激发剂和微量的化学激发剂，进行石膏凝胶料的激发。将掺入对象混合均匀，混合设备优选为无重力混合机，得到类石膏凝胶材料。
在一实施例中，复合激发剂为脱硫石膏，化学激发剂为强碱。这些材料可通过外购获得。各物料的质量百分比：活性材料20.23％，复合激发剂5％，化学激发剂0.0015％，轻质骨料(珍珠岩)4.77％、其余为铁尾矿(70％左右)。
该胶凝料在湿拌后铝硅酸盐、硫酸钙的水化过程中其物相转化为各类硅酸钙，如：0.9nm托贝莫来石(Ca5Si6O18H2)、1.1nm托贝莫来石(Ca5Si6O17·5H2O)和1.4nm托贝莫来石(Ca5Si6O18H2·8H2O)、石英、铁钙闪石、硬石膏和方解石。
该胶凝料具有石膏胶凝料的气硬性特征，但其胶凝机理转换为硬石膏和硅酸钙为主要胶凝。
S6，混入轻质骨料。
混入轻质骨料例如膨胀珍珠岩颗粒，制成轻质抹灰石膏。
使用该胶凝料制备的胶砂料完全符合抹灰石膏国家标准GB/T 28627-2012《抹灰石膏》的相关要求。物理性能大大优于脱硫半水石膏和磷石膏半水石膏制备的胶砂料。
在一实施例中，轻质骨料(珍珠岩)与活性材料、复合激发剂和化学激发剂同时掺入、混合，形成轻质抹灰石膏产品。
下面结合图2以罗河铁尾矿处理为例对本发明的铁尾矿制备抹灰石膏的工艺装备进行描述。
罗河铁尾矿由铁矿选厂尾矿压滤车间经皮带输送机给入。
过滤脱水后的铁尾矿(含水率约10.5％)经370m密封皮带输送机(DT2A-B800×400)送至200m3湿原料缓冲料仓(Φ6×8m钢罐)，经振动给料机(GZD-650×2300)、喂料输送机(LR-DEL800-3000)送至直焰焙烧窑(NR3348)进行焙烧。
焙烧完成后的物料经溜槽给入冷却机(Φ3×30m)进行冷却后，通过气力输送仓泵(Q＝35t/h，L＝15m，H＝5m，ρ＝1.6t/m3)给入磨前100m3干原料缓冲料仓(Φ6×3.5m钢罐)进行缓存。
磨前缓冲料仓的物料经振动料斗(FY-2000ZDD)、皮带秤(LR-DEL800-3000)给入干式球磨机(￠2400×8000)进行磨矿，磨矿后的物料经气力输送仓泵(Q＝35t/h，L＝20m，H＝20m，ρ＝1.6t/m3)给入3个干尾矿均化仓(Φ8×20m钢罐，1000m3)。
外购散装活性材料由罐装汽车直接送入2个150m3活性材料仓(Φ6×6m钢罐)。外购复合激发剂由罐装汽车直接送入2个150m3复合激发剂仓(Φ6×6m钢罐)。外购化学激发剂由吨袋小袋倒料站，通过振动料斗(FY-1500ZDD)送入2个化学激发剂仓(Φ4×2m钢罐，25m3)。
外购的珍珠岩原矿粉给入吨袋小袋倒料站，通过皮带输送机给入预热炉内预热，预热后的珍珠岩通过气力输送仓泵给入膨胀炉内，膨胀后的珍珠岩通过一次送料风机给入网状储料仓冷却缓存，之后通过二次送料风机直接给入无重力混合机配料仓。
焙烧后的尾矿、活性材料、复合激发剂、化学激发剂、轻质骨料(膨胀珍珠岩)等原料气动输送混合机配料仓中转，分别通过计量螺旋输送机给入无重力混合机(6m3)混合一段时间后经溜槽给入成品缓冲仓，经气力包装机包装、机器人进行码垛，转运至袋装成品库。散装成品直接在成品缓冲仓装车。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
