一种尾矿蒸压砖的级配设计方法

摘要

本发明具体涉及一种尾矿蒸压砖的级配设计方法。其技术方案是：建立尾矿蒸压砖集料粒径di与该粒径的通过百分率Pdi的数学模型，即Pdi＝62.25(di/dmax)0.22+37.75(di/dmax)K。其级配设计步骤为：先结合尾矿粒度特性选择集料最大粒径dmax＝1～7mm，再确定级配修正指数K，然后根据上述数学模型得到不同粒径di的通过百分率分Pdi；最后根据尾矿粒度特性中粒径di的负累积产率Sdi得尾矿掺量为Ct＝Pd1/Sd1*100wt％，d1～d2粒级调整集料掺量为Cd1～d2＝Pd1～d2-(Sd2-Sd1)*(Pd1/Sd1)，...，dn-1～dn粒级调整集料掺量为Cd(n-1)～dn＝Pd(n-1)～dn-(Sdn-Sd(n-1))*(Pd1/Sd1)。本发明能显著降低研制成本和减小劳动强度，具有尾矿利用率高、强度好的特点，可有效推动尾矿在蒸压砖领域的利用。

权利要求

1.一种尾矿蒸压砖的级配设计方法，其特征在于该级配设计步骤是：

先结合尾矿粒度特性，选择集料最大粒径dmax,dmax=1～7mm；

再确定级配修正指数K：当对尾矿的利用率无要求时，若尾矿中0.074mm的负累积产率大于35%，则取K=0.39，若尾矿中0.074mm的负累积产率小于35%，则取K=1.25；当对尾矿的利用率有要求时，则根据其要求计算级配修正指数K，K＝0.39～1.25；

然后建立尾矿蒸压砖集料粒径di与该粒径的通过百分率Pdi的数学模型，即得尾矿蒸压砖集料不同粒径通过百分率Pdi的计算公式：

0.22 K

Pdi=62.25(di/dmax) +37.75(di/dmax) （1）式（1）中：di-集料粒径；0

其中：n-集料粒径级配的粒级数，5≤n≤10；

分别选取di为d1、d2、…、dn-1和dn，其中，0

最后根据尾矿粒度特性中粒径d1、d2、…、dn-1和dn的负累积产率分别为Sd1、Sd2、…、Sd(n-1)、Sdn，则得尾矿掺量为Ct=Pd1/Sd1*100wt%，d1～d2粒级调整集料掺量为Cd1～d2=Pd1～d2-(Sd2-Sd1)*(Pd1/Sd1)，…，dn-1～dn粒级调整集料掺量为Cd(n-1)～dn=Pd(n-1)～dn-(Sdn-Sd(n-1))*(Pd1/Sd1)，即完成尾矿蒸压砖的级配设计。

2.根据权利要求1所述的尾矿蒸压砖的级配设计方法，其特征在于所述的尾矿蒸压砖是指原料中尾矿掺量大于30wt%的蒸压砖，尾矿为金属矿尾矿或非金属矿尾矿。

3.根据权利要求1所述的尾矿蒸压砖的级配设计方法，其特征在于所述的dmax=1～7mm中，dmax选择2.5mm或5.0mm或7.0mm。

说明书

一种尾矿蒸压砖的级配设计方法

技术领域

[0001] 本发明属建筑材料技术领域，具体涉及一种尾矿蒸压砖的级配设计方法。

背景技术

[0002] 尾矿是选矿过程中排出的固体废弃物，是工业固体废弃物的重要组成部分。传统处理尾矿的方法是建立尾矿库进行堆放，这样不仅占用大量土地，同时带来环境污染和尾矿库安全问题。当前尾矿主要利用于建筑材料领域，作为水泥、墙体材料和装饰材料的原料。随着国家“禁粘”工作的逐步深入，尾矿蒸压砖是以尾矿为主要原料制备的蒸压砖，属于新型建筑材料，因其良好的产品性能深受各部门亲睐。

[0003] 尾矿蒸压砖的制备过程主要包括级配设计、压制成型和蒸压养护。级配设计是蒸压砖制备过程中的关键环节，良好颗粒级配的集料，不需要提高石灰掺量，就能生产出具有高强度、低吸水率和高弹性模量的蒸压砖。现行的蒸压砖颗粒级配设计公式：Pd＝(d/0.5
dmax) ，当dmax＝5mm时0.15mm粒径的通过百分率仅为17.32％。“一种铁矿尾砂墙体蒸压砖及其制备方法”(公开号CN101725206A，公开日2010.06.09)中尾矿粒度小于0.074mm的占53wt％；在公开的论文(赵风清，肖晋宜，陈建波，等.低硅尾矿制蒸压砖性能的影响因素探讨[J].金属矿山，2007，371(5)：78-80.)中，尾矿粒径小于0.154mm的占70wt％；在公开的论文(张锦瑞，倪文，贾清梅.唐山地区铁尾矿制取蒸压砖的研究[J].金属矿山，2007，
369(3)：85-87.)中，尾矿粒度小于0.175mm的占64.41wt％。不难看出，选矿尾矿一般具有粒度细的特点，而按现行的级配设计方法计算出的细粒级掺量太少，导致尾矿利用率过低，不能满足大宗量、高效利用尾矿的要求。而现在尚未有适合高尾矿掺量蒸压砖级配设计的方法，实际生产中一般通过试验得到级配配方，但往往会增加研制成本和提高劳动强度。

发明内容

[0004] 本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种能显著降低研制成本、减小劳动强度、且尾矿利用率高的尾矿蒸压砖的级配设计方法，用该方法制备的蒸压砖强度高和性能好。

[0005] 为实现上述目的，本发明采用的级配设计方法是：

[0006] 先结合尾矿粒度特性，选择集料最大粒径dmax，dmax＝1～7mm，优先选择2.5mm或5.0mm或7.0mm。

[0007] 再确定级配修正指数K：当对尾矿的利用率无要求时，若尾矿中0.074mm的负累积产率大于35％，则取K＝0.39，若尾矿中0.074mm的负累积产率小于35％，则取K＝1.25；当对尾矿的利用率有要求时，则根据其要求计算级配修正指数K，K＝0.39～1.25。

[0008] 然后建立尾矿蒸压砖集料粒径di与该粒径的通过百分率Pdi的数学模型，即得尾矿蒸压砖集料不同粒径通过百分率Pdi的计算公式：

[0009] Pdi＝62.25(di/dmax)0.22+37.75(di/dmax)K (1)

[0010] 式(1)中：di-集料粒径；0＜di≤dmax；其中1≤i≤n；

[0011] 其中：n-集料粒径级配的粒级数，5≤n≤10。

[0012] 分别取di为d1、d2、...、dn-1和dn，其中，0＜d1＜d2＜...＜dn-1＜dn＝dmax。根据式(1)，粒径d1、d2、...、dn-1和dn的通过百分率分别为Pd1、Pd2、...，Pd(n-1)和Pdn；则小于d1粒级百分率为Pd1，d1～d2粒级百分率为Pd1～d2＝Pd2-Pd1，...，dn-1～dn粒级百分率Pd(n-1)～dn＝Pdn-Pd(n-1)。

[0013] 最后根据尾矿粒度特性中粒径d1、d2、...、dn-1和dn的负累积产率分别为Sd1、Sd2、...、Sd(n-1)和Sdn；则得尾矿掺量为Ct＝Pd1/Sd1*100wt％，d1～d2粒级调整集料掺量为Cd1～d2＝Pd1～d2-(Sd2-Sd1)*(Pd1/Sd1)，...，dn-1～dn粒级调整集料掺量为Cd(n-1)～dn＝Pd(n-1)～dn-(Sdn-Sd(n-1))*(Pd1/Sd1)，即完成尾矿蒸压砖的级配设计。

[0014] 所述的尾矿蒸压砖是指原料中尾矿掺量大于30wt％的蒸压砖，尾矿为金属矿尾矿或非金属矿尾矿。

[0015] 所述的集料粒径di的范围是：0＜di≤dmax；di优先取0.074mm、0.15mm、0.45mm、0.9mm、1.2mm、1.6mm、2.5mm、4.0mm、5.0mm和7.0mm。

[0016] 由于采用上述技术方案，本发明根据尾矿的粒度特性、选择最大粒径dmax和级配修正指数K，利用所建立的尾矿蒸压砖某集料粒径di与该粒径通过百分率Pdi的数学模型，即可实现尾矿蒸压砖的级配设计。利用本发明，尾矿蒸压砖集料中0.15mm粒径百分通过率大30％，能显著降低研制成本和减少劳动强度，且制备的尾矿蒸压砖的抗压强度和抗折强度指标超过GB 11945-1999《蒸压灰砂砖》标准中最高等级25MU的性能要求的高强度尾矿蒸压砖。

[0017] 本发明利用现代数学理论和计算技术，建立了适合高尾矿掺量蒸压砖级配设计的数学模型，根据该数学模型即可完成尾矿蒸压砖的级配设计，不仅能显著降低研制成本和减小劳动强度，且具有尾矿利用率高、强度好的特点，能有效推动尾矿在蒸压砖领域的利用。

具体实施方式

[0018] 为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

[0019] 实施例1：

[0020] 一种尾矿蒸压砖的级配设计方法。某赤铁矿矿山的尾矿库库容即将达到设计的最大库容和服务年限，为解决尾矿综合利用问题，减少入库尾矿量，延长现有尾矿库的寿命，以赤铁矿尾矿为主要原料制备蒸压砖。该矿山对尾矿库的利用率无要求，其尾矿粒度特性见表1。

[0021] 表1 某赤铁矿尾矿粒度特性表

[0022]

[0023] 本实施例的尾矿蒸压砖的级配设计步骤是：

[0024] 先结合表1所示的该赤铁矿尾矿粒度特性，选择集料最大粒径dmax＝5.0mm。

[0025] 再确定级配修正指数K：由于该矿山对尾矿的利用率无要求，尾矿中0.074mm的负累积产率为80.97％，即负累积产率大于35％，则取级配修正指数K＝0.39。

[0026] 然后根据尾矿蒸压砖集料粒径di与该粒径的通过百分率Pdi的数学模型，分别计算尾矿蒸压砖集料不同粒径di的通过百分率Pdi：

[0027] Pdi＝62.25(di/5)0.22+37.75(di/5)0.39 (2)

[0028] 式(2)中：di-集料粒径；0＜di≤dmax；其中1≤i≤n。

[0029] 本实施例中：n为集料粒径级配的粒级数，取n＝6；即取di分别为0.074mm、0.15mm、0.45mm、1.2mm、2.5mm和5.0mm。

[0030] 根据式(2)，得到粒径为0.074mm、0.15mm、0.45mm、1.2mm、2.5mm和5.0mm的通过百分率分别为P0.074＝31.94％、P0.15＝38.26％、P0.45＝51.41％、P1.2＝67.12％、P2.5＝82.26％和P5.0＝100％，则：

[0031] 小于0.074mm粒级百分率为P0.074＝31.94％；

[0032] 0.074～0.15mm粒级的百分率为P0.074～0.15＝P0.15-P0.074＝6.32％；

[0033] 0.15～0.45mm粒级的百分率P0.15～0.45＝P0.45-P0.15＝13.15％；

[0034] 0.45～1.2mm粒级的百分率P0.45～1.2＝P1.2-P0.45＝15.71％；

[0035] 1.2～2.5mm粒级的百分率P1.2～2.5＝P2.5-P1.2＝15.14％；

[0036] 2.5～5.0mm粒级的百分率P2.5～5.0＝P5.0-P2.5＝17.74％。

[0037] 最后根据表1可知，该赤铁矿尾矿粒度特性中粒径为0.074mm、0.15mm、0.45mm、1.2mm、2.5mm和5.0mm的负累积产率分别为80.97％、89.93％、97.90％、100％、100％和
100％。得：

[0038] 尾矿掺量为Ct＝P0.074/S0.074*100wt％＝39.45wt％，则：

[0039] 0.074～0.15mm粒级调整集料掺量为C0.074～0.15＝P0.074～0.15-(S0.15-S0.074)*0.3945＝2.79wt％；

[0040] 0.15～0.45mm粒级调整集料掺量为C0.15～0.45＝P0.15～0.45-(S0.45-S0.15)*0.3945＝10.08wt％；

[0041] 0.45～1.2mm粒级调整集料掺量为C0.45～1.2＝P0.45～1.2-(S1.2-S0.45)*0.3945＝14.80wt％；

[0042] 1.2～2.5mm粒级调整集料掺量为C1.2～2.5＝P1.2～2.5＝15.14wt％；

[0043] 2.5～5.0mm粒级调整集料掺量为C2.5～5.0＝P2.5～5.0＝17.74wt％。

[0044] 即完成尾矿蒸压砖的级配设计。

[0045] 利用该级配设计配方，在石灰用量为12wt％(外加)、蒸压时间6h和蒸压压力1.2MPa条件下，所制备的高强度蒸压砖的抗压强度为28～31MPa，抗折强度为4.8～5.1MPa。

[0046] 实施案例2：

[0047] 一种尾矿蒸压砖的级配设计方法。某金矿矿山的尾矿库库容即将达到设计的最大库容和服务年限，为解决尾矿的综合利用问题，减少入库尾矿量，延长现有尾矿库的寿命，以金矿尾矿为主要原料制备蒸压砖。该矿山对尾矿的利用率无要求，其尾矿粒度特性见表2。

[0048] 表2 某金矿尾矿粒度特性表

[0049]

[0050] 本实施例的尾矿蒸压砖的级配设计步骤是：

[0051] 先结合表2所示的该金矿尾矿粒度特性，选择集料最大粒径dmax＝5.0mm。

[0052] 再确定级配修正指数K：该矿山对尾矿的利用率无要求，尾矿中0.074mm的负累积产率为30.10％，即负累积产率小于35％，则取级配修正指数K＝1.25。

[0053] 然后根据尾矿蒸压砖集料粒径di与该粒径的通过百分率Pdi的数学模型，分别计算尾矿蒸压砖集料不同粒径di的通过百分率Pdi：

[0054] Pdi＝62.25(di/5)0.22+37.75(di/5)1.25 (3)

[0055] 式(3)中：di-集料粒径；0＜di≤dmax；其中1≤i≤n；

[0056] 本实施例中：n为集料粒径级配的粒级数，取n＝6；即取di分别为0.074mm、0.45mm、1.6mm、2.5mm、4.0mm和5.0mm。

[0057] 根据式(3)，得到粒径为0.074mm、0.45mm、1.6mm、2.5mm、，4.0mm和5.0mm的通过百分率分别为P0.074＝24.83％、P0.45＝38.51％、P1.6＝57.53％、P2.5＝69.32％、P4.0＝87.83％和P5.0＝100％，则：

[0058] 小于0.074mm粒级百分率为P0.074＝24.83％；

[0059] 0.074～0.45mm粒级百分率为P0.074～0.45＝P0.45-P0.074＝13.68％；

[0060] 0.45～1.6mm粒级百分率P0.45～1.6＝P1.6-P0.45＝19.02％；

[0061] 1.6～2.5mm粒级百分率P1.6～2.5＝P2.5-P1.6＝11.79％；

[0062] 2.5～4.0mm粒级百分率P2.5～4.0＝P4.0-P2.5＝18.51％；

[0063] 4.0～5.0mm粒级百分率P4.0～5.0＝P5.0-P4.0＝12.17％。

[0064] 最后根据表2可知，该金矿尾矿粒度特性中粒径为0.074mm、0.45mm、1.6mm、2.5mm、4.0mm和5.0mm的负累积产率分别为30.10％、42.60％、64.31％、77.60％、100％和
100％。得：

[0065] 尾矿掺量为Ct＝P0.074/S0.074*100wt％＝82.49wt％；则：

[0066] 0.074～0.45mm粒级调整集料掺量为C0.074～0.45＝P0.074～0.45-(S0.45-S0.074)*0.8249＝3.37wt％；

[0067] 0.45～1.6mm粒级调整集料掺量为C0.45～1.6＝P0.45～1.6-(S1.6-S0.45)*0.8249＝1.11wt％；

[0068] 1.6～2.5mm粒级调整集料掺量为C1.6～2.5＝P1.6～2.5-(S2.5-S1.6)*0.8249＝0.83wt％；

[0069] 2.5～4.0mm粒级调整集料掺量为C2.5～4.0＝P2.5～4.0-(S4.0-S2.5)*0.8249＝0.03wt％。

[0070] 由于0.45～1.6mm、1.6～2.5mm和2.5～4.0mm粒级调整集料掺量均较小，将其合并，则0.45～4.0mm粒级调整集料掺量为C0.45～4.0＝1.97wt％；

[0071] 4.0～5.0mm粒级调整集料掺量为C4.0～5.0＝P4.0～5.0＝12.17wt％。

[0072] 即完成尾矿蒸压砖的级配设计。

[0073] 利用该级配设计配方，在石灰用量为12wt％(外加)、蒸压时间6h和蒸压压力1.2MPa条件下，所制备的高强度蒸压砖的抗压强度为32～35MPa，抗折强度为5.0～5.5MPa。

[0074] 实施案例3：

[0075] 一种尾矿蒸压砖的级配设计方法。某铜矿矿山的尾矿库库容即将达到设计的最大库容和服务年限，为解决尾矿的综合利用问题，减少入库尾矿量，延长现有尾矿库的寿命，以铜矿尾矿为主要原料制备蒸压砖。该矿山要求尾矿的利用率为80％，其尾矿粒度特性见下表3。

[0076] 表3 某铜矿尾矿粒度特性表

[0077]

[0078] 本实施例的尾矿蒸压砖的级配设计步骤是：

[0079] 先结合表3所示的该铜矿尾矿粒度特性，选择集料最大粒径dmax＝2.5mm。

[0080] 再确定级配修正指数K：由于该矿山要求尾矿的利用率为80wt％，即P0.074＝[0081] 46.30％*80％＝37.04％，将di＝0.074mm和Pdi＝P0.074＝37.04％代入集料粒径di与该粒径的通过百分率Pdi的数学模型0.22 K

[0082] Pdi＝62.25(di/2.5) +37.75(di/2.5) (4)

[0083] 式(4)中：di-集料粒径；0＜di≤dmax；其中1≤i≤n；

[0084] 得K＝0.4258，符合K＝0.39～1.25。

[0085] 然后根据式(4)，分别计算尾矿蒸压砖集料不同粒径di的通过百分率Pdi：

[0086] 本实施例中：n为集料粒径级配的粒级数，取n＝6；即取di分别为0.074mm、0.15mm、0.45mm、0.9mm、1.2mm和2.5mm。

[0087] 根据式(4)，得到粒径为0.074mm、0.15mm、0.45mm、0.9mm、1.2mm和2.5mm的通过百分率分别为P0.074＝37.04％、P0.15＝44.92％、P0.45＝60.88％、P0.9＝74.15％、P1.2＝80.59％和P2.5＝100％，则：

[0088] 小于0.074mm粒级百分率为P0.074＝37.04％；

[0089] 0.074～0.15mm粒级百分率为P0.074～0.15＝P0.15-P0.074＝7.79％；

[0090] 0.15～0.45mm粒级百分率P0.15～0.45＝P0.45-P0.15＝15.96％；

[0091] 0.45～0.9mm粒级百分率P0.45～0.9＝P0.9-P0.45＝13.28％；

[0092] 0.9～1.2mm粒级百分率P0.9～1.2＝P1.2-P0.9＝6.43％；

[0093] 1.2～2.5mm粒级百分率P1.2～2.5＝P2.5-P1.2＝19.41％。

[0094] 最后根据表3可知，该铜矿尾矿粒度特性中粒径为0.074mm，0.15mm，0.45mm，0.9mm，1.2mm和2.5mm的负累积产率分别为46.30％、52.80％、68.65％、82.53％、89.21％和100％。得：

[0095] 尾矿掺量为Ct＝P0.074/S0.074*100％＝80wt％。则：

[0096] 0.074～0.15mm粒级调整集料掺量为C0.074～0.15＝P0.074～0.15-(S0.15-S0.074)*0.8＝2.59wt％；

[0097] 0.15～0.45mm粒级调整集料掺量为C0.15～0.45＝P0.15～0.45-(S0.45-S0.15)*0.8＝3.28wt％；