温石棉矿山剥离废石的综合利用方法及其建筑用料
阅读说明：本技术 温石棉矿山剥离废石的综合利用方法及其建筑用料 (Comprehensive utilization method of chrysotile mine stripped waste rock and building material thereof ) 是由 彭同江 罗利明 孙红娟 唐颂 于 2021-09-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种温石棉矿山剥离废石的综合利用方法及其建筑用料,所述综合利用方法包括：将温石棉矿山剥离废石原料进行属性破碎、整形和筛分,获得粗制机制砂骨料；将所述粗制机制砂骨料进行擦洗、水洗除尘和滤水,获得精制机制砂骨料；将所述筛分得到的筛下细粉作为待焙烧物料,在750～1200℃温度下焙烧3min～2.0h,使待焙烧物料中的蛇纹石矿物产生分解和相变,得到以橄榄石为主结晶相产物,作为建筑抹灰材料。本发明能够改变温石棉矿山剥离废石目前以堆存为主的现状,拓展砂石材料及其供应来源；且精制机制砂石骨料除具有天然砂石的性能外,还具有强度高、硬度好,耐火性能好等优点,建筑抹灰材料安全环保,耐火性能好。(The invention provides a comprehensive utilization method of chrysotile mine stripping waste rock and a building material thereof, wherein the comprehensive utilization method comprises the following steps: performing attribute crushing, shaping and screening on a chrysotile mine stripped waste stone raw material to obtain a rough machine-made sand aggregate; scrubbing, washing, dedusting and filtering the sand making aggregate of the rough making machine to obtain sand making aggregate of the refiner; and roasting the undersize powder obtained by screening at the temperature of 750-1200 ℃ for 3 min-2.0 h to obtain a serpentine mineral in the material to be roasted, which is decomposed and subjected to phase change to obtain a product taking the olivine as a main crystal phase, wherein the product is used as a building plastering material. The invention can change the current situation that the prior art for stripping the waste rock of the chrysotile mine mainly deposits, and expand the sandstone material and the supply source thereof; besides the properties of natural sandstone, the refiner-made sandstone aggregate also has the advantages of high strength, good hardness, good fire resistance and the like, and the building plastering material is safe and environment-friendly and has good fire resistance.)
技术领域
本发明涉及超基性岩型温石棉矿山废石的资源化利用技术领域，具体来讲，涉及一种温石棉矿山剥离废石的综合利用方法，以及通过该综合利用方法制备得到的建筑用料。
背景技术
在超基性岩型温石棉矿山开采过程中，为了揭露和采掘矿石，将温石棉矿体周围的围岩蛇纹岩和矿体中的非矿石蛇纹岩剥离和剔出，形成温石棉矿山蛇纹岩型剥离废石。
蛇纹石块料呈橄榄绿色、墨绿色、绿黄色等多种带不同色调的绿色和黄色，机械强度与石灰石相当，且色泽柔和，光泽炫目，具有很好的装饰、美化效果。可用于混凝土砂石骨料、水磨石地面、墙面装饰及生产人造石装饰板材等。
在水磨石应用中，采用普通水泥、白色水泥或彩色水泥拌合不同颗粒大小的带有各种色彩的蛇纹石块料做面层。硬化后用机械磨平抛光表面。可事先设计图案和色彩，抛光后具有非常优异的艺术效果。常用来制做地砖、台面、水槽等制品。据国家相关部门的统计资料表明，数年前全国公共建筑中水磨石的使用面积超过60亿平方米。主要应用于医院、制药、机械、政府机关、学校、商业场所、机场车站码头等。
人造石装饰板材可将蛇纹石粒料与树脂、颜料和固化剂混合，再经成型、固化、切割、抛光等工序制备而成。相比大理石、花岗石、陶瓷等传统建材，人造石不但功能多样，颜色丰富，应用范围也更加广泛。并具有防霉、耐磨、耐冲击、易保养、无缝拼接、造型百变等特点。目前，国内人造石行业刚起步不久，大多数新兴企业都仍处于学习杜邦、三星和杜丽家(中国)等行业老大的阶段。
随着新型墙体材料的推广应用，适用于各类新型砌体结构及新型墙体的关键配套砂浆的研发明显滞后，国家为了推广混凝土小型空心砌块、蒸压加气混凝土制品曾组织编制了相应的砂浆行业标准。但由于我国建材与建工、产品与应用相互脱节，仅通过少量试验，缺少砂浆的针对性和适用性研究的品质低劣的冒牌产品充斥建筑市场，给建筑墙体的安全及耐久性带来一定的隐患。对此必须引起高度重视。同时由于新型墙体材料有诸多不同于普通粘土砖的特殊性，必须采用与自身性能相适应的砂浆进行砌筑和抹灰，以确保新型砌体结构的质量与安全。
我国城镇常住人口达8.5亿人，城镇化率约为60.6％，在城镇化进程中，投资需要约为50万亿元以上，而住房建设对于建筑砂浆需求将持续增涨。近几年，受资源总量减小与政策影响，我国砂石市场出现供不应求、价格暴涨的现状。砂浆产品中砂料含量占60～70％，作为关键材料，砂料部分价格已超过了180～190元/吨。
同时随着国家生态环保战略部署的加快推进，不可再生的砂石资源总量的下降，未来天然砂石市场供应量将会大幅度缩减，且其质量品质和价格水平都将难以保证稳定，这对砂浆企业来说并非利好消息，寻找替代品迫在眉睫。因此，具有高活性、无毒、耐高温、长期水浸泡不溃散等特点，使得硅酸镁活性材料将成为砂浆市场的新型替代材料。
中国城镇化建设速度加快，基本建筑材料砂石变得炙手可热，砂石价格也一路高歌猛进。天然砂石资源日渐枯竭，砂石是工程建设中最基本且不可或缺的建筑材料。随着中国城镇化建设速度加快，基础设施建设投入不断加大，砂石需求量持续增加。2018年中国砂石消费量200亿吨，占全球砂石用量的50％。与此同时，中国主要江河年输砂量呈明显下降趋势。与上世纪70年代相比，黄河输砂量已减少了89％，长江输砂量减少了68％。主要河流总入海输砂量从1955年～1968年的年均20.3亿吨降至1997年～2010年的年均5亿吨，减幅达78.5％。据水利部监测，近10年来中国主要江河代表水文站平均输砂量较多年平均年输砂量偏小约80％。其次，天然输砂量不断减少，供给缺乏根本保障，成为“无源之水”导致砂石资源越来越少。同时，由于自然资源总量限制和水电开发影响，近年来河道产砂量逐年减少，有的已近枯竭。再次，建筑废弃物资源化利用严重不足，未能形成砂石替代供应新渠道，供给结构始终没有质的改变。从国内外实践经验看，使用固体废弃物加工制作建筑砂石，是解决砂石需求的重要途径。全国产生的石棉尾渣数十亿吨，但迄今仍缺乏资源化利用途径，不仅对周边环境存在潜在污染，二期也造成了资源的严重浪费，扩大砂石来源。增加资源供应。鼓励和支持综合利用废石、矿渣和尾矿等砂石土资源，实现“变废为宝”，已成为国家大力提倡和推广的产业政策。
推广大宗固体废弃物资源利用，以固废为原料生产砂石类产品，可以有效降低工业固废堆存占用土地等生态环境问题。同时，进一步开拓砂石原料，拓展各种不同砂源的多领域应用。
温石棉矿山剥离废石加工机制砂石骨料，充分利用了温石棉矿山剥离废石这种固废材料，变废为宝的同时，节约宝贵的土地资源，减少了对天然砂资源的开采，保护了生态和环境，具有重要的经济、环境和社会效益。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如，本发明的目的之一在于提供一种温石棉矿山剥离废石的低能耗资源化利用方法。
概括来讲，发明人经研究发现，国内大量的含蛇纹石的固体废弃物，因缺乏有效的资源化途径，目前只能堆存处理，在占用宝贵土地资源的同时，还对周边环境具有潜在污染，同时，这些含蛇纹石的固体废弃物，主要成分是镁和二氧化硅，经过一定的处理手段，可以转化为对环境无不良影响的活性胶凝材料，在实现消除环境安全隐患，变废为宝的同时，还可以避免资源的闲置和浪费，用其替代钙质胶凝材料，可有效减少钙质胶凝材料的碳排放，将其用于骨料制备免烧砖，不但可以替代天然砂石，变废为宝，还有助于节约天然砂石资源，保护生态和环境，则具有重要的经济、生态、环保和社会效益。
因此，为了实现上述目的，本发明的一方面提供了一种温石棉矿山剥离废石的综合利用方法，所述方法包括如下步骤：将温石棉矿山剥离废石原料进行属性破碎、整形和筛分，获得粒度小于4.75mm的粗制机制砂骨料，副产物为除尘筛筛下的细粉；将所述粗制机制砂骨料进行擦洗、水洗除尘和滤水，获得粒度为4.75mm～75μm的精制机制砂骨料；将所述精制机制砂骨料与水泥、助剂、水按照重量百分比55～70％：8～30％：0～5％：8～30％进行配料并搅拌均匀，获得可塑性混合料；将所述可塑性混合料模压成型后脱模，获得免烧砌块坯体；将所述免烧砌块坯体码坯后养护，获得免烧砌块。
在本发明制备方法的一个示例性实施例中，所述属性破碎、整形、筛分步骤可在带负压的生产车间完成的，并在相应的破碎设备、整形设备和筛分设备的产尘部位安装除尘装置，以收集粉尘并实现空气达标排放。此外，所述方法可将所述擦洗、水洗除尘和滤水步骤产生的废水，汇集沉淀澄清后回用；并可将所述沉淀澄清产生的沉淀泥，经脱水干燥后连同所述粉尘以及所述筛分得到的筛下细粉，一起置于焙烧窑中在750～1200℃温度下焙烧，使其中的蛇纹石矿物产生分解和相变，从而形成能够用作建筑抹灰材料的以橄榄石为主结晶相产物。
在本发明制备方法的一个示例性实施例中，所述温石棉矿山可以为由超基性岩经蛇纹石化作用形成的温石棉矿山，温石棉的矿物种类可以为呈脉状产出的纤蛇纹石纤维；所述温石棉矿山剥离废石可包括温石棉矿体的围岩、夹层、岩墙和地表风化覆盖层，所述围岩为蛇纹岩、板岩和蚀变石英闪长岩中的一种或多种，所述夹层可以为蛇纹岩，所述岩墙为透辉石榴石岩和/或石英闪长岩。
在本发明制备方法的一个示例性实施例中，所述擦洗可以为采用砂石擦洗机通过摩擦和剪切力剥离除去蛇纹岩碎块表面暴露出的石棉纤维，所述水洗除尘可采用工业用水逆流冲洗法进行清洗，以将粗制机制砂骨料表面粘结和吸附的石棉纤维清洗至冲洗水中固体悬浮物总量<50mg/L。
在本发明制备方法的一个示例性实施例中，所述精制机制砂骨料与水泥、助剂、水可按照重量百分比60～65％：15～20％：2～4％：10～20％进行配料，所述助剂可以为氧化钙、熟石膏、增强纤维中的一种或多种。
在本发明制备方法的一个示例性实施例中，所述养护可采用喷水常温或通入水蒸汽方式进行，养护温度为20～95℃，且升温方式可以为先以3～5℃/min缓慢升温5～20min，随后再以10～15℃/min快速升温，养护总时间可以为24～72h，养护室内湿度大于85％。
本发明的另一方面提供了一种以温石棉矿山剥离废石为骨料的免烧砌块，所述免烧砌块采用如上所述的方法制得。例如，所述免烧砌块可以为空心砌块，且密度为300～900kg/m3，抗压强度等级满足MU2.5～MU20，空心率≥25％。所述免烧砌块也可以为实心砌块，且密度为900～1500kg/m3，抗压强度等级满足MU10～MU35，空心率＜25％。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括以下内容中的至少一项：
(1)能够实现对温石棉矿山剥离废石的综合利用，从而有效缓解国内日趋紧张的供求矛盾，拓展砂石材料和供应来源，对于保护生态和环境，助力国内基础设施建设的可持续发展，具有重要的现实意义；
(2)采用温石棉矿山剥离废石制备得到精制机制砂石骨料代替天然砂石，可以改变温石棉矿山剥离废石目前以堆存为主的现状，减少土地资源的占用和对周边缓解的潜在危害，对于保护生态、环境和自然，节约用地，变废为宝，具有积极和重要的经济、环境和社会效益；
(3)通过煅烧将温石棉中的石棉纤维相转变为橄榄石和玩火辉石为主的晶相，实现了转相解毒，降低了对环境的不良影响，具有重要的环保、安全和社会效益；
(4)以温石棉矿山剥离废石制备精制机制砂石骨料代替天然砂石，拓展了砂石材料的来源和范围，有助于推进国内基础设施建设，有效缓解天然砂石材料日益紧张的矛盾，同时有利地推动温石棉矿山剥离废石的资源化应用，积极响应了国家大力提倡和推广的固废材料资源化政策；
(5)所制得的精制机制砂石骨料，除具有天然砂石的性能外，还具有强度高、硬度好，耐火性能好等优点；所制备的建筑抹灰材料安全环保，耐火性能好，二者均具有广阔的应用前景。
具体实施方式
在下文中，将结合示例性实施例来详细说明本发明的温石棉矿山剥离废石的综合利用方法及其建筑用料。
总体来讲，发明人经研究认为：一方面，国内砂石供应紧缺，价格持续攀升，对天然砂石开采对生态及环境造成破坏，免烧砌块是国内城镇化建设必不可少的重要建筑材料，砂石材料的紧缺严重影响了免烧砌块的推广和利用；另一方面，同时国内温石棉矿山蛇纹岩型剥离废石又大量堆积，占用宝贵土地资源、对周边环境带来了潜在不利影响的同时，也造成了资源的浪费，因此，发明人提出充分利用这些矿山固废，变废为宝，并缓解天然砂石材料的匮乏的现状。
在本发明的一个示例性实施例中，温石棉矿山剥离废石的综合利用方法包括制备精制机制砂骨料的方法和制备建筑抹灰材料的方法。
其中，所述制备精制机制砂骨料的方法可通过以下步骤实现：
(1)步骤A1：制备粗制机制砂骨料
将温石棉矿山剥离废石原料依次进行属性破碎、整形和筛分，获得所需不同粒级的粗制机制砂骨料，副产物为除尘筛筛下的细粉。
其中，温石棉矿山是由超基性岩经蛇纹石化作用形成的温石棉矿山，温石棉的矿物种类为呈脉状产出的纤蛇纹石纤维。
温石棉矿山剥离废石主要是温石棉矿体的围岩、夹层、岩墙和地表风化覆盖层。其中，围岩主要为蛇纹岩、板岩、蚀变石英闪长岩等；夹层主要为蛇纹岩；岩墙主要为透辉石榴石岩、石英闪长岩；地表覆盖风化层的岩石类型多变。
剥离废石中的矿物种类主要为蛇纹石族矿物，包括利蛇纹石、叶蛇纹石和造岩纤蛇纹石，还包括少量石英、长石、符山石、透闪石、透辉石及滑石、磁铁矿、绿泥石、菱镁矿、白云石、水镁石、方解石、石榴石、歪长石等硅酸盐、碳酸盐、氧化物和氢氧化物。
所述属性破碎是根据剥离废石原料中蛇纹岩碎块中微纤维脉的发育程度采用不限于颚式破碎、圆锥破碎和立轴破碎机的破碎设备，进行充分破碎解离。当蛇纹岩中含有微细纤蛇纹石石棉脉时，在破碎过程中蛇纹岩块将首先沿石棉脉产生破裂面，并使温石棉纤维暴露出来，使蛇纹岩碎块被破碎的程度达到使蛇纹岩小碎块中不再包括有微细纤蛇纹石石棉脉。
所述整形是对砂石骨料产品的粒形有明确要求时在破碎过程中对颗粒的棱角进行钝化的过程。
所述筛分是根据机制砂骨料产品的颗粒大小要求采用2～5层的多层筛对破碎后的物料进行筛分，并除去颗粒不符合要求的筛上和筛下物，不符合粒度要求的筛上物返回属性破碎段再进行破碎或作为碎石他用。
进一步地，所述属性破碎、整形、筛分过程是在带负压的生产车间完成的，采用负压的目的，可以减少扬尘，避免粉尘外溢，降低对周边环境的影响。
在破碎设备、筛分设备和整形设备的产尘部位安装除尘罩，通过引风机收尘并经布袋除尘后达到排放标准后将空气排放。
(2)步骤A2：制备精制机制砂骨料
将步骤A1获得的不同粒级的粗制机制砂骨料进行擦洗、水洗除尘和滤水干燥后，根据需要进行筛分分级，即可获得不同需求粒级的精制机制砂石骨料。
所述擦洗、水洗除尘和滤水工段产生的废水，经汇集至沉淀池沉淀澄清后回用。
所述擦洗是采用砂石擦洗机通过摩擦和剪切力剥离除去蛇纹岩碎块表面暴露出的石棉纤维。
所述的水洗是采用工业用水逆流冲洗法进行清洗，所述的除尘是将粗制砂骨料表面粘结和吸附的粉尘特别是石棉纤维清洗干净，所述清洗干净是清洗至冲洗水中固体悬浮物总量<50mg/L。
所述滤水干燥是采用堆放自然滤水后再进行风干或烘干的干燥方法。
另外，所述制备建筑抹灰材料的方法可通过以下步骤实现：将所述筛分得到的筛下细粉作为待焙烧物料，在750～1200℃温度下焙烧3min～2h，使待焙烧物料中的蛇纹石矿物产生分解和相变，得到以橄榄石为主结晶相产物，即为建筑抹灰材料。当焙烧温度低于750℃时，难以达到转相、解毒要求，当温度高于1200℃时，增加能耗的同时，因转相已基本完成，不仅增加了能耗也无助于转相效果的进一步提升，故以上述焙烧温度范围为宜。
此外，所述制备建筑抹灰材料的方法也可进一步将所述沉淀澄清产生的沉淀泥，经脱水干燥后连同所述粉尘与所述筛下细粉，一起作为待焙烧料。例如，焙烧时间可以为3min～2h。
在本发明的另一个示例性实施例中，由温石棉矿山剥离废石制得的建筑用料可包括采用如上所述的综合利用方法制得的精制机制砂骨料和建筑抹灰材料。该建筑用料能够可用作混凝土砂石骨料、水磨石彩石渣、砂浆砂料、墙面装饰及生产人造石装饰板材的砂石骨料。
精制机制砂石骨料的颜色为绿黑色、黄绿色、绿黄色、橄榄绿色、墨绿色等，质地细腻，抛光后具有玉石光泽，机械强度与石灰石相当，但韧性更强，且色泽柔和，光泽炫目，具有很好的装饰、美化效果。
为了更好地理解本发明的示例性实施例，以下结合具体示例进一步阐明本发明内容，然而，应该理解的是，本发明的内容不局限于下面的示例。
示例1
本示例中，温石棉矿山剥离废石的综合利用方法，通过以下步骤实现：
将温石棉矿体的围岩，在负压1.8kpa车间内，首先进行鄂破，并通过冲击破整形后筛分，获得粒级的粗制机制砂石骨料，砂石骨料主要成分为蛇纹岩和板岩。
将获得的不同粒级的粗制砂石骨料进行擦洗、水洗除尘和滤水干燥，获得S1～S6级的各级粗集料。其中所得擦洗、水洗和滤水废水沉淀粉和除尘布袋细粉与筛下细粉，一起在1100℃下焙烧8min，使其中蛇纹石转变为橄榄石，作为建筑抹灰材料。所得建筑抹灰材料抗压强度大于4.0MPa，初凝时间大于1.0h，终凝时间小于8.0h，拉伸粘结强度大于0.40MPa。
所得S1～S6级的各级粗集料，压碎值≤6％，洛杉矶磨耗值≤16％，针片状含量≤2％，含泥量0％，SO3含量≤0.15％。
示例2
本示例中，温石棉矿山剥离废石的综合利用方法，通过以下步骤实现：
将温石棉矿体岩墙，在负压2.0kpa车间内，首先进行鄂破和、圆锥破，并通过冲击破整形后，筛分，获得不同粒级的机制砂，机制砂主要成分为透辉石榴石岩和石英闪长岩。
将获得的不同粒级的机制砂进行擦洗、水洗除尘和滤水干燥，获得S12～S14级的各级粗集料。其中所得擦洗、水洗和滤水废水沉淀粉和除尘布袋细粉与筛下细粉，一起在850℃下焙烧45min，使其中蛇纹石转变为橄榄石，作为建筑抹灰材料。
所得S12～S14级的各级细集料，单级压碎值≤6％，MB值0.1，含泥量0％，石粉含量0％，砂当量90％。所得建筑抹灰材料抗压强度大于4.0MPa，初凝时间大于1.0h，终凝时间小于8.0h，拉伸粘结强度大于0.40MPa。
示例3
本示例中，温石棉矿山剥离废石的综合利用方法，通过以下步骤实现：
将温石棉矿体地表风化覆盖层，在负压2.2kpa车间内，首先进行鄂破和、立轴破，并通过冲击破整形后，筛分，获得不同粒级的粗集料，所得粗集料主要成分为为石英闪长岩、透辉石、方解石和白云石等。
将获得的不同粒级的粗集料进行擦洗、水洗除尘和滤水干燥，获得S7～S11级的各级粗集料。其中所得擦洗、水洗和滤水废水沉淀粉和除尘布袋细粉与筛下细粉，一起在1000℃下焙烧15min，使其中蛇纹石转变为橄榄石，作为建筑抹灰材料。所得建筑抹灰材料抗压强度大于4.0MPa，初凝时间大于1.0h，终凝时间小于8.0h，拉伸粘结强度大于0.40MPa。
所得S7～S11级的各级粗集料，含泥量0％，针片状含量≤1.5％，SO3含量≤0.1％，压碎值≤5％，洛杉矶磨耗值≤18％。
上述示例所制得的精制机制砂石骨料可用作建设用碎石和建设用砂两类产品。例如，可通过控制所述筛分得到粒径大于4.75mm的精制机制砂骨料，以作为建设用碎石。经多次检测，该粒径大于4.75mm的精制机制砂骨料按重量百分比计，含泥量0％，针片状料含量≤2.5％，SO3含量≤0.2％，压碎值≤6％，洛杉矶磨耗值≤20％。
另外，还可通过控制所述筛分得到粒径不大于4.75mm的精制机制砂骨料，以作为建设用砂。经多次检测，该粒径不大于4.75mm的精制机制砂骨料按重量百分比计，含泥量0％，石粉含量0％，MB值≤0.3，单级压碎值≤14％，砂当量≥70％。
经多次检测，建筑抹灰材料抗压强度大于4.0MPa，初凝时间大于1.0h，终凝时间小于8.0h，拉伸粘结强度大于0.40MPa。
综上所述，本发明能够实现对温石棉矿山剥离废石的综合利用，不仅能够改变温石棉矿山剥离废石目前以堆存为主的现状、有效节约天然砂石用量，拓展砂石材料及其供应来源；所制得的精制机制砂石骨料，除具有天然砂石的性能外，还具有强度高、硬度好，耐火性能好等优点；而且所制备的建筑抹灰材料安全环保，耐火性能好。
尽管上面已经结合示例性实施例描述了本发明，但是本领域普通技术人员应该清楚，在不脱离权利要求的精神和范围的情况下，可以对上述实施例进行各种修改。
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