尾矿是我国目前产出量最大的固体废弃物之一。我国目前每年尾矿的总产 出量为6亿吨，其中5亿吨为铁尾矿，其余为有色金属尾矿、贵金属尾矿和非 金属矿尾矿。我国尾矿的累积堆存量为60亿吨。除少数矽卡岩型铁矿的尾矿和 部分非金属矿的尾矿外，绝大多数铁矿的尾矿和有色金属尾矿及贵金属尾矿中 SiO2与Al2O3之和都大于50％，因此属于高硅铝体系。如此大量的尾矿堆存， 不但占据了大量的农田、山川，给环境和生态带来严重破坏，而且还会由于尾 矿库超负荷运行或管理不善造成溃坝事故，给人民的生命财产带来巨大损失， 和灾难性的环境事故。国内外利用尾矿制备高钙体系的水泥类胶凝材料已有大 量的专利申请。中国专利公开号200310109672涉及一种金属尾矿(矽卡岩)生 产水泥或水泥制品的方法，其中公开了在水泥制造中加入10～35％金属尾矿(矽 卡岩)作为混合材生产水泥及部分代替水泥生产水泥制品的方法，但仍延续了 传统高钙体系水泥的基本制造工艺。中国专利公开号011302336涉及一种硅酸 盐水泥熟料，其中公开了一种以石灰石、铁尾矿、粉煤灰、锅炉底渣为生料的 配料的原料制造水泥熟料的方法，仍然属于传统高钙体系硅酸盐水泥的一种制 造方法。中国专利公开号96109194涉及一种铁矿尾矿渣的回收方法，其中将尾 矿通过煅烧到400～800℃使FeCO3转变成Fe3O4再磁选回收铁的方法，同时尾 矿中的CaCO3及MgCO3被转化成CaO和MgO，高岭石转变成偏高岭石，因而 磁选后的剩余部分具有水硬活性，作为生产低标号水泥的原料。该发明所公开 的生产低标号水泥的技术沿用了传统水泥中用烧粘土作为水泥活性混合材的思 想。中国专利公开号92106479涉及利用铜尾矿生产水泥熟料，其中以铜尾矿5～ 9％、石灰石71～80％、粘土4.5～6.5％，无烟煤6％作为生料的配料生产水泥 熟料，其中铜尾矿的主要作用是代替部分粘土，提供SiO2，并有一定的矿化剂 作用，其技术路线仍然沿用了传统硅酸盐水泥高钙体系的技术路线。
公开号为02158190的发明专利《凝石二元化湿水泥及其用途》描述了采用 大掺量废渣湿法制备凝石胶凝材料的方法，但未介绍采用热液蚀变的原理先对 物料进行预处理的技术，也没有包括以尾矿为主要原料生产凝石的技术。
本发明所采用的热液蚀变的方法是依据地质作用中热液蚀变作用原理而发 明的。在地质作用过程中热液蚀变无处不在，是地壳中矿物成份发生改变的最 重要的作用。热液蚀变作用中挥发份基团刚被脱出的一瞬间具有强极性、高活 性的特点，作用于矿物颗粒表面，使表面晶格剧烈破坏，断键增加，反应活性 提高，为随后的溶蚀、解聚、迁移打下基础。这种热液蚀变的强度在多组份盐 的复合协同效应作用下还可以大幅度提高。
本发明涉及一种通过热液蚀变反应将尾矿进行预处理后能够大比例使用尾 矿(可达70％以上)，少掺(30％以下)或不掺水泥熟料，生产具有高标号水泥 性能的凝石胶凝材料的技术。

本发明以仿地成岩的凝石理论作指导，特别是模仿地质作用中的热液蚀变过程 对尾矿进行预处理。预处理的方法是：将尾矿30～90％，加入0.1～8％含有K+ 或/和Na+或/和Ca2+或/和Mg2+或/和Fe2+并含有SO4 2-或/和CO3 2-或/和NO3 -或/和 NO2 -或/和PO4 3-或/和SiO4 4-或/和Cl-或/和F-离子的盐类物质与5～60％的含结晶 水或/和含氢氧根或/和含羟基或/和含CO2及其它含挥发性组份的物料一起混合 后在200～900℃进行蚀变反应。这些含挥发性组份的物料包括生油页岩废渣或/ 和生煤矸石或/和赤泥或/和由生石灰吸水后形成的消石灰或/和石灰石或/和石膏 或/和钙钒石或/和废旧混凝土细粉或/和粘土。热液蚀变反应的原理是利用上述各 种挥发份基团刚从一些矿物中脱出时的一瞬间具有强极性与高活性，并在多种 离子的复合协同作用下，作用于尾矿颗粒，并使之产生大量断键或解聚从而被 活化。混合的过程可以是湿混，也可以是干混。所采用的设备是球磨机或强制 式混料机，以保证物料的颗粒充分接触。当采用球磨机作为混料设备时，入料 粒度可以放宽到0～2000μm，出料粒度为0～100μm。当采用强制式搅拌机作为 混料设备时，入料粒度为0～100μm。当采用湿混模式时，泥料出磨后应进行强 制脱水处理，控制其含水率在0.1～20％，然后将脱水后的泥料制成料饼或料块 或料球或料粉送入蚀变反应器内进行热液蚀变反应。当采用干混模式时，所得 干粉也需制成料饼或料块或料球或，必要时可加入0.1～10％的水。
热液蚀变反应在高温反应器内进行，高温反应器可以是各种型式的连续式 窑炉或间歇式窑炉，如回转窑或遂道窑或链条炉或抽屉窑或梭式窑或料层呈流 化态被加热的窑炉。热液蚀变反应的温度为200～900℃，反应的时间为0.6～800 分钟。
将经过热液蚀变反应预处理过的物料与水泥熟料和高炉水淬矿渣或/和其它 经过高温过程的固体废弃物一起混磨或分别磨细后再混合。除上述主要原料外， 还要加入占胶凝材料总量0～8％的石膏和0.1～5％的成岩剂。上述主要原料掺入 的重量百分比为：热液蚀变后的物料50～90％；水泥熟料0.1～29％；高炉水淬 矿渣0～30％；其它经过高温过程的固体废弃物0～20％。所述的其它经过高温 过程的固体废弃物是粉煤灰、自燃过的煤矸石、钢渣、城市生活垃圾焚烧后的 炉渣与飞灰、废陶瓷、废玻璃以及一切以煤或油页岩为燃料的炉渣。
如上所述的热液蚀变后的物料的主要化学成份的重量百分比是：SiO2 60～ 80％，Al2O3 5～20％，Fe2O3 0.1～15％，CaO 0.1～20％，MgO 0.1～10％；K2O 0.01～ 10％；Na2O 0.01～5％；烧失0.5～10％，其它0.1～5％。如上所述的高炉水淬矿 渣，其主要化学成份的重量百分比是：SiO2 30～50％，Al2O3 2～10％，CaO 30～ 40％，MgO 3～15％；其它0.1～8％。如上所述的石膏可以是天然的无水石膏， 二水石膏，脱硫石膏，磷石膏或其它含CaSO4的工业废弃物。如上所述的成岩 剂，是购自蓝资科技有限公司的凝石A成岩剂和凝石C成岩剂，其中凝石A成 岩剂用于水泥熟料掺量≥5％的配方中，凝石C成岩剂用于水泥熟料掺量＜5％的 配方中。
如上所述的物料的研磨过程可以是各种物料单独磨细后再混合，也可以是 所有物料一起混磨。当各种物料单独磨细后再混合时，各物料的细度均应磨到 比表面积280～780m2/kg。如果是各种物料一起混磨则应将最终的混合料磨到比 表面积380～980m2/kg。第三种研磨方法是将水泥熟料和烘干的水淬高炉矿渣这 些难磨物料先磨到比表面积280～680m2/kg，然后再与其它易磨物料一起混磨。 在这种情况下最终混合物料应磨到比表面积380～780m2/kg。
有益效果
①将尾矿变废为宝，减轻尾矿堆积对生态环境造成的破坏；②所生产的凝 石在很多场合可以作为高标号水泥来使用，但其生产成本比生产水泥可降低 20～50％；③生产过程对环境的负荷可比生产水泥减少50～80％
最佳实施方式
1.将粒度在0～2000μm磁铁石英岩型铁矿的尾矿65％与粒度在0～2000μm 生油页岩废渣25％，生石灰5％，天然二水石膏4.49％，氟化钠0.2％，亚硝酸钾 0.01％，硫酸亚铁0.3％，一起在球磨机中湿法混磨100分钟后将泥浆进行脱水 处理。脱水后的泥料制成料球后在回转窑中进行热液蚀变反应，反应的温度是 700℃，反应的时间是200分钟。将经过蚀变反应的混合物料80％与高炉水淬矿 渣15％及5％的凝石C成岩剂一起混磨到比表面积540m2/kg。所得到混合粉体 经均化和检验后可作为凝石胶凝材料成品，该材料按GB175-1999标准进行强 度及安定性检测可达到的性能见表1。
表1实施例1中所得产品基本性能   抗压强度(MPa)   抗折强度(MPa)   安定性   3天   28天   3天   28天   23.3   56.2   4.8   9.4   合格
2.将粒度在0～800μm金尾矿90％与生石灰5％，天然二水石膏4.85％，碳 酸钠0.1％，亚硝酸钾0.02％，硅酸钠0.02％，氯化镁0.01％，一起在球磨机中湿 法混磨50分钟后将泥浆进行脱水处理。脱水后的泥料制成料球后在回转窑中进 行热液蚀变反应，反应的温度是800℃，反应的时间是56分钟。将高炉水淬矿 渣10％及15％的水泥熟料及1％的凝石A成岩剂一起混合预磨至比表面积480 m2/kg，再与经过蚀变反应的混合物料70％及3％的天然二水石膏一起混磨到比表 面积580m2/kg。所得到混合粉体经均化和检验后可作为凝石胶凝材料成品，该 材料按GB175-1999标准进行强度及安定性检测可达到的性能见表2。
表2实施例2中所得产品基本性能   抗压强度(MPa)   抗折强度(MPa)   安定性   3天   28天   3天   28天   23.5   58.2   4.9   9.4   合格
3.将粒度在0～300μm铜尾矿87％与生石灰8％，天然二水石膏4.84％，硅 酸钠0.1％，氯化镁0.01％，碳酸钠0.02％，亚硝酸钾0.03％，一起在球磨机中湿 法混磨100分钟后将泥浆进行脱水处理。脱水后的泥料制成粉料后在旋风式粉 体反应器中进行热液蚀变反应，反应的温度是900℃，反应的时间是1分钟。将 高炉水淬矿渣5％及10％的水泥熟料及1％的凝石A成岩剂一起混合预磨至比表 面积490m2/kg，再与经过蚀变反应的混合物料80％及4％磷石膏一起混磨到比 表面积580m2/kg。所得到混合粉体经均化和检验后可作为凝石胶凝材料成品， 该材料按GB175-1999标准进行强度及安定性检测可达到的性能见表3。
表3实施例3中所得产品基本性能   抗压强度(MPa)   抗折强度(MPa)   安定性   3天   28天   3天   28天   21.5   53.2   4.2   9.5   合格
4.将粒度在0～50μm的沉积型赤铁矿的尾矿75％，与页岩型煤矸石细粉 15％，生石灰5％，天然二水石膏4.82％，硅酸钾0.1％，氯化钙0.01％，碳酸 钠0.02％，亚硝酸镁0.05％，一起在球磨机中湿法混磨20分钟后将泥浆进行脱 水处理。脱水后的泥料制成料块后在隧道窑中进行热液蚀变反应，反应的温度 是700℃，反应的时间是800分钟。将经过蚀变反应的混合物料80％与高炉水淬 矿渣15％及5％的凝石C成岩剂一起混磨到比表面积520m2/kg。所得到混合粉 体经均化和检验后可作为凝石胶凝材料成品，该材料按GB175-1999标准进行 强度及安定性检测可达到的性能见表4。
表4实施例4中所得产品基本性能   抗压强度(MPa)   抗折强度(MPa)   安定性   3天   28天   3天   28天   24.5   47.1   4.1   8.2   合格