一種鹼激髮膠凝材料及其製備方法
2023-09-18 17:14:00 2
一種鹼激髮膠凝材料及其製備方法
【專利摘要】本發明涉及一種利用矽質鐵尾礦製備的鹼激髮膠凝材料及其製備方法，包括有以下步驟：1)將矽質鐵尾礦粉、粉煤灰和礦渣粉按照配比混合均勻，得到鐵尾礦粉—粉煤灰—礦渣粉複合粉體；2)將液態水玻璃和水混合，製得鹼激發劑溶液；3)將鹼激發劑溶液加入到複合粉體中，攪拌均勻得到鹼激髮膠凝材料漿體；4)將鹼激髮膠凝材料漿體注入模具中振動成型並在常溫條件下養護至脫模，得到鹼激髮膠凝材料淨漿試件；5)將鹼激髮膠凝材料淨漿試件進行蒸養。本發明的有益效果在於：本發明提供的鹼激髮膠凝材料硬化漿體具備優良的力學性能，最優配比的3 d抗壓強度＞60 MPa，28 d抗壓強度＞80 MPa。
【專利說明】一種鹼激髮膠凝材料及其製備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬於建築材料領域，特別是涉及一種利用矽質鐵尾礦製備的鹼激髮膠凝材 料及其製備方法。
【背景技術】
[0002] 我國目前累積堆存尾礦100億t以上，年產出量達到了 12億t，佔全國大宗工業 固體廢棄物年產生總量的45. 8%，佔全世界尾礦產出量的50%以上。與粉煤灰、煤矸石等 大宗工業固體廢棄物相比，尾礦的綜合利用技術更複雜、難度更大。目前，我國尾礦的綜合 利用率只有13. 3%，相比之下，尾礦的綜合利用大大滯後於其它大宗工業固體廢棄物。其 中，鐵尾礦的產生量最大，在我國各類尾礦產生量所佔比例達到45 %，年排放量從2000年 的1. 37億t快速增長到2009年的5. 36億噸，僅10年的累計產生量就達28. 32億噸。鐵尾 礦的大量堆存不僅佔用了土地和造成了資源的浪費，而且部分鐵尾礦中含有重金屬等有害 物質以及細尾礦顆粒引起的揚塵等對地下水資源、人類生活環境帶來了嚴重汙染和危害， 破壞生態平衡，現已受到全社會的廣泛關注。
[0003] 鐵尾礦的礦物組成主要為結構穩定的脈石礦物，如石英、長石、輝石、石榴石、角閃 石等，幾乎沒有活性，同時隨著選礦技術的提高，尾礦的中位粒徑已由十幾年前200 μπι降 至現在的40 μπι，即使用作混凝土集料其粒徑也已不適合。因此，大大限制了其消納途徑。 為了解決鐵尾環境汙染和資源浪費的問題，採取合適的手段激發鐵尾礦的膠凝活性，然後 將其用作水泥混合材和混凝土摻合料有許多新的研宄出現。歸納起來，鐵尾礦膠凝活性的 提高手段主要有機械粉磨、化學激發、熱活化或者三種激發手段中任意兩種複合。例如，發 明專利CN103011648A《一種混凝土用改性鐵尾礦活性摻合料及其製備方法》公開了一種利 用聚羧酸鹽減水劑對鐵尾礦進行表面改性提高其活性的方法，採用該方法生產的改性鐵尾 礦活性摻合料的活性與與II級粉煤灰相當，但聚羧酸鹽減水劑在其中只起分散助磨作用， 僅有助於鐵尾礦細度的提高，並不能激發鐵尾礦的化學活性。發明專利CN102850011A《一 種利用鐵尾礦製備活性粉末混凝土的工藝方法》公開了一種利用機械力來活化SiO 2含量 69%的鐵尾礦，使其作為活性粉末混凝土的活性粉末組分，同時將0. 16mm?I. 25mm的鐵尾 礦作為細骨料製備活性粉末混凝土的方法，但有研宄表明機械粉磨並不能提高鐵尾礦的化 學活性，鐵尾礦在常溫下主要以物理填充效應為主；因此，尋求另一種更廣泛、更有效的鐵 尾礦活性改性方法顯得尤為重要。經檢索，目前未見以鐵尾礦為主要原料製備鹼激髮膠凝 材料的相關文獻公開。
【發明內容】
[0004] 本發明提供了一種以矽質鐵尾礦為主要原料製備鹼激髮膠凝材料及其製備方法， 擴充了鐵尾礦的綜合利用面，解決了鐵尾礦堆存所導致的環境汙染和資源浪費問題，同時， 也拓展了鹼激髮膠凝材料的原料範圍，解決了目前以礦渣、偏高嶺土以及粉煤灰為主製備 鹼激髮膠凝材料時原材料來源受限、成本較高的問題。
[0005] 本發明解決上述技術問題所採用的技術方案是：一種鹼激髮膠凝材料，包括有由 矽質鐵尾礦粉、粉煤灰和礦渣粉所組成的複合粉體、佔複合粉體重量5%?15%的液態水 玻璃、佔複合粉體重量15 %?30 %的水，所述複合粉體各組分質量百分含量為：矽質鐵尾 礦粉50%?75%、粉煤灰0?45%、礦渣粉5%?50%。
[0006] 按上述方案，所述複合粉體各組分質量百分含量為：矽質鐵尾礦粉50?75%、粉 煤灰15?25%、礦渣粉35?50%。
[0007] 按上述方案，所述複合粉體各組分質量百分含量為：矽質鐵尾礦粉50%、粉煤灰 15%、礦渣粉35%。
[0008] 按上述方案，所述娃質鐵尾礦粉是將娃質鐵尾礦原礦磨至比表面積300m2/kg? 600m2/kg〇
[0009] 按上述方案，所述娃質鐵尾礦粉是將娃質鐵尾礦原礦磨至比表面積300m2/kg? 400m2/kg〇
[0010] 按上述方案，所述液態水玻璃模數η為I. 0?2. 0。
[0011] 所述的鹼激髮膠凝材料的製備方法，包括有以下步驟：
[0012] 1)將矽質鐵尾礦粉、粉煤灰和礦渣粉按照配比混合均勻，得到鐵尾礦粉一粉煤 灰一礦渣粉複合粉體，所述複合粉體各組分質量百分含量為：矽質鐵尾礦粉50%?75%、 粉煤灰〇?45%、礦渣粉5%?50% ;
[0013] 2)將液態水玻璃和水混合，製得鹼激發劑溶液；其中液態水玻璃的質量佔複合粉 體重量的5%?15%，水佔複合粉體重量15%?30% ;
[0014] 3)將鹼激發劑溶液加入到複合粉體中，攪拌均勻得到鹼激髮膠凝材料漿體；
[0015] 4)將鹼激髮膠凝材料漿體注入模具中振動成型並在常溫條件下養護至脫模，得到 鹼激髮膠凝材料淨漿試件；
[0016] 5)將鹼激髮膠凝材料淨漿試件進行蒸養。
[0017] 按上述方案，所述的蒸養溫度為40?80°C，蒸養時間為0?15h。
[0018] 本發明提供的矽質鐵尾礦基鹼激髮膠凝材料以鐵尾礦為主要原料，加入粉煤灰和 礦渣粉調節體系中矽、鋁、鈣等元素的含量比例，以適當模數的液態水玻璃為鹼激發劑，經 成型、蒸養等工序製備而成。反應機理在於，鐵尾礦、粉煤灰和礦渣粉組成的複合粉體材料， 在水玻璃鹼激發劑的作用下發生解聚，在水介質中重新聚合成新的凝膠體。
[0019] 本發明的有益效果在於：以來源廣泛的惰性矽質鐵尾礦為主要原料，不僅擴大了 鐵尾礦資源化綜合利用途徑，解決了鐵尾礦長期堆存的資源浪費和汙染環境的問題，而且 擴展了鹼激髮膠凝材料生產的原料來源。與傳統的矽酸鹽水泥等膠凝材料生產過程相比， 本發明提供的鹼激髮膠凝材料製備過程無需高溫煅燒，大大節約了生產成本，減少了水泥 生產的高資源、高能源消耗與高CO 2排放，是一種新型低碳膠凝材料。此外，本發明提供的鹼 激髮膠凝材料硬化漿體具備優良的力學性能，最優配比的3d抗壓強度> 60MPa，28d抗壓強 度> 80MPa。因此，本發明提供的鹼激髮膠凝材料及其製備方法具有廣闊的市場應用前景。
【具體實施方式】
[0020] 本發明提供的鹼激髮膠凝材料是由矽質鐵尾礦粉、粉煤灰和礦渣粉的複合粉體在 水玻璃的激發下得到的。其原料配方包括以下質量百分含量的組分：50%?75%矽質鐵 尾礦粉、5%?50%礦渣粉、O?45%粉煤灰（鐵尾礦粉、粉煤灰、礦渣粉含量百分比之和為 100 %，形成複合粉體）、佔複合粉體重量5 %?15 %的液態水玻璃、佔複合粉體重量15 %? 30%的水。其中：
[0021] 複合粉料原料之一的矽質鐵尾礦粉，是將矽質鐵尾礦原礦在球磨機中球磨至滿足 比表面積為300m2/kg?600m2/kg的粉體所得。優選鐵尾礦粉的比表面積為300m 2/kg? 400m2/kg。鐵尾礦粉在複合粉體中所佔比例為50%?75%，優選為50%。
[0022] 複合粉料原料之一的粉煤灰為F類II級粉煤灰，比表面積為427m2/kg，粉煤灰在復 合粉體中所佔比例為〇?45%，優選為15%。在粉料中添加粉煤灰的目的是為了調節體系 中矽元素和鋁元素的比例，使體系在鹼激發之後聚合程度更高，從而具有更好的力學性能。
[0023] 複合粉料原料之一的礦渣粉為S75級磨細礦渣粉，比表面積為405m2/kg，礦渣粉在 複合粉料中所佔比例為5%?50%，優選為35%。在粉料中添加礦渣粉可以顯著提高鹼激 髮膠凝材料淨漿試件的早期力學性能。
[0024] 膠凝材料原料中之一的鹼激發劑為模數I. 0?2. 0的水玻璃（Na2O · nSi02)，其摻 量為複合粉料重量的5%?15%，優選為10% (摻量以水玻璃溶液中Na2O · nSi02的質量 計）。不同模數η的液態水玻璃（Na2O · nSi02)是將化學純NaOH加入模數η = 3. 3的原狀 工業水玻璃中調節得到的。
[0025] 此外，製備鹼激髮膠凝材料淨漿所需水含量為複合粉體質量的15%?30%，優選 為 20%。
[0026] 表1製備鹼激髮膠凝材料的粉體材料的化學組成單位：wt%
【權利要求】
1. 一種鹼激髮膠凝材料，包括有由矽質鐵尾礦粉、粉煤灰和礦渣粉所組成的複合粉體、 佔複合粉體重量5 %?15 %的液態水玻璃、佔複合粉體重量15 %?30 %的水，所述複合 粉體各組分質量百分含量為：矽質鐵尾礦粉50%?75%、粉煤灰0?45%、礦渣粉5%? 50%〇
2. 根據權利要求1所述的鹼激髮膠凝材料，其特徵在於：所述複合粉體各組分質量百 分含量為：矽質鐵尾礦粉50?75%、粉煤灰15?25%、礦渣粉35?50%。
3. 根據權利要求2所述的鹼激髮膠凝材料，其特徵在於：所述複合粉體各組分質量百 分含量為：矽質鐵尾礦粉50%、粉煤灰15%、礦渣粉35%。
4. 根據權利要求1所述的鹼激髮膠凝材料，其特徵在於：所述矽質鐵尾礦粉是將矽質 鐵尾礦原礦磨至比表面積300m2/kg?600m2/kg。
5. 根據權利要求4所述的鹼激髮膠凝材料，其特徵在於：所述矽質鐵尾礦粉是將矽質 鐵尾礦原礦磨至比表面積300m2/kg?400m2/kg。
6. 根據權利要求1所述的鹼激髮膠凝材料，其特徵在於：所述液態水玻璃模數n為 1. 0 ?2. 0〇
7. 權利要求1所述的鹼激髮膠凝材料的製備方法，包括有以下步驟： 1) 將矽質鐵尾礦粉、粉煤灰和礦渣粉按照配比混合均勻，得到鐵尾礦粉一粉煤灰一礦 渣粉複合粉體，所述複合粉體各組分質量百分含量為：矽質鐵尾礦粉50%?75%、粉煤灰 0?45%、礦渣粉5%?50% ; 2) 將液態水玻璃和水混合，製得鹼激發劑溶液；其中液態水玻璃的質量佔複合粉體重 量的5%?15%，水佔複合粉體重量15%?30% ; 3) 將鹼激發劑溶液加入到複合粉體中，攪拌均勻得到鹼激髮膠凝材料漿體； 4) 將鹼激髮膠凝材料漿體注入模具中振動成型並在常溫條件下養護至脫模，得到鹼激 髮膠凝材料淨漿試件； 5) 將鹼激髮膠凝材料淨漿試件進行蒸養。
8. 根據權利要求7所述的鹼激髮膠凝材料的製備方法，其特徵在於所述的蒸養溫度為 40?80°C，蒸養時間為0?15h。
【文檔編號】C04B7/147GK104446045SQ201410618006
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月5日 優先權日:2014年11月5日
【發明者】李北星, 葉茂, 馮紫豪 申請人:武漢理工大學