一種鹼激發鎳礦渣水泥及其製造方法和用途的製作方法
2023-05-22 16:16:46 3
專利名稱：一種鹼激發鎳礦渣水泥及其製造方法和用途的製作方法
技術領域：
本發明屬於一種由含有活化劑的冶金渣製造水硬性水泥及其製造方法和用途，涉及一種鹼激發鎳礦渣水泥及其製造方法和用途。
現有技術中，鹼礦渣水泥是由磨細鐵礦渣與激發劑溶液混合而製成的一種新型膠凝材料，這種膠凝材料由前蘇聯於1957年首先研製成功並進行了廣泛地應用。40年的應用結果表明，鹼礦渣水泥及其混凝土與矽酸鹽水泥混凝土相比不僅生產工藝大為簡化，而且具有高強、高耐久、低成本、充分利用工業廢渣的顯著優點。但是由於鹼礦渣水泥的主要原料是鐵礦渣，而目前大部分水泥廠均以鐵礦渣作為水泥混合材，消耗了大量的鐵礦渣，致使鹼礦渣水泥的推廣應用受到了很大阻礙。而在另一方面，目前每冶煉1噸的金屬鎳要排放出12～16噸的鎳礦渣。大量的鎳礦渣一直沒有得到利用，造成了嚴重的環境汙染。
本發明的目的旨在克服現有技術中的不足，提供一種鹼激發鎳礦渣水泥及其製造方法和用途，通過添加改性劑，使鎳礦渣的物理化學性質發生改變，然後用改性矽酸鈉溶液對改性鎳礦渣進行激發，從而使鎳礦渣的潛在水硬活性得以充分發揮，得到強度標號達到325～925#的鹼激發鎳礦渣水泥；將本發明鹼激發鎳礦渣水泥與鎳礦渣、碎石、砂或卵石混合，可得到強度標號達到200～900#的鹼激發鎳礦渣混凝土。
本發明的內容是一種鹼激發鎳礦渣水泥，其特徵是由37～85％(重量％，後同)鎳礦渣、14～60％改性矽酸鈉溶液和1～35％改性劑混合組成。
本
發明內容
中所述改性矽酸鈉溶液由5～70％Na2SiO3、0.1～20％Na2CO3、0.1～25％Na2SiF、0.05～15.0％Na2SO4、0～8％ZnO、20～75％H2O組成。
本
發明內容
中所述改性劑由0.02～15％MgO、0.1～20％SiO2、0.1～60％CaO、0.1～40％Al2O3、0.05～15％K2O、0～15％SO3、0～10％木質素磺酸鈣組成。
本
發明內容
中所述改性矽酸鈉溶液的比重為1.03～1.5，該溶液中SiO2與Na2O的重量百分含量比值為1.0～3.2。
本
發明內容
還包括一種製造鹼激發鎳礦渣水泥的方法，其特徵是包括以下次序的工藝步驟a)破碎鎳礦渣；b)將破碎後的鎳礦渣與改性劑按所述比例充分混合併磨細至勃氏比表面積為
200～500m2/kg，製得改性鎳礦渣；c)將改性鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液按所述比例充分混合均勻，即製得鹼激發鎳礦渣水泥產品。
本
發明內容
還包括所述鹼激發鎳礦渣水泥在混凝土生產中的應用，其特徵是包括鹼激發鎳礦渣水泥與鎳礦渣或/和碎石或/和卵石、破碎鎳礦渣或/和砂按照1∶1～6的重量比例充分混合。
本發明具有以下特點1、鎳礦渣具有潛在水硬活性，在一定的鹼性環境中其潛在水硬活性可以被激發從而產生強度。與鐵礦渣相比，鎳礦渣中含有大量的氧化鐵，不僅礦渣中的惰性組分較高，而且其微觀結構不利於潛在水硬活性的發揮。因此，用矽酸鈉溶液激發磨細鎳礦渣幾乎沒有強度。本發明將鎳礦渣與適量的改性劑混合磨細，不僅使鎳礦渣中的有效活性組分增加，同時使鎳礦渣的分散度增大。矽酸鈉溶液經過改性調製後針對改性鎳礦渣的激發效果得以增強。在改性矽酸鈉溶液的作用下，改性鎳礦渣的結構形成鍵Si-O鍵和Ca-O鍵被破壞並形成水化矽鋁酸鹽類的水化產物。由於水化矽鋁酸鹽不僅具有較高的強度，而且耐久性能優異，因此鹼激發鎳礦渣水泥及其混凝土的強度和耐久性均優於矽酸鹽水泥及其混凝土；2、本發明中鹼激發鎳礦渣水泥的生產方法十分簡單，不經過煅燒，僅將鎳礦渣與改性劑共同磨細再與激發劑溶液混合即成，其強度標號可達325#～925#。與矽酸鹽水泥的「兩磨一燒」工藝相比，本發明的生產設備少、佔地面積小、裝機容量小，同時能減少環境汙染；3、本發明中，鹼激發鎳礦渣水泥中鎳礦渣含量可大於80％；鹼激發鎳礦渣混凝土中鎳礦渣的含量可大於90％。因此，這種水泥及混凝土的應用可以大量利用工業廢渣，減少環境汙染；4、本發明中，鹼激發鎳礦渣混凝土可以使用石粉達20％、含泥量達5％的非標準集料，其強度標號可達200#～900#。因此，該種混凝土的應用可以更充分地利用當地原料和礦產資源，減少原材料的運輸費用，有效減少環境汙染，降低生產成本，從而產生明顯的經濟效益和社會效益。
以下是鹼激發鎳礦渣水泥及混凝土的一些應用實例實施例1用中國金川公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣水泥改性劑成分為MgO0.02％；SiO220％；CaO60％；Al2O312％；K2O1.0％；SO36.98％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO323.5％；Na2CO30.1％；Na2SiF0.1％；Na2SO41.30％；ZnO0.01％；H2O75％；比重1.03；SiO2/Na2O為3.2；將鎳礦渣(主要化學成分見附表1，後同)與改性劑按照98∶2的重量比例混合磨細到勃氏比表面積410m2/kg；將改性鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液按100∶16的重量比例充分混合，即製得鹼激發鎳礦渣水泥，按國家標準成型、養護和測定其物理力學性能，結果見附表2。實施例2用中國金川公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣水泥改性劑成分為MgO15.0％；SiO224.9％；CaO0.1％；Al2O330.0％；K2O15.0％；SO315.0％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO35.0％；Na2CO320.0％；Na2SiF7.5％；Na2SO40.05％；ZnO0.01％；H2O67.44％；比重1.10；SiO2/Na2O為2.6；將鎳礦渣與改性劑按照85∶15的重量比例混合磨細到勃氏比表面積350m2/kg；將改性鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液按100∶48的重量比例充分混合，即製得鹼激發鎳礦渣水泥，按國家標準成型、養護和測定其物理力學性能，結果見附表2。實施例3用中國金川公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣水泥改性劑成分為MgO9.5％；SiO215.0％；CaO30.0％；Al2O325.0％；K2O8.5％；SO312.0％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO345.0％；Na2CO30.1％；Na2SiF0.1％；Na2SO415.0％；ZnO8.0％；H2O31.8％；比重1.32；SiO2/Na2O為2.1；將鎳礦渣與改性劑按照75∶25的重量比例混合磨細到勃氏比表面積500m2/kg；將改性鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液按100∶35的重量比例充分混合，即製得鹼激發鎳礦渣水泥，按國家標準成型、養護和測定其物理力學性能，結果見附表2。實施例4用中國金川公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣水泥改性劑成分為MgO8.8％；SiO220.0％；CaO31.5％Al2O325.0％；K2O11.2％；木質素磺酸鈣3.5％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO351.3％；Na2CO35.1％；Na2SiF3.5％；Na2SO40.05％；ZnO0.01％；H2O40.04％；比重1.22；SiO2/Na2O為1.8；將鎳礦渣與改性劑按照65∶35的重量比例混合磨細到勃氏比表面積280m2/kg；將改性鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液按100∶39的重量比例充分混合，即製得鹼激發鎳礦渣水泥，按國家標準成型、養護和測定其物理力學性能，結果見附表2。實施例5用中國金川公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣水泥改性劑成分為MgO11.3％；SiO219.0％；CaO4.6％；Al2O340.0％；K2O13.3％；SO311.8％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO335.8％；Na2CO36.5％；Na2SiF15.6％；Na2SO48.4％；ZnO4.5％；H2O24.0％；比重1.5；SiO2/Na2O為1.5；將鎳礦渣與改性劑按照55∶45的重量比例混合磨細到勃氏比表面積350m2/kg；將改性鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液按100∶50的重量比例充分混合，即製得鹼激發鎳礦渣水泥，按國家標準成型、養護和測定其物理力學性能，結果見附表2。實施例6用中國金川公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣水泥改性劑成分為MgO7.6％；SiO210.0％；CaO2.6％；Al2O340.0％；K2O14.8％；SO215.0％；木質素磺酸鈣10％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO370.0％，Na2CO30.1％，Na2SiF20.0％，Na2SO40.5％，ZnO3.3％，H2O24.5％，比重1.34，SiO2/Na2O為1.0；將鎳礦渣與改性劑按照60∶40的重量比例混合磨細到勃氏比表面積420m2/kg；將改性鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液按100∶25的重量比例充分混合，即製得鹼激發鎳礦渣水泥，按國家標準成型、養護和測定其物理力學性能，結果見附表2。實施例7用中國金川公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣水泥改性劑成分為MgO14.8％；SiO219.8％；CaO15.5％；Al2O320.4％；K2O15.0％；SO314.5％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO343.0％；Na2CO38.5％；Na2SiF25.0％；Na2SO41.5％；ZnO2.0％；H2O20％；比重1.32；SiO2/Na2O為2.1；將鎳礦渣與改性劑按照57∶43的重量比例混合磨細到勃氏比表面積200m2/kg；將改性鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液按100∶16.3的重量比例充分混合，即製得鹼激發鎳礦渣水泥，按國家標準成型、養護和測定其物理力學性能，結果見附表2。實施例8用中國金川公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣混凝土改性劑成分為MgO0.02％；SiO220％；CaO60％；Al2O312％；K2O1.0％；SO36.98％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO323.5％；Na2CO30.1％；Na2SiF0.1％；Na2SO41.30％；ZnO0.01％；H2O75％；比重1.03；SiO2/Na2O為3.2；將鎳礦渣與改性劑按照98∶2的重量比例混合磨細到勃氏比表面積410m2/kg；將改性後的鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液、1～5mm粒徑的鎳礦渣、5～20mm粒徑的鎳礦渣按1∶0.65∶3.28∶5.72的重量比例在強制式攪拌機中攪拌3分鐘後注入100×100×100mm的試模中振動3分鐘並進行標準條件下的養護，即製得鹼激發鎳礦渣混凝土，按國家標準測定其物理力學性能，其結果見附表2。實施例9用中國金川公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣混凝土改性劑成分為MgO8.8％；SiO220.0％；CaO31.5％；Al2O325.0％；K2O11.2％；木質素磺酸鈣3.5％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO351.3％；Na2CO35.1％；Na2SiF3.5％；Na2SO40.05％；ZnO0.01％；H2O40.04％；比重1.22；SiO2/Na2O為1.8；將鎳礦渣與改性劑按照65∶35的重量比例混合磨細到勃氏比表面積280m2/kg；將改性後的鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液、1～5mm粒徑的鎳礦渣、5～20mm粒徑的碎石按1∶0.55∶1.76∶3.10的重量比例在強制式攪拌機中攪拌3分鐘後注入100×100×100mm的試模中振動3分鐘並進行標準條件下的養護，即製得鹼激發鎳礦渣混凝土，按國家標準測定其物理力學性能，其結果見附表2。實施例10用中國金川公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣混凝土改性劑成分為MgO7.6％；SiO210.0％；CaO2.6％；Al2O340.0％；K2O14.8％；SO315.0％；木質素磺酸鈣10％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO370.0％，Na2CO30.1％，Na2SiF20.0％，Na2SO40.5％，ZnO3.3％，H2O24.5％，比重1.34，SiO2/Na2O為1.0；將鎳礦渣與改性劑按照60∶40的重量比例混合磨細到勃氏比表面積420m2/kg；將改性後的鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液與1～5mm粒徑的鎳礦渣按1∶0.38∶1.38的重量比例在強制式攪拌機中攪拌3分鐘後注入100×100×100mm的試模中振動3分鐘並進行標準條件下的養護，即製得鹼激發鎳礦渣混凝土，按國家標準測定其物理力學性能，其結果見附表2。實施例11用加拿大INCO公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣水泥改性劑成分為MgO0.02％；SiO220％；CaO60％；Al2O312％；K2O1.0％；SO36.98％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO323.5％；Na2CO30.1％；Na2SiF0.1％；Na2SO41.30％；ZnO0.01％；H2O75％；比重1.03；SiO2/Na2O為3.2；將鎳礦渣與改性劑按照95.5∶4.5的重量比例混合磨細到勃氏比表面積410m2/kg；將改性鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液按100∶60的重量比例充分混合，即製得鹼激發鎳礦渣水泥，按國家標準成型、養護和測定其物理力學性能，結果見附表2。實施例12用加拿大INCO公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣水泥改性劑成分為MgO9.5％；SiO215.0％；CaO30.0％；Al2O325.0％；K2O8.5％；SO312.0％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO345.0％；Na2CO30.1％；Na2SiF0.1％；Na2SO415.0％；ZnO8.0％；H2O31.8％；比重1.32；SiO2/Na2O為2.1；將鎳礦渣與改性劑按照75∶25的重量比例混合磨細到勃氏比表面積500m2/kg；將改性鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液按100∶35的重量比例充分混合，即製得鹼激發鎳礦渣水泥，按國家標準成型、養護和測定其物理力學性能，結果見附表2。實施例13用加拿大INCO公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣水泥改性劑成分為MgO8.8％；SiO220.0％；CaO31.5％；Al2O325.0％；K2O11.2％；木質素磺酸鈣3.5％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO351.3％；Na2CO35.1％；Na2SiF3.5％；Na2SO40.05％；ZnO0.01％；H2O40.04％；比重1.22；SiO2/Na2O為1.8；將鎳礦渣與改性劑按照65∶35的重量比例混合磨細到勃氏比表面積280m2/kg；將改性鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液按100∶39的重量比例充分混合，即製得鹼激發鎳礦渣水泥，按國家標準成型、養護和測定其物理力學性能，結果見附表2。實施例14用加拿大INCO公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣水泥改性劑成分為MgO11.3％；SiO219.0％；CaO4.6％；Al2O340.0％；K2O13.3％；SO311.8％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO335.8％；Na2CO36.5％；Na2SiF15.6％；Na2SO48.4％；ZnO4.5％；H2O24.0％；比重1.5；SiO2/Na2O為1.5；將鎳礦渣與改性劑按照55∶45的重量比例混合磨細到勃氏比表面積350m2/kg；將改性鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液按100∶28的重量比例充分混合，即製得鹼激發鎳礦渣水泥，按國家標準成型、養護和測定其物理力學性能，結果見附表2。實施例15用加拿大INCO公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣水泥改性劑成分為MgO7.6％；SiO210.0％；CaO2.6％；Al2O340.0％；K2O14.8％；SO315.0％；木質素磺酸鈣10％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO370.0％，Na2CO3；0.1％，Na2SiF20.0％，Na2SO40.5％，ZnO3.3％，H2O24.5％，比重1.34，SiO2/Na2O為1.0；將改性鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液按100；25的重量比例充分混合，即製得鹼激發鎳礦渣水泥，按國家標準成型、養護和測定其物理力學性能，結果見附表2。實施例16用加拿大INCO公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣混凝土改性劑成分為MgO0.02％；SiO220％；CaO60％；Al2O312％；K2O1.0％；SO36.98％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO323.5％；Na2CO30.1％；Na2SiF0.1％；Na2SO41.30％；ZnO0.01％；H2O75％；比重1.03；SiO2/Na2O為3.2；將鎳礦渣與改性劑按照98∶2的重量比例混合磨細到勃氏比表面積410m2/kg；將改性後的鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液、1～5mm粒徑的鎳礦渣、5～20mm粒徑的鎳礦渣按1∶0.65∶3.28∶5.72的重量比例在強制式攪拌機中攪拌3分鐘後注入100×100×100mm的試模中振動3分鐘並進行標準條件下的養護，即製得鹼激發鎳礦渣混凝土，按國家標準測定其物理力學性能，其結果見附表2。實施例17用加拿大INCO公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣混凝土改性劑成分為MgO8.8％；SiO220.0％；CaO31.5％；Al2O325.0％；K2O11.2％；木質素磺酸鈣3.5％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO351.3％；Na2CO35.1％；Na2SiF3.5％；Na2SO40.05％；ZnO0.01％；H2O40.04％；比重1.22；SiO2/Na2O為1.8；將鎳礦渣與改性劑按照65∶35的重量比例混合磨細到勃氏比表面積280m2/kg；將改性後的鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液、1～5mm粒徑的鎳礦渣、5～20mm粒徑的碎石按1∶0.55∶1.76∶3.10的重量比例在強制式攪拌機中攪拌3分鐘後注入100×100×100mm的試模中振動3分鐘並進行標準條件下的養護，即製得鹼激發鎳礦渣混凝土，按國家標準測定其物理力學性能，其結果見附表2。實施例18用加拿大INCO公司鎳礦渣生產鹼激發鎳礦渣混凝土改性劑成分為MgO7.6％；SiO210.0％；CaO2.6％；Al2O340.0％；K2O14.8％；SO315.0％；木質素磺酸鈣10％；改性矽酸鈉溶液為Na2SiO370.0％，Na2CO30.1％，Na2SiF20.0％，Na2SO40.5％，ZnO3.3％，H2O24.5％，比重1.34，SiO2/Na2O為1.0；將鎳礦渣與改性劑按照60∶40的重量比例混合磨細到勃氏比表面積420m2/kg；將改性後的鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液、1～5mm粒徑的鎳礦渣、5～20mm粒徑的卵石按1∶0.38∶0.82∶1.05的重量比例在強制式攪拌機中攪拌3分鐘後注入100×100×100mm的試模中振動3分鐘並進行標準條件下的養護，即製得鹼激發鎳礦渣混凝土，按國家標準測定其物理力學性能，其結果見附表2。附表1鎳礦渣的主要化學成分(重量％)
附表2實驗結果
權利要求
1.一種鹼激發鎳礦渣水泥，其特徵是由37～85％(重量％，後同)鎳礦渣、14～60％改性矽酸鈉溶液和1～35％改性劑混合組成。
2.按權利要求1所述的鹼激發鎳礦渣水泥，其特徵是所述改性矽酸鈉溶液由5～70％Na2SiO3、0.1～20％Na2CO3、0.1～25％Na2SiF、0.05～15.0％Na2SO4、0～8％ZnO、20～75％H2O組成。
3.按權利要求1或2所述的鹼激發鎳礦渣水泥，其特徵是所述改性劑由0.02～15％MgO、0.1～20％SiO2、0.1～60％CaO、0.1～40％Al2O3、0.05～15％K2O、0～15％SO3、0～10％木質素磺酸鈣組成。
4.按權利要求2所述的鹼激發鎳礦渣水泥，其特徵是所述改性矽酸鈉溶液的比重為1.03～1.5，該溶液中SiO2與Na2O的重量百分含量比值為1.0～3.2。
5.一種製造鹼激發鎳礦渣水泥的方法，其特徵是包括以下次序的工藝步驟a)破碎鎳礦渣b)將破碎後的鎳礦渣與改性劑按所述比例充分混合併磨細至勃氏比表面積為200～500m2/kg，製得改性鎳礦渣；c)將改性鎳礦渣與改性矽酸鈉溶液按所述比例充分混合均勻，即製得鹼激發鎳礦渣水泥產品。
6.按權利要求1、2或4所述鹼激發鎳礦渣水泥在混凝土生產中的應用，其特徵是包括鹼激發鎳礦渣水泥與鎳礦渣或/和碎石或/和卵石、破碎鎳礦渣或/和砂按照1∶1～6的重量比例充分混合。
7.按權利要求3所述鹼激發鎳礦渣水泥在混凝土生產中的應用，其特徵是包括鹼激發鎳礦渣水泥與鎳礦渣或/和碎石或/和卵石、破碎鎳礦渣或/和砂按照1∶1～6的重量比例充分混合。
全文摘要
一種鹼激發鎳礦渣水泥,其特徵是由37～85%(重量%)鎳礦渣、14～60%改性矽酸鈉溶液和1～35%改性劑組成;將鎳礦渣與改性劑混合磨細、再與改性矽酸鈉溶液混勻,即製得鹼激發鎳礦渣水泥,其強度標號可達到32文檔編號C04B18/14GK1197773SQ98111958
公開日1998年11月4日 申請日期1998年4月17日 優先權日1998年4月17日
發明者徐彬 申請人:西南工學院