專利名稱：化學(xué)激發(fā)鎂渣-礦渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)復(fù)合材料類的制備，具體涉及一種化學(xué)激發(fā)鎂渣-礦渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
鎂渣是金屬鎂廠在煉鎂過程中排放的固體廢棄物。在我國主要采用的方法是硅熱還原法，其生產(chǎn)工藝是將白云石(MgC03 · CaC03)在回轉(zhuǎn)窯中大約1250°C鍛燒，再經(jīng)研磨成粉與硅鐵粉(含硅75% )和螢石粉(含氟化鈣95% )混合并壓制成球，送入耐熱鋼還原罐內(nèi)，在還原爐中大約1200°C的溫度及大約10 真空條件下還原制取粗鎂，再經(jīng)過熔劑精煉、鑄錠、表面處理，即得到金屬鎂錠，剩余的殘?jiān)礊殒V渣，通常根據(jù)鎂礦的不同，生產(chǎn)1 噸鎂排放的鎂渣從8-20噸不等。這些還原廢渣如果得不到很好的處理，不僅對周圍環(huán)境造成污染，還會占用大量土地，充分高附加值的綠色利用鎂渣就成為能源、資源、環(huán)境保護(hù)三方面迫切需要解決的大問題。目前，國內(nèi)對鎂渣的利用主要集中在三個方面一是利用鎂渣制備新型墻體材料； 司密花等人[1』報(bào)導(dǎo)了利用鎂渣、堿渣、粉煤灰、煤渣、尾礦砂、石粉、粗骨料、油頁巖渣、活性助凝材料、廢砂、水泥及適量水生產(chǎn)堿渣磚。張繼強(qiáng)等人[3_5]采用鎂還原渣、碎石、石膏或/ 和石灰、煤渣等為原料，將鎂還原渣用蒸汽蒸1-3小時或加水睏料1-5天后再與其它原料加水混合、壓制成型，干燥后制成。二是利用鎂渣部分替代石灰石煅燒硅酸鹽水泥熟料；仝仲盛等人[6_15]將鎂渣研細(xì)后加熱至450°C 50(TC，再水淬至40°C 50°C ；將水淬后鎂渣去除水分，并冷卻至常溫后與水泥熟料及石膏均勻混合而成；張繼強(qiáng)等人[16’17]利用鎂渣制備加氣混凝土砌塊，是將鎂還原渣、水、水泥和石膏、發(fā)氣劑，并混勻，經(jīng)靜停預(yù)養(yǎng)、蒸壓養(yǎng)護(hù)制備而成。三是利用鎂渣代替部分水泥作為混合材生產(chǎn)復(fù)合硅酸鹽水泥。因?yàn)殒V行業(yè)是個高污染、高能耗、自動化程度低及勞動環(huán)境惡劣的行業(yè)，所以，近年來歐美和日本等發(fā)達(dá)國家逐步停止了鎂的生產(chǎn)，而中國已經(jīng)成為世界上最大的鎂生產(chǎn)國和出口國。故國外對鎂渣應(yīng)用的研究也很少有所報(bào)導(dǎo)。將煉鎂廠排放的鎂渣與煉鋼廠排放的礦渣作為制備地質(zhì)聚合物膠凝材料的原材料，不僅可以充分利用二種固體廢棄物，變廢為寶，而且對于我國的鎂業(yè)及鋼鐵等行業(yè)的循環(huán)經(jīng)濟(jì)，資源的可持續(xù)發(fā)展，對建設(shè)“資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會”具有重要的意義。由于鎂渣中含有較高含量的游離CaO和游離MgO，會引起所制備的膠凝材料發(fā)生不同程度的體積膨脹，嚴(yán)重時會引起膠凝材料的結(jié)構(gòu)破壞。因此，鎂渣在膠凝材料中應(yīng)用的問題一直沒能得到很好的解決，依據(jù)發(fā)明人查閱的大量專利及文獻(xiàn)資料，沒有發(fā)現(xiàn)有關(guān)將鎂渣用于制備無機(jī)地質(zhì)聚合物膠凝材料的專利及文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。發(fā)明人給出的參考文獻(xiàn)如下[1]司密花，郭東京，郭銳，一種免燒免蒸堿渣磚及其制備方法，公開(公告)號 CN102161579。[2]司密花，郭東京，郭銳，利用大宗工業(yè)廢渣制備的免燒砌塊磚，公開(公告)號CN102093011。[3]張繼強(qiáng)，陳黔，一種添加煤渣的鎂渣磚及其制備方法，公開(公告)號 CN101113623。[4]張繼強(qiáng)，陳黔，高強(qiáng)度鎂渣磚及其制備方法，公開(公告)號CN101389579。[5]侯西平，一種建筑用鎂渣砌塊，公開(公告)號CN101486557。[6]仝仲盛，孫金鳳，吳學(xué)云，一種鎂渣硅酸鹽水泥及其制造方法，公開(公告)號 CN101492260。[7]仝仲盛，楊富青，張富，一種利用鎂渣制造水泥的方法，公開(公告)號 CN101367627。[8]仝仲盛，楊富青，張富，一種利用鎂渣制造硅酸鹽鎂渣水泥的方法，公開(公告)號:CN101417867o[9]仝仲盛，楊富青，張富，一種硅酸鹽水泥，公開(公告)號CN101423341。[10]仝仲盛，楊富青，張富，一種白硅酸鹽水泥，公開(公告)號CN101367626。[11]仝仲盛，楊富青，張富，一種利用鎂渣制造白水泥的方法，公開(公告)號 CN101367628。[12]仝宗元，張富，張大同，劉永明，郭強(qiáng)，韓全恒，胡寶玉，楊文官，利用煉鎂廢渣生產(chǎn)復(fù)合及砌筑水泥的工藝，公開(公告)號CN1260330。[13]陳齡，張繼強(qiáng)，熱還原法煉鎂聯(lián)產(chǎn)水泥的方法，公開(公告)號 CN101130453。[14]仝宗元，張富，張大同，劉永明，郭強(qiáng)，韓全恒，胡寶玉，楊文官，利用煉鎂廢渣生產(chǎn)砌筑水泥的方法，公開(公告)號CN1702051。[15]張繼強(qiáng)，陳黔，鎂渣復(fù)合硅酸鹽水硬性膠凝材料，公開(公告)號 CN101323519。[16]張繼強(qiáng)，陳黔，鎂渣加氣混凝土砌塊及其制備方法，公開(公告)號 CN101182161。[17]張繼強(qiáng)，陳黔，添加煤渣的鎂渣加氣混凝土砌塊的制備方法，公開(公告)號 CN101190834。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種以工業(yè)固體廢棄物鎂渣和礦渣為混合原料，以硅酸鈉作為化學(xué)激發(fā)劑，利用化學(xué)激發(fā)鎂渣-礦渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料的制備方法。為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種化學(xué)激發(fā)鎂渣-礦渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料的制備方法，其特征在于，該方法利用可提供無機(jī)鋁硅酸鹽成分的鎂渣和礦渣為原料，在化學(xué)激發(fā)劑硅酸鈉的作用下，生成鎂渣-礦渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料；其中，鎂渣的重量為原料重量的4% -25%，化學(xué)激發(fā)劑硅酸鈉的用量為混合原料重量的0-15%，水渣比為0. 28。上述化學(xué)激發(fā)鎂渣-礦渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料的制備方法，其特征在于，包括下列步驟1)準(zhǔn)確稱取鎂渣和礦渣置入雙轉(zhuǎn)雙速凈漿攪拌機(jī)中；
2)將配方量的硅酸鈉溶入定量水中，然后將硅酸鈉水溶液加入雙轉(zhuǎn)雙速凈漿攪拌機(jī)中拌和，水渣質(zhì)量比為0.觀，攪拌形成混合均勻的漿體；3)將漿體裝入模具中成型，脫模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)，然后檢測其3d，7d, 28d不同齡期的抗壓強(qiáng)度。本發(fā)明制備的化學(xué)激發(fā)鎂渣-礦渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料帶來的技術(shù)效果如下(1)能夠規(guī)模利用鎂渣和礦渣制備地質(zhì)聚合物膠凝材料，使鎂渣和礦渣工業(yè)固體廢棄物得到資源化利用。(2)采用無需加熱的常溫常壓制備工藝技術(shù)，制備過程無三廢排放，是一種環(huán)境友好的綠色制備過程。本發(fā)明的創(chuàng)新性在于提出了利用鎂渣與礦渣制備地質(zhì)聚合物膠凝材料的新思路。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合發(fā)明人提供的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，需要說明的是，這些實(shí)施例僅為了發(fā)明人更好的詮釋本發(fā)明，本發(fā)明不限于這些實(shí)施例。在以下的實(shí)施例中，所制備的化學(xué)激發(fā)鎂渣-礦渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料的主要原料是由工業(yè)固體廢棄物鎂渣及礦渣，化學(xué)激發(fā)劑等組成，具體如下1、鎂渣選擇府谷鎂業(yè)集團(tuán)提供的鎂渣，其主要化學(xué)組成(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為 CaO (53. 11 % ), SiO2 (31. 41 % ), MgO (7. 95 % ), Fe2O3 (4. 39 % ), Al2O3 (0. 84 % ), P2O5 (0. 38 % ), SO3 (0. 034 % ), K2O (0. 069 % ), TiO2 (0. 047 % ), MnO (0. 073 % )，其它 (1. 697% )。經(jīng)球磨1小時，測試鎂渣的密度為3. 16X 103kg/m3,比表面積為486m2/kg。2、礦渣選擇萊鋼集團(tuán)提供的礦渣，其主要化學(xué)組成(質(zhì)量百分?jǐn)?shù))為CaO(36. 48%)， SiO2(25. 49% )，Α1203 (11· 36% ) ,MgO(6. 57% ),Na2O(0. 40% )，S03(2 . 40% )，Κ20(0· 51% )， TiO2(0. 71% ), MnO(0. 39% ), Fe2O3(0. 56% )，其它(15. 13% ) 經(jīng)球磨1小時，測試礦渣的密度為2. 931 X 103kg/m3,比表面積為410m2/kg。3、化學(xué)激發(fā)劑硅酸鈉采用固體硅酸鈉，分子式為Na2SiO3 · 9H20。4、拌合水采用自來水作為拌合水。制備實(shí)施例1 準(zhǔn)確稱取鎂渣及礦渣混合原料900g，以此為計(jì)量基礎(chǔ)(100% )，其中，鎂渣重量為混合原料重量的8% ；采用外摻法，化學(xué)激發(fā)劑硅酸鈉的摻量分別為混合原料重量的0%， 3^,7%, 10%，15%，其中以零摻量作為參照，水渣比為0. 28 (質(zhì)量比)。將鎂渣和礦渣的混合原料倒入雙轉(zhuǎn)雙速凈漿攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌分散；將硅酸鈉水溶液加入拌和，高速攪拌形成混合均勻的漿體；將漿體裝入50mmX31. 5mmX31. 5mm的三聯(lián)模具中，在膠砂振實(shí)臺上振實(shí)，用刮板刮平，得到成型的漿體試塊。將成型的試塊放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)1天，脫模后，將試塊放入養(yǎng)護(hù)室分別養(yǎng)護(hù)3天(3d)和7天(7d)等齡期，獲得不同化學(xué)激發(fā)劑摻量的各種鎂渣-礦渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料。采用抗壓儀測定不同齡期的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見表1。
表1化學(xué)激發(fā)劑的不同摻量與鎂渣-礦渣基地質(zhì)聚合物的抗壓強(qiáng)度
權(quán)利要求
1.一種化學(xué)激發(fā)鎂渣-礦渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料的制備方法，其特征在于，該方法利用可提供無機(jī)鋁硅酸鹽成分的鎂渣和礦渣為原料，在激發(fā)劑硅酸鈉的作用下，生成鎂渣-礦渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料；其中，鎂渣的重量為原料重量的4% -25%，化學(xué)激發(fā)劑硅酸鈉的用量為原料重量的0-15%，水渣質(zhì)量比為0. 28。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括下列步驟1)準(zhǔn)確稱取鎂渣和礦渣，置入雙轉(zhuǎn)雙速凈漿攪拌機(jī)中；2)將配方量的激發(fā)劑硅酸鈉溶入定量水中，然后將硅酸鈉水溶液加入雙轉(zhuǎn)雙速凈漿攪拌機(jī)中攪拌，將硅酸鈉水溶液加入拌和，水渣比為0.觀，攪拌形成混合均勻的漿體；3)將漿體裝入模具中成型，脫模，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)，然后檢測其3d，7d,28d不同齡期的抗壓強(qiáng)度。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述鎂渣的密度為3.16X103kg/m3, 比表面積為486m2/kg，所述礦渣的密度為2. 931 X 103kg/m3,比表面積為410m2/kg ；鎂渣的主要化學(xué)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成為:CaO :53. 11%, SiO2 :31. 41%, MgO :7. 95%, Fe2O3 :4. 39%, Al2O3 :0. 84 %, P2O5 :0. 38 %, SO3 :0. 034 %, K2O :0. 069 %, TiO2 :0. 047 %, MnO :0. 073 %, 其它1. 697% ；礦渣的主要化學(xué)質(zhì)量百分?jǐn)?shù)組成為=CaO :36. 48%, SiO2 :25. 49%, Al2O3 11. 36%, MgO 6. 57%, Na2O :0. 40%, SO3 :2. 40%, K2O :0. 51%, TiO2 :0. 71%, MnO :0. 39%, Fe2O3 0. 56%，其它15. 13% 0
4.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述激發(fā)劑硅酸鈉的摻量為原料重量的 10%。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的鎂渣的摻量為原料重量的4%， 激發(fā)劑硅酸鈉的摻量為原料重量的10%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種化學(xué)激發(fā)鎂渣-礦渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料的制備方法，該方法是利用可提供無機(jī)鋁硅酸鹽成分的鎂渣和礦渣為原料，在化學(xué)激發(fā)劑硅酸鈉的激發(fā)下，生成鎂渣-礦渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料；其中，鎂渣的重量為原料重量的4％-25％(原料指鎂渣和礦渣總重量)，化學(xué)激發(fā)劑硅酸鈉的用量為原料重量的0-15％，水渣比為0.28。其制備方法是在室溫下將配方量的原料置入凈漿攪拌機(jī)中攪拌，再將硅酸鈉水溶液加入拌和，形成混合均勻的漿體，成型，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)一天后脫模，然后室溫養(yǎng)護(hù)不同齡期，檢測其抗壓強(qiáng)度，該地質(zhì)聚合物膠凝材料28天齡期的抗壓強(qiáng)度最高可達(dá)65MPa。制備過程無需加熱、無三廢排放、綠色環(huán)保。
文檔編號C04B7/147GK102432206SQ20111027623
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月16日
發(fā)明者劉禮才, 張耀君, 徐勇, 徐德龍, 王亞超, 王晶, 蔣志容 申請人:西安建筑科技大學(xué)