CN102225851A - 一种胶固粉及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无机材料领域，具体涉及一种采用钢铁行业矿渣制备的胶固粉及其制备方法，所制备的胶固粉中含有含钡硫铁铝酸盐水泥的成分，除了上述成分外，还含有硫酸铝等成分，充分提高了胶固粉中铝元素的含量，从而提高了整个胶固粉的强度和粘合性，同时充分利用了现有钢铁行业中的矿渣，实现了废物利用，取得了良好的经济和环境效益。

Description

一种胶固粉及其制备方法
技术领域
本发明属于无机材料领域，具体涉及一种采用钢铁行业矿渣制备的胶固粉及其制备方法。
背景技术
现有的胶结材料有3种，即普通工业水泥，胶固粉和高水速凝材料。3种材料各有利弊，其中胶固粉作为尾砂充填的胶结材料优点突出，胶固粉是一种全水速凝胶结充填复合材料，可以广泛的应用于矿业采空区填充，以及作为矿道内的填充物，由于其具有较好的水固性，可以在很短的时间内完成凝固，可以实现短时间内完成对矿道及采空区的支护。
现在的钢铁冶炼行业中，每年矿渣的产量极大，其主要含有二氧化硅、三氧化二铝、氧化钙、氧化镁、某些矿渣中还含有微量的氧化钛、氧化钒、氧化钠、氧化钡、氧化磷、三氧化二铬，由于其中的大多数物质无法得到有效的利用，现有的处理工艺均无法将其充分回收，这样就造成了严重的环境污染和资源浪费，现有的工艺中虽然有文献提出采用将其制备成水泥使用，但是由于其成分含量复杂，所制备的水泥品质不高，且由于其中的活性较低，早期强度较差，所制备的建筑材料强度普遍不高，无法达到建筑行业的标准，更加达不到矿业采空区填充的标准，这就大大限制了其应用，而用其制备胶固粉的技术虽有报道，但是由于其配比问题，早期强度和水化后的胶凝效果都达不到预期的要求，因此极大的限制了该项技术的发展。
发明内容
本发明针对现有技术中胶固粉和矿渣处理存在的诸多问题，将二者结合，提供了一种主要采用采用钢铁行业矿渣制备的胶固粉及其制备方法，所制备的胶固粉中含有含钡硫铁铝酸盐水泥的成分，除了上述成分外，还含有硫酸铝等成分，充分提高了胶固粉中铝元素的含量，从而提高了整个胶固粉的强度和粘合性，同时充分利用了现有钢铁行业中的矿渣，实现了废物利用，取得了良好的经济和环境效益。
本发明提供的具体技术方案是：一种胶固粉，其特征在于：其组分配比按照重量份计：
Figure BSA00000455400000011
之所以采用上述的配比，主要是考虑到当以矿渣，特别是钢铁行业的矿渣作为主料时，由于其中的各种分成和含量较为复杂，为了保证所制备的胶固粉达到品质上的要求，同时尽可能的实现矿渣的回收利用，发明人结合整个配比，将矿渣的用量限定在上述的范围内；之所以采用硅酸盐水泥熟料，是由于该水泥熟料中的含有碱性成分，可以激活矿渣细粉的早期强度，由于上述的两种材料，特别是作为主材的矿渣，存在着活性低强度差的特点，发明人为了改善这一缺陷，特别采用了硫酸铝和含钡硫铁铝酸盐水泥作为调节成分，其中，硫酸铝采用的是物质的单质，添加了上述二者后，配比中的铝元素含量较大，可以有效的提高整个胶固粉的铝元素含量，这样一来，在水化过程中，铝元素的大量存在，可以形成具有交联作用的胶凝材料，可以与矿渣进行有效的结合，以提高其早期强度，从而克服将矿渣作为主材后胶固粉存在的种种弊端。
上述的矿渣一般选自炼铁或炼钢矿渣，矿渣中氧化钙、二氧化硅、氧化铝的重量分数之和大于90％。建立了这样的选择标准，就可以在众多矿渣中选择最为合适的来制备胶固粉，其中限定上述三者的总含量，主要是为了保证整个胶固粉在水化并固化后的强度，且能够更好的与铝元素水化时产生的胶凝材料结合，从而在根本上提高胶固粉的早期强度。
而所采用的含钡硫铁铝酸盐水泥为水泥熟料中含重量份数50％的硫铁铝酸钡钙，20％硅酸二钙，20％硅酸三钙，5％铝酸三钙，5％铁铝酸盐；所述的硫铁铝酸钡钙的分子式为：(3-x)CaO.xBaO.(3-y)AL2O3.yFe2O3CaSO4(x，y＝1-2)，之所以优选这种含钡硫铁铝酸盐水泥，是由于其中含有的硫铁铝酸钡钙，可以最大程度的提高整个配比中的铝元素含量，较之现有的同类水泥，具有早期强度高、硬化速度快的特点，除此之外本发明所采用的这种水泥还存在着进一步提高含铝量的好处，从而提高了整个胶固粉的性能，与背景技术中所提到的
(3-X)CaO.XBaO.(3-y)AL2O3.yFe2O3CaSO4(x，y＝0.10-3)相比，由于进一步的限定了x，y的量，可以更好的适应本发明的整体配比，从而更好的发挥这种水泥的特性，同时限定了所采用水泥中铝元素的用量，为整个配比中的总体铝元素含量平衡提供了有力的保证，与其他配比组分配合，提高了整个胶固粉的早期强度和水凝速度，较现有技术更好的发挥了其有益效果，也为其他组分的发挥提供了有利条件。
为了达到更好的效果，发明人对上述的配比进行了进一步的限定，将其配比控制在：
Figure BSA00000455400000021
当选用这种配比时，各种物料的作用得到了最大化的发挥，且最大程度上利用的矿渣，可以取得更好的经济和环境效益。
制备本发明所述的这种胶固粉的方法如下：
首先将配方量的矿渣粉碎，磨成325目的细粉，之后将上述的细粉与配方量的硅酸盐水泥熟料、硫酸铝、含钡硫铁铝酸盐水泥混合，磨成325目的细粉既得。
首先将矿渣粉碎，是为了后续的混合更加均匀，之所以将其细度限定在325目，主要是考虑到这样可以增大接触的面积，从而提高各种物料之间的相互作用，并极大程度的激活矿渣细粉的早期强度，使得胶固粉获得更好的品质和应用效果，一旦过细，则会影响其水中的凝结度，而一旦研磨不到上述的标准，则会降低接触面积，进而降低整个胶固粉的早期强度。
通过上述的配比和制备方法所获得的胶固粉，其抗压强度/抗折强度(Mpa)达到了1天8.6/2.2；3天16/3.9；28天48.1/8.6，可见其早期强度较高，且整个的抗压和抗折性能都很好，可以广泛的应用在建筑行业中。
综上所述，本发明所制备的胶固粉中含有含钡硫铁铝酸盐水泥的成分，除了上述成分外，还含有硫酸铝等成分，充分提高了胶固粉中铝元素的含量，从而提高了整个胶固粉的强度和粘合性，同时充分利用了现有钢铁行业中的矿渣，实现了废物利用，将胶固粉生产和矿渣的综合利用有机的结合在一起，且生产工艺简单，可以广泛的推广应用，取得了良好的经济和环境效益。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种胶固粉，其组分配比如下：
炼钢矿渣40Kg 硅酸盐水泥熟料35Kg 硫酸铝6Kg 含钡硫铁铝酸盐水泥19Kg
其中，矿渣中的氧化钙、二氧化硅、氧化铝的重量分数之和为93％，所采用的含钡硫铁铝酸盐水泥中含重量分数50％的硫铁铝酸钡钙，20％硅酸二钙，20％硅酸三钙，5％铝酸三钙，5％铁铝酸盐；所述的硫铁铝酸钡钙的分子式为：(3-x)CaO.xBaO.(3-y)AL2O3.yFe2O3CaSO4(x，y＝1-2)；
其制备工艺如下：
将40Kg的炼钢矿渣粉碎，磨成325目细粉，并与35Kg硅酸盐水泥熟料、6Kg硫酸铝、19Kg含钡硫铁铝酸盐水泥混合，同样磨成325目的细粉既得。
实施例2
一种胶固粉，其组分配比如下：
炼钢矿渣50Kg 硅酸盐水泥熟料37Kg 硫酸铝4.5Kg 含钡硫铁铝酸盐水泥15Kg
其中，矿渣中的氧化钙、二氧化硅、氧化铝的重量分数之和为97％，所采用的含钡硫铁铝酸盐水泥中含重量分数50％的硫铁铝酸钡钙，20％硅酸二钙，20％硅酸三钙，5％铝酸三钙，5％铁铝酸盐；所述的硫铁铝酸钡钙的分子式为：(3-x)CaO.xBaO.(3-y)AL2O3.yFe2O3CaSO4(x，y＝1-2)；
其制备工艺如下：
将50Kg的炼钢矿渣粉碎，磨成325目细粉，并与37Kg硅酸盐水泥熟料、4.5Kg硫酸铝、15Kg含钡硫铁铝酸盐水泥混合，磨成325目的细粉既得。
实施例3
一种胶固粉，其组分配比如下：
炼钢矿渣60Kg 硅酸盐水泥熟料30Kg 硫酸铝5Kg 含钡硫铁铝酸盐水泥20Kg
其中，矿渣中的氧化钙、二氧化硅、氧化铝的重量分数之和为95％，所采用的含钡硫铁铝酸盐水泥中含重量分数50％的硫铁铝酸钡钙，20％硅酸二钙，20％硅酸三钙，5％铝酸三钙，5％铁铝酸盐；所述的硫铁铝酸钡钙的分子式为：(3-x)CaO.xBaO.(3-y)AL2O3.yFe2O3CaSO4(x，y＝1-2)；
其制备工艺如下：
将60Kg的炼钢矿渣粉碎，磨成325目细粉，并与30Kg硅酸盐水泥熟料、3Kg硫酸铝、17Kg含钡硫铁铝酸盐水泥混合，同样磨成325目的细粉既得。
实施例4
一种胶固粉，其组分配比如下：
炼钢矿渣65Kg 硅酸盐水泥熟料25Kg 硫酸铝6Kg 含钡硫铁铝酸盐水泥15Kg
其中，矿渣中的氧化钙、二氧化硅、氧化铝的重量分数之和为93％，所采用的含钡硫铁铝酸盐水泥中含重量分数50％的硫铁铝酸钡钙，20％硅酸二钙，20％硅酸三钙，5％铝酸三钙，5％铁铝酸盐；所述的硫铁铝酸钡钙的分子式为：(3-x)CaO.xBaO.(3-y)AL2O3.yFe2O3CaSO4(x，y＝1-2)；
其制备工艺如下：
将65Kg的炼钢矿渣粉碎，磨成325目细粉，并与25Kg硅酸盐水泥熟料、6Kg硫酸铝、15Kg含钡硫铁铝酸盐水泥混合，磨成325目的细粉既得。
实施例5
一种胶固粉，其组分配比如下：
炼钢矿渣72Kg 硅酸盐水泥熟料45Kg 硫酸铝3Kg 含钡硫铁铝酸盐水泥25Kg
其中，矿渣中的氧化钙、二氧化硅、氧化铝的重量分数之和为96％，所采用的含钡硫铁铝酸盐水泥中含重量分数50％的硫铁铝酸钡钙，20％硅酸二钙，20％硅酸三钙，5％铝酸三钙，5％铁铝酸盐；所述的硫铁铝酸钡钙的分子式为：(3-x)CaO.xBaO.(3-y)AL2O3.yFe2O3CaSO4(x，y＝1-2)；
其制备工艺如下：
将上述配方量的炼钢矿渣粉碎，磨成325目细粉，并与上述配方量的硅酸盐水泥熟料、硫酸铝、含钡硫铁铝酸盐水泥混合，同样磨成325目的细粉既得。
比较例1
采用莱芜电厂粉煤灰和南下冶煤矿煤矸石废石破碎后的碎石料作为主要材料，辅以硅酸盐水泥熟料，按照灰料比1∶10，粉煤灰与碎石料之比为1∶2进行混合，之后加水按照常规方法制备成为试块，上述均为重量比；
同时将按照实施例1的配比和方法制备的胶固粉代替上述的硅酸盐水泥熟料，按照同样的比例制备为试块，其制备方法与上述技术相同，试块的尺寸为边长为8cm的正方体，
将上述两种试块在标准养护室中养护，温度为18-22℃，相对湿度95％以上，养护3天，7天，28天，之后将不同养护期的试块送检，其结果如下：
Figure BSA00000455400000051
可见采用本发明所述配比和方法制备的胶固粉，在添加到灰料中后，获得的试块早期强度高，较之现有技术的胶固材料的早期强度有了极大的提高，同时后期的各种抗压和抗折强度均高于现有技术也有了极大的提高。

Claims (5)

1.一种胶固粉，其特征在于：其组分配比按照重量份计：
Figure FSA00000455399900011
2.根据权利要求1所述胶固粉，其特征在于：所述的矿渣为炼铁或炼钢矿渣，矿渣中氧化钙、二氧化硅、氧化铝的重量分数之和大于90％。
3.根据权利要求1或2所述胶固粉，其特征在于：所述的含钡硫铁铝酸盐水泥为水泥熟料中含重量份数50％的硫铁铝酸钡钙，20％硅酸二钙，20％硅酸三钙，5％铝酸三钙，5％铁铝酸盐；所述的硫铁铝酸钡钙的分子式为：
(3-x)CaO.xBaO.(3-y)AL2O3.yFe2O3CaSO4(x，y＝1-2)。
4.根据权利要求1所述的胶固粉，其特征在于：其组分配比按照重量份计：
Figure FSA00000455399900012
5.制备如权利要求1所述的胶固粉，其步骤如下：
首先将配方量的矿渣粉碎，磨成细粉，其细度为325目，之后将上述的细粉与配方量的硅酸盐水泥熟料、硫酸铝、含钡硫铁铝酸盐水泥混合，磨成325目的细粉既得。
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