CN103435280A - 一种高性能水泥混合材的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高性能水泥混合材的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将锰渣经烘干机烘干，经球磨机或立式辊磨机磨至一定的细度，过0.08mm方孔筛筛余小于4.0；比表面积大于450m2/kg；(2)向过筛后的锰渣粉中加入沸石继续球磨得到水泥混合材，其中沸石的重量占混合物料重量的15％。该方法操作简单，使得锰渣得到了最大程度的资源化利用，避免了环境污染；采用该方法处理锰渣得到的锰渣粉各项性能符合国家标准，可替代目前市场上常用的粉煤灰、矿粉等水泥混合材，具有较强的实用价值。

Description

一种高性能水泥混合材的制备方法
技术领域
本发明提供一种高性能水泥混合材的制备方法，属于工业固体废物资源化利用技术领域。
背景技术
锰渣是锰合金及高锰铁生产过程中排放的工业废渣，是以硅酸盐为主的熔融物、冷却粒状物。其化学成份主要是SiO2、CaO、Al2O3、Fe2O3、MgO、MnO等，难以直接应用于水泥生产。目前利用锰渣的技术还不很全面成熟，冶炼过程中产生的大量锰渣多采取堆填处理，不仅占用大量土地，增加企业成本，并且堆填锰渣中的Mn、Cr元素在雨水的作用下很容易流失和污染水质。现有对锰渣的利用仅限于洗沙选锰、作为保温材料，且这些工艺落后，利用率太低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用锰渣制备高性能水泥混合材的方法，采用该方法处理锰渣得到的锰渣粉各项性能符合国家标准，可替代目前市场上常用的粉煤灰、矿粉等水泥混合材，具有较强的实用价值。
本发明的基本构思：
本发明采用物理激发和化学激发相结合对锰渣的活性进行激发，使锰渣的晶型发生改变。
1、物理激发
物理激发是指固体物质在机械力作用下被粉碎，颗粒尺寸减小的同时引起晶格缺陷、畸变、结晶度降低甚至变为无定型物质的过程。它导致固体物质的性质变化，化学活性提高，降低与其它物质反应的条件，甚至诱发新的化学反应。物理激发对废渣的作用可以归纳为：
(1)物理效应：颗粒和晶粒细化，产生裂纹，表观和真密度变化，比表面积增大；
(2)晶态物质：产生晶格缺陷，晶格畸变，结晶度降低甚至无定形化，晶型转变；
(3)化学变化：含结晶水或OH羟基的脱水，降低体系反应活化能，形成新化合物的晶核或结晶，形成合金或固溶体，化学键的断裂，体系发生化学变化。
2、化学激发
通过化学激发剂对废渣进行化学激发可使废渣的活性得到激发，使其水化后的强度得到提高。锰渣由于参与化学反应对水泥强度的贡献作用为锰渣的化学效应，包含玻璃体解体后自身发挥潜在水硬活性的水化反应和吸收熟料水化产物Ca(OH)2发生的火山灰反应，即锰渣的化学效应包含潜在效应和火山灰效应。实际上锰渣水泥的水化过程并不像理论模型那么简单，即使锰渣玻璃体解体后发生自水化反应的产物也可能再与Ca(OH)2继续反应，因此锰渣粉的这两种化学效应很难区分。再者，锰渣粉发挥潜在活性的水化作用也是在Ca(OH)2这种碱性介质的环境下，习惯上将与Ca(OH)2有关的反应统称为火山灰效应。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高性能水泥混合材的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)将锰渣经烘干机烘干，经球磨机或立式辊磨机磨至一定的细度，过0.08mm方孔筛筛余小于4.0；比表面积大于450m2/Kg；
(2)向过筛后的锰渣粉中加入沸石继续球磨得到水泥混合材，其中沸石的重量占混合物料重量的15％。
所述步骤(2)中锰渣粉与沸石混合球磨时间由产品的细度来决定，只要能使得到的水泥混合材的粒度达到过0.08mm方孔筛筛余小于4.0；比表面积大于450m2/Kg的目标即可。为了提高球磨效率，球磨的温度控制在40～90℃。
在本发明的方法中，采用烘干和球磨使得锰渣颗粒在强大机械力作用下受到剧烈的冲击，颗粒尺寸减小的同时内部结构发生破坏，产生晶格缺陷、晶格畸变，结晶度降低甚至无定形化；局部可能产生等离子体过程并伴随有受激电子发射，诱发物质间的化学反应，减低反应温度和活化能，因此提高了锰渣的活性。
在本发明的方法中，选择了沸石作为化学激发剂。沸石是一种活性较强的水泥混合材，其中含有大量的活性Al3+，这些离子吸附在锰渣颗粒表面，增加了胶砂体系中核的数量，使锰渣很容易与浆体中的Ca(OH)2反应，这样就加速了熟料的水化过程及锰渣的火山灰反应。沸石结构非常疏散，内部物质结构重新调整，使得Al3+的释放能力改变，Al3+与锰渣水泥中的铝酸盐矿物迅速反应生成钙矾石，又使CH的浓度降下来，促进硅酸三钙、硅酸二钙的水化，进而保证火山灰活性的更完全激发，从而保证整个过程中胶砂体强度的稳定增长。
本发明具有以下优点：
本发明通过将废弃锰渣烘干后通过球磨机磨细，激发其潜在活性，然后加入沸石作为化学激发剂继续球磨得到所需的锰渣粉。所制得的锰渣粉按标准试验，各项性能符合国家标准，能满足水泥混合材的技术要求，可替代目前市场上常用的粉煤灰、矿粉等水泥混合材。采用本发明可以使锰渣得到了最大程度的资源化利用，避免了环境污染，具有较强的实用价值。
具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
将20吨锰渣经过烘干机烘干，烘干后的锰渣经球磨机球磨至粒度为通过0.08mm方孔筛筛余为3.8，比表面积为550m2/kg，过筛后的锰渣质量为19.9吨，向筛余后的锰渣粉中加入沸石，继续球磨，其中沸石占混合物料重量的15％。球磨时间为30min，球磨温度为60℃，球磨后的物料即为所需的锰渣粉。将得到的锰渣粉按照标准实验测定各项性能参数，结果如表1所示。
表1锰渣粉的各项性能参数
Figure BDA0000368008880000031
从表1所示的数据可以看出，所得的锰渣粉的各项性能符合国家标准规定，能够满足水泥混合材的技术要求，可作为水泥混合材批量使用。
实施例2
为找出适合的锰渣粉细度，进行锰渣粉的细度与活性的关系试验，试验选取比表面积为444、542、648m2/kg的三种锰渣粉，GB12957-91的方法测定其活性指数，结果如表2所示。
表2
结果表明：随着比表面积的提高，锰渣粉的活性提高，考虑到粉磨电耗的因素，认为粉磨到比表面积450m2/kg以上时，活性能满足要求，经济效益最好。
实施例3
为找出锰渣粉最大限度地在水泥生产过程中的掺加量，选取曲阳金隅水泥有限公司的硅酸盐熟料，都掺加5％的脱硫石膏作缓凝剂，分别加30％、40％、50％的锰渣粉做试验，结果如表3所示。
表3
Figure BDA0000368008880000041
从以上数据可以看出：即使锰渣粉的掺加量达到50％，所检测出来的物理强度能满足国标32.5水泥强度等级的要求。
经过上述工艺方法制备的锰渣粉各项性能均满足水泥对混合材的要求，降低了水泥的需水量，增加了水泥在混凝土使用。

Claims (3)

1.一种高性能水泥混合材的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将锰渣经烘干机烘干，经球磨机或立式辊磨机磨至一定的细度，过0.08mm方孔筛筛余小于4.0；比表面积大于450m2/Kg；
(2)向过筛后的锰渣粉中加入沸石继续球磨得到水泥混合材，其中沸石的重量占混合物料重量的15％。
2.根据权利要求1所述的高性能水泥混合材的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中球磨后的水泥混合材的粒度为过0.08mm方孔筛筛余小于4.0；比表面积大于450m2/Kg。
3.根据权利要求1所述的高性能水泥混合材的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中球磨的温度控制在40～90℃。
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