CN105967541A - 一种硫铝酸盐水泥促凝剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硫铝酸盐水泥促凝剂及其制备方法。其特征在于所述促凝剂包含有以下组分，各组分按重量份计，锂渣60‑85份，吸波组分0.5‑1份，无机组份5‑20份，有机组份5‑20份，各组分均为粉状材料。本发明促凝剂的掺量为1％‑5％，主要以快硬硫铝酸盐水泥用量为基数外掺，对快硬硫铝酸盐水泥具有很强的促凝作用，而且能够适应不同温度条件下施工，都能够实现快硬硫铝酸盐的快速凝结硬化，且不影响后期强度。

Description

一种硫铝酸盐水泥促凝剂及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种水泥行业的促凝剂技术，提供了一种硫铝酸盐水泥促凝剂及其制备方法。

背景技术

锂渣是锂辉石矿石经过1200℃高温煅烧后用硫酸法生产碳酸锂过程产生的副产品，即生产碳酸锂过程中，碳酸锂熟料经过浸出、过滤、洗涤后排出的废渣。其主要成分是氧化硅、氧化铝、氧化钙等，其中最主要的以无定型的二氧化硅存在，能和碱性物质发生反应，因此锂渣具有较高的活性。目前其主要作为掺合料或者部分替代水泥应用在建筑行业。

有研究表明，锂盐如LiOH，Li₂CO₃，LiCl等能够促进水泥混凝土的凝结硬化，缩短初凝时间，由于锂渣为锂辉石加酸提取锂盐后的残渣。锂渣中仍含有约千分之几剩余的锂，其主要以LiO₂或Li₂CO₃形式，再加上锂渣里面大部分的无定型SiO₂，具有潜在火山灰活性，所以锂渣有可以作为水泥促凝剂的潜在可能性。但是就水泥促凝而言，目前最主要的应用方式主要是直接加入或者经过简单的物理或化学方式处理就直接使用，由于锂盐没有充分激活，而且其含量也少，所以促凝效果有限。中国专利CN102775086A涉及一种水泥行业的促凝剂技术，具体的说是锂渣作为促凝剂在低碱硫铝酸盐水泥中的应用，在低碱硫铝酸盐熟料中掺入1％-5％的锂渣作促凝剂，锂渣化学成分包含:SiO₂35-38％；CaO10-15％；Al₂O₃30-35％；Fe₂O₃0.4-0.6％；MgO0.2-0.4％；LiO₂0.15-0.25％。锂渣掺入量为3％时效果最佳。虽然此配方能够降低水泥的凝结时间，但是其作用效果并不明显，不能达到速凝的地步，而且在冬季施工的时候，会受到很大的限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足，提供了一种硫铝酸盐水泥促凝剂及其制备方法，其不仅可以有效的利用锂渣，而且其性能能够有效的促进硫铝酸盐水泥的初凝时间和终凝时间，从而加快其早期强度发展，此外在冬季施工的时候，能够实现快速凝结硬化。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：一种硫铝酸盐水泥促凝剂，其包含有以下组分，锂渣60-85份，吸波组分0.5-1份，无机组份5-20份，有机组份5-20份，各组分均为粉状，按重量份计。

按上述方案，所述的锂渣为生产碳酸锂所产生的废渣，其中活性SiO₂、活性Al₂O₃和活性CaO占锂渣含量的80wt.％以上，Li₂O占锂渣含量的0.15wt.％-0.25wt.％，使用时需烘干磨细至粒径≤0.1mm。

按上述方案，所述的锂渣需经过微波激活，其微波激活处理的方式为：选用功率3-6KW，微波作用时间为5-10min即可。

按上述方案，所述的吸波组分为市售三氧化二铁，其纯度≥99.0wt.％。

按上述方案，所述的无机组分为生石灰与NaCl的混合物，其中生石灰与NaCl的复掺比例为1:2，质量比计。

按上述方案，所述的生石灰为快速生石灰，消化时间为7-9min，消化温度为95℃-97℃；所述的NaCl为市售分析纯，纯度≥99.0.wt％。

按上述方案，所述的有机组分为减水剂与甲酸钙的混合物，其中减水剂与甲酸钙的复掺比例为2:1，质量比计。

按上述方案，所述的减水剂为三聚氰胺高效减水剂或者萘系减水剂。

所述的硫铝酸盐水泥促凝剂的制备方法，包括有以下步骤：

1)锂渣烘干后，在球磨机中粉末至粒径≤0.1mm，加入市售三氧化二铁作为吸波组分，混合均匀；

2)混合均匀的锂渣与三氧化二铁加入微波处理的仪器中，将微波功率调到3-6KW，处理时间5-10min即可；

3)微波处理后的锂渣、无机组分与有机组分按比例混合均匀后即可使用。

本发明促凝剂的掺量为1％-5％，主要以快硬硫铝酸盐水泥用量为基数外掺，对快硬硫铝酸盐水泥具有很强的促凝作用，而且能够适应不同温度条件下施工，都能够实现快硬硫铝酸盐的快速凝结硬化，且不影响后期强度。

采用上述原料和方法制备一种硫铝酸盐水泥促凝剂的技术原理主要如下：

1)本发明所用的锂渣需要经过微波激活处理，微波与常规的加热方式由外部热源通过热辐射对物质进行由表及里的传导式加热不同，微波加热是通过电磁场中介质损耗吸收微波而引起的体加热，这种加热意味着将微波电磁能转变为热能，其能量是通过空间和媒质以电磁波形式来传递的。微波与物质作用的原理与特性，使反应物可以通过吸收微波能使内部分子或离子间产生摩擦而生热，从而促进化学反应的发生；另外，材料内部极性分子吸收微波时会改变分子排列等烩或嫡效应，从而降低了反应活化能，导致改变反应动力学，促进材料的内部反应，从而达到激活锂渣的目的，可以使锂渣中的锂盐更容易溶出，达到更容易促凝的效果。为了达到更好激活锂渣的目的，需要在锂渣中掺加一些电导率和极化损耗适中的物质，用于锂渣内部的吸波加热，便于更有效的激活锂渣，本发明需要在锂渣中掺入三氧化二铁粉末，掺入量在锂渣含量的1％左右。

2)本发明除了采用微波激活锂渣以外，为了能够在冬季环境温度较低的情况下，促凝剂能够很好的使用情况，外掺了有机组分和无机组分的外加剂，其中无机组分掺入为生石灰，以及无机盐氯化钠，生石灰的主要成分为CaO，其中生石灰的快速水化放热，能够有效的提高反应速率，而且掺入水化生成的氢氧化钙能够与水泥中的矿物相反应生成钙矾石，有利于其早期强度的提高，而且氯化钠小分子盐本身对水泥有促凝作用，可以弥补促凝剂在冬季施工的不足。而有机组分组分主要是由促凝部分甲酸钙以及减水剂组成，不仅可以使水泥的能够在冬季使用，而且可以使硫铝酸盐水泥的初凝时间在5分钟以内，而且在使用本发明作为促凝剂的时候，无需增加其他的外加剂，即能够保证水泥的快凝早强，而且具有良好的使用性能。

本发明的有益效果为：(1)本发明材料主体部分是工业生产碳酸锂产生的废渣，利用其生产硫铝酸盐水泥促凝剂，不仅能够变废为宝，而且具有良好的经济效益。(2)相比于现在的技术，本发明的该材料具有优良的工作性能，尤其是能够实现硫铝酸盐水泥的快速凝结硬化，有很强的温度适用性，在冬季施工的时候也能实现快速凝结硬化。(3)本发明可以很好的拓展硫铝酸盐水泥的应用范围，不仅可以很好的应用在喷射水泥上面，而且对目前3D打印材料方向也具有较好的实用性。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本申请之发明，但实施例不应视作对本发明权利的限定。

下列实施例中采用的锂渣为生产碳酸锂产生的废渣，其中活性SiO₂、活性Al₂O₃和活性CaO占锂渣含量的80wt.％以上，Li₂O 0.15wt.％-0.25wt.％。三氧化二铁，生石灰，NaCl，甲酸钙以及减水剂均为市售材料，其中生石灰为快速石灰，消化时间为7-9min，消化温度为95℃-97℃；NaCl与三氧化二铁为市售工业级，纯度≥99.0％；甲酸钙为白色粉末；减水剂为三聚氰胺高效减水剂或者萘系减水剂，前者为白色流动性粉末，后者为棕色流动性粉末。

实施例1

一种硫铝酸盐水泥促凝剂的制备方法，锂渣85份，三氧化二铁0.85份，生石灰与NaCl组成的无机组份15份(生石灰与NaCl复掺比例为1:2)，甲酸钙与三聚氰胺高效减水剂有机组份10份(三聚氰胺高效减水剂与甲酸钙的复掺比例为2:1)，各组分均为粉状材料，锂渣烘干后，在球磨机中粉末至粒径≤0.1mm，加入三氧化二铁作为吸波材料，混合均匀。混合均匀的锂渣与三氧化二铁加入微波处理的仪器中，将微波功率调到3-6KW，处理时间5-10min即可。微波处理后的锂渣无机组分与有机组分混合均匀后即可使用。

使用方法是：在硫铝酸盐水泥掺加1％的该锂渣促凝剂。混合均匀后，加入30％-35％的水，初凝时间为4min50s，终凝时间为6min。

实施例2

一种硫铝酸盐水泥促凝剂的制备方法，锂渣85份，三氧化二铁0.85份，生石灰与NaCl组成的无机组份15份(生石灰与NaCl复掺比例为1:2)，甲酸钙与萘系减水剂有机组份10份(萘系减水剂与甲酸钙的复掺比例为2:1)，各组分均为粉状材料，锂渣烘干后，在球磨机中粉末至粒径≤0.1mm，加入三氧化二铁作为吸波材料，混合均匀。混合均匀的锂渣与三氧化二铁加入微波处理的仪器中，将微波功率调到3-6KW，处理时间5-10min即可。微波处理后的锂渣无机组分与有机组分按相应的比例混合均匀后即可使用。

使用方法是：在硫铝酸盐水泥掺加3％的该锂渣促凝剂。混合均匀后，加入30％-35％的水，初凝时间为2min50s，终凝时间为4min.

实施例3

一种硫铝酸盐水泥促凝剂的制备方法，锂渣60份，三氧化二铁0.6份，生石灰与NaCl组成的无机组份15份(生石灰与NaCl复掺比例为1:2)，甲酸钙与三聚氰胺高效减水剂有机组份15份(三聚氰胺高效减水剂与甲酸钙的复掺比例为2:1)，各组分均为粉状材料，锂渣烘干后，在球磨机中粉末至粒径≤0.1mm，加入三氧化二铁作为吸波材料，混合均匀。混合均匀的锂渣与三氧化二铁加入微波处理的仪器中，将微波功率调到3-6KW，处理时间5-10min即可。微波处理后的锂渣无机组分与有机组分按相应的比例混合均匀后即可使用。

使用方法是：在硫铝酸盐水泥掺加1％的该锂渣促凝剂。混合均匀后，加入30％-35％的水，初凝时间为3min50s，终凝时间为5min20s.

实施例4

一种硫铝酸盐水泥促凝剂的制备方法，锂渣60份，三氧化二铁0.6份，生石灰与NaCl组成的无机组份15份(生石灰与NaCl复掺比例为1:2)，甲酸钙与萘系减水剂有机组份15份(萘系减水剂与甲酸钙的复掺比例为2:1)，各组分均为粉状材料，锂渣烘干后，在球磨机中粉末至粒径≤0.1mm，加入三氧化二铁作为吸波材料，混合均匀。混合均匀的锂渣与三氧化二铁加入微波处理的仪器中，将微波功率调到3-6KW，处理时间5-10min即可。微波处理后的锂渣无机组分与有机组分按相应的比例混合均匀后即可使用。

使用方法是：在硫铝酸盐水泥掺加4％的该锂渣促凝剂。混合均匀后，加入30％-35％的水，初凝时间为2min30s，终凝时间为3min20s.

实施例5

一种硫铝酸盐水泥促凝剂的制备方法，锂渣70份，三氧化二铁0.7份，生石灰与NaCl组成的无机组份15份(生石灰与NaCl复掺比例为1:2)，甲酸钙与萘系减水剂有机组份15份(萘系减水剂与甲酸钙的复掺比例为2:1)，各组分均为粉状材料，锂渣烘干后，在球磨机中粉末至粒径≤0.1mm，加入三氧化二铁作为吸波材料，混合均匀。混合均匀的锂渣与三氧化二铁加入微波处理的仪器中，将微波功率调到3-6KW，处理时间5-10min即可。微波处理后的锂渣无机组分与有机组分按相应的比例混合均匀后即可使用。

使用方法是：在硫铝酸盐水泥掺加2％的该锂渣促凝剂。混合均匀后，加入30％-35％的水，初凝时间为2min50s，终凝时间为3min40s.

实施例6

一种硫铝酸盐水泥促凝剂的制备方法，锂渣70份，三氧化二铁0.7份，生石灰与NaCl组成的无机组份20份(生石灰与NaCl复掺比例为1:2)，甲酸钙与萘系减水剂有机组份20份(萘系减水剂与甲酸钙的复掺比例为2:1)，各组分均为粉状材料，锂渣烘干后，在球磨机中粉末至粒径≤0.1mm，加入三氧化二铁作为吸波材料，混合均匀。混合均匀的锂渣与三氧化二铁加入微波处理的仪器中，将微波功率调到3-6KW，处理时间5-10min即可。微波处理后的锂渣无机组分与有机组分按相应的比例混合均匀后即可使用。

使用方法是：在硫铝酸盐水泥掺加1％的该锂渣促凝剂。混合均匀后，加入30％-35％的水，初凝时间为2min20s，终凝时间为3min10s.

实施例7

一种硫铝酸盐水泥促凝剂的制备方法，锂渣80份，吸波组分0.8份，生石灰与NaCl组成的无机组份20份(生石灰与NaCl复掺比例为1:2)，甲酸钙与三聚氰胺高效减水剂有机组份20份(三聚氰胺高效减水剂与甲酸钙的复掺比例为2:1)，各组分均为粉状材料，锂渣烘干后，在球磨机中粉末至粒径≤0.1mm，加入三氧化二铁作为吸波材料，混合均匀。混合均匀的锂渣与三氧化二铁加入微波处理的仪器中，将微波功率调到3-6KW，处理时间5-10min即可。微波处理后的锂渣无机组分与有机组分按相应的比例混合均匀后即可使用。

使用方法是：在硫铝酸盐水泥掺加4％的该锂渣促凝剂。混合均匀后，加入30％-35％的水，初凝时间为1min50s，终凝时间为2min40s.

本发明所列举的各原料，以及本发明各原料的上下限、区间取值，以及工艺参数的上下限、区间取值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。

Claims (9)

1.一种硫铝酸盐水泥促凝剂，其包含有以下组分，锂渣60-85份，吸波组分0.5-1份，无机组份5-20份，有机组份5-20份，各组分均为粉状，按重量份计。

2.根据权利要求1的硫铝酸盐水泥促凝剂，其特征在于所述的锂渣为生产碳酸锂所产生的废渣，其中活性SiO₂、活性Al₂O₃和活性CaO占锂渣含量的80wt.％以上，Li₂O占锂渣含量的0.15wt.％-0.25wt.％，使用时需烘干磨细至粒径≤0.1mm。

3.根据权利要求2的硫铝酸盐水泥促凝剂，其特征在于所述的锂渣需经过微波激活，其微波激活处理的方式为：选用功率3-6KW，微波作用时间为5-10min即可。

4.根据权利要求1的硫铝酸盐水泥促凝剂，其特征在于所述的吸波组分为市售三氧化二铁，其纯度≥99.0wt.％。

5.根据权利要求1的硫铝酸盐水泥促凝剂，其特征在于所述的无机组分为生石灰与NaCl的混合物，其中生石灰与NaCl的复掺比例为1:2，质量比计。

6.根据权利要求5的硫铝酸盐水泥促凝剂，其特征在于所述的生石灰为快速生石灰，消化时间为7-9min，消化温度为95℃-97℃；所述的NaCl为市售分析纯，纯度≥99.0.wt％。

7.根据权利要求1的硫铝酸盐水泥促凝剂，其特征在于所述的有机组分为减水剂与甲酸钙的混合物，其中减水剂与甲酸钙的复掺比例为2:1，质量比计。

8.根据权利要求7的硫铝酸盐水泥促凝剂，其特征在于所述的减水剂为三聚氰胺高效减水剂或者萘系减水剂。

9.权利要求1所述的硫铝酸盐水泥促凝剂的制备方法，包括有以下步骤：

1)锂渣烘干后，在球磨机中粉末至粒径≤0.1mm，加入市售三氧化二铁作为吸波组分，混合均匀；

2)混合均匀的锂渣与三氧化二铁加入微波处理的仪器中，将微波功率调到3-6KW，处理时间5-10min即可；

3)微波处理后的锂渣、无机组分与有机组分按比例混合均匀后即可使用。