CN106587672A - 一种抗酸碱重金属专用胶凝粉 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，它是由钢渣、炉渣、钙激化料制得，其制备方法包括以下步骤：①将钢渣、炉渣和钙激化料等原料进行混合，混合后加入至磨机中进行粗磨，制得混合颗粒物；②将混合颗粒物放置炉中进行高温煅烧，在高温煅烧过程中加入钙激化料进行化学反应，制得反应颗粒物；③将反应颗粒物放置磨机中进行精磨，精磨过程中进行均匀搅拌，制得混合粉末；④将混合粉末放置在325～500目的筛网中进行筛选，筛选得到的精细粉末即为抗酸碱重金属专用胶凝粉。本发明主要用于地下及裸露腐蚀的环境，解决了含毒废渣难以处置问题，使得毒渣制成建筑砖或井底深埋成为现实。

Description

一种抗酸碱重金属专用胶凝粉

技术领域

本发明涉及一种胶凝粉，具体为一种抗酸碱重金属专用胶凝粉。

背景技术

砷是一种对人体及其他生物体有毒害作用的致癌物质。自然界中的砷虽有单矿物存在，但多数是常与有色金属矿伴生，并随着精矿进入有色冶炼厂。砷在有色金属的提取过程中以硫化物或盐的状态不同程度地进入烟气、废水和废渣中，大部分厂家因找不到合适的处理方法，把大量的含砷酸渣堆存或以“三废”形式排放，这些含砷酸渣构成了我国有色冶金企业最主要的环境污染源，对企业的周边环境造成了很恶劣的影响，对其无害化处理成为亟待解决的问题。

含毒废渣特别是砷酸渣的科学处置一直是有色冶炼的历史难题。目前我国对砷酸渣等有害固体废物的主要处置方法是安全填埋。因此必须对砷酸渣等危险废物进行科学、安全地处置，以达到保护环境、充分利用资源的目的。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，它是由以下重量份数配比的原料制得：钢渣40～55份、炉渣30～40份、钙激化料15～30份；其制备方法包括以下步骤：

步骤1)、按照规定的重量份数称取钢渣、炉渣和30％的钙激化料进行混合，混合后加入至磨机中进行粗磨，制得混合颗粒物；按照规定的重量份数称取剩下的70％的钙激化料放置磨机中磨碎，制得钙激发料颗粒；

步骤2)、将经步骤1)制得的混合颗粒物放置炉中进行高温煅烧，煅烧温度控制在1650～2000℃，煅烧时间为2～4小时，制得反应颗粒物；

步骤3)、将经步骤2)制得的反应颗粒物与步骤1)制得的钙激发料颗粒放置磨机中进行精磨，精磨过程中进行均匀搅拌，制得混合粉末；

步骤4)、将步骤3)制得的混合粉末放置在325～500目的筛网中进行筛选，筛选得到的精细粉末即为抗酸碱重金属专用胶凝粉。

较佳情况下，所述钢渣、炉渣和钙激化料的重量份数配比为：钢渣40份，炉渣30份，钙激化料15份。

较佳情况下，所述钢渣、炉渣和钙激化料的重量份数配比为：钢渣48份，炉渣35份，钙激化料22份。

较佳情况下，所述钢渣、炉渣和钙激化料的重量份数配比为：钢渣55份，炉渣40份，钙激化料30份。

较佳情况下，所述钙激化料为废矿石和型煤在自动化机立窑内高温煅烧后的产物。

较佳情况下，所述筛网为400目。

较佳情况下，所述步骤2)煅烧温度控制在1650～2000℃。

较佳情况下，它包括如下成分：SiO₂、AL₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、SO₃。

本发明的有益效果：

1、本发明提供的一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，主要用于地下及裸露腐蚀环境，根据使用的性能要求分为早强盾构背衬注浆型和有色金属废渣固定含砷或铅等制成专用建材或填埋场所的固废加工型两种；解决了含毒废渣，特别是砷酸渣的难以处置问题，具有胶凝固化含毒废渣并确保其在饱水及酸碱环境中不软化不淅出的特点，使得毒渣制成建筑砖或井底深埋成为现实。

2、本发明提供的一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，采用钢渣、炉渣并在钙激化料的作用下产生的物质作为凝结物质，这种凝结物质不是由钙硅比C～S～Ⅱ、C～Ⅱ等抗水溶蚀能力差的物质组成，而是由碱土～铝硅酸盐水化合物、碱～碱土铝盐水化物、多种种类沸石半晶质物质等组成。这些物质的组成比较复杂，但在高水压(≥0.4MPa)饱水条件下，具有良好的耐久性能。

3、本发明提供的一种抗酸碱重金属专用胶凝粉采用钙激化料作为增稠剂和保水剂，利用其细度和吸附性加速粒子间的吸引和需水量来增加浆体的粘度和凝聚性能，从而达到在高水压饱水条件下，具有良好的抗水分散性能。

4、本发明提供的一种抗酸碱重金属专用胶凝粉主要利用经1650℃以上的高温煅烧形成f～CaO、f～MgO等成分使得在地下及酸碱侵蚀环境中能够持续发生微膨胀效应，而更加密实高强，从而具有抗酸碱溶蚀的良好性能。

5、本发明的钙激化料使得背衬注浆材料体系在很短的时间内生成硅凝胶，为空间网络结构，使背衬注浆料在高水压(≥0.4MPa)饱水条件下具有高的早强≥0.6MPa，同时利用炉渣、钢渣等潜在水硬性特点，用钙激化料激发上述成分，生成高耐久性的胶凝物质，使本产品在高水压饱水条件下具有高的耐久性能，采用钙激化料作为增稠剂和饱水剂，使本产品抗水溶蚀性能强，饱和水条件下5年抗压强度(软化系数)≥90％，利用f～CaO、f～MgO水化的微膨胀性能，其砂浆自由膨胀率为0.01％～0.03％，使材料能更好填充管片与围岩间隙，且施工方便，防止环纵缝渗漏，地面沉降得以控制在允许范围之内。

具体实施方式

以下通过实施例进一步对本发明做出阐释。

实施例1：

一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，它是由以下重量份数配比的原料制得：钢渣40份、炉渣30份、钙激化料15份，其中钙激化料为废矿石和型煤在自动化机立窑内高温煅烧后的产物；其制备方法包括以下步骤：

步骤1)、称取钢渣40份、炉渣30份、钙激化料4.5份，将称取的钢渣、炉渣、钙激化料进行混合，混合后加入至磨机中进行粗磨，制得混合颗粒物；称取钙激化料10.5份，放置磨机中磨碎，制得钙激发料颗粒；

步骤2)、将经步骤1)制得的混合颗粒物放置炉中进行高温煅烧，煅烧温度控制在1650～1800℃，煅烧时间为2小时，制得反应颗粒物；

步骤3)、将经步骤2)制得的反应颗粒物与步骤1)制得的钙激发料颗粒放置磨机中进行精磨，精磨过程中进行均匀搅拌，制得混合粉末；

步骤4)、将步骤3)制得的混合粉末放置在325目的筛网中进行筛选，筛选得到的精细粉末即为抗酸碱重金属专用胶凝粉。

优选的，一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，它包括如下成分：SiO₂、AL₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、SO₃。

实施例2：

一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，它是由以下重量份数配比的原料制得：钢渣48份、炉渣35份、钙激化料22份，其中钙激化料为废矿石和型煤在自动化机立窑内高温煅烧后的产物；其制备方法包括以下步骤：

步骤1)、称取钢渣40份、炉渣30份、钙激化料6.6份，将称取的钢渣、炉渣、钙激化料进行混合，混合后加入至磨机中进行粗磨，制得混合颗粒物；称取钙激化料15.4份，放置磨机中磨碎，制得钙激发料颗粒；

步骤2)、将经步骤1)制得的混合颗粒物放置炉中进行高温煅烧，煅烧温度控制在1800～1900℃，煅烧时间为3小时，制得反应颗粒物；

步骤3)、将经步骤2)制得的反应颗粒物与步骤1)制得的钙激发料颗粒放置磨机中进行精磨，精磨过程中进行均匀搅拌，制得混合粉末；

步骤4)、将步骤3)制得的混合粉末放置在400目的筛网中进行筛选，筛选得到的精细粉末即为抗酸碱重金属专用胶凝粉。

优选的，一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，它包括如下成分：SiO₂、AL₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、SO₃。

实施例3：

一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，它是由以下重量份数配比的原料制得：钢渣55份、炉渣40份、钙激化料30份，其中钙激化料为废矿石和型煤在自动化机立窑内高温煅烧后的产物；其制备方法包括以下步骤：

步骤1)、称取钢渣40份、炉渣30份、钙激化料9份，将称取的钢渣、炉渣、钙激化料进行混合，混合后加入至磨机中进行粗磨，制得混合颗粒物；称取钙激化料21份，放置磨机中磨碎，制得钙激发料颗粒；

步骤2)、将经步骤1)制得的混合颗粒物放置炉中进行高温煅烧，煅烧温度控制在1900～2000℃，煅烧时间为4小时，制得反应颗粒物；

步骤3)、将经步骤2)制得的反应颗粒物与步骤1)制得的钙激发料颗粒放置磨机中进行精磨，精磨过程中进行均匀搅拌，制得混合粉末；

步骤4)、将步骤3)制得的混合粉末放置在500目的筛网中进行筛选，筛选得到的精细粉末即为抗酸碱重金属专用胶凝粉。

优选的，一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，它包括如下成分：SiO₂、AL₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、SO₃。

本发明提供的一种抗酸碱重金属专用胶凝粉的硬化过程如下：

首先，本胶凝粉以钙激化料固化产生的网络结构形成材料的初始强度，钙激化料固化发生如下反应方式：

2[Na₂nSiO₂]+Na₂nSiF₂+mH₂O→NaF+(2n+1)SiO₂.mH₂O (1)

(2n+1)SiO₂→mH₂O→(2n+1)SiO₂→mH₂O (2)

其次工业废渣(沪渣、钢渣)中的SiO₂、AL₂O₃四面体在激化剂物相体系中发生溶解—缩聚—聚合产生高耐久的胶凝物质，胶凝物质结构上具有三维网状键接结构，其胶凝体系反应历程可分为以下三个阶段：

第一阶段：玻璃体中Si～O～Si受OH^-作用而解体，产生～Si～OH和～Si～O～，但是它是过渡化产物。H～O～H，OH～Si～O～AL～O键也有同样的过程，但是HO～Si～阴离子还可能聚合，使得断键反应减缓，然而当处于碱介质的环境中，聚合反应不会发生，因为有：

-Si-O-+Na⁺→-Si-O-Na

～Si～O～Na继续反应：

～Si～O～Na+OH～→～Si～O～Na......OH

-Si-O-Na⁺-OH+Ca²⁺→-Si-O-Ca-OH+Na⁺

因此，可以认为在这个阶段Na⁺和OH主要是对生成水化硅酸钙起催化作用，当然也不排除直接生成水化硅酸钙的反应：

Si～O～+Ca²⁺+OH→～Si～O～Ca～OH

第二阶段：已解体的～Si～O～Si～将再度聚合形成不稳定的五配位Si中心料子，根据液相中碱与SiO₂的比例大小而形成不同的C/S比和结构不同的水化物。在NaOH的作用下，当原料中C/S＝1，NaOH/SiO₂<1，＝1～5或>5时，分别生成1.13nm的多面结构介于长链和层状、链状水化硅酸钙和Na取代的(Na，Ca)HSiO₄，后者属于孤立的[SiO₄]四面体结构。这时还会生成低碱度的C～S～H凝胶和类沸石类矿物，如钠沸石、变针硅钙石以及混合碱～铝硅酸盐和碱～碱土铝硅酸盐水化物。因此第二阶段是碱金属离子参与反应的阶段。

第三阶段：上述最初形成的固相和胶体微粒生成晶体，同时导致水泥的结构形成。当碱度高时，水化产物主要是低碱度的C～S～H和混合的碱～碱土化合物，也存在一些由不稳定相转化生成的沸石和云母类矿物，这些矿物相对稳定，而且在水里的溶解度很小，可以提高材料的抗溶蚀性能。

表一为本胶凝剂与现有胶凝剂的试验对比数据。

该试验用尾砂为XX钨矿尾砂坝末分级的原尾砂。

经过试验对比，同条件配方下本胶凝剂比山东料强度提高在30％左右，比湖北料提高强度在10％以上且产品能散装密闭，运输做到了节能环保，更适合于XX钨矿尾砂的冲填。

表二为水泥与尾砂胶凝剂固结尾砂强度对比数据。

经过试验对比，同条件配方下尾砂胶凝剂比42.5级水泥抗压强度平均提高了5倍。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上对本发明所提供的一种抗酸碱重金属专用胶凝粉进行了详细介绍，本文中对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，其特征在于，它是由以下重量份数配比的原料制得：钢渣40～55份、炉渣30～40份、钙激化料15～30份；其制备方法包括以下步骤：

步骤1)、按照规定的重量份数称取钢渣、炉渣和30％的钙激化料进行混合，混合后加入至磨机中进行粗磨，制得混合颗粒物；按照规定的重量份数称取剩下的70％的钙激化料放置磨机中磨碎，制得钙激发料颗粒。

步骤2)、将经步骤1)制得的混合颗粒物放置炉中进行高温煅烧，煅烧温度控制在1650～2000℃，煅烧时间为2～4小时，制得反应颗粒物；

步骤3)、将经步骤2)制得的反应颗粒物与步骤1)制得的钙激发料颗粒放置磨机中进行精磨，精磨过程中进行均匀搅拌，制得混合粉末；

步骤4)、将步骤3)制得的混合粉末放置在325～500目的筛网中进行筛选，筛选得到的精细粉末即为抗酸碱重金属专用胶凝粉。

2.根据权利要求1所述的一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，其特征在于，所述钢渣、炉渣和钙激化料的重量份数配比为：钢渣40份，炉渣30份，钙激化料15份。

3.根据权利要求1所述的一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，其特征在于，所述钢渣、炉渣和钙激化料的重量份数配比为：钢渣48份，炉渣35份，钙激化料22份。

4.根据权利要求1所述的一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，其特征在于，所述钢渣、炉渣和钙激化料的重量份数配比为：钢渣55份，炉渣40份，钙激化料30份。

5.根据权利要求1所述的一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，其特征在于，所述钙激化料为废矿石和型煤在自动化机立窑内高温煅烧后的产物。

6.根据权利要求1所述的一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，其特征在于，所述筛网为400目。

7.根据权利要求1所述的一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，其特征在于，所述步骤2)中煅烧温度控制在1800～1900℃。

8.根据权利要求1所述的一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，其特征在于，所述步骤2)中煅烧时间为3小时。

9.根据权利要求1所述的一种抗酸碱重金属专用胶凝粉，其特征在于，它包括如下成分：SiO₂、AL₂O₃、Fe₂O₃、CaO、MgO、SO₃。