CN108218269B - 一种镍铁渣胶凝材料及其制备工艺 - Google Patents

一种镍铁渣胶凝材料及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

一种镍铁渣胶凝材料及其制备工艺,涉及一种镍铁渣胶凝材料,特别是镍铁渣制备的水泥及其制备方法,包括如下重量份的各物质:硅酸盐水泥熟料40‑70份、镍铁渣低温熟料30‑60份、石膏1‑2份,其中镍铁渣低温熟料包括如下重量份的各物质:镍铁渣20‑30份、生石灰9‑15份、石膏0.5‑1份、水5‑10份、碱性电解质0.2‑0.6份。其能有效解决镍铁渣堆放带来的环境问题,实现镍铁渣的高效资源化利用,减少水泥制备过程中CO2排放量,以镍铁渣低温熟料取代硅酸盐水泥熟料生产胶凝材料,同时制备的镍铁渣低温胶凝材料具有水化热低、抗硫酸盐侵蚀性能好的特点。

Description

一种镍铁渣胶凝材料及其制备工艺
技术领域
一种镍铁渣胶凝材料及其制备工艺,涉及一种镍铁渣胶凝材料,特别是镍铁渣制备的水泥及其制备方法。
背景技术
硅酸盐水泥的制备消耗大量优质石灰石资源、黏土资源和化石能源,排出CO2、SO2和NOx等气体。每生产一吨硅酸盐水泥就要排放约0.65~0.9吨CO2,水泥工业直接或间产生的CO2排放,占人类活动排放CO2总量的5%~10%。降低水泥工业的能源消耗、资源消耗和满足环保要求,是水泥工业绿色发展、循环发展和低碳发展的迫切任务。
镍铁渣在我国是继铁渣、钢渣、赤泥之后的第四大工业废弃物,目前每年产生的镍铁渣约3000万吨,绝大多数只是以露天方式堆存,不仅占用宝贵的土地资源,而且会带来地下水污染和粉尘污染。镍铁渣中主要含有SiO2、MgO、Fe2O3、Al2O3、CaO等成分,如何实现其资源化利用,是近年来的热点问题之一。
中国专利CN104163583A公开了一种利用镍铁合金尾渣生产环保型活性水泥基复合材料的方法,将3%-5%镍铁合金粉体、3%-5%熟料粉体、3%-5%干粉煤灰与3%-5%激发剂混合即得;其中,所述激发剂为碱性激发剂。其虽然能实现将工业废渣镍铁合金尾渣通过加工、激发改性后,掺入到水泥熟料中,不仅简单、易操作,而且对工业固体废弃物的资源化、提高资源综合利用率、节约和合理有效利用资源起到积极的推动作用;所得到的水泥基复合材料:1、能够提高混凝土力学性能;2、降低水泥和混凝土工程成本;3、显著降低混凝土水化热,改善混凝土的和易性,减少离析和泌水,减少大体积混凝土温差变化及内压力,抑制温差而产生的裂缝;4、能够有效抑制混凝土碱骨料反应;5、具有微集料效应。镍铁合金渣的这种利用方式,实际作用和该专利中所使用的干粉煤灰一样,作为水泥混合材掺入到水泥中,水泥制备中只要掺入混合材,无论是活性混合材还是非活性混合材,均能够起到上述作用。镍铁合金渣和粉煤灰中的活性组分,与水泥熟料矿物水化产物CH相反应,生成水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙。镍铁合金渣通过研磨和加入激发剂,以混合材方式掺入到水泥中,造成水泥早期强度发展较慢,且镍铁合金渣中的活性SiO2、Al2O3含量少,限制了其掺量,当掺量超过30%时,通常28d强度也会降低。制备中需要的激发剂含量高,会对混凝土耐久性产生一定影响。
也有中国专利CN102786239B公开的一种用镍炉渣生产水泥的方法,其生产过程是先将提镍炉渣与硅酸盐稳定剂进行湿磨,料浆经密封保温、稳定、烘干后,再与水泥熟料、石膏混合,进行磨细制得水泥;所述的硅酸盐稳定剂为水玻璃、活性硅微粉、丙三醇与氯化铝中的两种或大于两种的混合物,硅酸盐稳定剂加入量按照提镍炉渣原料中含MgO重量的0.1%-25%加入;在液固质量比1:(0.5-1)的条件下湿磨;所述的料浆经密封保温、稳定过程的温度为20℃-60℃,稳定时间为2-3天;与水泥熟料、石膏混合的经密封保温、稳定、烘干后的提镍炉渣占混合料总质量的30%-55%,石膏用量占混合料总质量的5%-8%。但其工艺较为复杂,周期长,质量不可控。
发明内容
本发明提供一种镍铁渣胶凝材料及其制备工艺,其能有效解决镍铁渣堆放带来的环境问题,实现镍铁渣的高效资源化利用,同时,有效降低硅酸盐水泥生产对不可再生资源的消耗,减少水泥制备过程中CO2排放量,以镍铁渣低温熟料取代硅酸盐水泥熟料生产胶凝材料,同时制备的镍铁渣低温胶凝材料具有水化热低、抗硫酸盐侵蚀性能好的特点。
为实现上述技术目的,本发明采取的技术方案为,一种镍铁渣胶凝材料,包括如下重量份的各物质:
硅酸盐水泥熟料 40-70份
镍铁渣低温熟料 30-60份
石膏 1-2份,
其中镍铁渣低温熟料包括如下重量份的各物质:
镍铁渣 20-30份
生石灰 9-15份
石膏 0.5-1份
水 5-10份
碱性电解质 0.2-0.6份。
作为本发明改进的技术方案,石膏包括无水石膏、二水石膏、半水石膏中一种或多种。
作为本发明改进的技术方案,硅酸盐水泥熟料、镍铁渣低温熟料、石膏均为粉体材料,且在80μm方孔筛筛余不高于5%。
作为本发明改进的技术方案,镍铁渣为SiO2质量含量在50%以上的水淬渣。
作为本发明改进的技术方案,碱性电解质包括苛性钠、纯碱中一种或两种。
本发明的另一目的是提供一种镍铁渣胶凝材料的制备工艺,包括如下步骤:
步骤一、配制镍铁渣低温熟料
A、镍铁渣低温熟料的各成分按配比量称取镍铁渣、生石灰、石膏、水与碱性电解质,并将其中固体组分研磨至80μm方孔筛筛余不高于5%;
B、将碱性电解质加入水中,搅拌至完全溶解得到碱性溶液,再将镍铁渣、生石灰、石膏加入碱性溶液中,搅拌均匀,经成球盘成球料,球料直径为7-10mm;
C、将球料在160-180℃、0.9-1.1MPa的水热釜中蒸压4-6h;
D、将蒸压后的球料在700-850℃下煅烧1-3h,压缩空气急冷;
E、将急冷后的球料再次研磨至80μm方孔筛筛余不高于5%的粉末;
步骤二、按硅酸盐水泥熟料40-70份、镍铁渣低温熟料30-60份、石膏1-2份分别称取硅酸盐水泥熟料、镍铁渣低温熟料、与石膏,混合搅拌均匀。
有益效果
相对于中国专利CN104163583A,该专利是直接利用渣的活性组分,而渣的活性组分很少;本发明是利用渣作为原料,生产出水泥熟料矿物,直接代替高温煅烧出的水泥熟料矿物。这是二者在本质上的区别。
同时,现有技术的镍铁渣中SiO2含量高,其次是MgO,还含有Fe2O3、CaO、Al2O3等组分,主要矿物为镁橄榄石、铁橄榄石及橄榄石固溶体和硅酸二钙,即使磨细后,活性依然较低,即活性SiO2、Al2O3含量较少,直接作为水泥混合材使用,与水泥熟料矿物C3S、C2S水化物相-氢氧化钙发生二次水化反应的组分少,因此,磨细镍铁渣作为水泥混合材,其掺入量较少(如中国专利CN104163583A公开的技术方案,以及CN102786239B公开的技术方案)。
本发明在胶凝材料组分设计上优先考虑了镍铁渣化学组成和矿物组成特点,将磨细镍铁渣、生石灰和石膏,在一定温度和压力共同作用下,[SiO4]4-聚合度被破坏,SiO2、Al2O3活性得到提高,与生石灰在有水的条件下,生成水化硅酸钙、水化铝酸钙和托贝莫来石;在进一步的低温煅烧中,主要形成高活性的C2S和少量铝酸盐相,同时不破坏镁橄榄石结构。工艺设计上既考虑了尽可能激发镍铁渣活性,提高镍铁渣低温熟料的胶凝性,还考虑了镍铁渣熟料的体积安定性,以保证镍铁渣低温胶凝材料的体积安定性。
与硅酸盐水泥相比,本发明具有水化热低、抗硫酸盐侵蚀性能好的特点。
综上,本发明采用SiO2含量高的镍铁渣制备胶凝材料,首先,实现了镍铁渣无害化处理,减少镍铁渣堆放对环境的污染;其次,实现了镍铁渣的高效资源化利用;第三,减少了硅酸盐水泥熟料的用量,从而降低了不可再生资源-优质石灰石和黏土的消耗量,且间接降低了水泥工业的CO2排放量。因此,本发明具有显著的环境效益。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的和技术方案更加清楚,下面将结合本申请实施例对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本申请的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解,除非另外定义,这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是,诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义,并且除非像这里一样定义,不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本文中涉及的硅酸盐水泥熟料为现有技术,可以直接按公开的配方制备,也可以直接购买。
实施例1:
镍铁渣低温熟料及其制备:以质量份计,80μm方孔筛筛余5%的镍铁渣30份,80μm方孔筛筛余5%的生石灰15份,80μm方孔筛筛余4.5%的半水石膏(以SO3计)1份,水10份,苛性钠0.4份;计量后,将苛性钠加入水中,搅拌至完全溶解,再加入镍铁渣、生石灰和半水石膏,搅拌均匀、经成球盘成球,料球直径φ7~φ10 mm;将料球在180℃、1.1MPa的水热釜中,蒸压6h;在850℃温度下,煅烧3h,压缩空气急冷,粉磨后80μm方孔筛筛余4.8%。
称量硅酸盐水泥熟料40份,镍铁渣低温熟料60份,半水石膏(以SO3计)1.6份,各组分80μm方孔筛筛余不高于5%,将各组分均化,即得镍铁渣胶凝材料。
该胶凝材料初凝95min,终凝185min;3d抗折强度4.6MPa, 3d抗压强度为19.4MPa;28d抗折强度6.8MPa, 28d抗压强度为47.7MPa;安定性合格。
实施例2:
镍铁渣低温熟料及其制备:以质量份计,80μm方孔筛筛余4.6%的镍铁渣28份,80μm方孔筛筛余4.5%的生石灰10份,二水石膏(以SO3计)0.5份,水8份,苛性钠0.2份;计量后,将苛性钠加入水中,搅拌至完全溶解,再加入镍铁渣、生石灰和二水石膏,搅拌均匀、经成球盘成球,料球直径φ7~φ10 mm;将料球在160℃、1.0MPa水热釜中蒸压5 h;在800℃温度下,煅烧2.5 h,压缩空气急冷,粉磨后80μm方孔筛筛余5%。
称量硅酸盐水泥熟料40份,镍铁渣低温熟料60份,二水石膏(以SO3计)1.6份,各组分80μm方孔筛筛余不高于5%,将各组分均化,即得镍铁渣胶凝材料。
该胶凝材料初凝105min,终凝215min;3d抗折强度3.2MPa, 3d抗压强度15.1MPa;28d抗折强度6.0MPa, 28d抗压强度38.6MPa;安定性合格。
实施例3:
镍铁渣低温熟料及其制备:以质量份计,80μm方孔筛筛余4.8%的镍铁渣24份,80μm方孔筛筛余4.2%的生石灰14份,无水石膏(以SO3计)0.8份,水7份,纯碱0.6份;计量后,将纯碱加入水中,搅拌至完全溶解,再加入镍铁渣、生石灰和无水石膏,搅拌均匀、经成球盘成球,料球直径φ7~φ10 mm;将料球在170℃、0.9MPa的水热釜中蒸压4 h;在700℃温度下,煅烧2.5 h,压缩空气急冷,粉磨后80μm方孔筛筛余3.5%。
称量硅酸盐水泥熟料50份,镍铁渣低温熟料50份,无水石膏(以SO3计)2份,各组分80μm方孔筛筛余不高于5%,将各组分均化,即得镍铁渣胶凝材料。
该胶凝材料初凝125min,终凝265min;3d抗折强度3.6MPa, 3d抗压强度17.8MPa;28d抗折强度6.7MPa, 28d抗压强度47.3MPa;安定性合格。
实施例4:
镍铁渣低温熟料及其制备:以质量份计,80μm方孔筛筛余4.2%的镍铁渣22份,80μm方孔筛筛余4.2%的生石灰9份,无水石膏(以SO3计)1份,水6份,纯碱0.4份;计量后,将纯碱加入水中,搅拌至完全溶解,再加入镍铁渣、生石灰和无水石膏,搅拌均匀、经成球盘成球,料球直径φ7~φ10 mm;将料球在170℃、0.9MPa的水热釜中蒸压5 h;在750℃温度下,煅烧1h,压缩空气急冷,粉磨后80μm方孔筛筛余4.0%。
称量硅酸盐水泥熟料70份,镍铁渣低温熟料30份,无水石膏(以SO3计)1份,各组分80μm方孔筛筛余不高于5%,将各组分均化,即得镍铁渣胶凝材料。
该胶凝材料初凝135min,终凝270min;3d抗折强度5.1MPa, 3d抗压强度23.4MPa;28d抗折强度7.6MPa, 28d抗压强度49.2MPa;安定性合格。
实施例5:
镍铁渣低温熟料及其制备:以质量份计,80μm方孔筛筛余4.5%的镍铁渣20份,80μm方孔筛筛余5%的生石灰9份,二水石膏(以SO3计)1份,水5份,纯碱0.3份;计量后,将纯碱加入水中,搅拌至完全溶解,再加入镍铁渣、生石灰和无水石膏,搅拌均匀、经成球盘成球,料球直径φ7~φ10 mm;在170℃、0.9MPa的水热釜中蒸压6 h;在750℃温度下,煅烧1.5 h,压缩空气急冷,粉磨后80μm方孔筛筛余5%。
称量硅酸盐水泥熟料60份,镍铁渣低温熟料40份,二水石膏(以SO3计)1份,各组分80μm方孔筛筛余不高于5%,将各组分均化,即得镍铁渣胶凝材料。
该胶凝材料初凝115min,终凝260min;3d抗折强度4.9MPa, 3d抗压强度21.2MPa;28d抗折强度6.3MPa, 28d抗压强度47.8MPa;安定性合格。
对比例1
镍铁渣作为水泥混合材使用,镍铁渣混合材的制备:以质量份计,80μm方孔筛筛余4.5%的镍铁渣20份,80μm方孔筛筛余5%的生石灰9份,二水石膏(以SO3计)1份,水5份,纯碱0.3份;即和对比专利1(CN104163583A)一样,作为水泥混合材加入到水泥中。这样的使用方法,也不能称之为镍铁渣低温熟料了。
称量硅酸盐水泥熟料60份,镍铁渣混合材40份,二水石膏(以SO3计)1份,各组分80μm方孔筛筛余不高于5%,将各组分均化,得掺镍铁渣胶凝材料。
该胶凝材料初凝180min,终凝410min;7d抗折强度3.9MPa,7d抗压强度12.3MPa;28d抗折强度5.1MPa,28d抗压强度22.5MPa;安定性合格。
对比例2
镍铁渣作为水泥混合材使用,镍铁渣混合材的制备:80μm方孔筛筛余4.2%的镍铁渣22份,80μm方孔筛筛余4.2%的生石灰9份,无水石膏(以SO3计)1份,水6份,纯碱0.4份;将各物质直接混合均匀,搅拌得到镍铁渣混合材。
称量硅酸盐水泥熟料70份,镍铁渣低温熟料30份,二水石膏(以SO3计)1份,各组分80μm方孔筛筛余不高于5%,将各组分均化,即得掺镍铁渣胶凝材料。
该胶凝材料初凝160min,终凝355min;7d抗折强度4.6MPa,7d抗压强度17.2MPa;28d抗折强度5.7MPa,28d抗压强度29.3MPa;安定性合格。
对于本领域技术人员而言,显然本申请不限于上述示范性实施例的细节,而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本申请。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种镍铁渣胶凝材料,其特征在于,包括如下重量份的各物质:
硅酸盐水泥熟料40-70份
镍铁渣低温熟料30-60份
石膏1-2份,
其中镍铁渣低温熟料包括如下重量份的各物质:
镍铁渣20-30份
生石灰9-15份
石膏0.5-1份
水5-10份
碱性电解质0.2-0.6份;镍铁渣为SiO2质量含量在50%以上的水淬渣;石膏包括无水石膏、二水石膏、半水石膏中一种或多种;碱性电解质包括苛性钠、纯碱中一种或两种。
2.根据权利要求1所述的一种镍铁渣胶凝材料,其特征在于,硅酸盐水泥熟料、镍铁渣低温熟料、石膏均为粉体材料,且在80μm方孔筛筛余不高于5%。
3.一种如权利要求1-2任一所述的镍铁渣胶凝材料的制备工艺,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一、配制镍铁渣低温熟料
A、镍铁渣低温熟料的各成分按配比量称取镍铁渣、生石灰、石膏、水与碱性电解质,并将其中固体组分研磨至80μm方孔筛筛余不高于5%;
B、将碱性电解质加入水中,搅拌至完全溶解得到碱性溶液,再将镍铁渣、生石灰、石膏加入碱性溶液中,搅拌均匀,经成球盘成球料,球料直径为7-10mm;C、将球料在160-180℃、0.9-1.1MPa的水热釜中蒸压4-6h;
D、将蒸压后的球料在700-850℃下煅烧1-3h,压缩空气急冷;
E、将急冷后的球料再次研磨至80μm方孔筛筛余不高于5%的粉末;
步骤二、按硅酸盐水泥熟料40-70份、镍铁渣低温熟料30-60份、石膏1-2份分别称取硅酸盐水泥熟料、镍铁渣低温熟料与石膏,混合搅拌均匀。
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