CN108609874A - 一种铜渣基无机胶凝材料的制备方法 - Google Patents

一种铜渣基无机胶凝材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铜渣基无机胶凝材料的制备方法，属于建材技术领域。本发明利用富含铁氧化物的冶炼铜渣与磷酸二氢钾反应，制备高强、凝固速度适中的铁系磷酸盐化学键合材料，并用其作为基体材料固化重金属，再通过引入化学激发剂改变铜渣硅酸盐水泥的外部条件来加速激发铜渣和水泥水化产物之间的二次火山灰反应生成C‑S‑H，从而提高其火山灰活性，改善水泥体系的性能，当引入熟石灰、硫酸钠时，即可破坏薄膜层，同时，铜渣中的O‑Si‑O‑Al‑O不规则的锁链结构被打断，SiO2，CaO，MgO，Al2O3等活性离子向外溶出，促使二次火山灰反应顺利进行，生成C‑S‑H凝胶等具有强度的胶凝性物质，使水泥基材料强度提高，同时对改善水泥基材料的抗侵蚀性能具有重要作用。

Description

一种铜渣基无机胶凝材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种铜渣基无机胶凝材料的制备方法，属于建材技术领域。
背景技术
目前高炉矿渣和粉煤灰的综合利用率比较高，约在80%和70%左右，而钢渣、磷渣、铜渣和锰渣等固体废弃物的综合利用率则不足30%，所以这些利用率不高的废渣被大量堆放，不仅占用土地资源，还造成严重的大气污染、土壤污染和水资源污染，危害自然环境和人类健康。因此，提高工业固废的综合利用率，将对环境保护和维持生态平衡等方面具有重要的意义。
随着铜冶炼工业的迅速发展，带来了大量铜渣的排放，但是由于利用率不高，所以目前也被大量堆放处理。铜渣是经冶炼工艺后产生的一种有色金属废渣，属于改性矿物型，主要的化学成分为Fe2O3、SiO2、CaO、MgO、A12O3等，但是铜渣中含有大量的Fe2O3，约占50%左右，可见铜渣中含有大量的铁成分，众多研究表明铜渣中的铁成分以铁橄榄石和磁铁矿等矿物形态存在，这些物相互相嵌布使得铁的提炼成本高、产率低、含硅量高，从而导致了铜渣中铁的回收受阻。
铜渣与水泥胶凝材料有相似的化学成分，具备一定火山灰反应活性，因此一些学者在铜渣掺入水泥胶凝材料方面展开了一系列研究。但是铜渣中也存在着一定量的重金属元素，而这些重金属很可能会带入水泥材料中造成污染，且由于铜渣中铁含量过高，钙含量过低，导致铜渣的水化活性较低，极大限制了它在新型胶凝材料中的应用，因此，改善铜渣的反应活性显得尤为重要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对现有铜渣中也存在着一定量的重金属元素，而这些重金属很可能会带入水泥材料中造成污染，且由于铜渣中铁含量过高，钙含量过低，导致铜渣的水化活性较低，极大限制了它在新型胶凝材料中的应用的问题，提供了一种铜渣基无机胶凝材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种铜渣基无机胶凝材料的制备方法，具体步骤为：
（1）将铜渣装入球磨机中球磨，得预处理铜渣；
（2）取预处理铜渣、磷酸二氢钾、硼砂、去离子水装入拌料桶中混合搅拌后过滤得滤渣，将滤渣干燥至恒重，得改性铜渣；
（3）取改性铜渣、水泥、熟石灰、硫酸钠装入研磨机中研磨，过100目筛，得复合胶凝材料；
（4）将复合胶凝材料与去离子水搅拌至均匀，再加入天然砂并搅拌均匀成浆体，将浆体倒入模具中振捣成型，得粗坯；
（5）将粗坯置于相对湿度为50～60%，温度为20～30℃的环境中养护2～3天，脱模得试件；
（6）将试件置于相对湿度为80～95%、温度为20～30℃的标准室中养护25～28天，得铜渣基无机胶凝材料。
步骤（1）所述预处理铜渣比表面积为500～600m2/kg。
步骤（2）所述物料重量份为400～500份预处理铜渣，100～120份磷酸二氢钾，10～12份硼砂，1000～2000份去离子水。
步骤（3）所述原料重量份为300～400份改性铜渣，700～800份水泥，10～20份熟石灰，20～30份硫酸钠。
步骤（4）所述去离子水用量为复合胶凝材料质量的40～60%。
步骤（4）所述天然砂用量为复合胶凝材料质量的2～3倍。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
本发明利用富含铁氧化物的冶炼铜渣与磷酸二氢钾反应，制备高强、凝固速度适中的铁系磷酸盐化学键合材料，并用其作为基体材料固化重金属，再通过引入化学激发剂改变铜渣硅酸盐水泥的外部条件来加速激发铜渣和水泥水化产物Ca(OH)2之间的二次火山灰反应生成C-S-H，从而提高其火山灰活性，改善水泥体系的性能，由于铜渣是矿石原料经过高温冶炼、水淬得到的，因此铜渣是具有高能玻璃体结构的冶炼废渣，作为混合材掺入水泥基材料时，调水拌合后，铜渣表面形成的致密酸性薄膜层阻止了其内部物质与水结合，参与水化反应，当引入熟石灰、硫酸钠时，即可破坏薄膜层，同时，铜渣中的O-Si-O-Al-O不规则的锁链结构被打断，SiO2，CaO，MgO，Al2O3等活性离子向外溶出，促使二次火山灰反应顺利进行，生成C-S-H凝胶等具有强度的胶凝性物质，使水泥基材料强度提高，同时对改善水泥基材料的抗侵蚀性能具有重要作用。
具体实施方式
将铜渣装入球磨机中球磨至比表面积为500～600m2/kg，得预处理铜渣，取400～500g预处理铜渣，100～120g磷酸二氢钾，10～12g硼砂，1～2L去离子水装入拌料桶中混合，以200～300r/min搅拌30～40min后过滤得滤渣，将滤渣置于干燥箱中，在70～80℃下干燥至恒重，得改性铜渣，取300～400g改性铜渣，700～800g水泥，10～20g熟石灰，20～30g硫酸钠，装入研磨机中研磨，过100目筛，得复合胶凝材料，将复合胶凝材料倒入搅拌锅中，加入复合胶凝材料质量40～60%的去离子水搅拌至均匀，再加入复合胶凝材料质量2～3倍的天然砂并搅拌均匀成浆体，随后将浆体倒入模具中振捣成型，得粗坯，将粗坯置于相对湿度为50～60%，温度为20～30℃的环境中养护2～3天，脱模得试件，将试件置于相对湿度为80～95%、温度为20～30℃的标准室中养护25～28天，得铜渣基无机胶凝材料。
将铜渣装入球磨机中球磨至比表面积为500m2/kg，得预处理铜渣，取400g预处理铜渣，100g磷酸二氢钾，10g硼砂，1L去离子水装入拌料桶中混合，以200r/min搅拌30min后过滤得滤渣，将滤渣置于干燥箱中，在70℃下干燥至恒重，得改性铜渣，取300g改性铜渣，700g水泥，10g熟石灰，20g硫酸钠，装入研磨机中研磨，过100目筛，得复合胶凝材料，将复合胶凝材料倒入搅拌锅中，加入复合胶凝材料质量40%的去离子水搅拌至均匀，再加入复合胶凝材料质量2倍的天然砂并搅拌均匀成浆体，随后将浆体倒入模具中振捣成型，得粗坯，将粗坯置于相对湿度为50%，温度为20℃的环境中养护2天，脱模得试件，将试件置于相对湿度为80%、温度为20℃的标准室中养护25天，得铜渣基无机胶凝材料。
将铜渣装入球磨机中球磨至比表面积为550m2/kg，得预处理铜渣，取450g预处理铜渣，110g磷酸二氢钾，11g硼砂，1L去离子水装入拌料桶中混合，以250r/min搅拌35min后过滤得滤渣，将滤渣置于干燥箱中，在75℃下干燥至恒重，得改性铜渣，取350g改性铜渣，750g水泥，15g熟石灰，25g硫酸钠，装入研磨机中研磨，过100目筛，得复合胶凝材料，将复合胶凝材料倒入搅拌锅中，加入复合胶凝材料质量50%的去离子水搅拌至均匀，再加入复合胶凝材料质量2倍的天然砂并搅拌均匀成浆体，随后将浆体倒入模具中振捣成型，得粗坯，将粗坯置于相对湿度为55%，温度为25℃的环境中养护2天，脱模得试件，将试件置于相对湿度为90%、温度为25℃的标准室中养护27天，得铜渣基无机胶凝材料。
将铜渣装入球磨机中球磨至比表面积为600m2/kg，得预处理铜渣，取500g预处理铜渣，120g磷酸二氢钾，12g硼砂，2L去离子水装入拌料桶中混合，以300r/min搅拌40min后过滤得滤渣，将滤渣置于干燥箱中，在80℃下干燥至恒重，得改性铜渣，取400g改性铜渣，800g水泥，20g熟石灰，30g硫酸钠，装入研磨机中研磨，过100目筛，得复合胶凝材料，将复合胶凝材料倒入搅拌锅中，加入复合胶凝材料质量60%的去离子水搅拌至均匀，再加入复合胶凝材料质量3倍的天然砂并搅拌均匀成浆体，随后将浆体倒入模具中振捣成型，得粗坯，将粗坯置于相对湿度为60%，温度为30℃的环境中养护3天，脱模得试件，将试件置于相对湿度为95%、温度为30℃的标准室中养护28天，得铜渣基无机胶凝材料。
对照例：山东某公司生产的铜渣胶凝材料。
将实例及对照例的铜渣基无机胶凝材料进行检测，具体检测结果如下：
按照GB/T12957-2005《水泥胶砂强度检验方法（ISO）法》制成水泥砂浆试件，标养24 h后拆模，试件标养28 d后测试胶砂强度。
表1性能表征对比表
检测项目 实例1 实例2 实例3 对照例
抗折强度/MPa 8.8 8.9 9.1 7.5
抗压强度/MPa 59.2 59.6 61.2 51.9
Pb浸出质量浓度mg/L 0.02 0.02 0.01 0.09
由表1可知，本发明制备的铜渣胶凝材料具有较高的胶砂强度，重金属浸出量小，是较为理想的建材。

Claims (6)

1.一种铜渣基无机胶凝材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）将铜渣装入球磨机中球磨，得预处理铜渣；
（2）取预处理铜渣、磷酸二氢钾、硼砂、去离子水装入拌料桶中混合搅拌后过滤得滤渣，将滤渣干燥至恒重，得改性铜渣；
（3）取改性铜渣、水泥、熟石灰、硫酸钠装入研磨机中研磨，过100目筛，得复合胶凝材料；
（4）将复合胶凝材料与去离子水搅拌至均匀，再加入天然砂并搅拌均匀成浆体，将浆体倒入模具中振捣成型，得粗坯；
（5）将粗坯置于相对湿度为50～60%，温度为20～30℃的环境中养护2～3天，脱模得试件；
（6）将试件置于相对湿度为80～95%、温度为20～30℃的标准室中养护25～28天，得铜渣基无机胶凝材料。
2.如权利要求1所述的一种铜渣基无机胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述预处理铜渣比表面积为500～600m2/kg。
3.如权利要求1所述的一种铜渣基无机胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述物料重量份为400～500份预处理铜渣，100～120份磷酸二氢钾，10～12份硼砂，1000～2000份去离子水。
4.如权利要求1所述的一种铜渣基无机胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述原料重量份为300～400份改性铜渣，700～800份水泥，10～20份熟石灰，20～30份硫酸钠。
5.如权利要求1所述的一种铜渣基无机胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述去离子水用量为复合胶凝材料质量的40～60%。
6.如权利要求1所述的一种铜渣基无机胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述天然砂用量为复合胶凝材料质量的2～3倍。
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