CN109467324B - 一种基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料及其制备方法 - Google Patents

一种基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于钢渣‑锰渣‑赤泥的高抗蚀胶凝材料及其制备方法。所述高抗蚀胶凝材料的组分是：高铁低钙水泥熟料为40～50wt％；钢渣微粉为30～40wt％；锰渣微粉为10～18wt％；赤泥微粉为5～10wt％；脱硫石膏微粉为0.5～3wt％。将高铁低钙水泥熟料、钢渣微粉、锰渣微粉、赤泥微粉和脱硫石膏微粉混合5～60分钟，制得基于钢渣‑锰渣‑赤泥的高抗蚀胶凝材料。经检测：7d抗折强度≥5.5MPa，7d抗压强度≥20MPa，28d抗折强度≥7MPa，28d抗压强度≥37MPa，抗蚀系数≥1.10；经90d海水浸泡后的增重≤1.7wt％、抗折强度≥6.5MPa和抗压强度≥35Mpa。本发明的冶金固体废弃物利用率高和制造成本低，所制制品性能优异。

Description

一种基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高抗蚀胶凝材料技术领域。具体涉及一种基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料及其制备方法。
背景技术
海工水泥是海洋工程建设过程中必不可少的基础材料。由于海水中存在大量Cl-、SO4 2-、Na+和Mg2+等离子，海工水泥必须具有高强、抗海水侵蚀及耐海水冲刷的性能。科技人员研究发现，掺入适当的硅灰、粉煤灰和矿渣等掺和料可以提高海工水泥材料的抗离子侵蚀能力。但是，硅灰存在资源匮乏、价格昂贵等问题，且其施工技术要求苛刻，当前除了一些重要工程之外，实际中的应用较少。粉煤灰和矿渣存在市场需求量大、区域分布不均匀的问题，导致供不应求和价格昂贵，且部分地区甚至比水泥价格还高。因此，大规模将硅灰、粉煤灰和矿渣用于制备海工水泥材料并不现实。
当前，钢渣、锰渣和赤泥等冶金固体废弃物的大量堆存不仅占用土地，而且破坏周边生态环境，严重影响了相关企业的经济效益以及周边居民的生活健康。为此，当前急需研究开发提高钢渣、电解锰渣和赤泥等冶金固废综合利用率的途径。
“一种52.5级钢渣硅酸盐水泥及其制备方法”(CN 102627419A)专利技术，该技术虽利用钢渣制备了高强度硅酸盐水泥，但要求钢渣微粉的比表≥600m2/kg，由于钢渣本征耐磨性差，工业化生产过程中难以满足该性能要求，因而不具备实际应用性；“一种电解锰渣生态水泥的制备方法”(CN 101948254A)专利技术，该技术虽利用电解锰渣制备了52.5水泥材料，但这种水泥材料的3天抗压强度低，不足17MPa，严重限制其应用领域；“一种利用赤泥制备高铁水泥的方法”(CN 103833245B)专利技术，该技术虽利用赤泥制备高铁水泥，但由于加入一定量的含铬及锰的矿化剂，容易造成重金属离子溢出，形成二次污染。
发明内容
本发明旨在克服现有技术缺陷，目的在于提供一种冶金固体废弃物利用率高和制造成本低的基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料的制备方法，用该方法制备的基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料性能优异。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料的组分是：高铁低钙水泥熟料为40～50wt％；钢渣微粉为30～40wt％；锰渣微粉为10～18wt％；赤泥微粉为5～10wt％；脱硫石膏微粉为0.5～3wt％。
按所述高抗蚀胶凝材料的组分，将所述高铁低钙水泥熟料、钢渣微粉、锰渣微粉、赤泥微粉和脱硫石膏微粉用混料机混合5～60分钟，制得基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料。
所述高铁低钙水泥熟料的物相组成是：
Figure BDA0001911430660000021
为23～34wt％，C3S为45～50wt％，C4AF为14～25wt％；所述高铁低钙水泥熟料的比表面积为360～380m2/kg，3天抗压强度≥17.0MPa，28天抗压强度≥42.5MPa。
所述钢渣微粉是将转炉钢渣或电炉钢渣经热焖和破碎处理后所得到的微粉；所述钢渣微粉的化学成分是：CaO为35～45wt％，SiO2为14～18wt％，Fe2O3为18～22wt％，Al2O3为5～7wt％，MgO为6～7wt％，f-CaO≤2.0wt％；所述钢渣微粉的比表面积≥500m2/kg，碱度系数≥1.9，活性指数≥85％。
所述锰渣微粉的制备方法是：以95～99wt％的锰废渣与1～5wt％的生石灰为原料，混合，再置于所述原料2～5倍的水中，静置24～48h，取出后烘干，即得锰渣微粉；所述锰渣微粉的比表面积≥380m2/kg，活性指数≥80％；
所述锰废渣的化学成分是：CaO为7～8wt％，SiO2为30～33wt％，Fe2O3为2.5～4wt％，Al2O3为8.5～10.5wt％，MnO为0.5～1.5wt％。
所述赤泥微粉的制备方法是：将拜耳法赤泥在600～750℃条件下煅烧1～4h，即得赤泥微粉；所述赤泥微粉的化学成分是：CaO为13～16wt％，SiO2为10～14wt％，Al2O3为19～23wt％，MgO为3.5～5.5wt％，Fe2O3≤31wt％；所述赤泥微粉的粒径≤75μm，比表面积≥360m2/kg。
所述脱硫石膏微粉的化学成分是：CaO≥32％，SO3为40～48wt％；所述脱硫石膏微粉的比表面积≥320m2/kg。
由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：
1.本发明利用30～40wt％钢渣微粉，10～18wt％锰渣微粉和5～10wt％赤泥微粉制备高抗蚀胶凝材料，具有冶金固体废弃物利用率高的特点。
2.本发明利用锰渣微粉作为硫酸盐激发剂，利用赤泥微粉作为碱激发剂，并通过两者耦合作用激发低品位钢渣微粉的活性，使其可代替部分高铁低钙水泥熟料制备高抗蚀胶凝材料，具有制造成本低的特点。
3.本发明制备的基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料经检测：7d抗折强度≥5.5MPa，7d抗压强度≥20MPa，28d抗折强度≥7MPa，28d抗压强度≥37MPa，抗蚀系数≥1.10；经90d海水浸泡后的增重≤1.7wt％、抗折强度≥6.5MPa和抗压强度≥35Mpa；性能优异，能作为高抗蚀水泥用于海洋工程领域。
因此，本发明的冶金固体废弃物利用率高和制造成本低，所制备的基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料性能优异，适用于海洋工程领域。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明，并非对其保护范围的限制。
为避免重复，先将本具体实施方式涉及的物料统一描述如下，实施例中不再赘述：
所述高铁低钙水泥熟料的物相组成是：
Figure BDA0001911430660000031
为23～34wt％，C3S为45～50wt％，C4AF为14～25wt％；所述高铁低钙水泥熟料的比表面积为360～380m2/kg，3天抗压强度≥17.0MPa，28天抗压强度≥42.5MPa。
所述钢渣微粉是将转炉钢渣或电炉钢渣经热焖和破碎处理后所得到的微粉；所述钢渣微粉的化学成分是：CaO为35～45wt％，SiO2为14～18wt％，Fe2O3为18～22wt％，Al2O3为5～7wt％，MgO为6～7wt％，f-CaO≤2.0wt％；所述钢渣微粉的比表面积≥500m2/kg，碱度系数≥1.9，活性指数≥85％。
所述锰渣微粉的制备方法是：以95～99wt％的锰废渣与1～5wt％的生石灰为原料，混合，再置于所述原料2～5倍的水中，静置24～48h，取出后烘干，即得锰渣微粉；所述锰渣微粉的比表面积≥380m2/kg，活性指数≥80％。
所述锰废渣的化学成分是：CaO为7～8wt％，SiO2为30～33wt％，Fe2O3为2.5～4wt％，Al2O3为8.5～10.5wt％，MnO为0.5～1.5wt％。
所述赤泥微粉的制备方法是：将拜耳法赤泥在600～750℃条件下煅烧1～4h，即得赤泥微粉；所述赤泥微粉的化学成分是：CaO为13～16wt％，SiO2为10～14wt％，Al2O3为19～23wt％，MgO为3.5～5.5wt％，Fe2O3≤31wt％；所述赤泥微粉的粒径≤75μm，比表面积≥360m2/kg。
所述脱硫石膏微粉的化学成分是：CaO≥32％，SO3为40～48wt％；所述脱硫石膏微粉的比表面积≥320m2/kg。
实施例1
一种基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料的组分是：高铁低钙水泥熟料为40～44wt％；钢渣微粉为36～40wt％；锰渣微粉为10～14wt％；赤泥微粉为7～10wt％；脱硫石膏微粉为0.5～3wt％。
按所述高抗蚀胶凝材料的组分，将所述高铁低钙水泥熟料、钢渣微粉、锰渣微粉、赤泥微粉和脱硫石膏微粉用混料机混合5～60分钟，制得基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料。
本实施例制备的基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料经检测：7d抗折强度为5.8～6.5MPa，7d抗压强度为22.4～26.1MPa，28d抗折强度为7.4～10.2MPa，28d抗压强度为37.4～40.2MPa，抗蚀系数为1.15～1.19；经90d海水浸泡后的增重1.38～1.54wt％、抗折强度为6.7～9.4MPa和抗压强度为36.1～39.6MPa；用试饼法和雷式夹法检测，安定性都合格。
实施例2
一种基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料的组分是：高铁低钙水泥熟料为43～47wt％；钢渣微粉为33～37wt％；锰渣微粉为12～16wt％；赤泥微粉为6～9wt％；脱硫石膏微粉为0.5～3wt％。
按所述高抗蚀胶凝材料的组分，将所述高铁低钙水泥熟料、钢渣微粉、锰渣微粉、赤泥微粉和脱硫石膏微粉用混料机混合5～60分钟，制得基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料。
本实施例制备的基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料经检测：7d抗折强度为5.7～6.9MPa，7d抗压强度为20.3～24.6MPa，28d抗折强度为7.5～10.6MPa，28d抗压强度为37.4～40.6MPa，抗蚀系数为1.17～1.22；经90d海水浸泡后的增重1.32～1.58wt％、抗折强度为6.9～9.7MPa和抗压强度为35.8～40.2MPa；用试饼法和雷式夹法检测，安定性都合格。
实施例3
一种基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料及其制备方法。本实施例所述制备方法是：
基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料的组分是：高铁低钙水泥熟料为46～50wt％；钢渣微粉为30～34wt％；锰渣微粉为14～18wt％；赤泥微粉为5～8wt％；脱硫石膏微粉为0.5～3wt％。
按所述高抗蚀胶凝材料的组分，将所述高铁低钙水泥熟料、钢渣微粉、锰渣微粉、赤泥微粉和脱硫石膏微粉用混料机混合5～60分钟，制得基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料。
本实施例制备的基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料经检测：7d抗折强度为5.8～7.3MPa，7d抗压强度为21.3～24.2MPa，28d抗折强度为7.2～9.9MPa，28d抗压强度为37.1～41.4MPa，抗蚀系数为1.14～1.21；经90d海水浸泡后的增重1.37～1.64wt％、抗折强度为6.7～9.4MPa和抗压强度为35.6～40.7MPa；用试饼法和雷式夹法检测，安定性都合格。
本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：
1.本具体实施方式利用30～40wt％钢渣微粉，10～18wt％锰渣微粉和5～10wt％赤泥微粉制备高抗蚀胶凝材料，具有冶金固体废弃物利用率高的特点。
2.本具体实施方式利用锰渣微粉作为硫酸盐激发剂，利用赤泥微粉作为碱激发剂，并通过两者耦合作用激发低品位钢渣微粉的活性，使其可代替部分高铁低钙水泥熟料制备高抗蚀胶凝材料，具有制造成本低的特点。
3.本具体实施方式制备的基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料经检测：7d抗折强度≥5.5MPa，7d抗压强度≥20MPa，28d抗折强度≥7MPa，28d抗压强度≥37MPa，抗蚀系数≥1.10；经90d海水浸泡后的增重≤1.7wt％、抗折强度≥6.5MPa和抗压强度≥35Mpa；性能优异，能作为高抗蚀水泥用于海洋工程领域。
因此，本具体实施方式的冶金固体废弃物利用率高和制造成本低，所制备的基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料性能优异，适用于海洋工程领域。

Claims (6)

1.一种基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料的制备方法，其特征在于所述高抗蚀胶凝材料的组分是：高铁低钙水泥熟料为40～50wt％，钢渣微粉为30～40wt％，锰渣微粉为10～18wt％，赤泥微粉为5～10wt％，脱硫石膏微粉为0.5～3wt％；其中，所述高铁低钙水泥熟料的比表面积为360～380m2/kg，3天抗压强度≥17.0MPa，28天抗压强度≥42.5MPa；所述钢渣微粉的比表面积≥500m2/kg，碱度系数≥1.9，活性指数≥85％；所述锰渣微粉的比表面积≥380m2/kg，活性指数≥80％；所述赤泥微粉的粒径≤75μm，比表面积≥360m2/kg；
按所述高抗蚀胶凝材料的组分，将所述高铁低钙水泥熟料、钢渣微粉、锰渣微粉、赤泥微粉和脱硫石膏微粉用混料机混合5～60分钟，制得基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料；
所述高铁低钙水泥熟料的物相组成是：
Figure 2
为23～34wt％，C3S为45～50wt％，C4AF为14～25wt％。
2.根据权利要求1所述的基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料的制备方法，其特征在于所述钢渣微粉是将转炉钢渣或电炉钢渣经热焖和破碎处理后所得到的微粉；所述钢渣微粉的化学成分是：CaO为35～45wt％，SiO2为14～18wt％，Fe2O3为18～22wt％，Al2O3为5～7wt％，MgO为6～7wt％，f-CaO≤2.0wt％。
3.根据权利要求1所述的基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料的制备方法，其特征在于所述锰渣微粉的制备方法是：以95～99wt％的锰废渣与1～5wt％的生石灰为原料，混合，再置于所述原料2～5倍的水中，静置24～48h，取出后烘干，即得锰渣微粉；
所述锰废渣的化学成分是：CaO为7～8wt％，SiO2为30～33wt％，Fe2O3为2.5～4wt％，Al2O3为8.5～10.5wt％，MnO为0.5～1.5wt％。
4.根据权利要求1所述的基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料的制备方法，其特征在于所述赤泥微粉的制备方法是：将拜耳法赤泥在600～750℃条件下煅烧1～4h，即得赤泥微粉；所述赤泥微粉的化学成分是：CaO为13～16wt％，SiO2为10～14wt％，Al2O3为19～23wt％，MgO为3.5～5.5wt％，Fe2O3≤31wt％。
5.根据权利要求1所述的基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料的制备方法，其特征在于所述脱硫石膏微粉的化学成分是：CaO≥32％，SO3为40～48wt％；所述脱硫石膏微粉的比表面积≥320m2/kg。
6.一种基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料，其特征在于所述基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料是根据权利要求1～5项中任一项所述基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料的制备方法所制备的基于钢渣-锰渣-赤泥的高抗蚀胶凝材料。
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