CN110342841A

CN110342841A - 一种海工氯氧镁水泥及其制备方法

Info

Publication number: CN110342841A
Application number: CN201910681233.5A
Authority: CN
Inventors: 毕万利; 陈啸洋; 关岩; 常钧; 赵九野; 孙美硕; 梁媛媛
Original assignee: Liaoning Science And Technology University Zhongchi Magnesium Building Material Technology Co Ltd; University of Science and Technology Liaoning USTL
Current assignee: Liaoning Science And Technology University Zhongchi Magnesium Building Material Technology Co Ltd; University of Science and Technology Liaoning USTL
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2019-10-18

Abstract

本发明属于建筑水泥材料技术领域，具体涉及一种海工氯氧镁水泥，并进一步公开其制备方法。本发明所述海工氯氧镁水泥，以合理配比的轻烧菱镁矿粉、氯化镁、水、提钛尾渣、硅灰、酒石酸、磷酸和减水剂为原料制备。本发明所述海工氯氧镁水泥，不仅其性能符合海洋工程领域的技术指标，且实现了工业废弃物‑提钛尾渣的高值高效利用，具有成本低、绿色环保、工业废弃物资源化利用、制备工艺简单等优势，是一种新型绿色胶凝材料。

Description

一种海工氯氧镁水泥及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑水泥材料技术领域，具体涉及一种海工氯氧镁水泥，并进一步公开其制备方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的飞速发展，港口码头、跨海大桥以及海堤等许多浸水工程建筑得到迅速发展，工程数量和规模大量增加。众所周知，沿海的水利工程主要应用普通海工硅酸盐水泥，但由于普通硅酸盐水泥抗折强度低、耐侵蚀能力差等原因，导致其在海水中的耐久性较差，这不仅提高了施工成本甚至会存在安全隐患问题。近年来，随着国家对海工材料质量要求的提高和需求量的增多，开发适用于海洋工程的抗海水侵蚀性强的胶凝材料迫在眉睫。

氯氧镁水泥是一种以MgO-MgCl₂-H₂O三元体系为反应体系的气硬性胶凝材料，与普通硅酸盐水泥性能相比，氯氧镁水泥的耐磨性高出普通硅酸盐水泥2-3倍，抗冲击性高出普通硅酸盐水泥1-5倍，抗折、抗压强度高出普通硅酸盐水泥1-3倍，抗冻性高出普通硅酸盐水泥2-4倍。此外，与普通硅酸盐水泥“两磨一烧”的制备工艺相比，氯氧镁水泥制造过程无需要烧结和蒸养，且制造过程中无粉尘、废气废水和放射性产物的生成，能耗也较普通硅酸盐水泥低，具有节能环保的优势。因此，氯氧镁水泥的发展有了更广阔的发展前景。

钒钛磁铁矿是我国四川攀枝花等地区大量富含的矿物资源，以攀钢为代表的企业通过高温碳化、低温氯化等一系列工艺将钒钛磁铁矿中的钛提取出来加以利用。但钛提取后，炉渣中随之产生了大量的提钛尾渣，仅以攀钢为例，每年的提钛尾渣生产量即高达数百万吨。实际生产中，钒钛磁铁矿经提钛处理后，产生的提钛尾渣中含有很高浓度的氯离子，导致提钛尾渣很难像普通尾矿渣等工业废弃物一样作为混合材料应用于普通硅酸盐水泥中，导致大量的提钛尾渣只能堆积储存而无法得到废物利用，即占用空间又导致大量资源浪费。随着国家对节能环保的日益重视，如何对于大量提钛尾渣进行废物利用也迫在眉睫。因此，开发一种基于提钛尾渣制备海工水泥的工艺，不仅可实现工业废弃物资源化利用，还会为相关企业带来大量的经济效益。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于工业废弃物-提钛尾渣制备的海工氯氧镁水泥，以解决现有技术中海工水泥耐久性较差以及提钛尾渣利用困难的问题；

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述海工氯氧镁水泥的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种海工氯氧镁水泥，包括如下重量份的制备原料：轻烧菱镁矿粉800-950重量份、氯化镁350-400重量份、水415-465重量份、提钛尾渣300-500重量份、硅灰40-80重量份、有机酸8-10重量份、磷酸4-6重量份、减水剂4-7重量份。

具体的，所述轻烧氧化镁粉中氧化镁含量为75-85％，活性氧化镁含量≥60％。

具体的，所述硅灰的比表面积≥20000m²/kg，二氧化硅含量≥90％。

具体的，所述提钛尾渣中自由氯离子含量≤4％。

具体的，所述减水剂为萘系减水剂。

具体的，所述有机酸包括酒石酸。

具体的，所述氯化镁为六水氯化镁。

本发明还公开了一种制备所述海工氯氧镁水泥的方法，包括如下步骤：

(1)取选定量的所述轻烧菱镁矿粉、氯化镁、水、提钛尾渣、硅灰、酒石酸、磷酸和减水剂混匀，得到浆料；

(2)将所述浆料倒入模具中进行养护成型；

(3)待养护龄期后，拆模并将试样置于空气中自然养护，即得。

具体的，所述步骤(2)中，控制所述养护步骤的相对湿度为60-70RH，温度为22-28℃。

具体的，所述步骤(3)中，所述自然养护步骤的温度≥20℃。

本发明所述海工氯氧镁水泥，以合理配比的轻烧菱镁矿粉、氯化镁、水、提钛尾渣、硅灰、酒石酸、磷酸和减水剂为原料制备。本发明所述海工氯氧镁水泥引入了对氯氧镁水泥耐侵蚀性能具有明显改善作用的工业废弃物-提钛尾渣，提钛尾渣中的氯离子可以参与到MgO-MgCl₂-H₂O三元反应体系中，形成的氯氧镁水泥的水化产物5Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O为氯氧镁水泥提供了较好的强度相，不仅将提钛尾渣中的氯离子合理利用，甚至提高了氯氧镁水泥的强度；同时，提钛尾渣中的活性CaO和SiO₂会与活性氧化镁反应形成C-S-H和M-S-H凝胶保护层，其包裹在试样表面，封闭了试样基体内部的气孔通道，有效提高了氯氧镁水泥自身的耐侵蚀性，延长了自身的使用寿命，解决了气硬性胶凝氯氧镁水泥耐水性及耐久性较差的问题；此外，海水中含有的硫酸根离子基团会吸附于5Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O表面，并进一步与5Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O中的镁离子配位形成Mg-O-SO₂(OH)，形成以C-S-H和M-S-H凝胶为内层，Mg-O-SO₂(OH)为外层的双重保护膜，更有效提高了氯氧镁水泥的耐侵蚀性能。

本发明所述海工氯氧镁水泥，其28天抗压强度＞60MPa、28天抗折强度＞15MPa、浸水28天软化系数＞0.90、28天氯离子扩散系数＜1.5×10^-12m²/s、耐蚀系数＞1.00，不仅其性能符合海洋工程领域的技术指标，且实现了工业废弃物-提钛尾渣的高值高效利用，具有成本低、绿色环保、工业废弃物资源化利用、制备工艺简单等优势，同时亦可为国家海洋工程节约成本，带来较高的经济效益。同时，所述海工氯氧镁水泥制造过程无需要烧结和蒸养，且制造过程中无粉尘、废气废水和放射性产物的生成，具有节能环保的功能且所需的能耗低，是一种新型绿色胶凝材料。

具体实施方式

本发明下述实施例中：

所述轻烧氧化镁为由低品位菱镁矿经常规185℃煅烧后所得，其中，氧化镁含量75-85％，活性氧化镁含量≥60％；

所述硅灰的比表面积≥20000m²/kg，二氧化硅含量≥90％；

所述提钛尾渣为钒钛磁铁矿经高温碳化、低温氯化工艺提钛后产生的废渣，其自由氯离子含量≤4％；

所述减水剂为常规萘系减水剂。

实施例1

本实施例所述海工氯氧镁水泥，包括如下制备原料：轻烧氧化镁粉800g、六水氯化镁350g、水455g、提钛尾渣500g、硅灰40g、酒石酸8g、磷酸4g、萘系减水剂7g。

本实施例所述海工氯氧镁水泥的制备方法包括如下步骤：

(1)取选定量取上述轻烧菱镁矿粉、氯化镁、水、提钛尾渣、硅灰、酒石酸、磷酸和减水剂，倒入搅拌机中，控制110-120r/min转速搅拌10分钟混匀，得到浆料；

(2)将得到的均匀料浆倒入至模具中，并将模具置于相对湿度为65RH，温度为25℃的环境中养护成型；

(3)待养护龄期至一天后，拆模，并将试样置于空气中，于≥20℃环境进行自然养护28天，即得。

实施例2

本实施例所述海工氯氧镁水泥，包括如下制备原料：轻烧氧化镁粉800g、六水氯化镁350g、水455g、提钛尾渣450g、硅灰40g、酒石酸8g、磷酸4g、萘系减水剂7g。

本实施例所述海工氯氧镁水泥的制备方法同实施例1。

实施例3

本实施例所述海工氯氧镁水泥，包括如下制备原料：轻烧氧化镁粉850g、六水氯化镁350g、水435g、提钛尾渣400g、硅灰40g、酒石酸8g、磷酸4g、萘系减水剂5.5g。

本实施例所述海工氯氧镁水泥的制备方法同实施例1。

实施例4

本实施例所述海工氯氧镁水泥，包括如下制备原料：轻烧氧化镁粉850g、六水氯化镁350g、水435g、提钛尾渣350g、硅灰40g、酒石酸8g、磷酸4g、萘系减水剂5.5g。

本实施例所述海工氯氧镁水泥的制备方法同实施例1。

实施例5

本实施例所述海工氯氧镁水泥，包括如下制备原料：轻烧氧化镁粉900g、六水氯化镁350g、水415g、提钛尾渣300g、硅灰40g、酒石酸8g、磷酸4g、萘系减水剂4g。

本实施例所述海工氯氧镁水泥的制备方法同实施例1。

实施例6

本实施例所述海工氯氧镁水泥，包括如下制备原料：轻烧氧化镁粉900g、六水氯化镁350g、水425g、提钛尾渣300g、硅灰80g、酒石酸8g、磷酸4g、萘系减水剂4g。

本实施例所述海工氯氧镁水泥的制备方法同实施例1。

实施例7

本实施例所述海工氯氧镁水泥，包括如下制备原料：轻烧氧化镁粉950g、六水氯化镁400g、水445g、提钛尾渣400g、硅灰60g、酒石酸10g、磷酸6g、萘系减水剂6g。

本实施例所述海工氯氧镁水泥的制备方法同实施例1。

实验例

对上述实施例1-7中制备的海工氯氧镁水泥进行性能测试，具体测试方法依据GB/T17167-1999《水泥胶砂强度检验方法》、JC/T1086-2008《水泥氯离子扩散系数检验方法》、GB/T749-2008《水泥抗硫酸盐侵蚀试验方法》等进行标准制品检测，具体测试结果见下表1。

表1海工氯氧镁水泥性能测试结果

从上表数据可知，本发明所述海工氯氧镁水泥的28天抗压强度＞60MPa、28天抗折强度＞15MPa、浸水28天软化系数＞0.90、28天氯离子扩散系数＜1.5×10^-12m²/s，耐蚀系数＞1.00，所述水泥制品符合海工水泥常规理化性能要求，同时实现了对提钛尾渣的大量利用，具有重要的环保意义。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种海工氯氧镁水泥，其特征在于，包括如下重量份的制备原料：轻烧菱镁矿粉800-950重量份、氯化镁350-400重量份、水415-465重量份、提钛尾渣300-500重量份、硅灰40-80重量份、有机酸8-10重量份、磷酸4-6重量份、减水剂4-7重量份。

2.根据权利要求1所述的海工氯氧镁水泥，其特征在于，所述轻烧氧化镁粉中氧化镁含量为75-85％，活性氧化镁含量≥60％。

3.根据权利要求1或2所述的海工氯氧镁水泥，其特征在于，所述硅灰的比表面积≥20000m²/kg，二氧化硅含量≥90％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的海工氯氧镁水泥，其特征在于，所述提钛尾渣中自由氯离子含量≤4％。

5.根据权利要求1-4任一项所述的海工氯氧镁水泥，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂。

6.根据权利要求1-5任一项所述的海工氯氧镁水泥，其特征在于，所述有机酸包括酒石酸。

7.根据权利要求1-6任一项所述的海工氯氧镁水泥，其特征在于，所述氯化镁为六水氯化镁。

8.一种制备权利要求1-7任一项所述海工氯氧镁水泥的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(2)将所述浆料倒入模具中进行养护成型；

9.根据权利要求8所述的制备所述海工氯氧镁水泥的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，控制所述养护步骤的相对湿度为60-70RH，温度为22-28℃。

10.根据权利要求8或9所述的制备所述海工氯氧镁水泥的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述自然养护步骤的温度≥20℃。