CN110655338A - 铜渣-矿渣基胶凝材料、制备方法及应用 - Google Patents

铜渣-矿渣基胶凝材料、制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种铜渣‑矿渣基胶凝材料、制备方法及应用，该铜渣‑矿渣基胶凝材料包括：铜渣粉、矿渣粉、碱激发剂、生石灰、硅酸盐水泥、吸热材料、纤维、改性助剂、吸光剂，碱激发剂包括碱类物质、硅酸盐类物质或碱金属盐类物质中的至少一种，吸热材料包括石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4‑二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂，纤维包括氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维中的至少一种，改性助剂包括碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌中的至少一种，吸光剂包括氧化铬、硒化镉、三氧化二铁、二氧化钛、硫化铅、氧化钴以及硫化镉。本发明提出的胶凝材料，具有较低的水化热以及抗拉抗压强度，满足了实际应用需求。

Description

铜渣-矿渣基胶凝材料、制备方法及应用
技术领域
本发明涉及无机胶凝材料制备技术领域，特别涉及一种铜渣-矿渣基胶凝材料、制备方法及应用。
背景技术
水泥是无机胶凝材料中应用量最大、应用范围最广的材料之一，其广泛应用于建筑、道路、堤坝、机场等工程建设，是国民经济建设的重要基础材料。水泥的生产需消耗大量的资源和能源，且其生产过程中排出的粉尘、CO2等有害物质会对环境造成严重污染，开发利用新型绿色胶凝材料能够降低资源和能源消耗，减少环境污染，对于社会和经济的可持续发展具有重要的现实和长远意义。
铜渣是炼铜过程中产生的工业固体废弃物，主要以水淬铜渣形式存在。其主要矿物成分为铁橄榄石(Fe2SiO4)、磁铁矿(Fe3O4)等，主要化学成分为氧化铁、二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化钾和氧化钠等。每生产1吨铜约产生2.2吨的铜渣。现有技术中，铜渣的利用率较低，大量铜渣没有得到再利用而堆积在炼铜工厂所在地区，占用大量土地，同时引起环境污染，影响生产发展。
如何将废弃的铜渣进行循环利用，以制备得到具有较优性能的胶凝材料，成为了科研工作者的重点研究课题。
发明内容
基于此，本发明的目的在于提出一种通过铜渣等废弃原料，制备得到具有较优性能的胶凝材料的制备方法。
本发明提出一种铜渣-矿渣基胶凝材料，其中，按重量份数计，所述胶凝材料包括：
Figure BDA0002238336610000011
所述碱激发剂包括碱类物质、硅酸盐类物质或碱金属盐类物质中的至少一种，所述吸热材料包括石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4-二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂，所述纤维包括氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维中的至少一种，所述改性助剂包括碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌中的至少一种，所述吸光剂包括氧化铬、硒化镉、三氧化二铁、二氧化钛、硫化铅、氧化钴以及硫化镉。
本发明提出的铜渣-矿渣基胶凝材料，包括基础原料铜渣粉、矿渣粉、碱激发剂、硅酸盐水泥以及生石灰等，铜渣和水泥熟料具有相似的化学成分，所含的活性SiO2在水化后期与水化产物Ca(OH)2发生如下的弱火山灰反应：(C-S-H胶凝)，具有潜在胶凝性能，可作为胶凝材料应用于混凝土中。铜渣中的玻璃体是一种三维和扭曲的网络结构，具有较高的能量，这些能量在一定的条件下可以激发出来。铜渣在Ca(OH)2和CaSO4存在条件下玻璃体表面被破坏，其玻璃体的网络结构发生解离，内部的Al3+、Fe2+、Fe3+、[AlO4]5-、[SiO4]4-等离子析出与Ca2+生成新的水化产物并降低Ca(OH)2浓度，而新的水化产物为具有较高含铁量的C-S-H胶凝。此外，在本发明中，由于在制作过程中，加入了纤维(氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维)，可增强胶凝材料抗拉强度，加入的吸热材料(石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4-二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂)，可对胶凝材料的水化热进行改进，此外，由于加入了改性助剂(碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌)，可保证该胶凝材料的抗压强度。
所述铜渣-矿渣基胶凝材料，其中，所述铜渣粉为经烘干后球磨40～100min，然后在150～200mT的磁场强度环境下进行磁选回收铁精矿后得到，经球磨后的所述铜渣粉的表观密度为3.5～3.7g/m3，所述铜渣粉的比表面积大于450m2/kg。
所述铜渣-矿渣基胶凝材料，其中，所述碱类物质包括氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的一种或多种，所述硅酸盐类物质包括硅酸钠、硅酸钙、硅酸铝或硅酸镁中的一种或多种，所述碱金属盐类物质包括碳酸钠、氧化铝、硫酸铝、硫酸钾或硫酸钙中的一种或多种。
所述铜渣-矿渣基胶凝材料，其中，所述矿渣粉为经球磨20～50min，然后过200目筛得到，所述矿渣粉的粒径范围为5～105um，颗粒细度为0.08～0.1mm，含碳量小于4％，烧失量小于8％。
所述铜渣-矿渣基胶凝材料，其中，所述吸热材料包括如下重量份数的各组分：
石墨烯10～30份、石墨10～30份、丙烯酸改性环氧树脂5～10份、2，4-二羟基二苯甲酮3～8份、硝酸铬2～5份以及钛酸酯偶联剂4～9份。
所述铜渣-矿渣基胶凝材料，其中，所述吸光剂包括如下重量份数的各组分：
氧化铬10～15份、硒化镉8～15份、二氧化钛10～15份、硫化铅3～8份、氧化钴3～10份以及硫化镉1～2份。
本发明还提出一种如上所述的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：
将铜渣粉、矿渣粉、生石灰、改性助剂以及吸光剂进行混合搅拌后，加入碱激发剂以及去离子水进行搅拌成第一浆体，其中所述改性助剂包括碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌中的至少一种，所述吸光剂包括氧化铬、硒化镉、三氧化二铁、二氧化钛、硫化铅、氧化钴以及硫化镉；
在第一浆体中继续加入氢氧化钠、碳酸氢钠、硅酸盐水泥以及以及去离子水，搅拌均匀后静置15～25min进行发泡处理后得到第二浆体；
在第二浆体中加入吸热材料以及纤维后，继续进行搅拌得到第三浆体，并将第三浆体倒入模具中振捣成型得粗坯，其中所述吸热材料包括石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4-二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂，所述纤维包括氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维中的至少一种；
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，并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-矿渣基胶凝材料。
本发明提出的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，由于铜渣和水泥熟料具有相似的化学成分，所含的活性SiO2在水化后期与水化产物Ca(OH)2发生如下的弱火山灰反应：(C-S-H胶凝)，具有潜在胶凝性能，可作为胶凝材料应用于混凝土中。铜渣中的玻璃体是一种三维和扭曲的网络结构，具有较高的能量，这些能量在一定的条件下可以激发出来。铜渣在Ca(OH)2和CaSO4存在条件下玻璃体表面被破坏，其玻璃体的网络结构发生解离，内部的Al3+、Fe2+、Fe3+、[AlO4]5-、[SiO4]4-等离子析出与Ca2+生成新的水化产物并降低Ca(OH)2浓度，而新的水化产物为具有较高含铁量的C-S-H胶凝。此外，在本发明中，由于在制作过程中，加入了纤维(氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维)，可增强胶凝材料抗拉强度，加入的吸热材料(石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4-二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂)，可对胶凝材料的水化热进行改进，此外，由于加入了改性助剂(碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌)，可保证该胶凝材料的抗压强度。
所述铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，其中，所述铜渣粉的制备方法包括如下步骤：
将铜渣在球磨机中进行初步球磨10～15min后过50目筛，将过筛后的较小颗粒铜渣粉在球磨机中进行精磨40～100min之后过200目筛，在150～200mT的磁场强度环境下进行磁选回收铁精矿后得到所述铜渣粉，其中所述铜渣粉的表观密度为3.5～3.7g/m3，所述铜渣粉的比表面积大于450m2/kg；
所述矿渣粉的制备方法包括如下步骤：
将矿渣在球磨机中进行球磨20～50min，然后过200目筛得到所述矿渣粉，其中所述矿渣粉的粒径范围为5～105um，颗粒细度为0.08～0.1mm，含碳量小于4％，烧失量小于8％。
所述铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，其中，所述碱类物质包括氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的一种或多种，所述硅酸盐类物质包括硅酸钠、硅酸钙、硅酸铝或硅酸镁中的一种或多种，所述碱金属盐类物质包括碳酸钠、氧化铝、硫酸铝、硫酸钾或硫酸钙中的一种或多种。
本发明还提出一种如上所述的铜渣-矿渣基胶凝材料的应用，其中，应用所述铜渣-矿渣基胶凝材料制备加气砖。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明的实施方式提供了一种铜渣-矿渣基胶凝材料，其中，按重量份数计，所述胶凝材料包括：
所述碱激发剂包括碱类物质、硅酸盐类物质或碱金属盐类物质中的至少一种，所述吸热材料包括石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4-二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂，所述纤维包括氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维中的至少一种，所述改性助剂包括碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌中的至少一种，所述吸光剂包括氧化铬、硒化镉、三氧化二铁、二氧化钛、硫化铅、氧化钴以及硫化镉。
上述的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法包括：
步骤一：将铜渣粉、矿渣粉、生石灰、改性助剂以及吸光剂进行混合搅拌后，加入碱激发剂以及去离子水进行搅拌成第一浆体，其中所述改性助剂包括碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌中的至少一种，所述吸光剂包括氧化铬、硒化镉、三氧化二铁、二氧化钛、硫化铅、氧化钴以及硫化镉；
步骤二：在第一浆体中继续加入氢氧化钠、碳酸氢钠、硅酸盐水泥以及以及去离子水，搅拌均匀后静置15～25min进行发泡处理后得到第二浆体；
步骤三：在第二浆体中加入吸热材料以及纤维后，继续进行搅拌得到第三浆体，并将第三浆体倒入模具中振捣成型得粗坯，其中所述吸热材料包括石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4-二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂，所述纤维包括氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维中的至少一种；
步骤四：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，并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-矿渣基胶凝材料。
制备原理：本发明提出的铜渣-矿渣基胶凝材料，包括基础原料铜渣粉、矿渣粉、碱激发剂、硅酸盐水泥以及生石灰等，铜渣和水泥熟料具有相似的化学成分，所含的活性SiO2在水化后期与水化产物Ca(OH)2发生如下的弱火山灰反应：(C-S-H胶凝)，具有潜在胶凝性能，可作为胶凝材料应用于混凝土中。铜渣中的玻璃体是一种三维和扭曲的网络结构，具有较高的能量，这些能量在一定的条件下可以激发出来。铜渣在Ca(OH)2和CaSO4存在条件下玻璃体表面被破坏，其玻璃体的网络结构发生解离，内部的Al3+、Fe2+、Fe3+、[AlO4]5-、[SiO4]4-等离子析出与Ca2+生成新的水化产物并降低Ca(OH)2浓度，而新的水化产物为具有较高含铁量的C-S-H胶凝。此外，在本发明中，由于在制作过程中，加入了纤维(氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维)，可增强胶凝材料抗拉强度，加入的吸热材料(石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4-二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂)，可对胶凝材料的水化热进行改进，此外，由于加入了改性助剂(碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌)，可保证该胶凝材料的抗压强度。在此还需要指出的是，在本发明的胶凝材料的制作过程中，由于加入了吸光机(包括氧化铬、硒化镉、三氧化二铁、二氧化钛、硫化铅、氧化钴以及硫化镉)，为一种光稳定剂，可吸收阳光以及荧光光源中的紫外线部分，所制备得到的胶凝材料可满足光催化等领域的特殊应用需求。
下面分多个实施例对本发明实施例进行进一步的说明。本发明实施例不限定于以下的具体实施例。在不变主权利的范围内，可以适当的进行变更实施。
以下实施例中的性能测试方法如下：
(1)力学性能的测定：
抗折、抗压强度参照GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检测方法》进行，成型模具规格为40mm×40mm×160mm；试件养护要求：标准养护。
(2)水化热的测定：
水化热测定参照GB/T 12959-2008《水泥水化热测定方法》进行，采用溶解热法测试。
(3)铜渣粒度的测定：
铜渣粒度的测定参照：GB/T 19077-2016《粒度分析激光衍射法》进行。
(4)铜渣比表面积的测定：
铜渣比表面积的测定参照GB/T 8074-2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》进行。
(5)凝结时间和压蒸安定性的测定：
材料的凝结时间和压蒸安定性的测定参照GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行。
实施例一
一种铜渣-矿渣基胶凝材料及其制备方法，胶凝材料由如下重量份数的各组分组成，所述胶凝材料包括：
铜渣粉200份、矿渣粉400份、碱激发剂250份(包括氢氧化钾100份以及氢氧化钙150份)、生石灰30份、硅酸盐水泥50份、吸热材料30份(包括石墨烯10份以及石墨15份)、纤维20份(包括氟橡胶纤维10份以及聚丙烯纤维10份)；改性助剂10份(包括碳化硅5份以及氮化硼5份)以及吸光剂5份。
实施例一中的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法如下步骤：
步骤一：将200份铜渣粉、400份矿渣粉、30份生石灰、5份碳化硅、5份氮化硼、5份吸光剂进行混合搅拌后，加入100份氢氧化钾，150份氢氧化钙以及去离子水进行搅拌成第一浆体。
在本步骤中，铜渣粉的制备过程为：将铜渣在球磨机中进行初步球磨10min后过50目筛，将过筛后的较小颗粒铜渣粉在球磨机中进行精磨40min之后过200目筛，在150mT的磁场强度环境下进行磁选回收铁精矿后得到所述铜渣粉。在本实施例中，其中铜渣粉的表观密度为3.5g/m3，铜渣粉的比表面积为455m2/kg。
矿渣粉的制备过程为：将矿渣在球磨机中进行球磨20min，然后过200目筛得到矿渣粉，其中矿渣粉的粒径为10um，颗粒细度为0.08mm，含碳量为3％，烧失量为7％。
步骤二：在第一浆体中继续加入氢氧化钠、碳酸氢钠、硅酸盐水泥以及去离子水，搅拌均匀后静置15min进行发泡处理后得到第二浆体。
在此需要指出的是，在本步骤中，碳酸氢钠中的碳酸氢根离子，由于存在一定的电离作用，在升温环境下会产生较多的二氧化碳气体。逸出的二氧化碳气体可使得浆体存在多孔结构。不仅减轻了胶凝材料的密度，而且有利于热量的储存，在一定程度上降低了水化热。
步骤三：在第二浆体中加入10份石墨烯、15份石墨、10份氟橡胶纤维以及10份聚丙烯纤维后，继续进行搅拌得到第三浆体，并将第三浆体倒入模具中振捣成型得粗坯。
步骤四：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，并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-矿渣基胶凝材料。在此需要补充的是，本实施例中的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备，为了保证测试数据的准确性，重复三次进行。
本实施例抗压强度以及抗折强度的测试结果如下表所示：
编号 第一组 第二组 第三组 对比例
28d抗压强度MPa 54.50 55.20 55.15 54.20
28d抗折强度MPa 9.61 9.65 9.57 9.52
实施例二
一种铜渣-矿渣基胶凝材料及其制备方法，胶凝材料由如下重量份数的各组分组成，所述胶凝材料包括：
铜渣粉300份、矿渣粉600份、碱激发剂350份(包括氢氧化钠150份以及氢氧化钙200份)、生石灰50份、硅酸盐水泥75份、吸热材料60份(包括石墨烯30份以及石墨30份)、纤维30份(包括氟橡胶纤维15份以及聚丙烯纤维15份)；改性助剂20份(包括碳化硅10份以及氮化硼10份)以及吸光剂10份。
实施例二中的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法如下步骤：
步骤一：将300份铜渣粉、600份矿渣粉、50份生石灰、10份碳化硅、10份氮化硼、10份吸光剂进行混合搅拌后，加入150份氢氧化钠，200份氢氧化钙以及去离子水进行搅拌成第一浆体。
在本步骤中，铜渣粉的制备过程为：将铜渣在球磨机中进行初步球磨10min后过50目筛，将过筛后的较小颗粒铜渣粉在球磨机中进行精磨40min之后过200目筛，在150mT的磁场强度环境下进行磁选回收铁精矿后得到所述铜渣粉。在本实施例中，其中铜渣粉的表观密度为3.7g/m3，铜渣粉的比表面积为460m2/kg。
矿渣粉的制备过程为：将矿渣在球磨机中进行球磨20min，然后过200目筛得到矿渣粉，其中矿渣粉的粒径为10um，颗粒细度为0.08mm，含碳量为2％，烧失量为6％。
步骤二：在第一浆体中继续加入氢氧化钠、碳酸氢钠、硅酸盐水泥以及去离子水，搅拌均匀后静置15min进行发泡处理后得到第二浆体。
在此需要指出的是，在本步骤中，碳酸氢钠中的碳酸氢根离子，由于存在一定的电离作用，在升温环境下会产生较多的二氧化碳气体。逸出的二氧化碳气体可使得浆体存在多孔结构。不仅减轻了胶凝材料的密度，而且有利于热量的储存，在一定程度上降低了水化热。
步骤三：在第二浆体中加入30份石墨烯、35份石墨、15份氟橡胶纤维以及15份聚丙烯纤维后，继续进行搅拌得到第三浆体，并将第三浆体倒入模具中振捣成型得粗坯。
步骤四：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，并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-矿渣基胶凝材料。在此需要补充的是，本实施例中的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备，为了保证测试数据的准确性，重复三次进行。
本实施例抗压强度以及抗折强度的测试结果如下表所示：
编号 第一组 第二组 第三组 对比例
28d抗压强度MPa 55.50 55.70 55.35 54.20
28d抗折强度MPa 9.64 9.62 9.59 9.52
实施例三
一种铜渣-矿渣基胶凝材料及其制备方法，胶凝材料由如下重量份数的各组分组成，所述胶凝材料包括：
铜渣粉250份、矿渣粉500份、碱激发剂275份(包括氢氧化钾100份以及氢氧化钙175份)、生石灰40份、硅酸盐水泥65份、吸热材料45份(包括石墨烯30份以及石墨15份)、纤维25份(包括氟橡胶纤维15份以及聚丙烯纤维10份)；改性助剂15份(包括碳化硅10份以及氮化硼5份)以及吸光剂5份。
实施例三中的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法如下步骤：
步骤一：将250份铜渣粉、500份矿渣粉、40份生石灰、10份碳化硅、5份氮化硼、5份吸光剂进行混合搅拌后，加入100份氢氧化钾，175份氢氧化钙以及去离子水进行搅拌成第一浆体。
在本步骤中，铜渣粉的制备过程为：将铜渣在球磨机中进行初步球磨10min后过50目筛，将过筛后的较小颗粒铜渣粉在球磨机中进行精磨40min之后过200目筛，在200mT的磁场强度环境下进行磁选回收铁精矿后得到所述铜渣粉。在本实施例中，其中铜渣粉的表观密度为3.6g/m3，铜渣粉的比表面积为455m2/kg。
矿渣粉的制备过程为：将矿渣在球磨机中进行球磨30min，然后过200目筛得到矿渣粉，其中矿渣粉的粒径为50um，颗粒细度为0.09mm，含碳量为3％，烧失量为7％。
步骤二：在第一浆体中继续加入氢氧化钠、碳酸氢钠、硅酸盐水泥以及去离子水，搅拌均匀后静置15min进行发泡处理后得到第二浆体。
在此需要指出的是，在本步骤中，碳酸氢钠中的碳酸氢根离子，由于存在一定的电离作用，在升温环境下会产生较多的二氧化碳气体。逸出的二氧化碳气体可使得浆体存在多孔结构。不仅减轻了胶凝材料的密度，而且有利于热量的储存，在一定程度上降低了水化热。
步骤三：在第二浆体中加入30份石墨烯、15份石墨、15份氟橡胶纤维以及10份聚丙烯纤维后，继续进行搅拌得到第三浆体，并将第三浆体倒入模具中振捣成型得粗坯。
步骤四：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，并将试件置于相对湿度为85％、温度为20℃的标准室中养护25天，得铜渣-矿渣基胶凝材料。在此需要补充的是，本实施例中的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备，为了保证测试数据的准确性，重复三次进行。
本实施例抗压强度以及抗折强度的测试结果如下表所示：
编号 第一组 第二组 第三组 对比例
28d抗压强度MPa 54.52 55.30 55.45 54.20
28d抗折强度MPa 9.66 9.63 9.57 9.52
本发明各实施例的水化热测试结果如下表所示：
Figure BDA0002238336610000111
Figure BDA0002238336610000121
本发明各实施例性能指标可达到GB175-2007《通用硅酸盐水泥》对强度等级为42.5水泥的规定：28d抗压强度≥42.5MPa，28d抗折强度≥6.5MPa。铜渣粒度满足GB175-2007《通用硅酸盐水泥》的要求，普通水泥80μm方孔筛筛余不得超过10％。凝结时间、安定性、需水量均可满足施工要求。
综合上述的实施例一至实施例三可以看出，本发明提出的铜渣-矿渣基胶凝材料，其相较于现有技术，具有更为优良的抗压抗折强度，以及具有更小的水化热，提升了胶凝材料的性能，满足了实际应用需求。
在本发明中还提出一种应用如上所述的胶凝材料制备加气砖的方法，其具体制备方法包括如下步骤：
(1)秸秆粉末制备：取含水量≤10％的农作物秸秆，粉碎过200目筛，倒入反应釜中，加入重量比为占秸秆粉末10％～12％的磷石膏，重量比为占秸秆粉末3％～5％的改性高岭土以、重量比为占秸秆粉末5％～8％的石英砂粉末，然后加入乙醇溶液，于温度80～85℃、压力1.5～2MPa，搅速120～125r/min的搅速下密闭反应1～1.5h，制得秸秆乳液，压缩至原体积的1/10，烘干后粉碎过270目筛，制得改性秸秆粉末备用；
(2)铜渣-矿渣基胶凝粉末制备：将上述制备得到的铜渣-矿渣基胶凝材料进行球磨粉碎后过200目筛，得到铜渣-矿渣基胶凝粉末备用；
(3)原料混合物制备：将改性秸秆粉末、铜渣-矿渣基胶凝粉末、粉煤灰以及生石灰加入搅拌机中，并加入总质量0.7～0.8倍的水，在搅拌机中搅拌均匀后转入浇注搅拌机中，并在浇注搅拌机中继续加入铝粉以及稳泡剂，充分搅拌1～2h使物料混合均匀后制得原料混合物；
(4)成型：将原料混合物转入模具后转移至55～65℃的初养室中养护2～3h，取出即得砖胚体；
(5)切割：将制得的砖胚体转入切割台上，取出模具后将砖胚体切割为所需大小尺寸的加气砖；
(6)养护：将切割后的加气砖转移至蒸压釜中，通入蒸汽加热，加热结束后取出自然放置5～7天即得成品加气砖。可以理解的，由于本发明所制备得到的胶凝材料，具有良好的吸热性能、抗拉抗压强度，利用其所制备得到的加气砖同样具有此种优良性能，保证了加气砖的品质；此外，由于在加气砖的制备过程中加入了一定量的秸秆粉末，可进一步减轻加气砖的密度，实现了轻质的要求。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种铜渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，按重量份数计，所述胶凝材料包括：
Figure FDA0002238336600000011
所述碱激发剂包括碱类物质、硅酸盐类物质或碱金属盐类物质中的至少一种，所述吸热材料包括石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4-二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂，所述纤维包括氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维中的至少一种，所述改性助剂包括碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌中的至少一种，所述吸光剂包括氧化铬、硒化镉、三氧化二铁、二氧化钛、硫化铅、氧化钴以及硫化镉。
2.根据权利要求1所述的铜渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述铜渣粉为经烘干后球磨40～100min，然后在150～200mT的磁场强度环境下进行磁选回收铁精矿后得到，经球磨后的所述铜渣粉的表观密度为3.5～3.7g/m3，所述铜渣粉的比表面积大于450m2/kg。
3.根据权利要求1所述的铜渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述碱类物质包括氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的一种或多种，所述硅酸盐类物质包括硅酸钠、硅酸钙、硅酸铝或硅酸镁中的一种或多种，所述碱金属盐类物质包括碳酸钠、氧化铝、硫酸铝、硫酸钾或硫酸钙中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的铜渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述矿渣粉为经球磨20～50min，然后过200目筛得到，所述矿渣粉的粒径范围为5～105um，颗粒细度为0.08～0.1mm，含碳量小于4％，烧失量小于8％。
5.根据权利要求1所述的铜渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述吸热材料包括如下重量份数的各组分：
石墨烯10～30份、石墨10～30份、丙烯酸改性环氧树脂5～10份、2，4-二羟基二苯甲酮3～8份、硝酸铬2～5份以及钛酸酯偶联剂4～9份。
6.根据权利要求1所述的铜渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述吸光剂包括如下重量份数的各组分：
氧化铬5～10份、硒化镉8～15份、二氧化钛10～15份、硫化铅3～8份、氧化钴3～10份以及硫化镉1～2份。
7.一种如上述权利要求1至6任意一项所述的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将铜渣粉、矿渣粉、生石灰、改性助剂以及吸光剂进行混合搅拌后，加入碱激发剂以及去离子水进行搅拌成第一浆体，其中所述改性助剂包括碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌中的至少一种，所述吸光剂包括氧化铬、硒化镉、三氧化二铁、二氧化钛、硫化铅、氧化钴以及硫化镉；
在第一浆体中继续加入氢氧化钠、碳酸氢钠、硅酸盐水泥以及去离子水，搅拌均匀后静置15～25min进行发泡处理后得到第二浆体；
在第二浆体中加入吸热材料以及纤维后，继续进行搅拌得到第三浆体，并将第三浆体倒入模具中振捣成型得粗坯，其中所述吸热材料包括石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4-二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂，所述纤维包括氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维中的至少一种；
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，并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-矿渣基胶凝材料。
8.根据权利要求7所述的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述铜渣粉的制备方法包括如下步骤：
将铜渣在球磨机中进行初步球磨10～15min后过50目筛，将过筛后的较小颗粒铜渣粉在球磨机中进行精磨40～100min之后过200目筛，在150～200mT的磁场强度环境下进行磁选回收铁精矿后得到所述铜渣粉，其中所述铜渣粉的表观密度为3.5～3.7g/m3，所述铜渣粉的比表面积大于450m2/kg；
所述矿渣粉的制备方法包括如下步骤：
将矿渣在球磨机中进行球磨20～50min，然后过200目筛得到所述矿渣粉，其中所述矿渣粉的粒径范围为5～105um，颗粒细度为0.08～0.1mm，含碳量小于4％，烧失量小于8％。
9.根据权利要求7所述的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述碱类物质包括氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的一种或多种，所述硅酸盐类物质包括硅酸钠、硅酸钙、硅酸铝或硅酸镁中的一种或多种，所述碱金属盐类物质包括碳酸钠、氧化铝、硫酸铝、硫酸钾或硫酸钙中的一种或多种。
10.一种如上述权利要求1至6任意一项所述的铜渣-矿渣基胶凝材料的应用，其特征在于，应用所述铜渣-矿渣基胶凝材料制备加气砖。
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