CN110981233B - 一种镍铁渣砌筑水泥及其制备方法 - Google Patents

一种镍铁渣砌筑水泥及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种镍铁渣砌筑水泥及其制备方法，制备方法为：1)将镍铁渣与活性激发剂混合，粉磨，得到镍铁渣粉；2)将镍铁渣粉、熟料、粉煤灰、石膏和助磨改性剂混合，粉磨，即得镍铁渣砌筑水泥；其中，二甘醇10‑15％，山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂10‑15％，α‑烯烃磺酸钠2‑5％，聚丙烯酸钠1‑3％，余量为水。与现有技术相比，本发明制得的镍铁渣砌筑水泥可以大量利用镍铁渣，同时产品符合GB/T3183‑2017《砌筑水泥》标准要求，经济、节能、环保效益显著。

Description

一种镍铁渣砌筑水泥及其制备方法
技术领域
本发明属于水泥生产技术领域，具体涉及一种镍铁渣砌筑水泥及其制备方法。
背景技术
镍铁渣是工业镍铁冶炼过程中还原提取金属镍和铁之后，排出的熔渣经冷却得到的粒化固体废渣。随着我国冶炼镍铁合金规模逐步扩大，镍铁渣排放量也逐渐增大。以电炉还原冶炼镍铁为例，每生产1吨镍铁大约会排出14吨的镍铁渣，目前国内每年产生的镍铁废渣超过300万吨，大约占到冶金渣总量的20％，已成为我国继铁渣、钢渣、赤泥之后第四大冶炼渣。然而，这种排放量巨大的固体废渣的有效利用率却很低，绝大部分还是被废弃或填埋，不但会浪费资源、占用土地，还可能造成环境的污染和破坏，也在一定程度上制约着镍铁行业的发展。因此，大力开展镍铁渣综合利用的研究对我国乃至世界的镍铁行业意义重大。
砌筑水泥主要用于砌筑和抹面砂浆、垫层混凝土。新修订的GB/T3183-2017《砌筑水泥》已于2018年11月颁布实施，同时《GB175-2007通用硅酸盐水泥(第3号修改单)》要求，自2019年10月1日起正式全面取消P.C32.5R复合硅酸盐水泥。因此，砌筑水泥替代普通32.5级复合硅酸盐水泥将得到大量的应用。
砌筑水泥要求达到的强度等级不高，主要是要求良好的保水性和施工性能。因此，将活性较低的镍铁渣开发用于制备砌筑水泥，既能解决镍铁渣利用率低的问题，还能降低砌筑水泥的成本，循环经济效益显著。
但是，目前由于镍铁渣中硅、镁含量较高，钙含量较低，导致活性较低，且应用于生产水泥掺量较低，水泥保水性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍铁渣砌筑水泥，加入活性激发剂和助磨改性剂，提高镍铁渣的水化活性。
本发明另一目的在于提供一种镍铁渣砌筑水泥的制备方法，制备的砌筑水泥能够大量使用镍铁渣，且水泥保水性和施工性能优异。
本发明具体技术方案如下：
一种镍铁渣砌筑水泥的制备方法，包括以下步骤：
1)将镍铁渣与活性激发剂混合，粉磨，得到镍铁渣粉；
2)将步骤1)制备的镍铁渣粉、熟料、粉煤灰、石膏和助磨改性剂混合，粉磨，即得镍铁渣砌筑水泥；
所述助磨改性剂包括以下质量百分比的原料：
二甘醇10-15％，山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂10-15％，α-烯烃磺酸钠2-5％，聚丙烯酸钠1-3％，余量为水。
进一步的，步骤1)中所述镍铁渣与活性激发剂的质量比为20:1。
步骤1)中所述活性激发剂由以下质量百分比的原料组成：
三乙醇胺3-8％、磷酸钠10-15％、硫酸钠40-70％和硅酸钠20-30％；三乙醇胺、磷酸钠、硫酸钠和硅酸钠质量百分比的总和为100％。
优选的，步骤1)中所述活性激发剂由以下质量百分比的原料组成：
三乙醇胺5-8％、磷酸钠12-15％、硫酸钠50-70％和硅酸钠20-30％；三乙醇胺、磷酸钠、硫酸钠和硅酸钠质量百分比的总和为100％。
进一步的，步骤1)中所述活性激发剂的制备方法为：按照上述质量比称取磷酸钠、硫酸钠、硅酸钠和三乙醇胺，先将磷酸钠、硫酸钠和硅酸钠混合搅拌10分钟后，再加入三乙醇胺搅拌40分钟，即得活性激发剂。
进一步的，步骤1)中所述镍铁渣无放射性物质，氧化镁含量小于20％。
进一步的，步骤1)中粉磨至物料比表面积为330-350m2/kg。
步骤2)中所述助磨改性剂的制备方法为：在搅拌条件下，向配方量的水中首先加入配方量的聚丙烯酸钠，搅拌30分钟待其溶化后，再依次加入配方量的山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂、二甘醇和α-烯烃磺酸钠，搅拌30分钟即得到助磨改性剂。
优选的，步骤2)中所述助磨改性剂包括以下质量百分比的原料：
所述二甘醇12-15％，山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂12-15％，α-烯烃磺酸钠2-3％，聚丙烯酸钠2-3％，余量为水。上述原料的质量百分比总和为100％。
步骤2)中，所述镍铁渣粉、熟料、粉煤灰和石膏按照以下质量百分比混合：镍铁渣粉35-50％、熟料20-40％、粉煤灰4-5％和石膏20-30％；上述原料的质量百分比总和为100％。
进一步的，步骤2)中，所述助磨改性剂的用量比为镍铁渣粉、熟料、粉煤灰和石膏总质量的0.1％。
进一步的，步骤2)中粉磨至物料比表面积为360-380m2/kg。
步骤2)中所述的熟料为符合GB/T21372-2008《硅酸盐水泥熟料》要求的通用水泥熟料或低碱水泥熟料；
步骤2)中所述的粉煤灰为符合GB/T1596-2017《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》要求的粉煤灰，且CaO含量不低于15％。由于镍铁渣中氧化钙含量均不高，粉煤灰氧化钙含量不低于15％可矫正镍铁渣砌筑水泥的CaO含量，保证水泥强度性能，同时可激发镍铁渣活性。
所述的石膏为天然石膏或脱硫石膏；
所述的聚丙烯酸钠数均分子量为10000-50000。分子量在此范围的聚丙烯酸钠溶于水后，稠度和保水效果最佳；分子量低于10000，其增稠保水效果差，分子量大于50000，产品太粘稠，不利于生产使用。
本发明提供的一种镍铁渣砌筑水泥，采用上述方法制备得到。
本发明的有益效果如下：由于镍铁渣易磨性较差，本发明采用镍铁渣加活性激发剂预粉磨的方式先制备镍铁渣粉，可提高镍铁渣的易磨性和活性，提高砌筑水泥的产量，降低混合粉磨的能耗。在镍铁渣粉制备过程中，本发明设计的活性的激发剂，加入的三乙醇胺能够有效侵蚀镍铁玻璃体结构，使镍铁渣玻璃体位错增多，可有效改善镍铁渣的易磨性；同时在硫酸钠，硅酸钠作用下，能够使镍铁渣Si-O键和Al-O键断裂，使玻璃体解聚，而磷酸钠可与水泥水化形成的Ca2+离子形成络合物，促进水化进行，在激发剂有效成分的复合作用下，有效提高镍铁渣的水化活性。设计的助磨改性剂，聚丙烯酸钠是一种水溶性高分子化合物，可以和二价金属离子形成络合物，尤其适应于镍铁渣中金属离子络合物的形成，起到增稠保水作用，同时复合烯烃磺酸钠和山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂，在砌筑水泥应用于砂浆中加水搅拌后，可有效降低水的表面张力，增加胶砂的塑性和和易性，提高施工性能。
与现有技术相比，本发明制得的镍铁渣砌筑水泥可以大量利用镍铁渣，同时产品符合GB/T3183-2017《砌筑水泥》标准要求，经济、节能、环保效益显著。
具体实施方式
本发明所用主要原材料如下：
镍铁渣来自山东鑫海科技股份有限公司，熟料为枣庄中联水泥厂生产，粉煤灰来自临沂电厂，石膏来自临沂兰陵天然石膏，其他化学原料均为工业级，部分原料化学成分见下表1：
表1为本申请所用原料主要成分含量wt％
Figure BDA0002326687080000031
实施例1
一种镍铁渣砌筑水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比，三乙醇胺:磷酸钠:硫酸钠:硅酸钠＝3％:10％:67％:20％的比例分别称取各原料；开动搅拌机，先将磷酸钠、硫酸钠和硅酸钠混合搅拌10分钟后，加入三乙醇胺搅拌40分钟，即得活性激发剂，记为A剂。
(2)按照重量百分比，二甘醇:山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂:α-烯烃磺酸钠:聚丙烯酸钠:水＝10％:10％:2％:1％:77％的比例称取各原料；先向搅拌反应釜内加入水，开动搅拌后，首先加入配方量的聚丙烯酸钠，搅拌30分钟待其溶化后，依次加入配方量的山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂、二甘醇和α-烯烃磺酸钠，搅拌30分钟即得到助磨改性剂,记为B剂。
(3)将镍铁渣和A剂按照质量比为20:1的比例混合粉磨至物料比表面积为330-350m2/kg得到镍铁渣粉。
(4)将上步骤制得的镍铁渣粉、熟料、粉煤灰、石膏按照质量比为40％:36％:4％:20％的比例加入磨机中，并加入镍铁渣粉、熟料、粉煤灰和石膏总质量0.1％的B剂混合，进行粉磨28min,物料比表面积为365m2/kg，得到本发明的砌筑水泥。
实施例2
一种镍铁渣砌筑水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比，三乙醇胺:磷酸钠:硫酸钠:硅酸钠＝8％:15％:47％:30％的比例分别称取各原料；开动搅拌机，先将磷酸钠、硫酸钠和硅酸钠混合搅拌10分钟后，加入三乙醇胺搅拌40分钟，即得活性激发剂，记为A剂。
(2)按照重量百分比，二甘醇:山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂:α-烯烃磺酸钠:聚丙烯酸钠:水＝15％:15％:5％:3％:62％的比例称取各原料；先向搅拌反应釜内加入水，开动搅拌后，首先加入配方量的聚丙烯酸钠，搅拌30分钟待其溶化后，依次加入配方量的山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂、二甘醇和α-烯烃磺酸钠，搅拌30分钟即得到助磨改性剂,记为B剂。
(3)将镍铁渣和A剂按照质量比为20:1的比例混合粉磨至物料比表面积为330-350m2/kg得到镍铁渣粉。
(4)将上步骤制得的镍铁渣粉、熟料、粉煤灰和石膏按照质量比为50％:20％:5％:25％的比例加入磨机中，并加入镍铁渣粉、熟料、粉煤灰和石膏总质量0.1％的B剂进行粉磨28min,物料比表面积为376m2/kg，得到本发明的砌筑水泥。
实施例3
一种镍铁渣砌筑水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比，三乙醇胺:磷酸钠:硫酸钠:硅酸钠＝5％:12％:58％:25％的比例分别称取各原料；开动搅拌机，先将磷酸钠、硫酸钠和硅酸钠混合搅拌10分钟后，加入三乙醇胺搅拌40分钟，即得活性激发剂，记为A剂。
(2)按照重量百分比，二甘醇:山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂:α-烯烃磺酸钠:聚丙烯酸钠:水＝12％:12％:3％:2％:71％的比例称取各原料；先向搅拌反应釜内加入水，开动搅拌后，首先加入配方量的聚丙烯酸钠，搅拌30分钟待其溶化后，依次加入配方量的山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂、二甘醇和α-烯烃磺酸钠，搅拌30分钟即得到助磨改性剂,记为B剂。
(3)将镍铁渣和A剂按照质量比为20:1的比例混合粉磨至物料比表面积为330-350m2/kg得到镍铁渣粉。
(4)将上步骤制得的镍铁渣粉、熟料、粉煤灰和石膏按照质量比为35％:30％:5％:30％的比例加入磨机中，并加入镍铁渣粉、熟料、粉煤灰和石膏总质量0.1％的B剂进行粉磨28min,物料比表面积为372m2/kg，得到本发明的砌筑水泥。
实施例4
一种镍铁渣砌筑水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比，三乙醇胺:磷酸钠:硫酸钠:硅酸钠＝3％:10％:67％:20％的比例分别称取各原料；开动搅拌机，先将磷酸钠、硫酸钠和硅酸钠混合搅拌10分钟后，加入三乙醇胺搅拌40分钟，即得活性激发剂，记为A剂。
(2)按照重量百分比，二甘醇:山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂:α-烯烃磺酸钠:聚丙烯酸钠:水＝10％:10％:2％:1％:77％的比例称取各原料；先向搅拌反应釜内加入水，开动搅拌后，首先加入配方量的聚丙烯酸钠，搅拌30分钟待其溶化后，依次加入配方量的山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂、二甘醇和α-烯烃磺酸钠，搅拌30分钟即得到助磨改性剂,记为B剂。
(3)将镍铁渣和A剂按照质量比为20:1的比例混合粉磨至物料比表面积为330-350m2/kg得到镍铁渣粉。
(4)将上步骤制得的镍铁渣粉、熟料、粉煤灰和石膏按照质量比为50％:20％:5％:25％的比例加入磨机中，并加入物料总质量0.1％的B剂进行粉磨28min,物料比表面积为366m2/kg，得到本发明的砌筑水泥。
实施例5
一种镍铁渣砌筑水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比，三乙醇胺:磷酸钠:硫酸钠:硅酸钠＝8％:15％:47％:30％的比例分别称取各原料；开动搅拌机，先将磷酸钠、硫酸钠和硅酸钠混合搅拌10分钟后，加入三乙醇胺搅拌40分钟，即得活性激发剂，记为A剂。
(2)按照重量百分比，二甘醇:山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂:α-烯烃磺酸钠:聚丙烯酸钠:水＝15％:15％:5％:3％:62％的比例称取各原料；先向搅拌反应釜内加入水，开动搅拌后，首先加入配方量的聚丙烯酸钠，搅拌30分钟待其溶化后，依次加入配方量的山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂、二甘醇和α-烯烃磺酸钠，搅拌30分钟即得到助磨改性剂,记为B剂。
(3)将镍铁渣和A剂按照质量比为20:1的比例混合粉磨至物料比表面积为330-350m2/kg得到镍铁渣粉。
(4)将上步骤制得的镍铁渣粉、熟料、粉煤灰和石膏按照质量比为35％:30％:5％:30％的比例加入磨机中，并加入镍铁渣粉、熟料、粉煤灰和石膏总质量0.1％的B剂进行粉磨28min,物料比表面积为378m2/kg，得到本发明的砌筑水泥。
实施例6
一种镍铁渣砌筑水泥的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照重量百分比，三乙醇胺:磷酸钠:硫酸钠:硅酸钠＝5％:12％:58％:25％的比例分别称取各原料；开动搅拌机，先将磷酸钠、硫酸钠和硅酸钠混合搅拌10分钟后，加入三乙醇胺搅拌40分钟，即得活性激发剂，记为A剂。
(2)按照重量百分比，二甘醇:山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂:α-烯烃磺酸钠:聚丙烯酸钠:水＝12％:12％:3％:2％:71％的比例称取各原料；先向搅拌反应釜内加入水，开动搅拌后，首先加入配方量的聚丙烯酸钠，搅拌30分钟待其溶化后，依次加入配方量的山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂、二甘醇和α-烯烃磺酸钠，搅拌30分钟即得到助磨改性剂,记为B剂。
(3)将镍铁渣和A剂按照质量比为20:1的比例混合粉磨至物料比表面积为330-350m2/kg得到镍铁渣粉。
(4)将上步骤制得的镍铁渣粉、熟料、粉煤灰和石膏按照质量比为40％:36％:4％:20％的比例加入磨机中，并加入镍铁渣粉、熟料、粉煤灰和石膏总质量0.1％的B剂进行粉磨28min,物料比表面积为362m2/kg，得到本发明的砌筑水泥。
对比例1
一种镍铁渣砌筑水泥的制备方法，包括以下步骤：
将镍铁渣、熟料、粉煤灰和石膏按照质量比为40％:36％:4％:20％的比例加入磨机中，粉磨至比表面积360m2/kg，得镍铁渣砌筑水泥，共粉磨40min,。
按照GB/T3183-2017《砌筑水泥》的规定的试验方法对实施例1-6制得的镍铁渣砌筑水泥和对比例制备水泥的性能进行检测，结果见下表2：
表2实施例1-6和对比例1制得水泥的性能检测结果
Figure BDA0002326687080000071
由实施例1-6试验结果可以看出，按照本发明方法制备的砌筑水泥3d抗压强度均能达到10Mpa以上，28d抗压强度可达到22.5Mpa以上，保水率大于89％，安定性合格，制得的产品均符合GB/T3183-2017《砌筑水泥》标准要求。比较对比例1和实施例6可以看出，不加活性激发剂和助磨改性剂，直接进行混合粉磨的水泥，达到基本相同的比表面积时，需要大幅提高粉磨时间，粉磨能耗将显著增加，水泥各龄期抗压强度均低于实施6制得的砌筑水泥，且制备的水泥保水率只有72％，不满足GB/T3183-2017《砌筑水泥》标准要求。

Claims (6)

1.一种镍铁渣砌筑水泥的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1）将镍铁渣与活性激发剂混合，粉磨，得到镍铁渣粉；
2）将步骤1）制备的镍铁渣粉、熟料、粉煤灰、石膏和助磨改性剂混合，粉磨，即得镍铁渣砌筑水泥；
所述助磨改性剂包括以下质量百分比的原料：
二甘醇10-15%，山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂 10-15%，α-烯烃磺酸钠2-5%，聚丙烯酸钠1-3%，余量为水；
步骤1）中所述活性激发剂由以下质量百分比的原料组成：
三乙醇胺3-8%、磷酸钠10-15%、硫酸钠40-70%和硅酸钠20-30%；三乙醇胺、磷酸钠、硫酸钠和硅酸钠质量百分比的总和为100%；
步骤1）中所述镍铁渣与活性激发剂的质量比为20:1；
步骤2）中，所述镍铁渣粉、熟料、粉煤灰和石膏按照以下质量百分比混合：镍铁渣粉35-50%、熟料20-40%、粉煤灰4-5%和石膏20-30%；上述原料的质量百分比总和为100%；
步骤2）中，所述助磨改性剂的用量比为镍铁渣粉、熟料、粉煤灰和石膏总质量的0.1%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中粉磨至物料比表面积为330-350m2/kg。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中所述活性激发剂的制备方法为：按照上述质量比称取磷酸钠、硫酸钠、硅酸钠和三乙醇胺，先将磷酸钠、硫酸钠和硅酸钠混合搅拌10分钟后，再加入三乙醇胺搅拌40分钟，即得活性激发剂。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中粉磨至物料比表面积为360-380m2/kg。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤2）中所述助磨改性剂的制备方法为：在搅拌条件下，向配方量的水中首先加入配方量的聚丙烯酸钠，搅拌30分钟待其溶化后，再依次加入配方量的山梨醇聚氧乙烯醚油酸脂、二甘醇和α-烯烃磺酸钠，搅拌30分钟即得到助磨改性剂。
6.一种权利要求1-5任一项所述制备方法制备的镍铁渣砌筑水泥。
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