CN111039585A - 一种复合矿粉、制备方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合矿粉、制备方法及应用，该复合矿粉主要包括以下重量份的组分：矿渣55－70份、陶瓷废料5－20份和副产元明粉0.5－1.5份，复合矿粉以矿渣为主要原料，陶瓷废料为辅料，副产元明粉做激发剂，极大的提高了复合矿粉的活性，解决了工业固废处置过程中成本高、收益小的瓶颈问题，即为治理环境污染做出了贡献又为企业节约成本提升了利润空间，为工业固废的治理开创了全新之路。另外，利用副产元明粉作为激发剂最大程度提高了复合矿粉的活性，为生产高标号水泥和混凝土奠定了基础。

Description

一种复合矿粉、制备方法及应用

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体而言，涉及一种复合矿粉、制备方法及应用。

背景技术

硅酸盐水泥自1824年发明以来，其大规模的应用促进了人类社会的巨大发展，但同时也随之产生了一些严重的环境问题，目前，除了采用单一某种废渣取代水泥之外，将多种不同的矿粉复合化更是新一代矿物外加剂的发展趋势，然而随着优质矿渣的资源越来越少，复合矿粉的原料紧缺，另一方面，各商砼企业及水泥制品企业对复合矿粉的需求越来越大，需求旺季复合矿粉明显的呈现供应不足。如何通过技术创新，制备一种具有良好的应用性能的复合矿粉是目前亟待解决的问题。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种复合矿粉、制备方法及应用。

本发明是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供一种复合矿粉，包括以下重量份的组分：矿渣55－70份、陶瓷废料5－20份和副产元明粉0.5－1.5份。

本发明实施例提供一种复合矿粉，复合矿粉包括以下重量份的组分：矿渣55－70份、陶瓷废料5－20份和副产元明粉0.5－1.5份。该复合矿粉以矿渣为主要原料，陶瓷废料为辅料，副产元明粉做激发剂，具体的：

矿渣是在高炉炼铁过程中的副产品。在炼铁过程中，氧化铁在高温下还原成金属铁，铁矿石中的二氧化硅、氧化铝等杂质与石灰等反应生成以硅酸盐和硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经过淬冷成质地疏松、多孔的粒状物，即为高炉矿渣，简称矿渣。作为可选的实施方式，本发明实施例中所采用的矿渣来自山东钢铁集团淄博张钢有限公司的高炉炼铁过程中的副产品。

陶瓷废料指的是抛光砖在研磨、抛光的过程中产生的大量抛光废料，这种抛光废料粒度很细(微米级)，风干后呈分散状态，极易随风飘落到各处，会严重威胁周围人群的身体健康，并造成周边土地的板结，导致严重的环境污染。而抛光废料的填埋，不但耗费人力物力，还会污染地下水质。这种抛光废料在建筑陶瓷废料里所占的比例最大，最不易处理，通常所说的建筑陶瓷废料一般指的就是这种抛光废料。

副产元明粉作为一种工业废弃物，其主要成分为硫酸钠，还含有其他杂质，我国化工行业每年副产元明粉约100万吨，占元明粉总产量的10％以上，但回收利用率不足50％，浪费严重。将工业副产元明粉作为复合矿粉的原料，利用其作为激发剂最大程度提高了复合矿粉的活性，需要说明的是，副产元明粉激发复合矿粉的活性的机理为在碱性环境中，硫酸盐对矿渣的活性激发效果明显，利用副产元明粉作为激活剂相较于纯元明粉而言，具有更好的效果，原因可能在于：副产元明粉中除含有主要成分，还含有结晶水和氧化钙、氢氧化钠等杂质，可以对复合矿粉具有更好的激活作用，由此可见，副产元明粉的使用，不仅不会对复合矿粉产生有害作用，而且可以产生更好的激活作用，最大程度的实现了废弃物的利用。

在本发明的一些实施方式中，副产元明粉的用量在复合矿粉中所占比例为0.5－1.5份(例如可以为0.5份、1份或者1.5份等)，优选为0.8－1.2份，进一步优选为1.0份，相对于上述含量范围，当副产元明粉的在复合矿粉中的用量的比例低于0.5份时，则三天强度下降；当副产元明粉的用量在复合矿粉中所占比例高于1.5份时，则容易在混凝土中与聚羧酸外加剂适应性差，活性下降；当陶瓷废料的用量在复合矿粉中所占比例高于20份时，则水化热大与聚羧酸外加剂适应性差，活性下降；当陶瓷废料的质量占矿渣的质量的比例低于5份时，则三天强度下降，水化速度慢。

由此可见，本发明实施例提供一种复合矿粉，该复合矿粉的制备物料包括矿渣、陶瓷废料和副产元明粉，一方面，上述的物料均为工业生产的废弃物，本发明实施例中的复合矿粉在制备过程中对于上述的固体废弃物的利用不需要进行预先处理，直接采用即可，极大的降低了再次利用的能耗，减少了固体废弃物对于环境的污染；另一方面，以副产元明粉作为激活剂，不仅不会因为副产元明粉的纯度低而出现复合矿粉的性能降低的问题，相反的，副产元明粉由于其特殊的组成，会极大的激活产品的活性，使产品可以达到或优于纯复合矿粉。

在可选的实施方式中，矿渣包括具有以下质量分数的组分：SiO₂ 29.85－31.85％、Al₂O₃ 15.0－18.0％、Fe₂O₃ 0.31－0.81％、CaO 37.0－41.0％、MgO 7.95－9.96％、SO₃ 1.0－1.5％以及L0SS －1.0－0％，余量为水。

在可选的实施方式中，陶瓷废料包括具有以下质量分数的组分：SiO₂ 63.88－67.88％、Al₂O₃ 25.03－21.03％、Fe₂O₃ 0.58－0.98％、CaO 3.26－5.26％、MgO 0.78－1.78％、SO₃ 0.1－0.54％以及L0SS 3.96－4.96％。

在可选的实施方式中，副产元明粉包括质量分数大于等于90％的Na₂SO₄。

在可选的实施方式中，复合矿粉还包括：湿灰渣5－20％；

优选的，湿灰渣包括以下质量分数的组分：SiO₂ 49.5－51.5％、Al₂O₃ 35.50－37.50％、Fe₂O₃ 5.0－6.0％、CaO 3.69－4.69％、MgO 0.7－1.2％、SO₃ 0－0.45％以及L0SS2.1－3.5％，余量为水。

在可选的实施方式中，复合矿粉还包括：湿粉煤灰3－8％；

优选的，湿粉煤灰包括以下质量分数的组分：SiO₂ 54.8－56.8％、Al₂O₃ 26.68－28.68％、Fe₂O₃ 4.85－5.85％、CaO 3.01－4.01％、MgO 0.55－1.15％、SO₃ 0.06－0.56％以及L0SS 1.8－3.2％，余量为水。

需要说明的是，以上物料中的LOSS指的是煅烧不完全的材料或废渣处理过程中的杂质。

粉煤灰(又称烟灰)：由燃料(主要是煤)燃烧过程中排出的微小灰粒。其粒径一般在1－100μm之间。属于危险废物。由燃料燃烧所产生烟气灰分中的细微固体颗粒物。如燃煤电厂从烟道气体中收集的细灰。而湿粉煤灰则是在烟道气体中粒径更小，无法通过烟道后部的布袋被收集，而是从烟道中降落到底部的水中，利用水来收集得到的部分。

灰渣：可燃物质(如煤)充分燃烧后余下的矿物渣滓，湿灰渣是通过湿法工艺收集的灰渣。

可见，湿粉煤灰和湿灰渣均为煤燃烧之后的残余物，不同之处就是物理形态如粒径的不同。由于上述的湿粉煤灰和湿灰渣均为湿法工艺排放，其中含有大量的水分而不易被广泛使用。而本发明实施例中采用湿粉煤灰和湿灰渣的含水特性，将上述的湿灰渣和湿粉煤灰应用到复合矿粉中，通过干湿物料的配合，使混合物料更容易入磨，并被粉磨成粒径更小的物料，作为填充部分，可以增加复合矿粉的密实度。整个过程中不仅巧妙的利用了物料本身的特性，有效利用了对环境具有巨大的污染作用且不易被使用的工业废弃物，而且极大的降低了再次使用的能源消耗，使制备的复合矿粉具有较好的使用性能。

综上，本发明实施例提供一种复合矿粉，复合矿粉以矿渣为主要原料，陶瓷废料、湿粉煤灰和湿灰渣等为辅料，副产元明粉做激发剂，复合矿粉是一种性能更为优质的微细掺合料，它克服了单掺矿粉容易泌水、体积稳定性较差、碳化比较深的不足。使本发明实施例提供的复合矿粉具有良好的物理形态、更高的烧失量和使用活性，复合矿粉的制备原料为难以利用和处理的工业废弃物，不仅解决了废弃物占地和污染环境的问题，而且将不同的工业废弃物复合化，将多种不同工业废渣复合而制备的多元凝胶材料，利用多元粉体之间的梯度水化反应，调控各组分凝胶反应的进程，充分发挥各组分性能而起到叠加作用。这样的应用可以减少环境负荷，节约资源，可望促进绿色高性能水泥与混凝土的发展。

第二方面，本发明实施例提供一种上述的复合矿粉的制备方法，包括：

将制备复合矿粉的原料进行烘干和粉磨，制得复合矿粉。

在可选的实施方式中，原料的烘干温度为200℃－230℃；

优选的，控制烘干后的原料中的含水量为10－12％。

瓷砖抛光废料、湿煤灰、湿灰渣等工业废渣，因水分过大(平均20左右)在传统的不带烘干设备的球破磨生产过程中，无法正常下料，而立磨生产最佳水分控制10－12％，通过干湿物料的配合，大大降低了能源消耗，可实现能耗较球磨降低2/3。

在可选的实施方式中，将烘干后的原料通入粉磨机中进行粉磨，并控制粉磨之后的粉末的比表面积为380－420m²/kg，优选的，粉磨机为立磨机；

优选的，将烘干原料产生的250℃－350℃尾气通入粉磨机中，以对尾气进行脱硫处理。

本发明实施例提供一种上述的复合矿粉的制备方法，制备过程中：先将制备物料烘干，烘干的过程中会形成固体物和烟气；将烘干之后的固体物通入立磨中研磨，同时将高温烟气通入研磨后的固体物中，利用固体物中的钙元素与烟气中的硫元素反应，进行脱硫；脱硫后的烟气可以部分循环回立磨，也可以全部循环回立磨。

经脱硫处理的高温烟气经过热量回收转变为低温烟气，以二氧化硫含量计，低温烟气中的硫含量不高于5.0mg/m³，颗粒物含量不高于18mg/m³，远低于国家排放标准，可直接排放。

经过脱硫处理后，固体物回收，得到复合矿粉。烟气中的二氧化硫与矿渣中的碱性氧化物反应，将烟气中的大部分的硫被固化到复合矿粉中，剩余的少量的尾气再进行收集，整个过程中基本不产生新的废弃物和尾气，实现零排放零污染，是一种新型的绿色环保的生产工艺。

第三方面，本发明实施例提供一种上述的复合矿粉在制备水泥和混凝土中的应用。

本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种复合矿粉、制备方法及应用。本发明中提供的复合矿粉包括矿渣、陶瓷废料和副产元明粉。该复合矿粉以矿渣为主要原料，陶瓷废料为辅料，副产元明粉做激发剂，利用目前无法批量资源化利用的工业废弃物矿渣、陶瓷废料和副产元明粉应用于复合矿粉生产中，利于降低天然矿产资源的用量，充分解决了工业废渣废弃物占地、污染环境等问题，解决了工业固废处置过程中成本高、收益小的瓶颈问题，既为治理环境污染做出了贡献又为企业节约成本提升了利润空间，为工业固废的治理开创了全新之路。另外，利用副产元明粉作为激发剂最大程度提高了复合矿粉的活性，为生产高标号水泥和混凝土奠定了基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1－4中的复合矿粉的粒度分析图；

图2为本发明实施例1－4中的复合矿粉的长径比分析图；

图3为本发明实施例1－4中的复合矿粉的圆形度分析图；

图4为本发明实施例1－4中的复合矿粉的制备工艺的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

复合矿粉的活性测试方法包括：GB/T18046－2017；

比表面积的测试方法包括：GB/T8074。

需要说明的是，在没有特殊说明的情况下，以下实施例和对比例中的

矿渣的具体组成为SiO₂ 30.85％、Al₂O₃ 16.80％、Fe₂O₃ 0.61％、CaO 38.12％、MgO9.07％、SO₃ 1.50％以及L0SS －1.19％，

陶瓷废料的具体组成为SiO₂ 65.88％、Al₂O₃ 23.03％、Fe₂O₃ 0.78％、CaO 4.26％、MgO 1.28％、SO₃ 0.34％以及L0SS 2.96％，

副产元明粉的主要成分为硫酸钠，结晶水。

实施例1

一种复合矿粉，包括以下重量份的组分：

实施例2

一种复合矿粉，包括以下重量份的组分：

实施例3

一种复合矿粉，包括以下重量份的组分：

实施例4

一种复合矿粉，包括以下重量份的组分：

实施例5

一种如以上实施例4中的复合矿粉的制备方法，包括以下步骤：

参照图4的制备工艺流程，利用破煤机将煤炭粉碎，然后通入沸腾炉内，粉碎的煤炭在沸腾炉内燃烧产生大量的热量用以对原料中的水分进行烘干，并且控制烘干后的原料在入磨之后的立磨机中的含水量为10％，同时，将烘干原料产生的烟气通入立磨机中对烟气中的二氧化硫进行脱硫处理。在立磨机中处理得到的物料经过风选、收集、输送和提升，包装成品，放入成品库中储存。

注，脱硫处理采用的方法参见矿渣脱硫方法及其在生产矿渣粉中的应用(CN110240431A)，上料装置可以采用特定的上料装置(CN110282360A)。

实施例6

一种水泥，包括如以上实施例4中的复合矿粉。

实施例7

一种混凝土，包括如以上实施例4中的复合矿粉。

对比例1

山东永正新材料矿渣微粉，生产厂家为山东永正新材料有限公司，型号为S95级。

对比例2

与实施例1中的组成类似，不同之处在于不包括副产元明粉，复合矿粉包括以下重量份的组分：

对比例3

与实施例1中的组成类似，不同之处在于副产元明粉的用量不同，复合矿粉包括以下重量份的组分：

对比例4

与实施例1中的组成类似，不同之处在于不包括湿灰渣和湿粉煤灰，复合矿粉包括以下重量份的组分：

矿渣 55份；

陶瓷废料 17份；

副产元明粉 1份。

对比例5

与实施例1中的组成类似，不同之处在于：湿灰渣和湿粉煤灰的用量不同，复合矿粉包括以下重量份的组分：

对比例6

与实施例1中的组成类似，不同之处在于不包括陶瓷废料，复合矿粉包括以下重量份的组分：

对比例7

与实施例1中的组成类似，不同之处在于陶瓷废料的用量不同，复合矿粉包括以下重量份的组分：

测试结果

1、对于本发明实施例1－4中的复合矿粉的物理形态进行测试，测试结果参见图1、图2和图3，由以上的附图可以看出：本发明实施例1－4提供的复合矿粉具有良好的物理形态。

2、对本发明实施例1－4和对比例1－7中的复合矿粉的具体性质进行测试，测试结果如下表所示：

由上表可以看出：本发明实施例1－4中的复合矿粉在比表面积、SO₃含量、3天活性、7天活性、28天活性等数值，均高于相较于对比例1－7中的复合矿粉中的相应的数值，表明本发明实施例中的复合矿粉在其设定的组成和含量的基础上，具有良好的性质，尤其值得说明的是：本发明实施例提供的复合矿粉在工业废渣掺量超过40％的基础上，生产出的复合矿粉各项性能指标均达到或超过了国家标准中对复合矿粉的技术要求。即实现了固废的综合利用又提高了产品的性能，可以完全取代复合矿粉，广泛应用于水泥、混凝土生产过程中。

综上，本发明实施例提供了一种复合矿粉、制备方法及应用。该复合矿粉包括矿渣、陶瓷废料和副产元明粉。该复合矿粉以矿渣为主要原料，陶瓷废料为辅料，副产元明粉做激发剂，利用目前无法批量资源化利用的工业废弃物矿渣、陶瓷废料和副产元明粉应用于复合矿粉生产中，利于降低天然矿产资源的用量，解决了工业废渣废弃物占地、污染环境等问题，且制备复合矿粉的过程中，不产生新的污染物和尾气，并且制备的复合矿粉具有良好的物理形态、烧失量和极大的使用活性。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合矿粉，其特征在于，包括以下重量份的组分：矿渣55－70份、陶瓷废料5－20份和副产元明粉0.5－1.5份。

2.根据权利要求1所述的复合矿粉，其特征在于，所述矿渣包括以下质量分数的组分：SiO₂ 29.85－31.85％、Al₂O₃ 15.0－18.0％、Fe₂O₃ 0.31－0.81％、CaO 37.0－41.0％、MgO7.95－9.96％、SO₃ 1.0－1.5％以及L0SS－1.0－0％，余量为水。

3.根据权利要求1所述的复合矿粉，其特征在于，所述陶瓷废料包括以下质量分数的组分：SiO₂ 63.88－67.88％、Al₂O₃ 25.03－21.03％、Fe₂O₃0.58－0.98％、CaO 3.26－5.26％、MgO 0.78－1.78％、SO₃ 0.1－0.54％以及L0SS 3.96－4.96％。

4.根据权利要求3所述的复合矿粉，其特征在于，所述副产元明粉包括质量分数大于等于90％的Na₂SO₄。

5.根据权利要求1所述的复合矿粉，其特征在于，所述复合矿粉还包括：湿灰渣5－20份；

优选的，所述湿灰渣包括以下质量分数的组分：SiO₂ 49.5－51.5％、Al₂O₃35.50－37.50％、Fe₂O₃ 5.0－6.0％、CaO 3.69－4.69％、MgO 0.7－1.2％、SO₃0－0.45％以及L0SS2.1－3.5％，余量为水。

6.根据权利要求1所述的复合矿粉，其特征在于，所述复合矿粉还包括：湿粉煤灰3－8份；

优选的，所述湿粉煤灰包括以下质量分数的组分：SiO₂ 54.8－56.8％、Al₂O₃ 26.68－28.68％、Fe₂O₃ 4.85－5.85％、CaO 3.01－4.01％、MgO 0.55－1.15％、SO₃ 0.06－0.56％以及L0SS 1.8－3.2％，余量为水。

7.一种根据权利要求1－6中任一项所述复合矿粉的制备方法，其特征在于，包括：将制备复合矿粉的原料进行烘干和粉磨，制得所述复合矿粉。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述原料的烘干温度为200℃－230℃；

优选的，控制所述烘干后的原料中的含水量为10－12％。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，将烘干后的原料通入粉磨机中进行粉磨，并控制粉磨之后的粉末的比表面积为380－420m²/kg，优选的，所述粉磨机为立磨机；

优选的，将烘干原料产生的250℃－350℃尾气通入粉磨机中，以对所述尾气进行脱硫处理。

10.一种根据权利要求1－6中任一项所述的复合矿粉或者权利要求7－9中任一项所述制备方法制备的复合矿粉在制备水泥和混凝土中的应用。

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