CN111302741B - 一种利用铅锌渣制备的生态胶凝材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种利用铅锌渣制备的生态胶凝材料及其制备方法，原料包括激发剂、铅锌渣和水，将上述原料置于搅拌机中混合均匀后，倒入模具腔内，在振实台上振实，表面抹平。放入蒸汽养护箱养护，取出，拆模，常温养护，养护至设定天数后，完成生态胶凝材料的制备。本发明解决了现有使用铅锌渣制备生态胶凝材料普遍存在铅锌渣配加比例偏低，铅锌渣生态胶凝材料强度偏低的共性关键技术问题，实现了工业固体废弃物的循环利用。

Description

一种利用铅锌渣制备的生态胶凝材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，特别是涉及一种利用铅锌渣制备的生态胶凝材料及其制备方法。

背景技术

水泥作为广泛应用的胶凝材料，生产过程中不仅需要消耗大量的钙质、硅质、铝质以及铁质等矿产资源，同时会消耗大量能量，排出大量二氧化碳气体以及其他废气、废水等。导致水泥的成本较高，污染严重。针对上述问题，急需生产出可替代水泥的无熟料或者少熟料生态胶凝材料。

与此同时，近年来，随着我国铅锌有色冶炼工业的快速增长，生产能力的快速发展，铅锌冶炼渣处理问题变得日益严峻。据调查，每产生万吨铅排放7100t废渣，每产生万吨锌排放9600t渣。铅锌渣的主要成分由铁、硅和少量铝、锰、钾等组成，即Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃、ZnO、CaO、MgO、MnO等。由于杂质含量高，不能直接利用，需要深度激发处理。目前铅锌渣的大量堆存，不仅占用宝贵土地，而且对环境和地下水造成严重污染。因此，如何大规模、高效的利用铅锌渣，实现环境减负，企业增效，成为了迫切需要解决的问题。

通过激发铅锌渣潜在的水化胶凝活性，有望成为替代水泥的胶凝材料，在实现工业固体废弃物的循环利用的同时，促进有色冶金企业的绿色可持续发展。然而，现有使用铅锌渣制备生态胶凝材料普遍存在铅锌渣掺量较低，铅锌渣生态胶凝材料强度偏低的共性关键技术问题。

发明内容

基于上述问题，本发明提供一种利用铅锌渣制备的生态胶凝材料及其制备方法，通过多组分激发剂协同激发铅锌渣潜在的水化胶凝活性，采用合理养护方式，形成铅锌渣基生态胶凝材料，克服现有技术中铅锌渣制备生态胶凝材料普遍存在铅锌渣掺量较低，铅锌渣生态胶凝材料强度偏低的技术问题。

本发明的技术方案之一，一种利用铅锌渣制备的生态胶凝材料，原料包括多组分激发剂、铅锌渣粉和水；

其中多组分激发剂包括：

第一类激发剂：富含钙具有激发铅锌渣活性的工业固体废弃物；

第二类激发剂：富含镁且具有激发铅锌渣活性的工业固体废弃物；

第三类激发剂：具有胶凝活性激发功能的硅酸盐水泥；

优选的，所述第一类激发剂为粒径为2.0-60μm的钢渣、电石渣的一种或两种；

优选的，所述第二类激发剂为粒径为2.0-60μm的水氯镁石，水氯镁石中的主要成飞为MgCl₂·6H₂O，更优选的为青海盐湖所产生的成分比较单一的水氯镁石；

优选的，所述第三类激发剂为粒径为2.0-60μm的硅酸盐PO.42.5水泥；

优选的，所述铅锌渣为粒径为2.0-120μm的有色铅锌冶炼水淬废渣，更优选的铅锌渣粉体的粒径≤100μm。

优选的，原料按质量份数计，第一类激发剂20-50份，第二类激发剂50-100份，第三类激发剂20-150份，铅锌渣粉600-700份，水100-300份。

本发明的技术方案之二，上述的生态胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将第一类激发剂和第三类激发剂与铅锌渣粉按照一定比例进行配料，搅拌混合，制成均质粉料；

(2)将第二类激发剂溶入水中，搅拌均匀制成混合溶液；

(3)向步骤(1)制备的粉料中添加步骤(2)制备的混合溶液，同时搅拌混合，制得浆料；

(4)插捣、振实后养护成型得生态胶凝材料。

优选的，先进行蒸汽养护，然后进行常温养护。

优选的，先进行70℃蒸汽养护24h，然后进行常温养护。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

多组分激发剂中，含钙具有激发铅锌渣活性的工业固体废弃物电石渣激发铅锌渣中玻璃体活性，并且附着在铅锌渣基体表面。与此同时，富含镁且具有激发铅锌渣活性的工业固体废弃物水氯镁石不仅激发铅锌渣中玻璃体的活性，同时与含钙固废发生反应，在含钙固废表面产生纤维状结构，结构之间相互接连使得铅锌渣颗粒之间产生链接；具有胶凝活性的水泥加入，激发铅锌渣中玻璃体活性，同时由于自身胶凝作用，使得激发体系中铅锌渣颗粒之间连结更加紧密，从而使得铅锌渣胶凝材料整体结构致密，产生一定的强度。

本发明制备的生态胶凝材料在显著提高了铅锌渣掺杂的前提下7天抗压强度可达到17MPa以上，28天抗压强度为20MPa以上。

说明书附图

图1是本发明实施例1所制备的胶凝材料样品的28天水化产物XRD图。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

以下实施例中，所选用的第一类激发剂为电石渣，第二类激发剂为水氯镁石，第三类激发剂为硅酸盐PO.42.5水泥。

实施例1-5，对比例1-3原料用量见表1；

表1

实施例1-5，对比例1-3胶凝材料制备方法：

(1)称取原料；

(2)将铅锌渣、水泥、电石渣，置于搅拌机中搅拌均匀，得混合粉料；

(3)将水氯镁石和水混合均匀得混合溶液；

(4)向步骤(1)制备的粉料中添加步骤(2)制备的混合溶液，同时搅拌混合5min，制得浆料；

(5)搅拌均匀后的浆料倒入模具内，充分插捣，在振实台上充分振实、表面抹平后，放入蒸汽养护箱中，设置养护箱温度为70℃，在养护箱中养护24h，将装有浆料的模具整体从养护箱中取出，拆模后常温养护至设定天数，取出试块，完成铅锌渣生态胶凝材料的制备。

对实施例1制备的胶凝材料样品28天水化产物XRD图见图1，从,图1中可以看出，由实施例1所制备的胶凝材料样品的28天水化产物里面，矿物相主要为硅酸三钙、硅酸二钙的水化凝胶，硅酸三钙、硅酸二钙水化时释放出的氢氧化钙，还有未参加反应的氧化亚铁和氧化锌。这说明实施例1的多组分激发剂促进了铅锌渣潜在水化活性的释放，发生了水化反应，形成了对产物强度有较大贡献的硅酸三钙和硅酸二钙水化凝胶，较好的实现了所制备的胶凝材料力学性能的提升。

随后按(GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检测方法(ISO法)》)标准测试实施例1-5以及对比例1-3试块的抗压强度。结果见表2。

表2

由表2数据可以得出，随着水氯镁石含量的增加，更加完全激发铅锌渣中玻璃体的活性，但是如果水氯镁石或铅锌渣的含量过高会产生剩余，与此同时水氯镁石在形成晶体的过程中会产生一定的板状结构对胶凝料整体强度产生影响。在三类激发剂的共同作用下，充分激发了铅锌渣的胶凝活性，使以铅锌渣为主料的胶凝材料的抗压性能大幅提升，当选用两种或一种激发剂的情况下所制备的胶凝材料的抗压性能显著下降。

对实施例1制备的胶凝材料进行成分检测，结构见表3；

表3

应指出的是上述实例仅作为说明本发明的技术思路和特点，其目的在于其他人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明思路实质所做的等效变化或完善，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用铅锌渣制备的生态胶凝材料，其特征在于，原料包括多组分激发剂、铅锌渣粉和水；

其中多组分激发剂包括：

第一类激发剂：粒径为2.0-60μm的钢渣、电石渣的一种或两种；

第二类激发剂：粒径为2.0-60μm的水氯镁石；

第三类激发剂：粒径为2.0-60μm的硅酸盐PO.42.5水泥所述铅锌渣粉为粒径为2.0-120μm的有色铅锌冶炼水淬废渣；

原料按质量份数计，第一类激发剂20-50份，第二类激发剂50-100份，第三类激发剂20-150份，铅锌渣粉600-750份，水100-300份。

2.一种根据权利要求1所述的生态胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将第一类激发剂和第三类激发剂与铅锌渣粉按照一定比例进行配料，搅拌混合，制成均质粉料；

(2)将第二类激发剂溶入水中，搅拌均匀制成混合溶液；

(3)向步骤(1)制备的粉料中添加步骤(2)制备的混合溶液，同时搅拌混合，制得浆料；

(4)插捣、振实后养护成型得生态胶凝材料。

3.根据权利要求2所述的生态胶凝材料的制备方法，其特征在于，先进行蒸汽养护，然后进行常温养护。

4.根据权利要求3所述的生态胶凝材料的制备方法，其特征在于，先进行70℃蒸汽养护24h，然后进行常温养护。

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