CN111732358B - 一种锂渣基混凝土矿物掺合料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂渣基混凝土矿物掺合料，由以下重量份的原料经过混合、研磨而成：40~60%的改性锂渣、5~20%的微波烧结锂渣、5~10%原状锂渣、10~20%的矿粉、1~10%的石粉与0.1~1.0%的纳米材料。本发明通过对锂渣、凹凸棒土、高钙粉煤灰、镍渣、钢渣、人造石材边角料助溶剂进行高温煅烧，从而改性锂渣，调整锂渣中SiO2和Al2O3的比例，提高其CaO的比例，改变了锂渣的组成，提高了其在混凝土中的利用效率。同时，钢渣、镍渣等以及助溶剂等材料的使用，有助于降低煅烧温度，另外，相对较低的煅烧温度使得生成的物质主要以C2S为主，有助于提高混凝土的后期强度。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种锂渣基混凝土矿物掺合料。
背景技术
锂渣是硫酸法生产碳酸锂过程中产生的工业废渣，外观呈乳白色，是一种具有相对较高早期活性的火山灰材料。生产1吨碳酸锂约产生10吨锂渣，但锂渣的利用率较低，由于锂渣中SiO2和Al2O3含量较高，因此可以将其用作混凝土矿物掺合料。混凝土中掺锂渣可以起到改善混凝土孔结构、降低混凝土收缩和渗透性，以及提高混凝土弹性模量等作用。但是锂渣在水泥混凝土中应用时，存在含水率较高、需水量高以及后期活性较低等问题，限制了锂渣在水泥混凝土中的应用。
为改善上述现象：发明人在专利201610489151.7《一种无熟料锂渣复合胶凝材料》提供了一种无熟料锂渣复合胶凝材料，胶凝材料由下述组分重量份组成：锂渣30-70份、石灰或白灰渣10-25份、矿渣10-40份、钢渣5-10份，木钙0 .5-1份，骨胶0.1-0.5份。在专利201610148234.X《一种混凝土用复合矿物掺合料》提供了40-60％锂渣、10-30％矿渣、5-20％镍渣、5-10％加气混凝土废料、5-10％硫铝酸盐水泥熟料、0.1-0.5％超塑化剂粉末。主要是采用早强型材料、减水剂等方法来调整锂渣的活性与需水量问题，但是没有从根本上改变锂渣的性能，对于锂渣的整体利用率贡献较小。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种锂渣基混凝土矿物掺合料，通过对锂渣、凹凸棒土、高钙粉煤灰、镍渣、钢渣、人造石材边角料以及助溶剂混合高温煅烧，改性锂渣，改变了锂渣的组成，作为主要原料，制备混凝土矿物掺合料，提高了其在混凝土中利用率，解决了锂渣在混凝土中利用时，含水率高、需水量高以及后期活性较低的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种锂渣基混凝土矿物掺合料，由以下重量份的原料经过混合、研磨而成：40~60%的改性锂渣、5~20%的微波烧结锂渣、5~10%原状锂渣、10~20%的矿粉、1~10%的石粉与0.1~1.0%的纳米材料。
本发明的进一步改进方案为：
所述改性锂渣的制备步骤如下：
步骤1），将锂渣进行抽滤与烘干；
步骤2），将30~50质量份锂渣、5~20质量份凹凸棒土、5-20质量份高钙粉煤灰、5~30质量份镍渣、5~20质量份钢渣、5~40质量份人造石材边角料、1~3质量份助溶剂混合均匀，并粉磨至比表面积300~400m2/kg；
步骤3），将步骤2）所得混合物在600~1000℃条件下煅烧30~60分钟，然后急冷得到改性锂渣。
进一步的，所述助溶剂为煅烧滑石、生滑石、萤石、长石、白云石中一种或两种以上混合。
本发明的更进一步改进方案为：
所述微波烧结锂渣由30~70%锂渣粉和30~70%的矫正物质组成。
进一步的，所述矫正物质为高岭土、渣土、废弃陶瓷粉、废弃玻璃粉中的一种或两种以上混合。
进一步的，所述微波烧结锂渣粉的制备过程为：
步骤1），将锂渣粉与矫正物质混合带水湿磨至比表面积大于450 m2/kg；
步骤2），将步骤1）所得的混合物暴晒或者烘干；
步骤3），将步骤2）所得的混合物通过工业微波炉煅烧得到微波烧结锂渣粉，煅烧温度200~900℃，煅烧时间5~15分钟。
本发明的再进一步改进方案为：
所述矿粉由60~70%细度在320~350m2/kg矿粉与30~40%的细度在600~700m2/kg矿粉组成。
进一步的，所述石粉的细度大于700m2/kg。
进一步的，所述锂渣基混凝土矿物掺合料的细度大于400m2/kg。
进一步的，所述纳米材料为纳米MgO与硅酸钠的复合物，其中纳米MgO与硅酸钠的质量比为1:1~3:1。
本发明的有益效果为：
1）本发明的锂渣基混凝土矿物掺合料采用了大量锂渣，提高了锂渣的整体利用率，大大降低了锂渣对环境的危害，同时通过改性、微波烧结等方式改善了锂渣材料含水率高、需水量较高的问题。
2）本发明通过对锂渣、凹凸棒土、高钙粉煤灰、镍渣、钢渣、人造石材边角料助溶剂进行高温煅烧，从而改性锂渣，调整锂渣中SiO2和Al2O3的比例，提高其CaO的比例，改变了锂渣的组成，提高了其在混凝土中的利用效率。同时，钢渣、镍渣等以及助溶剂等材料的使用，有助于降低煅烧温度；同时，由于钢渣、镍渣中含有较多的MgO容易引起混凝土的安定性不良，通过对钢渣、镍渣进行低温烧结，并急速冷却，可以使MgO固结于玻璃体中，且就有较高的活性，可以参与到水化过程中形成水滑石，有助于提高混凝土耐久性。另外，改性锂渣相对较低的煅烧温度使得生成的物质主要以C2S为主，有助于提高混凝土的后期强度。
3）本发明通过采用微波烧结的方式破坏锂渣的晶体结构，使其晶体结构产生缺陷，从而提高了锂渣的活性，同时通过渣土、凹凸棒土等材料调整煅烧锂渣的中活性Al2O3含量，进一步改善其活性，经微波烧结后，材料组成主要为铝酸盐矿物或者铝硅酸盐等物质有效保证了本发明的早期强度，解决了传统掺合料早期强度较低的问题。
4）本发明充分利用了人造石边角料，解决了人造石边角料由于存在有机物质而难以利用的问题。
5）本发明采用的矿粉主要有两部分组成，一部分是细度为320~350m2/kg矿粉，另外一部分为细度在600~700m2/kg矿粉，选择细度为320~350m2/kg矿粉主要为保证本发明的后期强度，而选择细度为600~700m2/kg矿粉主要利用为保证本发明的早期强度。
6）纳米材料MgO以及硅酸钠的使用，不但可以提高矿物掺合料的早期活性，同时可以改善混凝土的耐久性，使得本发明不但可以作为普通混凝土掺合料使用，也可以作为预制装配式混凝土掺合料使用。
具体实施方式
实施例1
改性锂渣的制备：
步骤1），将锂渣进行抽滤与烘干；
步骤2），将30质量份锂渣、5份凹凸棒土、5份高钙粉煤灰、5份镍渣、12份钢渣、40份人造石材边角料、3份白云石混合均匀，并粉磨至比表面积300~400m2/kg；
步骤3），将步骤2）所得混合物在1000℃条件下煅烧30分钟，然后急冷制备出改性锂渣。
微波烧结锂渣粉的制备：
步骤1），将70%的锂渣粉和30%的高岭土混合带水湿磨至比表面积500 m2/kg；
步骤2），将步骤1）所得的混合物暴晒至含水率小于4%；
步骤3），将步骤2）所得的混合物通过工业微波炉煅烧得到微波烧结锂渣粉，煅烧温度900℃，煅烧时间15分钟。
矿粉的准备：称取70%细度在350m2/kg矿粉与30%的细度在700m2/kg矿粉混合。
石粉的准备：选择细度为720m2/kg的石粉。
纳米材料的制备：称取质量比为1:1的纳米MgO与硅酸钠混合均匀。
制备锂渣基混凝土矿物掺合料：按照以下重量份称取各原料，经过混合、研磨至细度为450m2/kg，即得锂渣基混凝土矿物掺合料：40%的改性锂渣、20%的微波烧结锂渣、10%原状锂渣、20%的矿粉、10%的石粉与1%纳米材料。
实施例2
改性锂渣的制备：
步骤1），将锂渣进行抽滤与烘干；
步骤2），将50质量份锂渣、20份凹凸棒土、5份高钙粉煤灰、5份镍渣、5份钢渣、14份人造石材边角料、1份煅烧滑石混合均匀，并粉磨至比表面积400m2/kg；
步骤3），将步骤2）所得混合物在600℃条件下煅烧60分钟，然后急冷制备出改性锂渣。
微波烧结锂渣粉的制备：
步骤1），将70%的锂渣粉和30%的渣土混合带水湿磨至比表面积500 m2/kg；
步骤2），将步骤1）所得的混合物烘干至含水率小于4%；
步骤3），将步骤2）所得的混合物通过工业微波炉煅烧得到微波烧结锂渣粉，煅烧温度200℃，煅烧时间5分钟。
矿粉的准备：称取60%细度在320m2/kg矿粉与40%的细度在600m2/kg矿粉混合。
石粉的准备：选择细度为750m2/kg的石粉。
纳米材料的制备：称取质量比为3:1的纳米MgO与硅酸钠的混合均匀。
制备锂渣基混凝土矿物掺合料：按照以下重量份称取各原料，经过混合、研磨至细度为500m2/kg，即得锂渣基混凝土矿物掺合料：60%的改性锂渣、5%的微波烧结锂渣、5%原状锂渣、20%的矿粉、0.1%纳米材料与10%的石粉。
实施例3
改性锂渣的制备：
步骤1），将锂渣进行抽滤与烘干；
步骤2），将30质量份锂渣、5份凹凸棒土、5份高钙粉煤灰、5份镍渣、12份钢渣、40份人造石材边角料、3份助溶剂混合均匀，并粉磨至比表面积400m2/kg；所述助溶剂为质量比为1:2:3的生滑石、萤石以及长石组成；
步骤3），将步骤2）所得混合物在1000℃条件下煅烧60分钟，然后急冷制备出改性锂渣。
微波烧结锂渣粉的制备：
步骤1），将70%锂渣粉和30%的废弃玻璃粉混合带水湿磨至比表面积500 m2/kg；
步骤2），将步骤1）所得的混合物烘干至含水率小于4%；
步骤3），将步骤2）所得的混合物通过工业微波炉煅烧得到微波烧结锂渣粉，煅烧温度600℃，煅烧时间10分钟。
矿粉的准备：称取70%细度在350m2/kg矿粉与30%的细度在700m2/kg矿粉混合。
石粉的准备：选择细度为720m2/kg的石粉。
纳米材料的制备：称取质量比为2:1的纳米MgO与硅酸钠混合均匀。
制备锂渣基混凝土矿物掺合料：按照以下重量份称取各原料，经过混合、研磨至细度为450m2/kg，即得锂渣基混凝土矿物掺合料：60%的改性锂渣、15%的微波烧结锂渣、5%原状锂渣、10%的矿粉、0.5%纳米材料与10%的石粉。
实施例4
改性锂渣的制备：
步骤1），将锂渣进行抽滤与烘干；
步骤2），将30质量份锂渣、20份凹凸棒土、17份高钙粉煤灰、5份镍渣、20份钢渣、5份人造石材边角料、3份萤石混合均匀，并粉磨至比表面积300~400m2/kg；
步骤3），将步骤2）所得混合物在900℃条件下煅烧60分钟，然后急冷制备出改性锂渣。
微波烧结锂渣粉的制备：
步骤1），将30%锂渣粉、20%的高岭土、20%的渣土、10%的废弃陶瓷粉以及20%的废弃玻璃粉混合带水湿磨至比表面积550 m2/kg；
步骤2），将步骤1）所得的混合物烘干至含水率小于4%；
步骤3），将步骤2）所得的混合物通过工业微波炉煅烧得到微波烧结锂渣粉，煅烧温度900℃，煅烧时间15分钟。
矿粉的准备：称取65%细度在340m2/kg矿粉与35%的细度在650m2/kg矿粉混合。
石粉的准备：选择细度为720m2/kg的石粉。
纳米材料的制备：称取质量比为3:2的纳米MgO与硅酸钠混合均匀。
制备锂渣基混凝土矿物掺合料：按照以下重量份称取各原料，经过混合、研磨至细度为500m2/kg，即得锂渣基混凝土矿物掺合料：60%的改性锂渣、19%的微波烧结锂渣、10%原状锂渣、10%的矿粉、1%纳米材料与1%的石粉。
实施例5
改性锂渣的制备：
步骤1），将锂渣进行抽滤与烘干；
步骤2），将30质量份锂渣、5份凹凸棒土、5份高钙粉煤灰、30份镍渣、7份钢渣、20份人造石材边角料、3份萤石混合均匀，并粉磨至比表面积400m2/kg；
步骤3），将步骤2）所得混合物在1000℃条件下煅烧60分钟，然后急冷制备出改性锂渣。
微波烧结锂渣粉的制备：
步骤1），将350%锂渣粉、10%高岭土、20%渣土、10%废弃陶瓷粉以及10%的废弃玻璃粉混合带水湿磨至比表面积550 m2/kg；
步骤2），将步骤1）所得的混合物烘干至含水率小于4%；
步骤3），将步骤2）所得的混合物通过工业微波炉煅烧得到微波烧结锂渣粉，煅烧温度900℃，煅烧时间15分钟。
矿粉的准备：称取70%细度在320m2/kg矿粉与30%的细度在700m2/kg矿粉混合。
石粉的准备：选择细度为750m2/kg的石粉。
纳米材料的制备：称取质量比为2:1的纳米MgO与硅酸钠混合均匀。
制备锂渣基混凝土矿物掺合料：按照以下重量份称取各原料，经过混合、研磨至细度为450m2/kg，即得锂渣基混凝土矿物掺合料：50%的改性锂渣、10%的微波烧结锂渣、10%原状锂渣、10%的矿粉、1%纳米材料与10%的石粉。
性能检测
将实施例1-5制得的锂渣基混凝土矿物掺合料作为混凝土掺合料以及现有技术公开的掺合料（按照专利201610148234X公开的组分制备而成）作为混凝土掺合料，按照以下基准配比配制混凝土：315g PII52.5水泥，225g水，掺合料135g，标准砂1350g，参照GBT17671-1999 水泥胶砂强度检验方法(ISO法)，对上述混凝土进行性能检测，检测结果如表1所示。
表1
由表1可见，本发明制备的矿物掺合料各龄期强度均较为优异，特别是后期强度远高于对比样，同时，胶砂流动度提高明显，说明本发明的需水量低。
Claims (5)
1.一种锂渣基混凝土矿物掺合料，其特征在于，由以下重量份的原料经过混合、研磨而成：40~60%的改性锂渣、5~20%的微波烧结锂渣、5~10%原状锂渣、10~20%的矿粉、1~10%的石粉与0.1~1.0%的纳米材料；
所述改性锂渣的制备步骤如下：
步骤1），将锂渣进行抽滤与烘干；
步骤2），将30~50质量份锂渣、5~20质量份凹凸棒土、5-20质量份高钙粉煤灰、5~30质量份镍渣、5~20质量份钢渣、5~40质量份人造石材边角料、1~3质量份助溶剂混合均匀，并粉磨至比表面积300~400m2/kg；
步骤3），将步骤2）所得混合物在600~1000℃条件下煅烧30~60分钟，然后急冷得到改性锂渣；
所述助溶剂为煅烧滑石、生滑石、萤石、长石、白云石中一种或两种以上混合；
所述微波烧结锂渣由质量百分比30~70%的锂渣粉和30~70%的矫正物质组成；
所述矫正物质为高岭土、渣土、废弃陶瓷粉、废弃玻璃粉中的一种或两种以上混合；
所述微波烧结锂渣粉的制备过程为：
步骤1），将锂渣粉与矫正物质混合带水湿磨至比表面积大于450 m2/kg；
步骤2），将步骤1）所得的混合物暴晒或者烘干；
步骤3），将步骤2）所得的混合物通过工业微波炉煅烧得到微波烧结锂渣粉，煅烧温度200~900℃，煅烧时间5~15分钟。
2.根据权利要求1所述的一种锂渣基混凝土矿物掺合料，其特征在于：所述矿粉由60~70%细度在320~350m2/kg矿粉与30~40%的细度在600~700m2/kg矿粉组成。
3.根据权利要求1所述的一种锂渣基混凝土矿物掺合料，其特征在于：所述石粉的细度大于700m2/kg。
4.根据权利要求1所述的一种锂渣基混凝土矿物掺合料，其特征在于：所述锂渣基混凝土矿物掺合料的细度大于400m2/kg。
5.根据权利要求1所述的一种锂渣基混凝土矿物掺合料，其特征在于：所述纳米材料为纳米MgO与硅酸钠的复合物，其中纳米MgO与硅酸钠的质量比为1:1~3:1。
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2020
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