CN111747697A - 一种碱激发铜镍渣胶凝材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种碱激发铜镍渣胶凝材料及其制备方法和应用，涉及固废利用技术领域。所述碱激发铜镍渣胶凝材料包括固体粉料和水，其中：按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉50～65wt％、掺合料28～45wt％和固体激发剂5～15.2wt％。由上述原料制备得到的碱激发铜镍渣胶凝材料，通过由铜镍渣粉、掺合料和固体激发剂按特定比例组成的固体粉料和水制得，上述碱激发铜镍渣胶凝材料可以将铜镍渣粉进行规模化利用，进而有效缓解了现有铜镍渣粉堆放或填埋造成的环境污染以及占用农田的问题；同时将其应用于矿井填充中，也能降低矿山充填的成本，具有较好的社会经济效益。

Description

一种碱激发铜镍渣胶凝材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及固废利用技术领域，尤其是涉及一种碱激发铜镍渣胶凝材料及其制备方法和应用。
背景技术
有色冶炼渣是一种工业副产品，这些冶炼渣大部分的处理方式是堆积或填埋。由于这些冶炼渣中含有许多重金属如铜、镍、钴和锌等。因此大量堆积或填埋的工业冶炼废渣不仅占用农田土地，而且还严重的危害着社会生态环境。
铜镍渣粉是冶炼厂在冶炼铜、镍有色金属过程中排放的废渣。其化学成分主要为SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3和MgO等，其矿物成分主要为铁镁橄榄石((Fe、Mg)2SiO4)。据统计每生产一吨镍金属就会生产6-16吨镍渣粉，每生产1吨精炼铜就产生196.5吨废渣，同时由于企业为了降低生产铜、镍的成本，将熔融的尾渣直接倒入厂房内，利用空气缓慢冷却尾渣，因此尾渣粉中的玻璃相含量较低，活性较差，这导致了铜镍渣的利用率很低，仅为8％。
有鉴于此，有必要研究开发一种可以对上述铜镍渣粉进行规模化利用的碱激发铜镍渣胶凝材料，以有效缓解现有铜镍渣粉堆放或填埋造成的环境污染以及占用农田的问题，变得十分必要和迫切。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种碱激发铜镍渣胶凝材料，所述碱激发铜镍渣胶凝材料通过将由铜镍渣粉、掺合料和固体激发剂组成的固体粉料和水制得，上述碱激发铜镍渣胶凝材料可以将铜镍渣粉进行规模化利用，进而有效缓解了现有铜镍渣粉堆放或填埋造成的环境污染以及占用农田的问题。
本发明的第二目的在于提供一种所述碱激发铜镍渣胶凝材料的制备方法，该方法具有制备工艺简单、操作简便、易于实施，制备过程不需要特殊的加工设备等优点。
本发明的第三目的在于提供一种所述碱激发铜镍渣胶凝材料的应用，该碱激发铜镍渣胶凝材料可以广泛应用于矿井填充材料的制备过程中。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供的一种碱激发铜镍渣胶凝材料，所述碱激发铜镍渣胶凝材料包括固体粉料和水；其中，按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉50～65wt％、掺合料28～45wt％和固体激发剂5～15.2wt％，所述固体粉料中各组分的质量百分数之和为100％。
进一步的，按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉 65wt％、掺合料28wt％和固体激发剂7wt％；
所述固体粉料中各组分的质量百分数之和为100％；
优选地，按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉 50wt％、掺合料43wt％和固体激发剂7wt％。
进一步的，所述固体粉料和水的质量比为100：23～25，优选为100： 23。
进一步的，所述固体激发剂包括硫酸钠、氢氧化钠或无水偏硅酸钠中的至少一种。
进一步的，所述掺合料为矿渣粉。
进一步的，所述铜镍渣粉的平均粒径为8.3～84.6微米，优选为8.3微米；
优选地，所述掺合料的平均粒径为7.3微米。
本发明提供的一种上述碱激发铜镍渣胶凝材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将各原料混合均匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料。
进一步的，所述制备方法包括以下步骤：
(a)、将铜镍渣粉和掺合料混合，得到混合料A；
(b)、将固体激发剂溶解于水中，得到碱激发溶液；
(c)、将步骤(a)得到的混合料A与步骤(b)得到的碱激发溶液混匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料；
所述步骤(a)和步骤(b)的顺序可调换。
本发明提供的一种上述碱激发铜镍渣胶凝材料在制备矿井填充材料中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的碱激发铜镍渣胶凝材料，所述碱激发铜镍渣胶凝材料包括固体粉料和水，其中：按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉50～65wt％、掺合料28～45wt％和固体激发剂5～15.2wt％。由上述原料制备得到的碱激发铜镍渣胶凝材料，通过由铜镍渣粉、掺合料和固体激发剂按特定比例组成的固体粉料和水制得，上述碱激发铜镍渣胶凝材料可以将铜镍渣粉进行规模化利用，进而有效缓解了现有铜镍渣粉堆放或填埋造成的环境污染以及占用农田的问题。
本发明提供的碱激发铜镍渣胶凝材料的制备方法，上述制备方法将各原料混合均匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料。该制备方法具有制备工艺简单、操作简便、易于实施，制备过程不需要特殊的加工设备等优点。
本申请提供的碱激发铜镍渣胶凝材料可以广泛应用于矿井填充材料的制备过程中。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的一个方面，一种碱激发铜镍渣胶凝材料，所述碱激发铜镍渣胶凝材料包括固体粉料和水；其中，按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉50～65wt％、掺合料28～45wt％和固体激发剂 5～15.2wt％，所述固体粉料中各组分的质量百分数之和为100％。
本发明提供的碱激发铜镍渣胶凝材料，所述碱激发铜镍渣胶凝材料包括固体粉料和水，其中：按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉50～65wt％、掺合料28～45wt％和固体激发剂5～15.2wt％。由上述原料制备得到的碱激发铜镍渣胶凝材料，通过由铜镍渣粉、掺合料和固体激发剂按特定比例组成的固体粉料和水制得，上述碱激发铜镍渣胶凝材料可以将铜镍渣粉进行规模化利用，进而有效缓解了现有铜镍渣粉堆放或填埋造成的环境污染以及占用农田的问题。
作为一种优选的实施方式，由上述质量百分数固体粉料制得的碱激发铜镍渣胶凝材料具有良好的力学强度，能够满足一般工程对强度的要求。
在本发明的一种优选实施方式中，所述固体粉料，按质量百分数计，主要由以下组分组成：铜镍渣粉65wt％、掺合料28wt％和固体激发剂7wt％；
所述固体粉料中各组分的质量百分数之和为100％；
优选地，所述固体粉料，按质量百分比计，主要由以下组分组成：铜镍渣粉50wt％、掺合料43wt％和固体激发剂7wt％。
本发明中，通过对固体粉料各组分原料比例的进一步调整和优化，从而进一步优化了本发明固体粉料制得的碱激发铜镍渣胶凝材料的技术效果。
在本发明的一种优选实施方式中，所述固体粉料和水的质量比为100： 23～25，优选为100：23。
作为一种优选的实施方式，上述固体粉料和水的质量比为100：23。
在本发明的一种优选实施方式中，所述固体激发剂包括硫酸钠、氢氧化钠或无水偏硅酸钠中的至少一种。
作为一种优选的实施方式，上述固体激发剂为无水偏硅酸钠。
在本发明的一种优选实施方式中，所述掺合料为矿渣粉。
在本发明的一种优选实施方式中，所述铜镍渣粉的平均粒径为8.3～84.6 微米，优选为8.3微米；
优选地，所述掺合料的平均粒径为7.3微米。
根据本发明的一个方面，一种上述碱激发铜镍渣胶凝材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将各原料混合均匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料。
本发明提供的碱激发铜镍渣胶凝材料的制备方法，上述制备方法将各原料混合均匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料。该制备方法具有制备工艺简单、操作简便、易于实施，制备过程不需要特殊的加工设备等优点。
在本发明的一种优选实施方式中，所述制备方法包括以下步骤：
(a)、将铜镍渣粉和掺合料混合，得到混合料A；
(b)、将固体激发剂溶解于水中，得到碱激发溶液；
(c)、将步骤(a)得到的混合料A与步骤(b)得到的碱激发溶液混匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料；
所述步骤(a)和步骤(b)的顺序可调换。
进一步的，本申请还包括对碱激发铜镍渣胶凝材料进行浇筑和养护的步骤，具体如下：
碱激发铜镍渣胶凝材料制备及浇筑：将碱激发铜镍渣胶凝材料放入搅拌锅中混合搅拌，然后浇筑于钢材质的模具中。所述模具包括净浆试件所用的净浆模具和砂浆试件所用的砂浆模具，所述净浆模具型号为20×20× 20mm，砂浆模具型号为40×40×160mm。
养护：将浇筑完成的钢模放入水泥标准养护箱中养护24h，将养护24h 后的硬化体拆模后，继续放入标准养护箱中养护至相应龄期。养护箱温度为20℃，湿度为90％以上。
所述碱激发铜镍渣胶凝材料的制备、浇筑及养护参考GB/T 17671 —1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》。
根据本发明的一个方面，一种上述碱激发铜镍渣胶凝材料在制备矿井填充材料中的应用。
本申请提供的碱激发铜镍渣胶凝材料可以广泛应用于矿井填充材料的制备过程中。
下面将结合实施例和对比例对本发明的技术方案进行进一步地说明。
注：本申请实施例和对比例中的铜镍渣来自喀拉通克地区露天堆放的冶炼铜、镍有色金属后的废渣，经检测其化学成分质量百分数为 SiO232.37％，CaO1.66％，Al2O31.18％，MgO6.53％，Fe2O353.87％；其矿物成分为铁镁橄榄石((Fe、Mg)2SiO4)。
本申请实施例和对比例中的矿渣粉来自山东地区，种类为S95型，经检测所述矿渣粉化学成分质量百分数为SiO215.43％，CaO46.27％， Al2O319.20％，MgO 14.74％，Fe2O30.73％。
实施例1
一种碱激发铜镍渣胶凝材料，所述碱激发铜镍渣胶凝材料包括固体粉料和水；
其中，按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉65wt％、矿渣粉28wt％和氢氧化钠7wt％；
所述固体粉料和水的质量比为100：23；
所述铜镍渣粉的平均粒径为55.6微米，矿渣粉的平均粒径为7.3微米；
上述碱激发铜镍渣胶凝材料的制备方法包括以下步骤：
(a)、将铜镍渣粉和矿渣粉混合，得到混合料A；
(b)、将氢氧化钠溶解于水中，得到碱激发溶液；
(c)、将步骤(a)得到的混合料A与步骤(b)得到的碱激发溶液混匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料。
实施例2
一种碱激发铜镍渣胶凝材料，所述碱激发铜镍渣胶凝材料包括固体粉料和水；
其中，按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉65wt％、矿渣粉28wt％和无水偏硅酸钠7wt％；
所述固体粉料和水的质量比为100：23；
所述铜镍渣粉的平均粒径为55.6微米，矿渣粉的平均粒径为7.3微米；
上述碱激发铜镍渣胶凝材料的制备方法包括以下步骤：
(a)、将铜镍渣粉和矿渣粉混合，得到混合料A；
(b)、将无水偏硅酸钠溶解于水中，得到碱激发溶液；
(c)、将步骤(a)得到的混合料A与步骤(b)得到的碱激发溶液混匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料。
实施例3
一种碱激发铜镍渣胶凝材料，所述碱激发铜镍渣胶凝材料包括固体粉料和水；
其中，按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉65wt％、矿渣粉28wt％和硫酸钠7wt％；
所述固体粉料和水的质量比为100：23；
所述铜镍渣粉的平均粒径为55.6微米，矿渣粉的平均粒径为7.3微米；
上述碱激发铜镍渣胶凝材料的制备方法包括以下步骤：
(a)、将铜镍渣粉和矿渣粉混合，得到混合料A；
(b)、将硫酸钠溶解于水中，得到碱激发溶液；
(c)、将步骤(a)得到的混合料A与步骤(b)得到的碱激发溶液混匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料。
实施例4
本实施例除铜镍渣粉的粒径为84.6um外，其余同实施例1。
实施例5
本实施例除铜镍渣粉的粒径为8.3um外，其余同实施例1。
实施例6
本实施例除固体粉体料和水的质量比为100:25外，其余同实施例1。
实施例7
一种碱激发铜镍渣胶凝材料，所述碱激发铜镍渣胶凝材料包括固体粉料和水；
其中，按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉50wt％、矿渣粉43wt％和无水偏硅酸钠7wt％；
所述固体粉料和水的质量比为100：23；
所述铜镍渣粉的平均粒径为8.3微米，矿渣粉的平均粒径为7.3微米；
上述碱激发铜镍渣胶凝材料的制备方法包括以下步骤：
(a)、将铜镍渣粉和矿渣粉混合，得到混合料A；
(b)、将无水偏硅酸钠溶解于水中，得到碱激发溶液；
(c)、将步骤(a)得到的混合料A与步骤(b)得到的碱激发溶液混匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料。
实施例8
一种碱激发铜镍渣胶凝材料，所述碱激发铜镍渣胶凝材料包括固体粉料和水；
其中，按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉50wt％、矿渣粉45wt％和无水偏硅酸钠5wt％；
所述固体粉料和水的质量比为100：23；
所述铜镍渣粉的平均粒径为8.3微米，矿渣粉的平均粒径为7.3微米；
上述碱激发铜镍渣胶凝材料的制备方法包括以下步骤：
(a)、将铜镍渣粉和矿渣粉混合，得到混合料A；
(b)、将无水偏硅酸钠溶解于水中，得到碱激发溶液；
(c)、将步骤(a)得到的混合料A与步骤(b)得到的碱激发溶液混匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料。
对比例1
一种碱激发铜镍渣胶凝材料，所述碱激发铜镍渣胶凝材料包括固体粉料和水；
其中，按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉93wt％、矿渣粉0wt％和氢氧化钠7wt％；
所述固体粉料和水的质量比为100：23；
所述铜镍渣粉的平均粒径为55.6微米，矿渣粉的平均粒径为7.3微米；
上述碱激发铜镍渣胶凝材料的制备方法包括以下步骤：
(a)、将铜镍渣粉和矿渣粉混合，得到混合料A；
(b)、将氢氧化钠溶解于水中，得到碱激发溶液；
(c)、将步骤(a)得到的混合料A与步骤(b)得到的碱激发溶液混匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料。
对比例2
一种碱激发铜镍渣胶凝材料，所述碱激发铜镍渣胶凝材料包括固体粉料和水；
其中，按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：
铜镍渣粉50wt％、矿渣粉49wt％和无水偏硅酸钠1wt％；
所述固体粉料和水的质量比为100：23；
所述铜镍渣粉的平均粒径为8.3微米，矿渣粉的平均粒径为7.3微米；
上述碱激发铜镍渣胶凝材料的制备方法包括以下步骤：
(a)、将铜镍渣粉和矿渣粉混合，得到混合料A；
(b)、将无水偏硅酸钠溶解于水中，得到碱激发溶液；
(c)、将步骤(a)得到的混合料A与步骤(b)得到的碱激发溶液混匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料。
实验例1
为表明本申请制备得到的碱激发铜镍渣胶凝材料固化后具有力学强度高的特点，现特将实施例1～8以及对比例1、2制备得到的碱激发铜镍渣胶凝材料进行固化检测试验，具体如下：
(1)、将实施例1～8以及对比例1、2制备得到的碱激发铜镍渣胶凝材料放入搅拌锅中混合搅拌，然后浇筑于钢材质的模具中；
所述的钢材质模具型号，净浆模具型号为20×20×20mm。
(2)、将浇筑完成的钢模放入水泥标准养护箱中养护24h，将养护24h 后的硬化体拆模后，继续放入标准养护箱中养护至相应龄期。所述的养护箱温度为20±1℃，湿度为90％以上。随后将养护后的碱激发铜镍渣胶凝材料进行抗压强度检测，具体结果如下：
Figure BDA0002577106610000111
进一步的，本实验例按照国标JG/T 315-2011《水泥砂浆和混凝土用天然火山灰质材料》中的1:3的胶砂比，按照实施例7的同浓度同种碱激发溶液(其中，按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉50wt％、矿渣粉34.8wt％和无水偏硅酸钠15.2wt％；固体粉料和水的质量比为100：50)制备得到的碱激发铜镍渣胶凝材料与标准砂混合并置入模具中，砂浆模具型号为40×40×160mm，将浇筑完成的钢模放入水泥标准养护箱中养护24h，将养护24h后的硬化体拆模后，继续放入标准养护箱中养护至相应龄期。所述的养护箱温度为20±1℃，湿度为90％以上。制得水泥材料，并对上述水泥材料进行抗压强度检测，具体结果如下：
Figure BDA0002577106610000121
由上表可知，按照实施例7的同浓度同类型的碱激发溶液所制备的水泥材料3天抗压强度高达25.5MPa，28天抗压强度可高达38.4MPa，本申请制备得到的碱激发铜镍渣胶凝材料，按照相应规范中水胶比，1:3的胶砂比，碱激发铜镍渣碱激发铜镍渣胶凝材料与标准砂混合后的硬化体28天抗压强度高于32.5MPa，满足一般工程对强度的要求。
综上所述，本申请制备得到的碱激发铜镍渣胶凝材料，通过由铜镍渣粉、掺合料和固体激发剂按特定比例组成的固体粉料和水制得，上述碱激发铜镍渣胶凝材料可以将铜镍渣粉进行规模化利用，进而有效缓解了现有铜镍渣粉堆放或填埋造成的环境污染以及占用农田的问题。同时将其应用于矿井填充中，也能降低矿山充填的成本，具有较好的社会经济效益。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种碱激发铜镍渣胶凝材料，其特征在于，所述碱激发铜镍渣胶凝材料包括固体粉料和水；
其中，按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉50～65wt％、掺合料28～45wt％和固体激发剂5～15.2wt％，所述固体粉料中各组分的质量百分数之和为100％。
2.根据权利要求1所述的碱激发铜镍渣胶凝材料，其特征在于，按质量百分数计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉65wt％、掺合料28wt％和固体激发剂7wt％，所述固体粉料中各组分的质量百分数之和为100％。
3.根据权利要求1所述的碱激发铜镍渣胶凝材料，其特征在于，按质量百分比计，所述固体粉料包括以下组分：铜镍渣粉50wt％、掺合料43wt％和固体激发剂7wt％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的碱激发铜镍渣胶凝材料，其特征在于，所述固体粉料和水的质量比为100：23～25，优选为100：23。
5.根据权利要求1～3任一项所述的碱激发铜镍渣胶凝材料，其特征在于，所述固体激发剂包括硫酸钠、氢氧化钠或无水偏硅酸钠中的至少一种。
6.根据权利要求1～3任一项所述的碱激发铜镍渣胶凝材料，其特征在于，所述掺合料为S95矿渣粉。
7.根据权利要求1～3任一项所述的碱激发铜镍渣胶凝材料，其特征在于，所述铜镍渣粉的平均粒径为8.3～84.6微米，优选为8.3微米；
所述掺合料的平均粒径为7.3微米。
8.一种根据权利要求1～7任一项所述的碱激发铜镍渣胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将各原料混合均匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料。
9.根据权利要求8所述的碱激发铜镍渣胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
(a)、将铜镍渣粉和掺合料混合，得到混合料A；
(b)、将固体激发剂溶解于水中，得到碱激发溶液；
(c)、将步骤(a)得到的混合料A与步骤(b)得到的碱激发溶液混匀，得到碱激发铜镍渣胶凝材料；
所述步骤(a)和步骤(b)的顺序可调换。
10.一种根据权利要求1～7任一项所述的碱激发铜镍渣胶凝材料在制备矿井填充材料中的应用。
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金浩亮: "不同激发剂对铜镍渣的胶凝活性激发研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

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