CN111892363A - 一种镁渣胶凝材料及其成型工艺方法 - Google Patents

一种镁渣胶凝材料及其成型工艺方法 Download PDF

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Abstract

一种提升镁渣胶凝材料成型能力及强度的工艺方法，采用在镁渣中加入小苏打(NaHCO3)的方法将镁渣中的钙盐反应生成为碳酸钙，其中2γ‑C2S+4H+＝4Ca2+(aq)+2SiO4 4‑(aq)+4H+为镁渣主要成分硅酸二钙的水解过程，通过小苏打引入的H+进行反应，同时镁渣中含有一定量的CaO与Ca2+；通过
Figure DDA0002605770440000011
两个反应产生CaCO3，提升镁渣材料的成型能力和强度，同时CaCO3具有较高的致密性，可减小材料的孔隙率，从而在不内加钢材的情况下提高材料的耐久性；无需特殊材料及设备即可进行生产；具有成本可控、流程简易及性能优良的优点，很好的解决了镁渣胶凝材料强度低的问题。

Description

一种镁渣胶凝材料及其成型工艺方法
技术领域
本发明涉及冶金废渣再利用技术领域，具体涉及一种镁渣胶凝材料及其成型工艺方法。
背景技术
镁是最轻的结构金属材料之一，同时具有比强度和比刚度高、阻尼性和切削性好、易于回收等优点，在现代工业中具有无可替代的作用。全球80％的镁由我国生产，并且主要采用硅热还原法冶炼，但通过此法生产1吨金属镁的同时，会产生5～6吨冶炼废渣即镁渣。为处理大量镁渣，目前主要采用直接填埋的方式，只有少量镁渣被用作水泥添加剂，或通过添加水泥制成建筑用砖。全国每年有数百万吨镁渣被直接填埋，或露天堆放，造成土地资源浪费和环境污染。因此，镁渣的再利用显得尤为迫切。
由于镁渣主要成分为γ-2CaO·SiO2，其水化活性低，基本不与水发生反应，没有水化产物生成，颗粒之间有较大孔隙且没有粘结力，无法独立成型，所以γ-2CaO·SiO2固体强度很低。在作为建筑材料时，镁渣大多通过与其它胶凝材料混合的方式成型，其中的胶凝材料通常用水泥。由水泥作为粘结材料时，镁渣掺料很小，镁渣利用率太低，无法成为镁渣处理的主力。另外，镁渣在使用时，一般还要用外加剂、碱激发剂等方法对镁渣进行活化，但通过这些方法提高镁渣水化活性的效果并不明显。因此，提高镁渣利用率，采用合理有效的镁渣活化方法使得镁渣能够独立粘结成型，就显得尤为重要。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种镁渣胶凝材料及其成型工艺方法，能够有效提升镁渣材料的成型能力和强度，在不内加钢材的情况下提高材料的耐久性，具有成本可控、流程简易及性能优良的优点，很好的解决了镁渣胶凝材料强度低的问题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种镁渣胶凝材料，其原料包括水，碳酸氢钠，镁渣，碳酸氢钠与镁渣的质量比为1～8％，水与整体干料质量比为0.25～0.35。
一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，具体包括以下步骤：
步骤一、将炼镁工艺还原工序排出的还原渣冷却至室温，通过60～160目筛网后的筛下物，作为镁渣原料；
步骤二、取一定质量镁渣原料、碳酸氢钠、水进行混合，并充分搅拌，其中：碳酸氢钠与镁渣的质量比为1％～8％，水与整体干料质量比为0.25～0.35，得到拌合物；
步骤三、将步骤二得到的拌合物置入模具中，施加0.5～5Mpa的压力，使拌合物在模内填充均匀，在室温条件下放置一到两天后脱模；
步骤四、将步骤三中得到的材料进行养护后得到所述镁渣胶凝材料。
所述步骤二中，干料中还可添加占干料总重量0～5％的粉煤灰、0～5％的硅灰。
所述步骤四中的养护为自然养护、蒸压养护或碳化养护。
所述自然养护为在一般室内条件下放置2～3天；
所述蒸压养护或碳化养护适用于对镁渣胶凝材料抗压强度要求为4Mpa以上时；
所述蒸压养护方法为：将步骤三得到的脱模后的材料放入蒸养釜中，养护温度为100～200℃，氛围压强为1～1.4Mpa，养护时间为2～6h；
所述碳化养护方法为：将步骤三得到的脱模后的材料置于碳化炉中养护4～6h，碳化炉内条件为：CO2体积浓度60％以上，氛围压强0.1～0.3Mpa。
本发明的有益效果在于：
采用在镁渣中加入小苏打(NaHCO3)的方法将镁渣中的钙盐反应生成为碳酸钙，其中
Figure BDA0002605770430000031
为镁渣主要成分硅酸二钙的水解过程，通过小苏打引入的H+进行反应，同时镁渣中含有一定量的CaO与Ca2+；通过
Figure BDA0002605770430000032
Figure BDA0002605770430000033
两个反应产生CaCO3，提升镁渣材料的成型能力和强度，同时CaCO3具有较高的致密性，可减小材料的孔隙率，从而在不内加钢材的情况下提高材料的耐久性；同时本发明成本可控，无需特殊材料及设备即可进行生产。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1
一种镁渣胶凝材料，其原料包括水、碳酸氢钠、镁渣，碳酸氢钠与镁渣的质量比为1.5％，水与整体干料质量比为0.25。
一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，包括以下步骤：
(1)将炼镁工艺还原工序排出的还原废渣冷却至室温后，过160目筛网的筛下物，作为镁渣原料；
(2)取一定质量镁渣、小苏打、粉煤灰、硅灰、水进行混合，并充分搅拌，其中：碳酸氢钠与镁渣的质量比为1.5％，硅灰、粉煤灰质量各占干料总量的5％，水与整体干料质量比为0.25，得到拌合物；
(3)将拌合物倒入钢模中，置于压力机下用0.5MPa的压力压制成型后，在室内条件下放置1天后脱模；
(4)在100℃，氛围压强为1MPa的蒸养釜中养护6小时后取出。
实施例2
一种镁渣胶凝材料，其原料包括水、碳酸氢钠、镁渣，碳酸氢钠与镁渣的质量比为2％，水与整体干料质量比为0.26。
一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，包括以下步骤：
(1)将炼镁工艺还原工序排出的还原渣冷却至室温后，过150目筛网的筛下物，作为镁渣原料；
(2)取一定质量镁渣、小苏打、粉煤灰、硅灰、水进行混合，并充分搅拌，其中碳酸氢钠与镁渣的质量比为2％，硅灰、粉煤灰质量各占干料总量的4％，水与整体干料质量比为0.26，得到拌合物；
(3)将拌合物倒入钢模中，置于压力机下，用1MPa的压力压制成型后，在室内条件下放置1天后脱模；
(4)在150℃，氛围压强为1.2MPa的蒸养釜中养护4小时后取出。
实施例3
一种镁渣胶凝材料，其原料包括水，碳酸氢钠，镁渣，碳酸氢钠与镁渣的质量比为2.5％，水与整体干料质量比为0.27。
一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，包括以下步骤：
(1)将炼镁工艺还原工序排出的还原渣冷却至室温后，过140目筛网的筛下物，作为镁渣原料；
(2)取一定质量镁渣、小苏打、粉煤灰、硅灰、水进行混合，并充分搅拌，其中：碳酸氢钠与镁渣的质量比为2.5％，硅灰、粉煤灰质量各占干料总量的3％，水与整体干料质量比为0.27，得到拌合物；
(3)将拌合物倒入钢模中，置于压力机下，用2MPa的压力压制成型后，在室内条件下放置1天后脱模；
(4)在200℃，氛围压强为1.4MPa的蒸养釜中养护2小时后取出。
实施例4
一种镁渣胶凝材料，其原料包括水，碳酸氢钠，镁渣，碳酸氢钠与镁渣的质量比为2％，水与整体干料质量比为0.28。
一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，包括以下步骤：
(1)将炼镁工艺还原工序排出的还原渣冷却至室温后，过130目筛网的筛下物，作为镁渣原料；
(2)取一定质量镁渣、小苏打、水进行混合，并充分搅拌，其中：碳酸氢钠与镁渣的质量比为3％，水与整体干料质量比为0.28，得到拌合物；
(3)将拌合物倒入木模中，置于压力机下，用3MPa的压力压制成型后，在室内条件下放置1.5天后脱模；
(4)在30℃的室内条件下放置两天。
实施例5
一种镁渣胶凝材料，其原料包括水，碳酸氢钠，镁渣，碳酸氢钠与镁渣的质量比为3.5％，水与整体干料质量比为0.29。
一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，包括以下步骤：
(1)将炼镁工艺还原工序排出的还原渣冷却至室温后，过120目筛网的筛下物，作为镁渣原料；
(2)取一定质量镁渣、小苏打、硅灰、粉煤灰、水进行混合，并充分搅拌，其中：碳酸氢钠与镁渣的质量比为3.5％，硅灰、粉煤灰质量各占干料总量的1％，水与整体干料质量比为0.29，得到拌合物；
(3)将拌合物倒入木模中，置于压力机下，用4MPa的压力压制成型后，在室内条件下放置1.5天后脱模；
(4)在20℃的室内条件下放置1.5天。
实施例6
一种镁渣胶凝材料，其原料包括水，碳酸氢钠，镁渣，碳酸氢钠与镁渣的质量比为4％，水与整体干料质量比为0.3。
一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，包括以下步骤：
(1)将炼镁工艺还原工序排出的还原渣冷却至室温后，过110目筛网的筛下物，作为镁渣原料；
(2)取一定质量镁渣、小苏打、水进行混合，并充分搅拌，其中：碳酸氢钠与镁渣的质量比为4％，水与整体干料质量比为0.3，得到拌合物；
(3)将拌合物倒入木模中，置于压力机下，用5MPa的压力压制成型后，在室内条件下放置1.5天后脱模；
(4)在10℃的室内条件下放置1天。
实施例7
一种镁渣胶凝材料，其原料包括水，碳酸氢钠，镁渣，碳酸氢钠与镁渣的质量比为4.5％，水与整体干料质量比为0.31。
一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，包括以下步骤：
(1)将炼镁工艺还原工序排出的还原渣冷却至室温后，过100目筛网的筛下物，作为镁渣原料；
(2)取一定质量镁渣、小苏打、水进行混合，并充分搅拌，其中：碳酸氢钠与镁渣的质量比为4.5％，水与整体干料质量比为0.31，得到拌合物；
(3)将拌合物倒入模具中，置于压力机下，用压力压制密实后，在室内条件下放置2天后脱模；
(4)将材料置于碳化炉中养护6h，碳化炉内条件为：CO2体积浓度为60％，氛围压强为0.1Mpa。
实施例8
一种镁渣胶凝材料，其原料包括水，碳酸氢钠，镁渣，碳酸氢钠与镁渣的质量比为6％，水与整体干料质量比为0.33。
一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，包括以下步骤：
(1)将炼镁工艺还原工序排出的还原渣冷却至室温后，过80目筛网的筛下物，作为镁渣原料；
(2)取一定质量镁渣、小苏打、水进行混合，并充分搅拌，其中：碳酸氢钠与镁渣的质量比为6％，水与整体干料质量比为0.33，得到拌合物；
(3)将拌合物倒入模具中，置于压力机下，用压力压制密实后，在室内条件下放置2天后脱模；
(4)将材料置于碳化炉中养护5h，碳化炉内条件为：CO2体积浓度为80％，氛围压强为0.2Mpa。
实施例9
一种镁渣胶凝材料，其原料包括水，碳酸氢钠，镁渣，碳酸氢钠与镁渣的质量比为7％，水与整体干料质量比为0.34。
一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，包括以下步骤：
(1)将炼镁工艺还原工序排出的还原渣冷却至室温后，过60目筛网的筛下物，作为镁渣原料；
(2)取一定质量镁渣、小苏打、水进行混合，并充分搅拌，其中：碳酸氢钠与镁渣的质量比为7％，水与整体干料质量比为0.34，得到拌合物；
(3)将拌合物倒入模具中，置于压力机下，用压力压制密实后，在室内条件下放置2天后脱模；
(4)将材料置于碳化炉中养护4h，碳化炉内条件为：CO2体积浓度为90％，氛围压强为0.3Mpa。
本发明的工作原理为：
采用在镁渣中加入小苏打(NaHCO3)的方法，将镁渣中的钙盐反应生成为碳酸钙；小苏打加入后的主要反应原理为：
Figure BDA0002605770430000081
Figure BDA0002605770430000082
Figure BDA0002605770430000083
式(1)为镁渣主要成分硅酸二钙的水解过程，通过小苏打引入的H+进行反应；通过式(2)、式(3)两个反应产生CaCO3，提升镁渣材料的成型能力和强度，同时CaCO3具有较高的致密性和轻微的膨胀性，可减小材料的孔隙率，从而在不内加钢材的情况下提高材料的耐久性；其中，CaCO3主要由式(2)反应提供；式(3)的反应温度为小苏打的分解温度，50～200℃，可在高强产品中利用此反应对镁渣材料进一步加强。

Claims (10)

1.一种镁渣胶凝材料，其特征在于：其原料包括水，碳酸氢钠，镁渣，碳酸氢钠与镁渣的质量比为1～8％，水与整体干料质量比为0.25～0.35。
2.基于权利要求1所述的一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，包括以下步骤：
步骤一、将炼镁工艺还原工序排出的还原渣冷却至室温，通过60～160目筛网后的筛下物，作为镁渣原料；
步骤二、取一定质量镁渣原料、碳酸氢钠、水进行混合，并充分搅拌，其中：碳酸氢钠与镁渣的质量比为1％～8％，水与整体干料质量比为0.25～0.35，得到拌合物；
步骤三、将步骤二得到的拌合物置入模具中，施加0.5～5Mpa的压力，使拌合物在模内填充均匀，在室温条件下放置一到两天后脱模；
步骤四、将步骤三中得到的材料进行养护后得到所述镁渣胶凝材料。
3.根据权利要求1所述的一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，其特征在于：所述步骤二中，干料中还可添加占干料总重量0～5％的粉煤灰、0～5％的硅灰。
4.根据权利要求1所述的一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，其特征在于：所述步骤四中的养护为自然养护、蒸压养护或碳化养护。
5.根据权利要求4所述的一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，其特征在于：所述自然养护为在一般室内条件下放置2～3天；蒸压养护与碳化养护适用于对镁渣胶凝材料抗压强度要求为4Mpa以上时；所述蒸压养护方法为：将步骤三得到的脱模后的材料放入蒸养釜中，养护温度为100～200℃，氛围压强为1～1.4Mpa，养护时间为2～6h；所述碳化养护方法为：将步骤三得到的脱模后的材料置于碳化炉中养护4～6h，碳化炉内条件为：CO2体积浓度60％以上，氛围压强0.1～0.3Mpa。
6.根据权利要求2所述的一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)将炼镁工艺还原工序排出的还原废渣冷却至室温后，过160目筛网的筛下物，作为镁渣原料；
(2)取一定质量镁渣、小苏打、粉煤灰、硅灰、水进行混合，并充分搅拌，其中：碳酸氢钠与镁渣的质量比为1.5％，硅灰、粉煤灰质量各占干料总量的5％，水与整体干料质量比为0.25，得到拌合物；
(3)将拌合物倒入钢模中，置于压力机下用0.5MPa的压力压制成型后，在室内条件下放置1天后脱模；
(4)在100℃，氛围压强为1MPa的蒸养釜中养护6小时后取出。
7.根据权利要求2所述的一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)将炼镁工艺还原工序排出的还原渣冷却至室温后，过150目筛网的筛下物，作为镁渣原料；
(2)取一定质量镁渣、小苏打、粉煤灰、硅灰、水进行混合，并充分搅拌，其中碳酸氢钠与镁渣的质量比为2％，硅灰、粉煤灰质量各占干料总量的4％，水与整体干料质量比为0.26，得到拌合物；
(3)将拌合物倒入钢模中，置于压力机下，用1MPa的压力压制成型后，在室内条件下放置1天后脱模；
(4)在150℃，氛围压强为1.2MPa的蒸养釜中养护4小时后取出。
8.根据权利要求2所述的一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)将炼镁工艺还原工序排出的还原渣冷却至室温后，过130目筛网的筛下物，作为镁渣原料；
(2)取一定质量镁渣、小苏打、水进行混合，并充分搅拌，其中：碳酸氢钠与镁渣的质量比为3％，水与整体干料质量比为0.28，得到拌合物；
(3)将拌合物倒入木模中，置于压力机下，用3MPa的压力压制成型后，在室内条件下放置1.5天后脱模；
(4)在30℃的室内条件下放置两天。
9.根据权利要求2所述的一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)将炼镁工艺还原工序排出的还原渣冷却至室温后，过110目筛网的筛下物，作为镁渣原料；
(2)取一定质量镁渣、小苏打、水进行混合，并充分搅拌，其中：碳酸氢钠与镁渣的质量比为4％，水与整体干料质量比为0.3，得到拌合物；
(3)将拌合物倒入木模中，置于压力机下，用5MPa的压力压制成型后，在室内条件下放置1.5天后脱模；
(4)在10℃的室内条件下放置1天。
10.根据权利要求2所述的一种镁渣胶凝材料的成型工艺方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
(1)将炼镁工艺还原工序排出的还原渣冷却至室温后，过80目筛网的筛下物，作为镁渣原料；
(2)取一定质量镁渣、小苏打、水进行混合，并充分搅拌，其中：碳酸氢钠与镁渣的质量比为6％，水与整体干料质量比为0.33，得到拌合物；
(3)将拌合物倒入模具中，置于压力机下，用压力压制密实后，在室内条件下放置2天后脱模；
(4)将材料置于碳化炉中养护5h，碳化炉内条件为：CO2体积浓度为80％，氛围压强为0.2Mpa。
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