CN112125544A - 多固废耦合硅酸盐水泥及其制备方法 - Google Patents

多固废耦合硅酸盐水泥及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多固废耦合硅酸盐水泥及其制备方法，包括以下重量份的原料：高硅铁尾矿120‑160份、粉煤灰100‑120份、废石300‑400份、石灰石200‑220份、矿渣30‑40份、电石渣30‑40份、脱硫石膏120‑150份、黏土10‑20份、水20‑40份、化学活化剂5‑15份、减水剂3‑5份，本发明能够大量消耗工业废弃物生产多固废耦合硅酸盐水泥，不仅可以减少环境污染，变废为宝；而且有效地解决铁尾矿堆积等问题。另外，本发明可以有效缓解水泥等原料的供给问题，同时节约成本。

Description

多固废耦合硅酸盐水泥及其制备方法
技术领域
本发明涉及土木工程领域，特别是涉及一种多固废耦合硅酸盐水泥及其制备方法。
背景技术
城市空气污染造成的损失主要包括：室外与室内空气污染造成的健康损失(尤其是慢性支气管炎)、酸沉降引起的作物与森林的损失、材料腐蚀、颗粒物中高的铅含量导致儿童的神经系统损伤与智力下降。
全世界每年排出的尾矿及废石在100亿t以上。我国现有8000多个国营矿山和11万多个乡镇集体矿山，堆存的尾矿量近50亿t，年排出尾矿量高达5亿t以上。我国的尾矿综合利用率只有7％，堆存的铁尾矿量高达十几亿吨，占全部尾矿堆存总量的近1/3。另一方面，更是亟需大量原材料。
到目前为止，我国矿渣、电石渣的利用力度还不够大。技术不完善，地区发展不平衡，对环境的影响依然很严重，主要表现在下述几个方面。
影响土地资源的利用矿渣堆场多位于井口附近，大多紧邻居民区，矿渣的大量堆放一方面占用大量的土地面积，另一方面还在影响着比堆放面积更大的土地资源，使得周围的耕地变得贫瘠，不能被利用。
我国2005年颁布《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，对固废进行明确规定，固废在生产、生活和其他活动中产生的丧失原有利用价值但被抛弃或者放弃的固态物质。《中华人民共和国环境保护税法》在2018年1月1日正式实施。2018年5月15日，《工业固体废物资源综合利用评价管理暂行办法》正式实施。同样在2018年5月15日《国家工业固体废物资源综合利用产品目录》也落地实施。
本发明采用工业固废作为绿色建设材料，多固废耦合硅酸盐水泥。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种多固废耦合硅酸盐水泥及其制备方法。该硅酸盐水泥主要采用工业废料，高效率利用资源，变废为宝，保持水土、土地生态平衡，同时也有效降低污染。
为了解决现有技术存在的问题，本发明采用的技术方案如下：
一种多固废耦合硅酸盐水泥，包括以下重量份的原料：高硅铁尾矿120-160份、粉煤灰100-120份、废石300-400份、石灰石200-220份、矿渣30-40份、电石渣30-40份、脱硫石膏120-150份、黏土10-20份、水20-40份、化学活化剂5-15份、减水剂3-5份。
进一步的，所述的化学活化剂包括以下重量份的原料：液态水玻璃1-9份、氢氧化钠溶液0.3-3份，其中液态水玻璃质量分数30％，氢氧化钠溶液质量分数10％。
进一步的，所述的高硅铁尾矿中粒度0-0.06mm的颗粒占比70％-80％，0.06-0.09mm以上的颗粒占比20％-30％。
进一步的，废石中粒度1.6-2.2mm的颗粒占比30-40％、2.3-3.0mm的颗粒占比40％-45％、3.1-3.7mm的颗粒占比25％-30％。
所述的一种多固废耦合硅酸盐水泥的制备方法，包括以下步骤：
(一)制备多固废掺合料：
(1)将一部分高硅铁尾矿破碎并筛分出0-0.06mm、0.06-0.09mm的颗粒；按照粒度0-0.06mm的颗粒占比70％-80％，0.06-0.09mm以上的颗粒占比20％-30％的比例将两种粒度的高硅铁尾矿混合；
(2)将所述重量份矿渣粉碎并筛分出0.06-0.09mm的颗粒；
(3)将所述重量份电石渣粉碎筛分出0.06-0.09mm的颗粒；
(4)将步骤(1)制备的的高硅铁尾矿经800℃高温煅烧1h激活高硅铁尾矿颗粒活性；
(5)取所述重量份的矿渣颗粒、电石渣颗粒与80％所述重量份的经步骤(4)煅烧的高硅铁尾矿混合均匀形成混合物；
(6)将步骤(5)制备的混合物与40％所述重量份的化学活化剂、40％所述重量份的减水剂进行混合，制备得到多固废掺合料；
(二)制备水泥熟料：
(7)将另一部分高硅铁尾矿破碎并筛分出0-4mm的颗粒，制备得到高硅铁尾矿粉；
(8)取20％所述重量份的经步骤(7)制备的高硅铁尾矿粉与所述重量份的粉煤灰、石灰石、黏土混合，得到混合物；
(9)将步骤(8)得到的混合物进行磨细，制备得到水泥生料；
(10)将步骤(9)制备的水泥生料，在1500℃高温煅烧2h制备得到水泥熟料；
(三)加工细致研磨：
将步骤(一)制备得到的多固废掺合料、步骤(二)制备得到的水泥熟料、废石及所述的脱硫石膏按照重量份数比为多固废掺合料：水泥熟料：废石：脱硫石膏＝1:2:5:1的比例混合，并加入剩余重量份的水、化学活化剂、减水剂，并进行细致研磨，制备得到硅酸盐水泥。
本发明所具有的优点及有益效果是：
本发明一种含铁尾矿多固废耦合掺合料由于是以工业废弃物高硅铁尾矿、粉煤灰、矿渣、电石渣、脱硫石膏、废石、石灰石、黏土、化学活化剂、减水剂为生产原料，因此能够大量消耗工业废弃物，不仅可以减少环境污染，变废为宝；而且有效地解决水泥等原材料成本等问题。另外，本发明可以有效减少大量尾矿堆积，同时节约成本。是实现高效率利用资源的有效途径，保持水土、土地生态平衡。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述：
实施例1：
本实施例一种多固废耦合硅酸盐水泥，包括以下重量份的原料：高硅铁尾矿120份、粉煤灰120份、废石400份、石灰石220份、矿渣40份、电石渣40份、脱硫石膏150份、黏土20份、水40份、化学活化剂15份、减水剂5份。所述的减水剂为普通市售减水剂。
所述高硅铁尾矿、粉煤灰、矿渣、电石渣、废石、脱硫石膏均为工业废弃物。
在本实施例中所述高硅铁尾矿按照重量百分比计包括下列组分：二氧化硅50％～60％、氧化铝8％～15％、氧化铁10％～15％、氧化钙8％～15％、氧化镁5％～10％。
所述矿渣按照重量百分比计包括下列组分：二氧化硅30％～35％、氧化钙35％～40％、氧化铝8％～15％、氧化铁1％～3％、氧化镁8％～12％、三氧化硫3％～5％。
所述电石渣按照重量百分比计包括下列组分：氧化钙60％～70％、二氧化硅10％～15％、氧化镁5％～10％、氧化铁1％～3％、氧化铝1％～2％、烧失重10％～15％。
所述粉煤灰按照重量百分比计包括下列组分：氧化铝30％～40％、二氧化硅25％～30％、氧化铁25％～30％、氧化钙3％～5％、氧化镁3％～5％。
所述的化学活化剂包括以下重量份的原料：液态水玻璃1份、氢氧化钠溶液3份。其中液态水玻璃质量分数30％，氢氧化钠溶液质量分数10％。
所述的高硅铁尾矿中粒度0-0.06mm的颗粒占比70％-80％，0.06-0.09mm以上的颗粒占比20％-30％。
将废石磨细，磨细后的废石中粒度1.6-2.2mm的颗粒占比30-40％、2.3-3.0mm的颗粒占比40％-45％、3.1-3.7mm的颗粒占比25％-30％。
(四)本实施例所述含铁尾矿多固废耦合掺合料的制备方法，包括以下步骤：
(一)制备多固废掺合料
(1)将一部分高硅铁尾矿破碎并筛分出0-0.06mm、0.06-0.09mm的颗粒；按照粒度0-0.06mm的颗粒占比70％-80％，0.06-0.09mm以上的颗粒占比20％-30％的比例将两种粒度的高硅铁尾矿混合；
(2)将所述重量份矿渣粉碎并筛分出0.06-0.09mm的颗粒；
(3)将所述重量份电石渣粉碎筛分出0.06-0.09mm的颗粒；
(4)将步骤(1)制备的高硅铁尾矿经800℃高温煅烧1h激活高硅铁尾矿颗粒活性；
(5)取所述重量份的矿渣颗粒和电石渣颗粒与96重量份经步骤(4)煅烧的高硅铁尾矿混合均匀形成混合物；
(6)将步骤(5)制备的混合物与6重量份化学活化剂、2重量份减水剂进行混合，制备得到多固废掺合料；
(二)制备水泥熟料
(7)将另一部分高硅铁尾矿破碎并筛分出0-4mm的颗粒，制备得到高硅铁尾矿粉；
(8)将24重量份经步骤(7)制备的高硅铁尾矿粉与所述重量份的粉煤灰、石灰石、黏土混合，得到混合物；
(9)将步骤(8)得到的混合物进行磨细，制备得到水泥生料；
(10)将步骤(9)制备的水泥生料，在1500℃高温煅烧2h制备得到水泥熟料；
(三)加工细致研磨
将步骤(一)制备得到的多固废掺合料、步骤(二)制备得到的水泥熟料、磨细的废石及所述的脱硫石膏按照重量份数比为多固废掺合料：水泥熟料：废石：脱硫石膏＝1:2:5:1的比例混合，并加入剩余重量份的水、化学活化剂、减水剂，并进行细致研磨，制备得到硅酸盐水泥。
生产含铁尾矿多固废耦合掺合料充分利用以下方程式：
800℃：
2CaO+SiO2＝2CaO·SiO2(C2S)
CaO+Al2O3＝CaO·Al2O3(CA)
CaO+Fe2O3＝CaO·Fe2O3(CF)
800-900℃：
7CaO·Al2O3+5CaO＝12CaO·7Al2O3(C12A7)
CaO·Fe2O3+CaO＝2CaO·Fe2O3(C2F)
900-1100℃：
2CaO+Al2O3+SiO2＝2CaO·Al2O3·SiO2(C2AS)形成后又分解。
12CaO·7Al2O3+9CaO＝7(3CaO·Al2O3)(C3A)开始形成。
7(2CaO·Fe2O3)+2CaO+12CaO·7Al2O3＝7(4CaO·Al2O3·Fe2O3)(C4AF)开始形成。
1100-1200℃：
大量形成C3A、C4AF，C2S的含量达到最大值。
本实施例中，由本发明制备的多固废耦合硅酸盐水泥砂浆在温度20±1℃，相对湿度90±1下养护28d，其比表面积为365，初凝时间114min，终凝时间339min均满足国家标准。抗压强度为43.2MP，超过P.042.5普通硅酸盐水泥强度，符合国家标准。
实施例2：
(五)本实施例与实施例1的区别在于制备一种多固废耦合硅酸盐水泥的配比不同。本实施例中，包括以下重量份的原料：高硅铁尾矿160份、粉煤灰100份、废石300份、石灰石200份、矿渣30份、电石渣30份、脱硫石膏120份、黏土10份、水20份、化学活化剂5份、减水剂3份。其中用于制备多固废掺合料的高硅铁尾矿为128重量份。用于制备水泥熟料的高硅铁尾矿为32重量份。其中用于制备多固废掺合料的化学活化剂为2重量份，用于制备多固废掺合料的减水剂为1.2重量份。
所述的化学活化剂包括以下重量份的原料：液态水玻璃9份、氢氧化钠溶液0.3份。其余同实施例1。
本实施例提高了高硅铁尾矿、粉煤灰的配比和化学活化剂中，液态水玻璃的配比。根据本实施例制备的多固废耦合硅酸盐水泥其制备的水泥砂浆在温度20±1℃，相对湿度90±1下养护28d，其比表面积为349，初凝时间106min，终凝时间308min均满足国家标准。抗压强度为44.1MP，超过P.042.5普通硅酸盐水泥强度，符合国家标准。
实施例3：
本实施例与实施例1的区别在于制备一种多固废耦合硅酸盐水泥的配比不同。本实施例中，包括以下重量份的原料：高硅铁尾矿140份、粉煤灰110份、废石350份、石灰石210份、矿渣35份、电石渣35份、脱硫石膏135份、黏土15份、水30份、化学活化剂10份、减水剂4份。其中用于制备多固废掺合料的高硅铁尾矿为112重量份。用于制备水泥熟料的高硅铁尾矿为28重量份。
其中用于制备多固废掺合料的化学活化剂为4重量份，用于制备多固废掺合料的减水剂为1.6重量份。
所述的化学活化剂包括以下重量份的原料：液态水玻璃5份、氢氧化钠溶液1份。其余同实施例1。
本实施例提高了高硅铁尾矿、粉煤灰的配比和化学活化剂中，液态水玻璃的配比。根据本实施例制备的多固废耦合硅酸盐水泥其制备的水泥砂浆在温度20±1℃，相对湿度90±1下养护28d，其比表面积为363，初凝时间99min，终凝时间301min均满足国家标准。抗压强度为45.3MP，超过P.042.5普通硅酸盐水泥强度，符合国家标准。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (5)

1.一种多固废耦合硅酸盐水泥，其特征在于包括以下重量份的原料：高硅铁尾矿120-160份、粉煤灰100-120份、废石300-400份、石灰石200-220份、矿渣30-40份、电石渣30-40份、脱硫石膏120-150份、黏土10-20份、水20-40份、化学活化剂5-15份、减水剂3-5份。
2.根据权利要求1所述的多固废耦合硅酸盐水泥，其特征在于所述的化学活化剂包括以下重量份的原料：液态水玻璃1-9份、氢氧化钠溶液0.3-3份，其中液态水玻璃质量分数30％，氢氧化钠溶液质量分数10％。
3.根据权利要求1所述的一种多固废耦合硅酸盐水泥，其特征在于：所述的高硅铁尾矿中粒度0-0.06mm的颗粒占比70％-80％，0.06-0.09mm以上的颗粒占比20％-30％。
4.根据权利要求1所述的一种多固废耦合硅酸盐水泥，其特征在于：废石中粒度1.6-2.2mm的颗粒占比30-40％、2.3-3.0mm的颗粒占比40％-45％、3.1-3.7mm的颗粒占比25％-30％。
5.根据权利要求1所述的一种多固废耦合硅酸盐水泥的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(一)制备多固废掺合料
(1)将一部分高硅铁尾矿破碎并筛分出0-0.06mm、0.06-0.09mm的颗粒；按照粒度0-0.06mm的颗粒占比70％-80％，0.06-0.09mm以上的颗粒占比20％-30％的比例将两种粒度的高硅铁尾矿混合；
(2)将所述重量份矿渣粉碎并筛分出0.06-0.09mm的颗粒；
(3)将所述重量份电石渣粉碎筛分出0.06-0.09mm的颗粒；
(4)将步骤(1)制备的高硅铁尾矿经800℃高温煅烧1h激活高硅铁尾矿颗粒活性；
(5)取所述重量份的矿渣颗粒、电石渣颗粒与80％所述重量份的经步骤(4)煅烧的高硅铁尾矿混合均匀形成混合物；
(6)将步骤(5)制备的混合物与40％所述重量份的化学活化剂、40％所述重量份的减水剂进行混合，制备得到多固废掺合料；
(二)制备水泥熟料
(7)将另一部分高硅铁尾矿破碎并筛分出0-4mm的颗粒，制备得到高硅铁尾矿粉；
(8)取20％所述重量份的经步骤(7)制备的高硅铁尾矿粉与所述重量份的粉煤灰、石灰石、黏土混合，得到混合物；
(9)将步骤(8)得到的混合物进行磨细，制备得到水泥生料；
(10)将步骤(9)制备的水泥生料，在1500℃高温煅烧2h制备得到水泥熟料；
(三)加工细致研磨
将步骤(一)制备得到的多固废掺合料、步骤(二)制备得到的水泥熟料、废石及所述的脱硫石膏按照重量份数比为多固废掺合料：水泥熟料：废石：脱硫石膏＝1:2:5:1的比例混合，并加入剩余重量份的水、化学活化剂、减水剂，并进行细致研磨，制备得到硅酸盐水泥。
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