CN112811865A - 一种利用尾砂制备的防水材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用尾砂制备的防水材料及其制备方法，以及采用该防水材料进行屋顶防水的方法，利用采矿企业将矿石粉碎提取有价元素后产生的废渣尾砂作为主要原料，并在其中添加水泥、石膏、膨润土、抗裂纤维等材料，形成兼具防水、保温、耐用等特点的防水材料，本发明通过利用尾砂等无机材料制备无机防水材料，不会产生污染，并且耐久性好，成本低廉。
Description
技术领域
本发明涉及固体废物资源化利用技术领域，尤其涉及一种利用尾砂制备的防水材料及其制备方法。
背景技术
目前，屋顶防水多采用沥青、油毛毡、防水卷材等有机材料。由于有机材料不能防火，且容易老化，使用寿命多在5-6年，而且在制作屋顶防水的过程中要加热沥青，造成严重的空气污染。
尾砂为采矿企业将矿石粉碎提取有价元素后产生的废渣。目前，我国的金矿、银矿、钼矿、铁矿等金属矿山和萤石矿等非金属矿山，每年都会产生数亿吨的尾砂，大部分堆存在尾矿库中，对环境造成了严重危害。如何将这些尾砂变废为宝，进行资源化利用，亟待研究。
发明内容
基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种利用尾砂制备的防水材料及制备方法，并将该防水材料用于屋顶防水，该方法简单易行，废物利用，成本低，节能环保，易于推广使用。
为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种利用尾砂制备的防水材料，包括：尾砂、水泥、石膏、膨润土、抗裂纤维、可再分散乳胶粉、添加剂、聚苯颗粒、以及松脂岩；其中，
所述尾砂、水泥、石膏、膨润土、抗裂纤维、可再分散乳胶粉的质量比为(5-6)：(3-4)：(0.5-0.7)：(0.1-0.3)：(0.1-0.5)：(0.2-0.4)；
所述添加剂占所述尾砂的质量百分比小于等于1％；
所述尾砂与水泥混合后的混合物质量与聚苯颗粒以及松脂岩的质量比为10：(0.5-1)：(1-2.5)。
进一步的，所述聚苯颗粒、松脂岩以及抗裂纤维构成核壳结构的混合颗粒，其中，所述核壳结构的内核包括聚苯颗粒，外壳包括松脂岩和抗裂纤维。
进一步的，所述内核的直径为0.5cm-1cm，所述外壳的厚度为0.1cm-0.3cm。
进一步的，所述尾砂包括矿石粉碎提取有价元素后的废渣，所述尾砂的粒度小于0.5mm。
进一步的，所述添加剂包括聚羧酸减水剂、消泡剂和缓凝剂。
进一步的，所述聚羧酸减水剂、消泡剂和缓凝剂的质量比为(2-3)：(1-1.5)：(1-1.5)。
进一步的，所述膨润土包括钙基膨润土，细度为300-500目。
根据本发明的第二个方面，提供了一种制备如本发明第一个方面所述的防水材料的方法，包括步骤：
取预定比例的尾砂和添加剂混合成尾砂复合料，将所述尾砂复合料加工至粒度为300目数的粉料；
取预定比例的聚苯颗粒、松脂岩、抗裂纤维和可再分散乳胶粉，将所述聚苯颗粒在(200-400)℃下加热60min，冷却降温；将所述松脂岩与抗裂纤维、可再分散乳胶粉以及水混合搅拌10min，并加入聚苯颗粒中，在室温下混合搅拌，以得到核壳结构的聚苯颗粒、松脂岩以及抗裂纤维混合颗粒；
在室温下取预定质量的水泥，并逐步加入可再分散乳胶粉和水混合搅拌，逐渐升温至(40-50)℃，并且至混合物中水泥和可再分散乳胶粉的质量比至(3-4)：(0.1-0.3)；
保持反应温度为(40-50)℃，搅拌混合物，并向其中依次加入所述尾砂复合料粉料、石膏，低速搅拌50s，然后加入添加剂，高速搅拌100s；
向其中加入所述混合颗粒以及水继续搅拌3min，从而得到浆状的该防水材料。
进一步的，所述高速搅拌的速度不低于1000r/min，所述低速搅拌的速度范围为(120-200)r/min。
根据本发明的第三个方面，提供了一种采用如本发明第一个方面所述的防水材料进行屋顶防水的方法，包括步骤：
采用本发明第二个方面所述的制备方法制备所述防水材料；
将制备好的浆状防水材料倒入待做防水的屋顶，并抹平。
综上所述，本发明提供了一种利用尾砂制备的防水材料及其制备方法，以及采用该防水材料进行屋顶防水的方法，利用采矿企业将矿石粉碎提取有价元素后产生的废渣尾砂作为主要原料，并在其中添加水泥、石膏、膨润土、抗裂纤维等材料，形成兼具防水、保温、耐用等特点的防水材料，利用尾砂等无机材料制备无机防水材料，不会产生污染，并且耐久性好，成本低廉。本发明的技术方案具有如下有益的技术效果：
(1)利用尾砂等无机材料制备无机防水材料，不会产生污染，并且减轻环保压力，降低生产成品，实现了废物再利用，有效改善生态环境；
(2)尾砂中含有的硅酸盐等成分具有很好的防水性能，将其用于屋顶的防水材料，具有良好的防水性能；
(3)在防水材料中添加了膨润土，使得材料在防水性能优良的基础上还具有良好的力学性能；
(4)在防水材料中添加聚苯颗粒、松脂岩以及抗裂纤维，并采用特定的加工工艺使得三者形成核壳结构，作为防水材料的骨料，弥补了聚苯颗粒易燃，高温产生有害气体，以及耐老化，耐候性低以及和易性差等缺陷，使得材料兼具良好的保温性能和抗裂性能，与材料中的水泥等物质具有良好的和易性；
(5)对聚苯颗粒、松脂岩以及抗裂纤维在整个防水材料中的占比进行了优化选择，使得该防水材料在抗压强度、抗凝性、和易性以及保温性能中取得了最佳平衡点，从而在抗压强度、抗凝性能以及保温性能等各方面均有良好的表现。
附图说明
图1是本发明防水材料制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。根据本发明的一个实施例，提供了一种利用尾砂制备的防水材料，包括：尾砂、水泥、石膏、膨润土、抗裂纤维、可再分散乳胶粉、添加剂、聚苯颗粒、以及松脂岩。其中，所采用的尾砂包括矿石粉碎提取有价元素后的废渣，尾砂的粒度小于0.5mm。该尾砂可以选自铁尾砂、金尾砂、铜尾砂、钼尾砂和萤石尾砂等。水泥的选用可以为例如C425普通硅酸盐水泥。所采用的石膏为工业副产石膏，例如可以为磷石膏、钛石膏、脱硫石膏和柠檬酸石膏等。根据某些实施例，可以将其煅烧为建筑石膏，即半水石膏，并粉磨成200目细度。其中的膨润土包括钙基膨润土，细度为300-500目。添加剂的选用，可以包括聚羧酸减水剂、消泡剂和缓凝剂，其中聚羧酸减水剂、消泡剂和缓凝剂的质量比为(2-3)：(1-1.5)：(1-1.5)。
尾砂、水泥、石膏、膨润土、抗裂纤维、可再分散乳胶粉的质量比为(5-6)：(3-4)：(0.5-0.7)：(0.1-0.3)：(0.1-0.5)：(0.2-0.4)；添加剂占所述尾砂的质量百分比小于1％；尾砂与水泥混合后的混合物质量与聚苯颗粒以及松脂岩的质量比为1：(0.5-1)：(1-2.5)。其中，为了增强该材料的保温性能以及抗裂性能，在其中添加聚苯颗粒、松脂岩以及抗裂纤维，并且使得聚苯颗粒、松脂岩以及抗裂纤维构成核壳结构的混合颗粒，以弥补聚苯颗粒易燃，高温产生有害气体，以及耐老化，耐候性低以及和易性差等缺陷。其中，该核壳结构的内核包括聚苯颗粒，外壳包括松脂岩和抗裂纤维。所述内核的直径为0.5cm-1cm，所述外壳的厚度为0.1cm-0.3cm。
根据本发明的其他实施例，提供了一种利用尾砂制备该防水材料的方法，该方法的流程图如图1所示。以下提供具体的实施例和对比例对该方法进行详细说明。
实施例1
按质量比计，取5份尾砂和0.3份添加剂混合成尾砂复合料，将所述尾砂复合料加工至粒度为300目数的粉料；
按质量比计，取0.5份聚苯颗粒和1份松脂岩，将所述聚苯颗粒在200℃下加热60min，冷却降温；将所述松脂岩与按质量比计0.2份的抗裂纤维、0.1份的可再分散乳胶粉以及水混合搅拌10min，并加入聚苯颗粒中，在室温下混合搅拌，以得到核壳结构的聚苯颗粒、松脂岩以及抗裂纤维混合颗粒；
在室温下，按质量比计，取3份水泥，并逐步加入可再分散乳胶粉和水混合搅拌，逐渐升温至40℃，并且至混合物中水泥和可再分散乳胶粉的质量比至3：0.2；
保持反应温度为40℃，搅拌混合物，并向其中依次加入所述尾砂复合料粉料，按质量比计0.5份石膏，以120r/min的速度搅拌50s，然后加入按质量比计0.3份添加剂，以1000r/min的速度高速搅拌100s；
向其中加入所述混合颗粒以及水继续搅拌3min，从而得到浆状的该防水材料。
实施例2
按质量比计，取6份尾砂和0.5份添加剂混合成尾砂复合料，将所述尾砂复合料加工至粒度为300目数的粉料；
按质量比计，取1份聚苯颗粒和2.5份松脂岩，将所述聚苯颗粒在300℃下加热60min，冷却降温；将所述松脂岩与按质量比计0.4份的抗裂纤维、0.1份的可再分散乳胶粉以及水混合搅拌10min，并加入聚苯颗粒中，在室温下混合搅拌，以得到核壳结构的聚苯颗粒、松脂岩以及抗裂纤维混合颗粒；
在室温下，按质量比计，取3份水泥，并逐步加入可再分散乳胶粉和水混合搅拌，逐渐升温至45℃，并且至混合物中水泥和可再分散乳胶粉的质量比至4：0.4；
保持反应温度为45℃，搅拌混合物，并向其中依次加入所述尾砂复合料粉料，按质量比计0.7份石膏，以200r/min的速度搅拌50s，然后加入按质量比计0.5份添加剂，以1500r/min的速度高速搅拌100s；
向其中加入所述混合颗粒以及水继续搅拌3min，从而得到浆状的该防水材料。
实施例3
按质量比计，取5.5份尾砂和0.4份添加剂混合成尾砂复合料，将所述尾砂复合料加工至粒度为300目数的粉料；
按质量比计，取0.8份聚苯颗粒和1.8份松脂岩，将所述聚苯颗粒在400℃下加热60min，冷却降温；将所述松脂岩与按质量比计0.3份的抗裂纤维、0.05份的可再分散乳胶粉以及水混合搅拌10min，并加入聚苯颗粒中，在室温下混合搅拌，以得到核壳结构的聚苯颗粒、松脂岩以及抗裂纤维混合颗粒；
室温下，按质量比计，取3.5份水泥，并逐步加入可再分散乳胶粉和水混合搅拌，逐渐升温至45℃，并且至混合物中水泥和可再分散乳胶粉的质量比至3.5：0.3；
保持反应温度为45℃，搅拌混合物，并向其中依次加入所述尾砂复合料粉料，按质量比计0.6份石膏，以160r/min的速度搅拌50s，然后加入按质量比计0.4份添加剂，以1200r/min的速度高速搅拌100s；
向其中加入所述混合颗粒以及水继续搅拌3min，从而得到浆状的该防水材料。
实施例4
按质量比计，取5.8份尾砂和0.4份添加剂混合成尾砂复合料，将所述尾砂复合料加工至粒度为300目数的粉料；
按质量比计，取0.9份聚苯颗粒和1.5份松脂岩，将所述聚苯颗粒在350℃下加热60min，冷却降温；将所述松脂岩与按质量比计0.4份的抗裂纤维、0.1份的可再分散乳胶粉以及水混合搅拌10min，并加入聚苯颗粒中，在室温下混合搅拌，以得到核壳结构的聚苯颗粒、松脂岩以及抗裂纤维混合颗粒；
在室温下，按质量比计，取3.2份水泥，并逐步加入可再分散乳胶粉和水混合搅拌，逐渐升温至50℃，并且至混合物中水泥和可再分散乳胶粉的质量比至3.2：0.3；
保持反应温度为50℃，搅拌混合物，并向其中依次加入所述尾砂复合料粉料，按质量比计0.65份石膏，以180r/min的速度搅拌50s，然后加入按质量比计0.4份添加剂，以1300r/min的速度高速搅拌100s；
向其中加入所述混合颗粒以及水继续搅拌3min，从而得到浆状的该防水材料。
对比例1
按质量比计，取6份尾砂和0.5份添加剂混合成尾砂复合料，将所述尾砂复合料加工至粒度为300目数的粉料；
按质量比计，取1份聚苯颗粒和2.5份松脂岩，将所述聚苯颗粒在300℃下加热60min，冷却降温；将所述松脂岩和0.1份的可再分散乳胶粉以及水混合搅拌10min，并加入聚苯颗粒中，在室温下混合搅拌，以得到核壳结构的聚苯颗粒和松脂岩混合颗粒；
在室温下，按质量比计，取3份水泥，并逐步加入可再分散乳胶粉和水混合搅拌，逐渐升温至40℃，并且至混合物中水泥和可再分散乳胶粉的质量比至4：0.4；
保持反应温度为40℃，搅拌混合物，并向其中依次加入所述尾砂复合料粉料，按质量比计0.7份石膏，以200r/min的速度搅拌50s，然后加入按质量比计0.5份添加剂，以1500r/min的速度高速搅拌100s；
向其中加入所述混合颗粒以及水继续搅拌3min，从而得到浆状的该防水材料。
对比例2
按质量比计，取5.5份尾砂和0.4份添加剂混合成尾砂复合料，将所述尾砂复合料加工至粒度为300目数的粉料；
按质量比计，取0.8份聚苯颗粒，将所述聚苯颗粒在400℃下加热60min，冷却降温；
在室温下，按质量比计，取3.5份水泥，并逐步加入可再分散乳胶粉和水混合搅拌，逐渐升温至50℃，并且至混合物中水泥和可再分散乳胶粉的质量比至3.5：0.3；
保持反应温度为50℃，搅拌混合物，并向其中依次加入所述尾砂复合料粉料，按质量比计0.6份石膏，以160r/min的速度搅拌50s，然后加入按质量比计0.4份添加剂，以1200r/min的速度高速搅拌100s；
向其中加入所述聚苯颗粒以及水继续搅拌3min，从而得到浆状的该防水材料。
对所述各实施例得到的防水材料和对比例得到的防水材料进行性能测试，相对于对比例1，采用本发明提供的实施例1-4制备的防水材料，抗裂性能和和易性更高；相对于对比例2，采用本发明提供的实施例1-4制备的防水材料，在保温性能、高温下的环保性能以及和易性等方面均优于对比例2。采用各实施例和对比例方法所制备的防水材料均具有较高的防水性能以及保温性能。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种采用如本发明第一个实施例所述的防水材料进行屋顶防水的方法，该方法包括步骤：
采用本发明上述各实施例提供的制备方法制备所述防水材料；
将制备好的浆状防水材料倒入待做防水的屋顶，并抹平。
采用该防水材料进行屋顶防水，防水效果良好，并且兼具保温、抗裂、抗压、环保等特点。对使用者不会产生污染，对环境也不会产生污染，减轻环保压力，降低生产成品，实现了废物再利用，有效改善生态环境。
综上所述，本发明涉及一种利用尾砂制备的防水材料及其制备方法，以及采用该防水材料进行屋顶防水的方法，利用采矿企业将矿石粉碎提取有价元素后产生的废渣尾砂作为主要原料，并在其中添加水泥、石膏、膨润土、抗裂纤维等材料，形成兼具防水、保温、耐用等特点的防水材料，利用尾砂等无机材料制备无机防水材料，不会产生污染，并且耐久性好，成本低廉。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种利用尾砂制备的防水材料，其特征在于，包括：尾砂、水泥、石膏、膨润土、抗裂纤维、可再分散乳胶粉、添加剂、聚苯颗粒、以及松脂岩；其中，
所述尾砂、水泥、石膏、膨润土、抗裂纤维、可再分散乳胶粉的质量比为(5-6)：(3-4)：(0.5-0.7)：(0.1-0.3)：(0.1-0.5)：(0.2-0.4)；
所述添加剂占所述尾砂的质量百分比小于等于1％；
所述尾砂与水泥混合后的混合物质量与聚苯颗粒以及松脂岩的质量比为10：(0.5-1)：(1-2.5)。
2.根据权利要求1所述的屋顶防水材料，其特征在于，所述聚苯颗粒、松脂岩以及抗裂纤维构成核壳结构的混合颗粒，其中，所述核壳结构的内核包括聚苯颗粒，外壳包括松脂岩和抗裂纤维。
3.根据权利要求2所述的屋顶防水材料，其特征在于，所述内核的直径为0.5cm-1cm，所述外壳的厚度为0.1cm-0.3cm。
4.根据权利要求3所述的屋顶防水材料，其特征在于，所述尾砂包括矿石粉碎提取有价元素后的废渣，所述尾砂的粒度小于0.5mm。
5.根据权利要求4所述的屋顶防水材料，其特征在于，所述添加剂包括聚羧酸减水剂、消泡剂和缓凝剂。
6.根据权利要求5所述的屋顶防水材料，其特征在于，所述聚羧酸减水剂、消泡剂和缓凝剂的质量比为(2-3)：(1-1.5)：(1-1.5)。
7.根据权利要求6所述的屋顶防水材料，其特征在于，所述膨润土包括钙基膨润土，细度为300-500目。
8.一种制备如权利要求1-7中任意一项所述的防水材料的方法，其特征在于，包括步骤：
取预定比例的尾砂和添加剂混合成尾砂复合料，将所述尾砂复合料加工至粒度为300目数的粉料；
取预定比例的聚苯颗粒、松脂岩、抗裂纤维和可再分散乳胶粉，将所述聚苯颗粒在300℃下加热60min，冷却降温；将所述松脂岩与抗裂纤维、可再分散乳胶粉以及水混合搅拌10min，并加入聚苯颗粒中，在室温下混合搅拌，以得到核壳结构的聚苯颗粒、松脂岩以及抗裂纤维混合颗粒；
在室温下取预定质量的水泥，并逐步加入可再分散乳胶粉和水混合搅拌，逐渐升温至(40-50)℃，并且至混合物中水泥和可再分散乳胶粉的质量比至预定比例；
保持反应温度为(40-50)℃，搅拌混合物，并向其中依次加入所述尾砂复合料粉料、石膏，低速搅拌50s，然后加入添加剂，高速搅拌100s；
向其中加入所述混合颗粒以及水继续搅拌3min，从而得到浆状的该防水材料。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述高速搅拌的速度不低于1000r/min，所述低速搅拌的速度范围为(120-200)r/min。
10.一种采用如权利要求1-7中任意一项所述的防水材料进行屋顶防水的方法，其特征在于，包括步骤：
采用如权利要求8或9所述的制备方法制备所述防水材料；
将制备好的浆状防水材料倒入待做防水的屋顶，并抹平。
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2021
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