CN112876107A - 一种资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，包括如下步骤：将石灰石、矾土、电解锰渣、钛石膏混合均匀，研磨，得到水泥生料；将水泥生料加入至回转窑内，升温至600‑700℃，保温1‑2h，继续升温至1400‑1460℃，保温20‑40min，降至室温，得到水泥熟料；将硅烷偶联剂加入无水乙醇中，采用氨水调节体系pH值为7.2‑7.6，得到预处理偶联剂；在氮气保护下，将粉煤灰加入至预处理偶联剂中，50‑70℃搅拌1‑2h，喷雾干燥，得到活化粉煤灰；向水泥熟料中加入石膏、石灰石、纳米二氧化硅、氢氧化钙混合均匀，球磨，搅拌状态下加入活化粉煤灰，得到资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥。

Description

一种资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺
技术领域
本发明涉及水泥技术领域，尤其涉及一种资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺。
背景技术
硫铝酸盐水泥是我国自主知识产权的特种水泥，具有早期强度高强、抗渗透性高、抗冻融性好、耐腐蚀、凝结时间短、碱度低、自由膨胀率低等一系列优异的性能，目前主要被应用到冬季施工、抢修、抢建、抗腐蚀等工程中。然而由于硫铝酸盐水泥应用技术开发较为滞后，市场较为单一，且硫铝酸盐水泥价格比普通硅酸盐水泥要贵，因此，在某些方面限制了硫铝酸盐水泥的推广使用。
电解锰渣是由以碳酸锰矿为主的菱锰矿，在通过氧化、中和、净化和电解后提取金属锰后弱酸性工业废渣，具有颗粒粒度细小、含水率高达16-40％、粘稠并极易成块等特点。若将电解锰渣作为掺合料加入至硫铝酸盐水泥中，可最大限度降低电解锰渣的危害和堆存量，开展电解锰渣资源化利用，然而随着矿物掺合料掺量的增加，硫铝酸盐水泥基胶凝材料各龄期抗压强度均普遍下降，限制了矿物掺合料在硫铝酸盐水泥中的应用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺。
一种资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，包括如下步骤：
S1、按重量份将20-50份石灰石、4-15份矾土、4-15份电解锰渣、2-6份钛石膏混合均匀，研磨至细度为100-200目，得到水泥生料；
S2、将水泥生料加入至回转窑内，升温至600-700℃，保温1-2h，继续升温至1400-1460℃，保温20-40min，降至室温，得到水泥熟料；
S3、将1-2份硅烷偶联剂加入20-40份无水乙醇中，采用氨水调节体系pH值为7.2-7.6，得到预处理偶联剂；在氮气保护下，将10-20份粉煤灰加入至预处理偶联剂中，在温度50-70℃搅拌1-2h，搅拌速度为1000-2000r/min，喷雾干燥，得到活化粉煤灰；
S4、向40-80份水泥熟料中加入2-5份石膏、1-2份石灰石、1-2份纳米二氧化硅、1-2份氢氧化钙，混合均匀后加入至球磨机中，磨粉至比表面积为450-650m2/kg，搅拌状态下加入1-4份活化粉煤灰，搅拌速度为10000-12000r/min，得到资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥。
优选地，在S1中，石灰石、矾土、电解锰渣、钛石膏的重量比为30-40：5-10：5-10：5。
优选地，在S2中，将水泥生料加入至回转窑内，以1-4℃/min的速度升温至600-700℃，保温1-2h，继续以6-10℃/min的速度升温至1400-1460℃，保温20-40min，降温至室温，得到水泥熟料。
优选地，在S3中，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、3-甲基丙烯酸丙基-三甲氧基硅烷偶联剂、3-缩水甘油酸基丙基-三甲氧基硅烷偶联剂和3-巯丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的至少一种。
优选地，在S3中，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂。
优选地，在S3中，粉煤灰、无水乙醇、硅烷偶联剂的重量比为12-16：30-35：1-2。
优选地，在S4中，活化粉煤灰、纳米二氧化硅、氢氧化钙的重量比为2-3：2：2。
优选地，在S4中，纳米二氧化硅pH值为5.5-7，粒径为1-100nm，比表面积为200-300m2/g。
本发明的技术效果如下所示：
本发明与水混合后，其中的硫铝酸钙在石膏存在的条件下，迅速水化，生成大量的钙矾石，钙矾石逐渐形成骨架，而添加的纳米二氧化硅、氢氧化钙均匀分布于胶凝体系中，经活化粉煤灰的激发，产生二次水化，其颗粒被水化产物紧密包裹使体系变的更致密，随养护龄期的增加，钙矾石结晶度变好，有效促进了体系强度的发展。
活化粉煤灰中，通过将硅烷偶联剂对粉煤灰表面进行包覆处理，在粉煤灰颗粒表面形成防水保护层，使粉煤灰由显性活性转变为潜在活性，遇水后可启动水化反应，形成水化产物，活化粉煤灰分散在水泥表面，可与水泥中的氢氧化钙晶体和其他未水化产物发生水化反应，同时这些水化物能在空气中凝结硬化，并能在水中继续硬化，具有相当高的强度，形成水化产物对可有效提高水泥的增韧抗裂性能，更重要的是对水泥的抗压强度能够起到明显增效作用。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。
实施例1
一种资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，包括如下步骤：
S1、将20kg石灰石、15kg矾土、4kg电解锰渣、6kg钛石膏混合均匀，研磨至细度为100目，得到水泥生料；
S2、将水泥生料加入至回转窑内，以4℃/min的速度升温至600℃，保温2h，继续以6℃/min的速度升温至1460℃，保温20min，降温至室温，得到水泥熟料；
S3、将2kg3-甲基丙烯酸丙基-三甲氧基硅烷偶联剂加入20kg无水乙醇中，采用氨水调节体系pH值为7.2-7.6，得到预处理偶联剂；在氮气保护下，将20kg粉煤灰加入至预处理偶联剂中，在温度50℃搅拌2h，搅拌速度为1000r/min，喷雾干燥，得到活化粉煤灰；
S4、向80kg水泥熟料中加入2kg石膏、2kg石灰石、1kgpH值为6.5，粒径为1-100nm，比表面积为207m2/g的纳米二氧化硅、2kg氢氧化钙，混合均匀后加入至球磨机中，磨粉至比表面积为453m2/kg，搅拌状态下加入4kg活化粉煤灰，搅拌速度为10000r/min，得到资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥。
实施例2
一种资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，包括如下步骤：
S1、将50kg石灰石、4kg矾土、15kg电解锰渣、2kg钛石膏混合均匀，研磨至细度为200目，得到水泥生料；
S2、将水泥生料加入至回转窑内，以1℃/min的速度升温至700℃，保温1h，继续以10℃/min的速度升温至1400℃，保温40min，降温至室温，得到水泥熟料；
S3、将1kg3-巯丙基三甲氧基硅烷偶联剂加入40kg无水乙醇中，采用氨水调节体系pH值为7.2，得到预处理偶联剂；在氮气保护下，将20kg粉煤灰加入至预处理偶联剂中，在温度50℃搅拌2h，搅拌速度为1000r/min，喷雾干燥，得到活化粉煤灰；
S4、向80kg水泥熟料中加入2kg石膏、2kg石灰石、1-2kgpH值为6.0，粒径为1-100nm，比表面积为293m2/g的纳米二氧化硅、1kg氢氧化钙，混合均匀后加入至球磨机中，磨粉至比表面积为640m2/kg，搅拌状态下加入1kg活化粉煤灰，搅拌速度为12000r/min，得到资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥。
实施例3
一种资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，包括如下步骤：
S1、将30kg石灰石、10kg矾土、5kg电解锰渣、5kg钛石膏混合均匀，研磨至细度为170目，得到水泥生料；
S2、将水泥生料加入至回转窑内，以2℃/min的速度升温至660℃，保温1.3h，继续以9℃/min的速度升温至1420℃，保温35min，降温至室温，得到水泥熟料；
S3、将1.3kg氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂加入35kg无水乙醇中，采用氨水调节体系pH值为7.2，得到预处理偶联剂；在氮气保护下，将16kg粉煤灰加入至预处理偶联剂中，在温度55℃搅拌1.7h，搅拌速度为1300r/min，喷雾干燥，得到活化粉煤灰；
S4、向70kg水泥熟料中加入3kg石膏、1.8kg石灰石、1.3kgpH值为7.0，粒径为20-60nm，比表面积为236m2/g的纳米二氧化硅、1.7kg氢氧化钙，混合均匀后加入至球磨机中，磨粉至比表面积为515m2/kg，搅拌状态下加入3kg活化粉煤灰，搅拌速度为10500r/min，得到资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥。
实施例4
一种资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，包括如下步骤：
S1、将40kg石灰石、5kg矾土、10kg电解锰渣、5kg钛石膏混合均匀，研磨至细度为130目，得到水泥生料；
S2、将水泥生料加入至回转窑内，以3℃/min的速度升温至640℃，保温1.7h，继续以7℃/min的速度升温至1440℃，保温25min，降温至室温，得到水泥熟料；
S3、将1.7kg氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂加入30kg无水乙醇中，采用氨水调节体系pH值为7.6，得到预处理偶联剂；在氮气保护下，将12kg粉煤灰加入至预处理偶联剂中，在温度65℃搅拌1.3h，搅拌速度为1700r/min，喷雾干燥，得到活化粉煤灰；
S4、向50kg水泥熟料中加入4kg石膏、1.2kg石灰石、1.7kgpH值为5.5，粒径为20-60nm，比表面积为271m2/g的纳米二氧化硅、1.3kg氢氧化钙，混合均匀后加入至球磨机中，磨粉至比表面积为599m2/kg，搅拌状态下加入2kg活化粉煤灰，搅拌速度为11500r/min，得到资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥。
实施例5
一种资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，包括如下步骤：
S1、将35kg石灰石、8kg矾土、7kg电解锰渣、5kg钛石膏混合均匀，研磨至细度为150目，得到水泥生料；
S2、将水泥生料加入至回转窑内，以2.5℃/min的速度升温至650℃，保温1.5h，继续以8℃/min的速度升温至1430℃，保温30min，降温至室温，得到水泥熟料；
S3、将1.5kg氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂加入33kg无水乙醇中，采用氨水调节体系pH值为7.4，得到预处理偶联剂；在氮气保护下，将14kg粉煤灰加入至预处理偶联剂中，在温度60℃搅拌1.5h，搅拌速度为1500r/min，喷雾干燥，得到活化粉煤灰；
S4、向60kg水泥熟料中加入3.5kg石膏、1.5kg石灰石、1.5kgpH值为6，粒径为20-60nm，比表面积为256m2/g的纳米二氧化硅、1.5kg氢氧化钙，混合均匀后加入至球磨机中，磨粉至比表面积为554m2/kg，搅拌状态下加入2.5kg活化粉煤灰，搅拌速度为11000r/min，得到资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥。
将实施例3-5所得硫铝酸盐水泥按照JGJ/T70-2009标准《建筑砂浆基本性能试验方法》进行性能检测，然后施工后养护，检测结果如下：
实施例3 实施例4 实施例5
初凝时间，min 35min 34min 38min
终凝时间，min 41min 40min 43min
2h抗压强度，MPa 22.6 20.4 25.8
3d抗压强度，MPa 48.6 50.5 47.9
7d抗压强度，MPa 50.2 51.3 52.8
28d抗压强度，MPa 64.8 66.5 67.3
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
S1、按重量份将20-50份石灰石、4-15份矾土、4-15份电解锰渣、2-6份钛石膏混合均匀，研磨至细度为100-200目，得到水泥生料；
S2、将水泥生料加入至回转窑内，升温至600-700℃，保温1-2h，继续升温至1400-1460℃，保温20-40min，降至室温，得到水泥熟料；
S3、将1-2份硅烷偶联剂加入20-40份无水乙醇中，采用氨水调节体系pH值为7.2-7.6，得到预处理偶联剂；在氮气保护下，将10-20份粉煤灰加入至预处理偶联剂中，在温度50-70℃搅拌1-2h，搅拌速度为1000-2000r/min，喷雾干燥，得到活化粉煤灰；
S4、向40-80份水泥熟料中加入2-5份石膏、1-2份石灰石、1-2份纳米二氧化硅、1-2份氢氧化钙，混合均匀后加入至球磨机中，磨粉至比表面积为450-650m2/kg，搅拌状态下加入1-4份活化粉煤灰，搅拌速度为10000-12000r/min，得到资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥。
2.根据权利要求1所述资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，其特征在于，在S1中，石灰石、矾土、电解锰渣、钛石膏的重量比为30-40：5-10：5-10：5。
3.根据权利要求1所述资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，其特征在于，在S2中，将水泥生料加入至回转窑内，以1-4℃/min的速度升温至600-700℃，保温1-2h，继续以6-10℃/min的速度升温至1400-1460℃，保温20-40min，降温至室温，得到水泥熟料。
4.根据权利要求1所述资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，其特征在于，在S3中，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂、3-甲基丙烯酸丙基-三甲氧基硅烷偶联剂、3-缩水甘油酸基丙基-三甲氧基硅烷偶联剂和3-巯丙基三甲氧基硅烷偶联剂中的至少一种。
5.根据权利要求4所述资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，其特征在于，在S3中，所述硅烷偶联剂为氨丙基三乙氧基硅烷偶联剂。
6.根据权利要求1所述资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，其特征在于，在S3中，粉煤灰、无水乙醇、硅烷偶联剂的重量比为12-16：30-35：1-2。
7.根据权利要求1所述资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，其特征在于，在S4中，活化粉煤灰、纳米二氧化硅、氢氧化钙的重量比为2-3：2：2。
8.根据权利要求1-7任一项所述资源化利用电解锰渣制备硫铝酸盐水泥的工艺，其特征在于，在S4中，纳米二氧化硅pH值为5.5-7，粒径为1-100nm，比表面积为200-300m2/g。
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