CN113307514A - 一种利用铸造废灰制备的胶凝材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种利用铸造废灰制备的胶凝材料。一种利用铸造废灰制备的胶凝材料，包括80‑85份铸造除尘灰混合料、15‑20份铸造再生灰混合料、占铸造除尘灰混合料和铸造再生灰混合料总质量1‑4％的激发剂以及占铸造除尘灰混合料和铸造再生灰混合料总质量5‑10％的无机铝酸盐；铸造除尘灰混合料包括质量比为(20‑50):(15‑25):(10‑20):(15‑40)的铸造除尘灰、脱硫石膏、消石灰、矿渣，铸造再生灰混合料包括质量比为(0‑60):(40‑100)的铸造再生灰和钢渣。本发明将铸造废灰与脱硫石膏、钢渣等原料混合后并通过添加激发剂和无机铝酸盐等辅料制备得到了一种胶凝材料，所制备的胶凝材料的性能与国标325硅酸盐水泥性能要求。

Description

一种利用铸造废灰制备的胶凝材料
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种利用铸造废灰制备的胶凝材料。
背景技术
铸造是将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造毛坯因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的降低了成本并在一定程度上减少了制作时间。铸造是现代装置制造工业的基础工艺之一。我国也是铸造大国，铸造业是我国的基础产业之一，但是每年因铸造产生大量的铸造废灰。据统计每生产1吨砂芯铸件约需产生0.1-0.2吨铸造废灰。目前国内对于铸造除尘灰处理仍处于起步阶段，大部分除尘灰仍作为固废填埋。用填埋的方式处理铸造除尘灰效率低，且容易对环境造成二次污染。因此铸造废灰的再利用已经迫在眉睫。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种铸造废灰制备的胶凝材料，所制备的胶凝材料可以满足国标32.5硅酸盐水泥要求，为铸造废灰的再利用提供了一种新的方式。
一种利用铸造废灰制备的胶凝材料，包括80-85份铸造除尘灰混合料、15-20份铸造再生灰混合料、占铸造除尘灰混合料和铸造再生灰混合料总质量1-4％的激发剂以及占铸造除尘灰混合料和铸造再生灰混合料总质量5-10％的无机铝酸盐；铸造除尘灰混合料包括质量比为(20-50):(15-25):(10-20):(15-40)的铸造除尘灰、脱硫石膏、消石灰、矿渣，铸造再生灰混合料包括质量比为(0-60):(40-100)的铸造再生灰和钢渣。
进一步的，铸造除尘灰为潮模砂混制，成型，浇铸，脱砂等过程中产生的废灰，铸造除尘灰包括如下质量百分含量的原料：SiO252.66％、Al2O312.59％、Fe2O35.65％、CaO2.28％、MgO 2.70％、K2O 1.68％、Na2O 1.73％、TiO20.45％、Zr(Hf)O20.12％、BaO 0.12％、SrO 0.03％、MnO 0.26％、P2O50.13％、SO30.45％、Cr2O30.02％、NiO 0.06％、灼烧减量18.85％。
进一步的，铸造再生灰为废砂再生过程中产生的废灰。铸造再生灰包括如下质量百分含量的原料：SiO265.39％、Al2O314.20％、Fe2O34.96％、CaO 2.44％、MgO 2.17％、K2O2.08％、Na2O 2.08％、TiO21.06％、Zr(Hf)O20.19％、BaO 0.11％、Li2O 0.02％、ZnO0.02％、SrO 0.04％、MnO 0.11％、P2O50.12％、SO30.45％、NiO 0.02％、CoO 0.02％、灼烧减量4.01％。
进一步的，激发剂为浓度为6-8mol/L的NaOH水溶液。本发明中在原料中加入NaOH水溶液作为激发剂并限定了NaOH水溶液的浓度以及用量，使铸造废灰、脱硫石膏、消石灰、矿渣和钢渣恰好能反应生成硅酸钙、氢氧化钙、铝酸三钙等物质，得到性能良好的胶凝材料。涉及到的反应式如式1-1～1-3所示：
3CaO·SiO2+6H2O＝3CaO·SiO2·3H2O+3Ca(OH)2 式1-1
2(2CaO·SiO2)+4H2O＝3CaO·SiO2.3H2O+Ca(OH)2 式1-2
3CaO·Al2O3+6H2O＝3CaO·Al2O3·6H2O 式1-3
进一步的，无机铝酸盐为含钙无机铝酸盐。由于铸造的过程中会添加膨润土，因此铸造废灰中含有大量的膨润土，本发明在铸造废灰制备胶凝材料的过程中加入含钙无机铝酸盐，含钙无机铝酸盐的存在可以防止膨润土在加入水后膨胀从而导致胶凝材料固化后的强度降低的问题。
上述胶凝材料采用如下方法制备：
(1)称取20-50份铸造除尘灰、15-25份脱硫石膏、10-20份消石灰、15-40份矿渣混合均匀得到铸造除尘灰混合料；
(2)称取0-60份铸造再生灰和40-100份钢渣混合均匀后得到铸造再生灰混合料；
(3)称取80-85份铸造除尘灰混合料和15-20份铸造再生灰混合均匀后加入占铸造除尘灰混合料和铸造再生灰混合料总质量为1-4％的激发剂，得到均匀混合料，将均匀混合料烘干；
(4)向烘干后的均匀混合料中加入占铸造除尘灰混合料和铸造再生灰混合料总质量5-10％的无机铝酸盐并粉磨后得到胶凝材料。
进一步的，步骤(1)中脱硫石膏混合前需要在600℃条件下烘干。脱硫石膏混合前进行烘干是为了避免脱硫石膏因水分存在而产生团聚造成原料混合不均匀的问题。
进一步的，步骤(3)中的烘干温度为80-120℃。
进一步的，步骤(4)中均匀混合料和无机铝酸盐粉磨至90μm的筛余小于3％。
本发明在胶凝材料制备的过程中先加入激发剂再加入无机铝酸盐，这样可以防止激发剂与无机铝酸盐反应，使激发剂和无机铝酸盐能有效的发挥其各自性能。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明将铸造废灰、脱硫石膏、消石灰、矿渣和钢渣混合后加入激发剂和无机铝酸盐制备得到一种胶凝材料。所制备的胶凝材料的3天龄期抗折强度大于3MPa、抗压强度大于15MPa，28天龄期抗折强度大于6.0MPa、抗压强度大于33MPa，满足国标325硅酸盐水泥要求。本发明提供了一种铸造废灰利用的新方式，使铸造废灰变废为宝，环保且成本低。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
实施例1
(1)称取20kg铸造除尘灰、15kg脱硫石膏、12kg消石灰、18kg矿渣混合均匀得到铸造除尘灰混合料；脱硫石膏混合前在600℃条件下进行烘干。
(2)称取50kg钢渣；
(3)称取80kg铸造除尘灰混合料和15kg钢渣混合均匀后加入0.95kg、8mol/L的NaOH，得到均匀混合料，将均匀混合料在100℃下烘干；
(4)向烘干后的均匀混合料中加入7.6kg无机铝酸盐防水剂并粉磨至过90μm筛得到胶凝材料。
实施例2
(1)称取30kg铸造除尘灰、18kg脱硫石膏、15kg消石灰、25kg矿渣混合均匀得到铸造除尘灰混合料；脱硫石膏混合前在600℃条件下进行烘干。
(2)称取再生除尘灰10kg和50kg钢渣混合后得到铸造再生灰混合料；
(3)称取82kg铸造除尘灰混合料和18kg铸造再生灰混合料混合均匀后加入2kg、8mol/L的NaOH，得到均匀混合料，将均匀混合料在100℃下烘干；
(4)向烘干后的均匀混合料中加入6kg无机铝酸盐防水剂并粉磨至过90μm筛得到胶凝材料。
实施例3
(1)称取30kg铸造除尘灰、18kg脱硫石膏、15kg消石灰、25kg矿渣混合均匀得到铸造除尘灰混合料；脱硫石膏混合前在600℃条件下进行烘干。
(2)称取再生除尘灰10kg和50kg钢渣混合后得到铸造再生灰混合料；
(3)称取82kg铸造除尘灰混合料和18kg铸造再生灰混合料混合均匀后加入3kg、8mol/L的NaOH，得到均匀混合料，将均匀混合料在100℃下烘干；
(4)向烘干后的均匀混合料中加入8kg无机铝酸盐防水剂并粉磨至过90μm筛得到胶凝材料。
实施例4
(1)称取40kg铸造除尘灰、22kg脱硫石膏、18kg消石灰、30kg矿渣混合均匀得到铸造除尘灰混合料；脱硫石膏混合前在600℃条件下进行烘干。
(2)称取再生除尘灰20kg和60kg钢渣混合后得到铸造再生灰混合料；
(3)称取85kg铸造除尘灰混合料和20kg铸造再生灰混合料混合均匀后加入4.2kg、8mol/L的NaOH，得到均匀混合料，将均匀混合料在100℃下烘干；
(4)向烘干后的均匀混合料中加入10.5kg无机铝酸盐防水剂并粉磨至过90μm筛得到胶凝材料。
实施例5
(1)称取50kg铸造除尘灰、25kg脱硫石膏、20kg消石灰、40kg矿渣混合均匀得到铸造除尘灰混合料；脱硫石膏混合前在600℃条件下进行烘干。
(2)称取再生除尘灰40kg和80kg钢渣混合后得到铸造再生灰混合料；
(3)称取85kg铸造除尘灰混合料和20kg铸造再生灰混合料混合均匀后加入4.2kg、8mol/L的NaOH，得到均匀混合料，将均匀混合料在100℃下烘干；
(4)向烘干后的均匀混合料中加入9.45kg无机铝酸盐防水剂并粉磨至过90μm筛得到胶凝材料。
对比例1
(1)称取50kg铸造除尘灰、25kg脱硫石膏、20kg消石灰、40kg矿渣混合均匀得到铸造除尘灰混合料；脱硫石膏混合前在600℃条件下进行烘干。
(2)称取再生除尘灰40kg和80kg钢渣混合后得到铸造再生灰混合料；
(3)称取85kg铸造除尘灰混合料和20kg铸造再生灰混合料混合均匀后同时加入4.2kg、8mol/L的NaOH以及9.45kg无机铝酸盐防水剂，得到均匀混合料，将均匀混合料在100℃下烘干，将烘干后的均匀混合料粉磨至过90μm筛得到胶凝材料。
对比例2
(1)称取50kg铸造除尘灰、25kg脱硫石膏、20kg消石灰、40kg矿渣混合均匀得到铸造除尘灰混合料；脱硫石膏混合前在600℃条件下进行烘干。
(2)称取再生除尘灰40kg和80kg钢渣混合后得到铸造再生灰混合料；
(3)称取85kg铸造除尘灰混合料和20kg铸造再生灰混合料混合均匀后加入6.3kg、8mol/L的NaOH，得到均匀混合料，将均匀混合料在100℃下烘干；
(4)向烘干后的均匀混合料中加入9.45kg无机铝酸盐防水剂并粉磨至过90μm筛得到胶凝材料。
对比例3
(1)称取50kg铸造除尘灰、25kg脱硫石膏、20kg消石灰、40kg矿渣混合均匀得到铸造除尘灰混合料；脱硫石膏混合前在600℃条件下进行烘干。
(2)称取再生除尘灰40kg和80kg钢渣混合后得到铸造再生灰混合料；
(3)称取85kg铸造除尘灰混合料和20kg铸造再生灰混合料混合均匀后加入0.525kg、8mol/L的NaOH，得到均匀混合料，将均匀混合料在100℃下烘干；
(4)向烘干后的均匀混合料中加入9.45kg无机铝酸盐防水剂并粉磨至过90μm筛得到胶凝材料。
对比例4
(1)称取50kg铸造除尘灰、25kg脱硫石膏、20kg消石灰、40kg矿渣混合均匀得到铸造除尘灰混合料；脱硫石膏混合前在600℃条件下进行烘干。
(2)称取再生除尘灰40kg和80kg钢渣混合后得到铸造再生灰混合料；
(3)称取85kg铸造除尘灰混合料和20kg铸造再生灰混合料混合均匀后加入4.2kg、8mol/L的NaOH，得到均匀混合料，将均匀混合料在100℃下烘干；
(4)向烘干后的均匀混合料中加入3.15kg无机铝酸盐防水剂并粉磨至过90μm筛得到胶凝材料。
采用GB/T 1346-2001《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》以及GB/17671-1999《水泥胶砂强度检测方法(ISO)》对实施例1-5以及对比例1-4所制备的胶凝材料的性能进行检测。
表1实施例1-5和对比例1-4胶凝材料的测试数据
Figure BDA0003091062850000061
综上所述，由实施例1-5中的测试数据可知，本发明将铸造废灰与脱硫石膏、钢渣等原料混合后并通过添加激发剂和无机铝酸盐等辅料制备得到了一种胶凝材料，所制备的胶凝材料初凝时间为5h-7h，终凝时间为8h-9.5h，不同龄期的抗压和抗折强度满足国标325硅酸盐水泥性能要求。由对比例1中的测试数据可知，所制备胶凝材料的3天龄期和28天龄期的抗折、抗压强度均有所下降，这可能归因于当在胶凝材料的制备过程中同时加入NaOH激发剂和无机铝酸盐防水剂时，NaOH激发剂会与无机铝酸盐发生反应，从而使NaOH激发剂部分激发失效，并且无机铝酸盐防止铸造废灰中膨润土膨胀的效果减弱，造成胶凝材料的强度降低。对比例2中所制备的胶凝材料的3天龄期和28天龄期的抗折、抗压强度均有所下降，这可能由于制备胶凝材料的原料中NaOH水溶液的比例增高，相应的凝结材料的比例下降，造成胶凝材料的强度较低。对比例3中所制备的胶凝材料的初凝时间和终凝时间均有所延长且胶凝材料的整体强度降低，这可能归因于当原料中NaOH的量过少时，碱激发反应不完全，造成胶凝材料的凝结较慢，凝结效果差，强度较低。对比例4中所制备的胶凝材料不同龄期胶凝材料的抗压强度和抗折强度均有所降低，这可能归因于当制备胶凝材料的过程中加入无机铝酸盐减水剂的量过少时，不能有效抑制铸造废灰中膨润土吸水引起的膨胀，导致胶凝材料的强度降低。
以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (9)

1.一种利用铸造废灰制备的胶凝材料，其特征在于，包括80-85份铸造除尘灰混合料、15-20份铸造再生灰混合料、占铸造除尘灰混合料和铸造再生灰混合料总质量1-4％的激发剂以及占铸造除尘灰混合料和铸造再生灰混合料总质量5-10％的无机铝酸盐；所述铸造除尘灰混合料包括质量比为(20-50):(15-25):(10-20):(15-40)的铸造除尘灰、脱硫石膏、消石灰、矿渣，所述铸造再生灰混合料包括质量比为(0-60):(40-100)的铸造再生灰和钢渣。
2.根据权利要求1所述的利用铸造废灰制备的胶凝材料，其特征在于，所述铸造除尘灰包括如下质量百分含量的原料：SiO2 52.66％、Al2O3 12.59％、Fe2O35.65％、CaO 2.28％、MgO 2.70％、K2O 1.68％、Na2O 1.73％、TiO2 0.45％、Zr(Hf)O2 0.12％、BaO 0.12％、SrO0.03％、MnO 0.26％、P2O5 0.13％、SO3 0.45％、Cr2O3 0.02％、NiO 0.06％。
3.根据权利要求1所述的利用铸造废灰制备的胶凝材料，其特征在于，所述铸造再生灰包括如下质量百分含量的原料：SiO2 65.39％、Al2O3 14.20％、Fe2O34.96％、CaO 2.44％、MgO 2.17％、K2O 2.08％、Na2O 2.08％、TiO2 1.06％、Zr(Hf)O20.19％、BaO 0.11％、Li2O0.02％、ZnO 0.02％、SrO 0.04％、MnO 0.11％、P2O50.12％、SO3 0.45％、NiO 0.02％、CoO0.02％。
4.根据权利要求1所述的利用铸造废灰制备的胶凝材料，其特征在于，所述激发剂为浓度为6-8mol/L的NaOH水溶液。
5.根据权利要求1所述的利用铸造废灰制备的胶凝材料，其特征在于，所述无机铝酸盐为含钙无机铝酸盐。
6.根据权利要求1-5任一项所述的利用铸造废灰制备的胶凝材料，其特征在于，采用如下方法制备：
(1)称取20-50份铸造除尘灰、15-25份脱硫石膏、10-20份消石灰、15-40份矿渣混合均匀得到铸造除尘灰混合料；
(2)称取0-60份铸造再生灰和40-100份钢渣混合均匀后得到铸造再生灰混合料；
(3)称取80-85份铸造除尘灰混合料和15-20份铸造再生灰混合料混合均匀后加入占铸造除尘灰混合料和铸造再生灰混合料总质量为1-4％的激发剂，得到均匀混合料，将均匀混合料烘干；
(4)向烘干后的均匀混合料中加入占铸造除尘灰混合料和铸造再生灰混合料总质量5-10％的无机铝酸盐并粉磨后得到胶凝材料。
7.根据权利要求6所述的利用铸造废灰制备的胶凝材料，其特征在于，所述步骤(1)中脱硫石膏混合前进行烘干处理。
8.根据权利要求6所述的利用铸造废灰制备的胶凝材料，其特征在于，所述步骤(3)中的烘干温度为80-120℃。
9.根据权利要求6所述的利用铸造废灰制备的胶凝材料，其特征在于，所述步骤(4)中将均匀混合料和无机铝酸盐粉磨至90μm的筛余小于3％。
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