CN113773001A - 一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及固废利用领域，具体涉及一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料，其特征在于，各配方原料按重量份配比为：铁尾矿粉35~55份、花岗岩石粉15~40份、粉煤灰15~25份、石灰5~15份、碱性激发剂8~20份、外加剂0.5~0.9份和水，水的重量份与其他所有配料的重量份数比为0.35~0.6。与现有的技术相比，本发明的有益效果是：利用铁尾矿粉与花岗岩石粉制备的地聚物材料可以消耗废弃铁尾矿粉与花岗岩石粉，实现铁尾矿和花岗岩石粉的资源化利用，减少环境污染，促进资源的回收利用和可持续发展。
Description
技术领域
本发明涉及固废利用领域，更具体地，涉及一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料及其制备方法。
背景技术
地质聚合物是一种以活化过的硅铝质材料为主要原料，通过激发剂的作用使单体重构凝胶化、缩聚硬化形成三维网状无定形或半结晶结构的硅铝酸盐凝胶材料，最早在1978年由法国人Davidovits提出，这种材料具有优良的机械性能和耐酸碱性能，并且可利用矿物废料和建筑垃圾作为原料，是一种生态环保建筑材料。
铁尾矿是选矿选取有用组分后所排放的废弃物。其排放量大且综合利用率低，大量堆积造成了土地资源的浪费和环境污染，如何实现其有效利用对环境保护和可持续发展有主要意义。
花岗岩石材加工过程中会产生大量废弃花岗岩石粉，主要成分是长石和石英，由于得不到及时有效处理，造成大量堆积，其年排放量逐年增加，更加加重了污染环境和土地资源浪费，因此，花岗岩石粉的资源化利用亟待解决。
利用铁尾矿粉和花岗岩石粉为主要原料来制备地聚合物材料，通过碱激发的方式利用其中的硅、铝元素，一方面可以解决铁尾矿粉和花岗岩石粉污染环境和浪费土地资源的问题，另一方面可以降低生产成本、有效缓解资源紧张的压力。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料及其制备方法，可以消耗废弃铁尾矿粉和花岗岩石粉，实现铁尾矿粉和花岗岩石粉的资源化利用，缓解原料紧张，减少环境污染，充分利用了铁尾矿粉、花岗岩石粉富含硅、铝元素的特点，提高硅、铝资源高值高效利用。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
技术方案之一：一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料，其特征在于，各配方原料按重量份配比为：铁尾矿粉35~55份、花岗岩石粉15~40份、粉煤灰15~25份、石灰5~15份、碱性激发剂8~20份、外加剂0.5~0.9份和水，水的重量份与其他所有配料的重量份数比为0.35~0.6；
所述铁尾矿粉的粒径范围是孔径0.045mm方孔筛筛余小于12%；
所述花岗岩石粉的粒径范围是孔径0.08mm方孔筛筛余小于12%；
所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰或Ⅱ级以上的粉煤灰；
所述石灰的消化时间为15～30min，孔径0.08mm的方孔筛筛余小于10%。
所述碱性激发剂由氢氧化钠固体与水玻璃溶液按质量比为1:5混合而成；所述氢氧化钠为工业级片碱。
所述水玻璃溶液的模数为2.25，水玻璃固含量为43%，波美度50°Bé，含 Na2O13.75wt%，SiO2 29.99wt%。
所述外加剂为聚羧酸减水剂。
所述铁尾矿粉为选矿废渣，孔径0.045mm方孔筛筛余小于12%，二氧化硅含量≥60%，三氧化二铝含量≥20%；所述花岗岩石粉为岩石切割产生的废渣粉，孔径0.08mm方孔筛筛余小于12%，三氧化二铝含量≥50%。
技术方案之二：一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1）取全部配方量的铁尾矿粉、花岗岩石粉、粉煤灰、石灰混合均匀成粉料；
2）取全部配方量的减水剂、碱性激发剂与水分别计量并混合均匀后，加入1）中粉料搅拌成均匀料浆；
3）将2）中料浆注入模具中，用塑料薄膜覆盖模具及试件，带模养护24h后脱模，置于室内阴凉处，每天浇水一次，施行人工养护至14天。
所述步骤2）料浆的搅拌速度为80-150转/分钟，搅拌罐内保持温度55-85℃，常压下使其发生聚合反应，石灰消化完全后，聚合反应初步完成。
所述步骤3）中控制模具和试件的表面养护温度不高于40℃。
本发明技术方案中，铁尾矿粉、花岗岩石粉和粉煤灰等同属大宗工业固体废弃物，其成分相似主要为氧化硅，而花岗岩石粉和粉煤灰中还含有大量的氧化铝；这些粒径优选后的细小硅铝质原料在氢氧化钠、石灰等碱性激活剂的作用下先溶解后聚合，形成无机聚合物得到强度；此外，在水玻璃作用下的氧化硅活性提高会与石灰中的钙质成分发生反应，形成硅酸钙等矿物相使强度进一步提高。通过利用几种工业固体废弃物的成分和性质，将几种废料与石灰按照一定比例组合制备成性能优良的地质聚合物。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：1）本发明的地聚物材料是一种具有较高强度且经济环保绿色的新型建筑材料。2）本发明的制备方法取材方便简单、易于操作，能同时有效解决铁尾矿粉和废弃花岗岩石粉两种废弃物堆积浪费的问题，实现资源再生利用，有良好的经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的实施例作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的实施例是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的实施例。
以下实施例中，铁尾矿粉为选矿废渣，孔径0.045mm方孔筛筛余小于12%，二氧化硅含量≥60%，三氧化二铝含量≥20%；花岗岩石粉为岩石切割产生的废渣粉，孔径0.08mm方孔筛筛余小于12%，三氧化二铝含量≥50%。粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰或Ⅱ级以上的粉煤灰；石灰的消化时间为15～30min，孔径0.08mm的方孔筛筛余小于10%。碱性激发剂由氢氧化钠固体与水玻璃溶液按质量比为1:5混合而成；氢氧化钠为工业级片碱。水玻璃溶液模数为2.25，水玻璃固含量为43％，波美度50°Bé，含 Na2O 13.75wt%，SiO2 29.99wt%。外加剂为聚羧酸减水剂。
实施例
本发明一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料，是利用工业固体废弃物铁尾矿粉与花岗岩石粉制备的地聚物材料，各配方原料的单位为kg，各组分配合比如表1所示。
表1.
本发明实施例的制备方法如下：
1）将计量好的铁尾矿粉、花岗岩石粉、粉煤灰、石灰混合均匀；
2）将减水剂、碱性激发剂与水分别计量混合均匀后加入1）中并搅拌成均匀料浆。
3）将2）中料浆注入40mm×40mm×40mm模具，塑料薄膜覆盖并带模养护24h脱模，置于室内阴凉处，每天浇水一次，施行人工养护至14天。
抗压强度检测：根据 GB/T17671-1999 测试养护14天的地聚物材料试块，各实施例地聚物材料14天抗压强度见表2。
表2
对比例
对比例以普通硅酸盐水泥为原料制备样块，对比例具体组成见表3，硅酸盐水泥样块14天抗压强度见表4。
表3
| 对比例 | 水泥 | 减水剂 | 水料比 |
| 1 | 100 | 0.6 | 0.4 |
表4
| 对比例 | 14天抗压强度（MPa） |
| 1 | 21.2 |
以上结果表明，本发明的地质聚合物实施例1、2、3的14天抗压强度均高于同等条件下的普通硅酸盐水泥，本发明的地质聚合物具有良好的抗压强度，可以满足一般建筑材料方面的常规应用中。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料，其特征在于，各配方原料按重量份配比为：铁尾矿粉35~55份、花岗岩石粉15~40份、粉煤灰15~25份、石灰5~15份、碱性激发剂8~20份、外加剂0.5~0.9份和水，水的重量份与其他所有配料的重量份数比为0.35~0.6；
所述铁尾矿粉的粒径范围是孔径0.045mm方孔筛筛余小于12%；
所述花岗岩石粉的粒径范围是孔径0.08mm方孔筛筛余小于12%；
所述粉煤灰为Ⅱ级粉煤灰或Ⅱ级以上的粉煤灰；
所述石灰的消化时间为15～30min，孔径0.08mm的方孔筛筛余小于10%。
2.根据权利要求1所述的一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料，其特征在于，所述碱性激发剂由氢氧化钠固体与水玻璃溶液按质量比为1:5混合而成；所述氢氧化钠为工业级片碱。
3.根据权利要求2所述的一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料，其特征在于，所述水玻璃溶液的模数为2.25，水玻璃固含量为43%，波美度50°Bé，含 Na2O 13.75wt%，SiO229.99wt%。
4.根据权利要求1所述的一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料，其特征在于，所述外加剂为聚羧酸减水剂。
5.根据权利要求1所述的一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料，其特征在于，所述铁尾矿粉为选矿废渣，孔径0.045mm方孔筛筛余小于12%，二氧化硅含量≥60%，三氧化二铝含量≥20%；所述花岗岩石粉为岩石切割产生的废渣粉，孔径0.08mm方孔筛筛余小于12%，三氧化二铝含量≥50%。
6.一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1）取全部配方量的铁尾矿粉、花岗岩石粉、粉煤灰、石灰混合均匀成粉料；
2）取全部配方量的减水剂、碱性激发剂与水分别计量并混合均匀后，加入1）中粉料搅拌成均匀料浆；
3）将2）中料浆注入模具中，用塑料薄膜覆盖模具及试件，带模养护24h后脱模，置于室内阴凉处，每天浇水一次，施行人工养护至14天。
7.根据权利要求6所述的一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料的制备方法，其特征在于，所述步骤2）料浆的搅拌速度为80-150转/分钟，搅拌罐内保持温度55-85℃，常压下使其发生聚合反应，石灰消化完全后，聚合反应初步完成。
8.根据权利要求6所述的一种含铁尾矿粉与花岗岩石粉的地聚物材料的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中控制模具和试件的表面养护温度不高于40℃。
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| CN104446045A (zh) * | 2014-11-05 | 2015-03-25 | 武汉理工大学 | 一种碱激发胶凝材料及其制备方法 |
| CN109987892A (zh) * | 2019-04-22 | 2019-07-09 | 东北大学秦皇岛分校 | 一种基于粉煤灰-铁尾矿地质聚合物纤维增强材料及其制备方法 |
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| CN112851157A (zh) * | 2021-01-27 | 2021-05-28 | 广东能源集团科学技术研究院有限公司 | 一种粉煤灰胶凝材料及其制备方法与应用 |
-
2021
- 2021-08-10 CN CN202110914830.5A patent/CN113773001A/zh active Pending
Patent Citations (5)
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