CN114180862B - 一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法 - Google Patents

一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及固废资源化利用技术领域，提出了一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法，包括以下步骤：S1、将矿渣与助磨剂混合，然后粉磨至比表面积≥600m2/kg，得到第一矿渣；S2、将矿渣与助磨剂混合，粉磨至比表面积500m2/kg‑600 m2/kg，得到第二矿渣；S3、将钢渣和脱硫石膏混合后，粉磨至比表面积≥450m2/kg，得到第三粉料；S4、将第一矿渣、第二矿渣、第三粉料混合，得到固废基胶凝材料。通过上述技术方案，解决了相关技术中固废基胶凝材料的活性和强度均较低的问题。

Description

一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法
技术领域
本发明涉及固废资源化利用技术领域，具体的，涉及一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法。
背景技术
固废基胶凝材料是以矿渣、钢渣、工业副产石膏、粉煤灰、铁尾矿等固体废弃物为原料，经加工磨细后按一定比例配制成的水硬性胶凝材料，用于配制砌筑砂浆、抹灰砂浆和地面砂浆。将固体废弃物制成胶凝材料，可替代石灰石、铝矾土、粘土、煤等自然资源，同时还能实现将固废中的有害杂质进行水化包裹封存，降低对环境的二次污染。
现有的以矿渣、钢渣和脱硫石膏为原料制备胶凝材料，采用的方法是先将矿渣、钢渣和脱硫石膏混合得到混合料，然后再将混合料粉磨至细度满足工艺要求，但是在混合料粉磨过程中，难以充分发挥矿渣的潜在活性，从而导致得到的胶凝材料的活性和强度均较低。
发明内容
本发明提出一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法，解决了相关技术中固废基胶凝材料的活性和强度均较低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法，包括以下步骤：
S1、将矿渣与助磨剂混合，然后粉磨至比表面积≥600m2/kg，得到第一矿渣；
S2、将矿渣与助磨剂混合，粉磨至比表面积500m2/kg-600 m2/kg，得到第二矿渣；
S3、将钢渣和脱硫石膏混合后，粉磨至比表面积≥450m2/kg，得到第三粉料；
S4、将第一矿渣、第二矿渣、第三粉料混合，得到固废基胶凝材料。
作为进一步的技术方案，所述第一矿渣与第二矿渣、第三粉料的质量比为1：（3-5）：（4-6）。
作为进一步的技术方案，所述第三粉料中，钢渣与脱硫石膏的质量比为（3-5）：1。
作为进一步的技术方案，所述助磨剂包括以下重量份的组分：
三乙醇胺10-20份，三聚磷酸钠3-5份，氟铝酸钠 7-10份，二乙基二硫代氨基甲酸钠3-5份，聚琥珀酰亚胺3-5份，水30-50份。
作为进一步的技术方案，步骤S1中所述矿渣与所述助磨剂的质量比为20：1，步骤S2中所述矿渣与所述助磨剂的质量比为25：1。
作为进一步的技术方案，步骤S3将钢渣和脱硫石膏混合前先对钢渣进行掺杂预处理，所述掺杂预处理中，掺杂剂包括以下重量份的组分：
钨酸铵15-30份，氧化铈5-10份，钙基膨润土3-7份。
作为进一步的技术方案，所述矿渣为水淬高炉矿渣。
作为进一步的技术方案，所述粉磨采用粉磨装置进行，所述粉磨装置为立磨。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明中，胶凝材料的制备中先将矿渣粉磨至两种不同细度，并将钢渣和脱硫石膏混合粉磨，然后再将粉磨后的物料混合制得胶凝材料的方法，一方面，显著提高了胶凝材料的活性、抗压和抗折强度；有效解决了现有技术中胶凝材料活性和强度低的问题，另一方面，提高了胶凝材料的密实度，从而使制得的胶凝材料的标稠更低、用水量减少，工作性能更好。
2、本发明中，助磨剂中二乙基二硫代氨基甲酸钠和聚琥珀酰亚胺协同增效，使得在粉磨的过程中更大程度的激发矿渣的潜在活性，从而使得矿渣在胶凝材料中更好的发挥其填充和改善集料界面的作用，最终增强胶凝材料的强度。
3、本发明中，在将钢渣与脱硫石膏混合粉磨前先对钢渣进行掺杂预处理，掺杂剂中钨酸铵与氧化铈、钙基膨润土配伍，显著提高了胶凝材料的早期抗压和抗折强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法，包括以下步骤：
S0、将10份三乙醇胺与3份三聚磷酸钠、7份氟铝酸钠，3份二乙基二硫代氨基甲酸钠、3份聚琥珀酰亚胺、30份水混合，得到助磨剂；
S1、将矿渣与助磨剂按质量比20：1混合，然后经皮带运输机运送至立磨进行粉磨，粉磨至比表面积≥600m2/kg，得到第一矿渣，输送到1#半成品仓；
S2、将矿渣与助磨剂按质量比25：1混合，然后经皮带运输机运送至立磨进行粉磨，粉磨至比表面积500m2/kg-600m2/kg，得到第二矿渣，输送到2#半成品仓；
S3、将钢渣和脱硫石膏按质量比5：1混合后，然后经皮带运输机运送至立磨进行粉磨，粉磨至比表面积≥450m2/kg，得到第三粉料，输送到3#半成品仓；
S4、将1#半成品仓、2#半成品仓、3#半成品仓的物料按照1：3：6的质量比，经混料机混合后，得到固废基胶凝材料。
实施例2
本实施例提供一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法，包括以下步骤：
S0、将20份三乙醇胺与5份三聚磷酸钠、10份氟铝酸钠，5份二乙基二硫代氨基甲酸钠、5份聚琥珀酰亚胺、50份水混合，得到助磨剂；
S1、将矿渣与助磨剂按质量比20：1混合，然后经皮带运输机运送至立磨进行粉磨，粉磨至比表面积≥600m2/kg，得到第一矿渣，输送到1#半成品仓；
S2、将矿渣与助磨剂按质量比25：1混合，然后经皮带运输机运送至立磨进行粉磨，粉磨至比表面积500m2/kg-600m2/kg，得到第二矿渣，输送到2#半成品仓；
S3、将钢渣和脱硫石膏按质量比5：1混合后，然后经皮带运输机运送至立磨进行粉磨，粉磨至比表面积≥450m2/kg，得到第三粉料，输送到3#半成品仓；
S4、将1#半成品仓、2#半成品仓、3#半成品仓的物料按照1：3：6的质量比，经混料机混合后，得到固废基胶凝材料。
实施例3
本实施例提供一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法，包括以下步骤：
S0、将10份三乙醇胺与3份三聚磷酸钠、7份氟铝酸钠，3份二乙基二硫代氨基甲酸钠、3份聚琥珀酰亚胺、30份水混合，得到助磨剂；
S1、将矿渣与助磨剂按质量比20：1混合，然后经皮带运输机运送至立磨进行粉磨，粉磨至比表面积≥600m2/kg，得到第一矿渣，输送到1#半成品仓；
S2、将矿渣与助磨剂按质量比25：1混合，然后经皮带运输机运送至立磨进行粉磨，粉磨至比表面积500m2/kg-600m2/kg，得到第二矿渣，输送到2#半成品仓；
S3、将钢渣和脱硫石膏按质量比4：1混合后，然后经皮带运输机运送至立磨进行粉磨，粉磨至比表面积≥450m2/kg，得到第三粉料，输送到3#半成品仓；
S4、将1#半成品仓、2#半成品仓、3#半成品仓的物料按照1：4：5的质量比，经混料机混合后，得到固废基胶凝材料。
实施例4
本实施例提供一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法，包括以下步骤：
S0、将10份三乙醇胺与3份三聚磷酸钠、7份氟铝酸钠，3份二乙基二硫代氨基甲酸钠、3份聚琥珀酰亚胺、30份水混合，得到助磨剂；
S1、将矿渣与助磨剂按质量比20：1混合，然后经皮带运输机运送至立磨进行粉磨，粉磨至比表面积≥600m2/kg，得到第一矿渣，输送到1#半成品仓；
S2、将矿渣与助磨剂按质量比25：1混合，然后经皮带运输机运送至立磨进行粉磨，粉磨至比表面积500m2/kg-600m2/kg，得到第二矿渣，输送到2#半成品仓；
S3、将钢渣和脱硫石膏按质量比3：1混合后，然后经皮带运输机运送至立磨进行粉磨，粉磨至比表面积≥450m2/kg，得到第三粉料，输送到3#半成品仓；
S4、将1#半成品仓、2#半成品仓、3#半成品仓的物料按照1：5：4的质量比，经混料机混合后，得到固废基胶凝材料。
实施例5
本实施例提供一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法，与实施例1的区别仅在于步骤S3将钢渣和脱硫石膏混合前先对钢渣进行掺杂预处理，具体为：向钢渣颗粒中加入6倍质量、浓度为2.5mol/L，送入搅拌设备中搅拌反应4h，然后向其中加入重量占比为钢渣颗粒的2.5%的掺杂剂，再以400r/min的速率慢搅90min、800r/min的速率快搅120min交替进行的方式搅拌12h，然后于130℃下烘干，即得处理后的钢渣颗粒，上述掺杂剂中包括钨酸铵15份、氧化铈5份、钙基膨润土3份。
实施例6
本实施例提供一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法，与实施例5的区别仅掺杂剂中包括钨酸铵30份、氧化铈10份、钙基膨润土7份。
对比例1
本对比例提供一种固废基胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
将矿渣、钢渣与脱硫石膏按质量比4：5：1混合后粉磨至比表面积为450-600 m2/kg，得到固废基胶凝材料。
对比例2
本对比例与实施例1的区别仅在于助磨剂中未加入二乙基二硫代氨基甲酸钠。
对比例3
本对比例与实施例1的区别仅在于助磨剂中未加入聚琥珀酰亚胺。
对比例4
本对比例与实施例1的区别仅在于助磨剂中未加入二乙基二硫代氨基甲酸钠和聚琥珀酰亚胺。
对比例5
本对比例与实施例5的区别仅掺杂剂中包括钨酸铵30份、氧化铈9.5份、氟锆酸钠1.5份，3-硝基苯磺酸钠1份。
实验例1
按矿渣活性指数法测定，实施例1及对比例1-4制备的固废基胶凝材料的活性指数（28d）分别为：98%、90%、95%、96%和93%，说明（1）与现有将矿渣、钢渣和脱硫石膏先混合再粉磨的方法相比，实施例1中先将矿渣粉磨至两种不同细度，并将钢渣和脱硫石膏混合粉磨，然后再将粉磨后的物料混合制得胶凝材料的方法，显著提高了胶凝材料的活性；（2）矿渣助磨剂中二乙基二硫代氨基甲酸钠和聚琥珀酰亚胺协同增效，进一步提高了胶凝材料的活性。
实验例2
将实施例1、实施例5和对比例1-5制备的固废基胶凝材料分别按水胶比0.32制备胶砂试块，减水剂用量以胶砂流动度在180-220mm为准，胶凝材料安定性试验依据GB/T1346-2011 《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》执行，安定性试验采用试饼法和雷氏法两种方法检测，测试结果见下表：
表1 实施例1和对比例1-4制备的固废基胶凝材料的检测结果
Figure DEST_PATH_IMAGE002
从上表中数据可以看出，与对比例1相比，实施例1制得的胶凝材料的抗折强度和抗压强度显著提高，同时，初凝时间更长，终凝时间更短，且标稠更低，说明本发明中，先将矿渣粉磨至两种不同细度，并将钢渣和脱硫石膏混合粉磨，然后再将粉磨后的物料混合制得胶凝材料的方法，一方面提高了胶凝材料的抗压和抗折强度，有效解决了现有技术中胶凝材料强度低的问题，另一方面，提高了胶凝材料的密实度，从而使得胶凝材料的标稠更低用水量减少，工作性能更好。
与实施例1相比，对比例2-4制得的胶凝材料的抗折强度和抗压强度显著降低，同时，初凝时间更短，终凝时间更长，且标稠更高，说明本发明中，助磨剂中二乙基二硫代氨基甲酸钠和聚琥珀酰亚胺协同增效，使得在粉磨的过程中更大程度的激发矿渣的潜在活性，从而使得矿渣在胶凝材料中更好的发挥其填充和改善集料界面的作用，最终增强胶凝材料的强度。
表2 实施例1、实施例5和对比例5制备的固废基胶凝材料的检测结果
Figure DEST_PATH_IMAGE004
从上表中数据可以看出，与实施例1相比，实施例5的胶凝材料的抗压强度和抗折强度显著增加，尤其是3d时的抗压和强度抗折强度增加的最多，说明本发明中，在将钢渣与脱硫石膏混合粉磨前先对钢渣进行掺杂预处理，显著提高了胶凝材料的早期抗压和抗折强度。
与实施例5相比，对比例5的胶凝材料的抗压强度和抗折强度均相对较低，尤其是3d时的抗压和抗折强度降低的最多，说明本发明中，对钢渣进行掺杂预处理时特定的掺杂剂的加入，进一步提高了胶凝材料的早期抗压和抗折强度。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将矿渣与助磨剂混合，然后粉磨至比表面积≥600m2/kg，得到第一矿渣；
S2、将矿渣与助磨剂混合，粉磨至比表面积500m2/kg-600 m2/kg，得到第二矿渣；
S3、将钢渣和脱硫石膏混合后，粉磨至比表面积≥450m2/kg，得到第三粉料；
S4、将第一矿渣、第二矿渣、第三粉料混合，得到固废基胶凝材料；
所述助磨剂包括以下重量份的组分：
三乙醇胺10-20份，三聚磷酸钠3-5份，氟铝酸钠 7-10份，二乙基二硫代氨基甲酸钠3-5份，聚琥珀酰亚胺3-5份，水30-50份；
所述第一矿渣与第二矿渣、第三粉料的质量比为1：（3-5）：（4-6）；
所述第三粉料中，钢渣与脱硫石膏的质量比为（3-5）：1；
步骤S1中所述矿渣与所述助磨剂的质量比为20：1，步骤S2中所述矿渣与所述助磨剂的质量比为25：1。
2.根据权利要求1所述的一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法，其特征在于，步骤S3将钢渣和脱硫石膏混合前先对钢渣进行掺杂预处理，所述掺杂预处理中，掺杂剂包括以下重量份的组分：
钨酸铵15-30份，氧化铈5-10份，钙基膨润土3-7份。
3.根据权利要求1所述的一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法，其特征在于，所述矿渣为水淬高炉矿渣。
4.根据权利要求1所述的一种超低碳超低排放梯级粉磨制备固废基胶凝材料的方法，其特征在于，所述粉磨采用粉磨装置进行，所述粉磨装置为立磨。
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