CN115180841A - 一种碱激发提钛渣水泥以及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种碱激发提钛渣水泥以及制备方法。所述碱激发提钛渣水泥由按照质量份计的以下原料混合得到:2~20份固体碱激发剂、80~96份提钛渣、0~30份辅助胶凝材料和0~10份助剂,其中,提钛渣为高温碳化‑低温氯化提钛工艺所得到的含氯提钛尾渣;固体碱激发剂包括生石灰、氢氧化钠和固体硅酸钠中的一种或多种;辅助胶凝材料包括富含非晶态硅铝氧化物的工业固废材料;助剂包括碳酸钠和/或硫酸钙。本发明的有益效果可包括:降低了对自然资源的依赖,节约能源,低能耗,极大地减少CO2的排放,减轻环境污染。
Description
技术领域
本发明属于废渣回收利用技术领域,具体来讲,涉及一种碱激发提钛渣水泥以及制备方法。
背景技术
目前,含钛高炉渣为原料经“高温碳化-低温选择性氯化”提钛工艺处理后得到的二次工业废渣。“高温碳化-低温选择性氯化”提钛工艺可以是将高钛高炉渣(例如TiO2含量为22%~25%)与碳在高温下(约1450-1600℃)反应,使其中的TiO2形成TiC,然后再在低温下(约450-550℃)通入氯气进行反应,使前面形成的TiC转化为气相TiCl4。提钛渣,由于经过低温选择性氯化,渣中含2~7%左右的氯化物,远远超过现行行业标准中氯离子含量不高于0.06%(质量份数)的要求,故无法像普通高炉渣那样直接用于水泥及混凝土,只能堆放处理,堆积如山的提钛渣,不但占用了大量土地资源,不但占用着宝贵的土地资源,还对周边环境造成严重污染,给企业带来了巨大的环保压力,严重影响并制约了相关产业发展。
因此,传统硅酸盐水泥不具备的低碳、节能和环保等优点,碱激发水泥已受到广泛关注,并成为当今研究热点。与水泥类胶凝材料相比,碱激发水泥是以含氧化硅、氧化铝等为主要成分的硅铝质材料为原料,采用碱金属或碱土金属氧化物、氢氧化物或盐,经化学反应得到的一类新型的无机非金属结合料,具有低碳环保,耐久性好,等优点。尤其是全球温室效应日趋严重的今天,对传统水泥类胶凝材料替代产品的研发已刻不容缓。所以需要制备方法简单、工艺简便,制备过程无需煅烧、焙烧和粉磨等处理,即可获得强度高,性能好、价格低廉的提钛渣基水泥熟料。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术存在的上述不足中的至少一项。例如,本发明目的之一在于提供一种碱激发提钛渣水泥。本发明的另一目的在于提供一种碱激发提钛渣水泥的制备方法。
为了实现上述目的,本发明的一方面提供一种碱激发提钛渣水泥,所述碱激发提钛渣水泥由按照质量份计的以下原料混合得到:2~20份固体碱激发剂、80~96份提钛渣、0~30份辅助胶凝材料和0~10份助剂。
其中,所述提钛渣为高温碳化-低温氯化提钛工艺所得到的含氯提钛尾渣;所述固体碱激发剂包括生石灰、氢氧化钠和固体硅酸钠中的一种或多种;所述辅助胶凝材料包括富含非晶态硅铝氧化物的工业固废材料;所述助剂包括碳酸钠和/或硫酸钙。
在本发明的一个示例性实施例中,所述提钛渣过150目筛筛余可为0,200目筛筛余可小于等于3%。
在本发明的一个示例性实施例中,提钛渣的比表面积可为380~450m2/kg。
在本发明的一个示例性实施例中,所述固体碱激发剂过150目筛筛余可为0。
在本发明的一个示例性实施例中,所述富含非晶态硅铝氧化物的工业固废材料可包括矿渣微粉、粉煤灰、钢渣微粉和煤矸石粉中的至少一种。
在本发明的一个示例性实施例中,所述辅助胶凝材料过200目筛筛余可小于等于0.5%。
在本发明的一个示例性实施例中,所述助剂过200目筛筛余可为0。
本发明另一方面提供了一种碱激发提钛渣水泥的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:将2~20质量份的固体碱激发剂和80~96质量份的提钛渣搅拌混合均匀,得到碱激发提钛渣水泥。
其中,所述提钛渣为高温碳化-低温氯化提钛工艺所得到的含氯提钛尾渣;所述固体碱激发剂包括生石灰、氢氧化钠和固体硅酸钠中的一种或多种。
在本发明的一个示例性实施例中,所述制备方法包括以下步骤:将2~20质量份的固体碱激发剂、80~96质量份的提钛渣和x~10份助剂搅拌混合均匀,然后加入y~30质量份的辅助胶凝材料,继续搅拌混合均匀,得到碱激发提钛渣水泥。
其中,所述提钛渣为高温碳化-低温氯化提钛工艺所得到的含氯提钛尾渣;所述固体碱激发剂包括生石灰、氢氧化钠和固体硅酸钠中的一种或多种;所述助剂包括碳酸钠和/或硫酸钙,0<x<10;所述辅助胶凝材料包括富含非晶态硅铝氧化物的工业固废材料,0<y<30。
在本发明的一个示例性实施例中,所述制备方法还可包括以下步骤:对碱激发提钛渣水泥装袋和密封。
与现有技术相比,本发明的有益效果可包括:本发明以提钛渣和其他工业废渣为主要原料,制备方法简单、工艺简便,制备过程无需煅烧、焙烧和粉磨等处理,即可获得强度高,性能好、价格低廉的碱激发水泥。
附图说明
图1示出了本发明的示例1的水泥硬化后形成的方解石物相的示意图;
图2示出了本发明的示例1的水泥硬化后形成的氯铝钙石物相的示意图;
图3示出了本发明的示例1的水泥熟料加水硬化后不同龄期水泥胶浆的红外图谱图;
图4示出了本发明的示例1的水泥熟料加水硬化后不同龄期水泥胶浆中的XRD图。
具体实施方式
在下文中,将结合附图和示例性实施例详细地描述本发明的一种碱激发提钛渣水泥以及制备方法。
第一示例性实施例
在本发明的第一示例性实施例中,提供了一种碱激发提钛渣水泥,所述碱激发提钛渣水泥由按照质量份计的以下原料混合得到:2~20份固体碱激发剂、80~96份提钛渣、0~30份辅助胶凝材料和0~10份助剂。
其中,提钛渣基水泥熟料又可称为碱激发提钛渣水泥。
可选地,加入激发剂的主要目的是激发提钛渣活性,使其具有水泥类胶凝材料特有的水硬性,即与水发生水化反应,水化反应产物能形成坚硬的固体,而固体碱激发剂的主要作用是便于水泥的使用和运输。与液体激发剂相比,固体激发剂在使用的便捷性、安全性、运输的方便性等方面都具有具备的优势。
可选地,固体激发剂掺量低于2份,会显著降低水泥的使用性能。固体激发剂掺量高于20份,一方面增加水泥的材料成本,另一方面对水泥的强度增长影响不大。所以,综合考虑水泥的成本及性能,激发剂在2~20份最佳。
可选地,辅助胶凝材料可改善水泥的性能,提高其耐久性,充分发挥熟料和辅助性胶凝材料的胶凝性能和协同效应,辅助胶凝材料掺量高于30份,会降低水泥的关键组分比例,影响水泥质量稳定性,最佳质量份以0~30份为宜。
可选地,助剂则有助于调整水泥的凝固时间,提高激发剂与辅助胶凝材料的协同效应,助剂掺量高于10份,一方面增加水泥材料成本,另一方面会显著延长水泥的硬化时间并降低胶凝材料的早期强度,其最佳掺量以0~10份为宜。
例如,固体碱激发剂可为2.1、3、7、10、12、15、17、19.9份,提钛渣可为80.1、85、89、93、95.9份,辅助胶凝材料可为0、0.1、0.5、1、5、10、20、25、29.9份,助剂可为0、0.1、0.5、1、3、5、7、9.9份。
其中,提钛渣为经过高温碳化-低温氯化提钛后的含氯提钛尾渣;固体碱激发剂包括生石灰、氢氧化钠和固体硅酸钠中的一种或多种;固体碱激发剂包括生石灰、氢氧化钠和固体硅酸钠中的一种或多种;辅助胶凝材料包括富含非晶态硅铝氧化物的工业固废材料;助剂包括碳酸钠和/或硫酸钙。
可选地,固体碱激发剂占水泥质量百分含量为2.0~20.0%。例如,固体碱激发剂占水泥质量百分含量为5%、10%、15%。
其中,质量是指材料干燥时候的重量,也可称干质量。
可选地,筛可为标准筛。
在本示例性实施例中,提钛渣的细度为150目筛筛余可为0,200目筛筛余可小于等于3%。
其中,细度过细,导致研磨成本过大,经济效益低。细度过粗,会影响水泥的水化效果及使用性能。所以综合考虑使用性能及经济效益,在该细度范围内,综合使用性能与经济性较优。
在本示例性实施例中,固体碱激发剂的细度可为150目筛筛余为0。
其中,细度过细,导致研磨成本过大,经济效益低。细度过粗,会影响水泥的水化效果及使用性能。所以综合考虑使用性能及经济效益,在该细度范围内,综合使用性能与经济性较优。
在本示例性实施例中,辅助胶凝材料的细度可为200目筛筛余小于等于0.5%。
其中,辅助胶凝材料细度过细,会导致价格明显偏高,而性能提升有限,而细度过粗,则明显影响降低使用效果,所以,综合考虑技术经济属性,该要求范围内性能及经济性较为适合。
在本示例性实施例中,助剂的细度可为200目筛筛余为0。
其中,助剂细度过细,会导致价格明显偏高,而性能提升有限,而细度过粗,则明显影响降低使用效果。所以,综合考虑技术经济属性,该要求范围内性能及经济性较为适合。
在本示例性实施例中,提钛渣的比表面积可为380~450m2/kg。例如,提钛渣的比表面积可为400、430m2/kg。
其中,比表面积高于450m2/kg,一方面会增加研磨成本,增加原料费用,另一方面,使用时容易结团,影响使用效果。比表面积低于380m2/kg,颗粒过大,则会影响水泥的水化效果,降低水泥的使用质量。
其中,富含非晶态硅铝氧化物的工业固废材料可包括矿渣微粉、粉煤灰、钢渣微粉和煤矸石粉中的至少一种。
第二示例性实施例
在本发明的第二示例性实施例中,提供了一种碱激发提钛渣水泥的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:将2~20质量份的固体碱激发剂和80~96质量份的提钛渣搅拌混合均匀1~6h,得到碱激发提钛渣水泥。
其中,混合时间低于1h,材料的均匀性难以得到保证,从而影响产品质量,混合时间超过6h,会增加混合成本,且对产品的均匀性提高不大,且会大大降低生产效率,所以材料混合时间在1~6h之间为宜。
其中,提钛渣为高温碳化-低温氯化提钛工艺所得到的含氯提钛尾渣;固体碱激发剂包括生石灰、氢氧化钠和固体硅酸钠中的一种或多种。
第三示例性实施例
在本发明的第三示例性实施例中,提供了一种碱激发提钛渣水泥的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:将2~20质量份的固体碱激发剂、80~96质量份的提钛渣和x~10份助剂搅拌混合均匀1~6h,然后加入y~30质量份的辅助胶凝材料,继续搅拌混合均匀1~6h,得到碱激发提钛渣水泥。其中,提钛渣为高温碳化-低温氯化提钛工艺所得到的含氯提钛尾渣;固体碱激发剂包括生石灰、氢氧化钠和固体硅酸钠中的一种或多种;助剂包括碳酸钠和/或硫酸钙,0<x<10;辅助胶凝材料包括富含非晶态硅铝氧化物的工业固废材料,0<y<30。
其中,将2~20质量份的固体碱激发剂、80~96质量份的提钛渣和x~10份助剂搅拌混合均匀1~6h,混合时间低于1h,材料的均匀性难以得到保证,从而影响产品质量,混合时间超过6h,会增加混合成本,且对产品的均匀性提高不大,且会大大降低生产效率,所以材料混合时间在1~6h之间为宜。
其中,加入y~30质量份的辅助胶凝材料,继续搅拌混合均匀1~6h,混合时间低于1h,材料的均匀性难以得到保证,从而影响产品质量,混合时间超过6h,会增加混合成本,且对产品的均匀性提高不大,且会大大降低生产效率,所以材料混合时间在1~6h之间为宜。
在本示例性实施例中,制备方法还可包括以下步骤:对碱激发提钛渣水泥装袋和密封。
为了更好地理解本发明的上述的示例性实施例,下面结合具体示例来说明一种碱激发提钛渣水泥以及制备方法。
示例1
本示例碱激发提钛渣水泥的制备,其制备方法包括以下步骤:
将干燥提钛渣90份,生石灰粉10份在工业粉体复配设备中混合5h后,得碱激发提钛渣水泥,其中,提钛渣200目通过率为100%,比表面积,420m2/kg,生石灰粉200目通过率100%,比表面积380m2/kg。
将制备碱激发提钛渣基水泥按照GB17671-1999《水泥胶砂强度试验标准》,测定其性能,如表1所示。
表1示例1产品性能
水泥硬化步骤:
取1份示例1的水泥,按照水灰比0.20~0.35与水充分搅拌,混合均匀后置入模具中,振捣或抹平,让其自然干燥,首先进行初凝,表现为水泥浆体开始失去可塑性,此时将其从模具中取出,重塑成型,材料仍可形成具有一定强度的胶凝体,待水泥浆体全部失去可塑性后,即为终凝,此时将材料取出重塑后,不再形成具有一定强度的胶凝体,终凝结束后,将材料及时进行保湿养护一定时间,则强度会逐渐增长直至达到所需要的强度。
图1示出了本发明的示例1的水泥硬化后形成的方解石物相的示意图。由图1可以看出,对比常用硅酸盐水泥,本发明水泥熟料加水硬化后,水泥胶浆中产生了大量的方解石。方解石是地球造岩矿石,广泛存在于第三纪及第四纪石灰岩和变质岩矿床中,占地壳总量之40%以上。而常用硅酸盐水泥水化后产生的主要是水化硅酸钙、水化铝酸钙和水化铁铝酸钙等水化产物。
图2示出了本发明的示例1的水泥硬化后形成的氯铝钙石物相的示意图。如图2所示,花瓣状片状物相即为水化氯铝钙石,主要集中于胶浆孔隙中,增加了水泥胶浆的固含量,优化了孔结构,从而提升了水泥胶浆的力学强度等使用性能。
图3示出了本发明的示例1的水泥熟料加水硬化后不同龄期水泥胶浆的红外图谱图。如图3所示,其中~3436cm-1和~1637cm-1为水的振动,~1428cm-1,~990cm-1和~875cm-1处为方解石的振动特征,400~570cm-1之间的波段为水化氯铝酸钙中Al-OH键的振动特征。其中,~表示在该值或该值附近。
图4示出了本发明的示例性实施例的水泥熟料加水硬化后不同龄期水泥胶浆中的XRD图。由图4可以看出,水泥胶浆水化后,新生成主要物相是水化氯铝酸钙和方解石。
示例2
本示例碱激发提钛渣水泥的制备,其制备方法包括以下步骤:
将干燥提钛渣80份、氢氧化钠5份和硫酸钙2份,混合搅拌2h,加入矿渣粉3份和钢渣微粉7份,在粉体搅拌机内混合3h后,即得碱激发提钛渣水泥,其中,提钛渣200目通过率为99.5%,比表面积,400m2/kg,矿渣粉200目通过率100%,300目通过率55%,比表面积390m2/kg,钢渣微粉300目通过率100%,425目通过率55%,比表面积450m2/kg,硫酸钙200目通过率100%,比表面积360m2/kg。按照GB17671-1999《水泥胶砂强度试验标准》,所制备碱激发提钛渣基水泥性能见表2。
表2示例2产品性能
示例3
本示例碱激发提钛渣水泥的制备,其制备方法包括以下步骤:
将干燥提钛渣85份、生石灰粉6份、硅酸钠2份和碳酸钠1份混合2h,加入粉煤灰6份,在工业粉体复配设备中混合5h后,得碱激发提钛渣水泥,其中,提钛渣200目通过率为100%,比表面积,410m2/kg,生石灰粉200目通过率100%,比表面积390m2/kg,粉煤灰300目通过率100%,425目通过率60%,比表面积450m2/kg,硅酸钠200目通过率100%,比表面积360m2/kg,碳酸钠200目通过率100%,比表面积350m2/kg。
将制备碱激发提钛渣基水泥按照GB17671-1999《水泥胶砂强度试验标准》,测定其性能,如表3所示。
表3示例3产品性能
本发明的产品和现有水泥的对比
表4强度等级32.5#硅酸盐水泥(PO32.5)与本产品对比
由表4可以看出,本产品力学性能优于32.5级普通硅酸盐水泥。同时,产品价格低廉,远小于常用硅酸盐水泥;本产品碳排量和NOx排放量远小于普通硅酸盐水泥,且能够变废为宝,实现了提钛渣这种新型固废的资源化利用。因此,本发明的产品具有性能、价格及环保优势。综上所述,本发明相比于水泥生产,可降低了对自然资源的依赖,节约能源,低能耗,极大地减少CO2的排放,减轻环境污染,绿色和环保,生产使用简单便捷,为提钛渣等工业固废的综合利用开辟了一条有效的途径,具有很好的经济、社会及环境效益。
尽管上面已经通过结合示例性实施例描述了本发明,但是本领域技术人员应该清楚,在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下,可对本发明的示例性实施例进行各种修改和改变。
Claims (10)
1.一种碱激发提钛渣水泥,其特征在于,所述碱激发提钛渣水泥由按照质量份计的以下原料混合得到:
2~20份固体碱激发剂、80~96份提钛渣、0~30份辅助胶凝材料和0~10份助剂,其中,
所述提钛渣为高温碳化-低温氯化提钛工艺所得到的含氯提钛尾渣;
所述固体碱激发剂包括生石灰、氢氧化钠和固体硅酸钠中的一种或多种;
所述辅助胶凝材料包括富含非晶态硅铝氧化物的工业固废材料;
所述助剂包括碳酸钠和/或硫酸钙。
2.根据权利要求1所述的碱激发提钛渣水泥,其特征在于,所述提钛渣过150目筛筛余为0,200目筛筛余小于等于3%。
3.根据权利要求1所述的碱激发提钛渣水泥,其特征在于,所述提钛渣的比表面积为380~450m2/kg。
4.根据权利要求1所述的碱激发提钛渣水泥,其特征在于,所述固体碱激发剂过150目筛筛余为0。
5.根据权利要求1所述的碱激发提钛渣水泥,其特征在于,所述富含非晶态硅铝氧化物的工业固废材料包括矿渣微粉、粉煤灰、钢渣微粉和煤矸石粉中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的碱激发提钛渣水泥,其特征在于,所述辅助胶凝材料过200目筛筛余小于等于0.5%。
7.根据权利要求1所述的碱激发提钛渣水泥,其特征在于,所述助剂过200目筛筛余为0。
8.一种碱激发提钛渣水泥的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括步骤:
将2~20质量份的固体碱激发剂和80~96质量份的提钛渣搅拌混合均匀,得到碱激发提钛渣水泥;
其中,所述提钛渣为高温碳化-低温氯化提钛工艺所得到的含氯提钛尾渣;
所述固体碱激发剂包括生石灰、氢氧化钠和固体硅酸钠中的一种或多种。
9.一种碱激发提钛渣水泥的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:
将2~20质量份的固体碱激发剂、80~96质量份的提钛渣和x~10份助剂搅拌混合均匀,然后加入y~30质量份的辅助胶凝材料,继续搅拌混合均匀,得到碱激发提钛渣水泥;
其中,所述提钛渣为高温碳化-低温氯化提钛工艺所得到的含氯提钛尾渣;
所述固体碱激发剂包括生石灰、氢氧化钠和固体硅酸钠中的一种或多种;
所述助剂包括碳酸钠和/或硫酸钙,0<x<10;
所述辅助胶凝材料包括富含非晶态硅铝氧化物的工业固废材料,0<y<30。
10.根据权利要求9所述的碱激发提钛渣水泥的制备方法,其特征在于,所述制备方法还包括以下步骤:
对碱激发提钛渣水泥装袋和密封。
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