CN115180842A - 一种低碳低排放固废基胶凝材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固废资源化利用和建筑材料领域，提出了一种低碳低排放固废基胶凝材料，包括钢渣20‑40份、矿渣40‑60份、脱硫石膏5‑10份、尾矿15‑20份、炉渣3‑8份，所述钢渣经过掺杂剂预处理，所述掺杂剂包括以下组分：钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠，本发明还提出了一种低碳低排放固废基胶凝材料的制备方法。通过上述技术方案，解决了现有技术中的胶凝材料的制备过程工艺复杂，性能不佳的问题。

Description

一种低碳低排放固废基胶凝材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及固废资源化利用和建筑材料领域，具体的，涉及一种低碳低排放固废基胶凝材料及其制备方法。
背景技术
随着国民经济和科学技术的持续发展，我国工业固体废物产生量和堆积量呈逐年增长的趋势。华北地区重工业发达，每天产生大量的固体废料，固废的回收和利用受到了广泛的关注，因此利用固废制备胶凝材料的技术不断发展。通过原料的设置以及相应的制备方法，市面上已经有了利用固废基胶凝材料应用在混凝土中。钢渣是产量最大的固废之一，但是钢渣原料具有硬度高，难粉磨的特点。但是利用钢渣作为原料制备胶凝材料的性能不佳，并不能完全代替水泥。
申请号为201410584403.5专利名称为利用钢渣生产胶凝材料的生产方法及胶凝材料的发明创造提出了将钢渣、细集料、激活剂混磨制备胶凝材料的方法，但是对原料的要求比较高，需要要求细集料的粒径。
申请号为202010163268.2专利名称为一种砂浆用胶凝材料及其用途的发明创造提出了对钢渣进行掺杂预处理后进行混磨制备胶凝材料的方法，在掺杂预处理过程中需控制搅拌速度，而且处理后需要经过机械脉冲，工艺过程复杂。
发明内容
本发明提出一种低碳低排放固废基胶凝材料及其制备方法，解决了现有技术中的胶凝材料的制备过程工艺复杂，性能不佳的问题。
本发明的技术方案如下：
一种低碳低排放固废基胶凝材料，包括钢渣20-40份、矿渣40-60份、脱硫石膏5-10份、尾矿15-20份、炉渣3-8份，所述钢渣经过掺杂剂预处理，所述掺杂剂包括以下组分：钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠。
作为进一步的技术方案，所述钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠的质量比为(10-20):(1.5-2):(4-6):1。
作为进一步的技术方案，所述钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠的质量比为15:1.8:5:1。
作为进一步的技术方案，所述掺杂剂的添加量为钢渣质量的10％-15％。
作为进一步的技术方案，所述尾矿为高硅铁尾矿砂，粒径为450-500目。
作为进一步的技术方案，所述炉渣为煤气化炉渣。
作为进一步的技术方案，所述钢渣的预处理具体为将钢渣颗粒与醋酸铵搅拌后加入所述残渣剂，混合均匀后烘干。
本发明还提出一种低碳低排放固废基胶凝材料的制备方法，将矿渣、脱硫石膏、尾矿、炉渣混合后粉磨处理1-1.5h，再进行混合，搅拌均匀，即得胶凝材料。
作为进一步的技术方案，通过立式磨机粉磨。
作为进一步的技术方案，粉磨至比表面积400-450m2/kg。
本发明的有益效果为：
1、本发明利用钢渣、矿渣、脱硫石膏、尾矿和炉渣等固废材料，经过预处理和粉磨，制备得到的胶凝材料抗压强度大，抗冻融性能优异。
2、本发明中利用钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠作为掺杂剂，协同作用，对钢渣进行预处理，预处理后的钢渣在粉磨时，表面形貌会发生变化，掺杂剂能够减少粒子之间的引力，提高粉磨时钢渣的颗粒规整度，同时提高颗粒活性。
3、本发明中通过掺杂剂对钢渣预处理，掺杂剂之间协同作用，在制备胶凝材料时，无需分步粉磨也能使得胶凝材料的各方面性能优异，缩短了工艺流程，节约了设备成本，一次粉磨即可完成。但是正是由于本发明中的粉磨只需一步完成，需要严格控制粉磨时间在1小时至1.5小时，钢渣的反应活性较好。当粉磨时间超过1.5小时后，比如在2小时时，胶凝材料的力学性能并不能得到提高，因此对于本发明的体系，并不是延长粉磨时间就能起到最佳的效果。
4、本发明的胶凝材料中加入了石膏，但是石膏反复冻融时，易发生结晶膨胀而破坏，本发明中的掺杂剂随着钢渣进入体系中，与石膏共同研磨时能够在一定程度上改善其因冻融发生的破坏，提高胶凝材料的抗冻性。
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
将钢渣颗粒进行预处理：将钢渣颗粒与2.5mol/L醋酸铵搅拌反应4h，其中醋酸铵的质量为钢渣的6倍，反应完成后加入钢渣质量10％的掺杂剂(钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠的质量比为15:1.8:5:1)搅拌12h，烘干即得钢渣；
将上述钢渣30份、矿渣50份、脱硫石膏8份、高硅铁尾矿砂18份、煤气化炉渣6份混合后粉磨1.3h，再进行混合搅拌均匀即得胶凝材料。
实施例2
将钢渣颗粒进行预处理：将钢渣颗粒与2.5mol/L醋酸铵搅拌反应4h，其中醋酸铵的质量为钢渣的6倍，反应完成后加入钢渣质量15％的掺杂剂(钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠的质量比为10:1.5:4:1)搅拌14h，烘干即得钢渣；
将上述钢渣20份、矿渣40份、脱硫石膏5份、高硅铁尾矿砂15份、煤气化炉渣3份，混合后粉磨1h，再进行混合搅拌均匀即得胶凝材料。
实施例3
将钢渣颗粒进行预处理：将钢渣颗粒与2.5mol/L醋酸铵搅拌反应4h，其中醋酸铵的质量为钢渣的6倍，反应完成后加入钢渣质量15％的掺杂剂(钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠的质量比为16:1.8:4.5:1)搅拌15h，烘干即得钢渣；
将上述钢渣40份、矿渣60份、脱硫石膏10份、高硅铁尾矿砂20份、煤气化炉渣8份，混合后粉磨1.5h，再进行混合搅拌均匀即得胶凝材料。
实施例4
将钢渣颗粒进行预处理：将钢渣颗粒与2.5mol/L醋酸铵搅拌反应4h，其中醋酸铵的质量为钢渣的6倍，反应完成后加入钢渣质量15％的掺杂剂(钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠的质量比为16:0.5:4.5:1)搅拌15h，烘干即得钢渣；
将上述钢渣40份、矿渣60份、脱硫石膏10份、高硅铁尾矿砂20份、煤气化炉渣8份，混合后粉磨1.5h，再进行混合搅拌均匀即得胶凝材料。
实施例5
将钢渣颗粒进行预处理：将钢渣颗粒与2.5mol/L醋酸铵搅拌反应4h，其中醋酸铵的质量为钢渣的6倍，反应完成后加入钢渣质量15％的掺杂剂(钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠的质量比为16:1.8:5.5:1)搅拌15h，烘干即得钢渣；
将上述钢渣40份、矿渣60份、脱硫石膏10份、高硅铁尾矿砂20份、煤气化炉渣8份，混合后粉磨1.5h，再进行混合搅拌均匀即得胶凝材料。
实施例6
将钢渣颗粒进行预处理：将钢渣颗粒与2.5mol/L醋酸铵搅拌反应4h，其中醋酸铵的质量为钢渣的6倍，反应完成后加入钢渣质量15％的掺杂剂(钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠的质量比为16:1.8:4.5:1)搅拌15h，烘干即得钢渣；
将上述钢渣40份、矿渣60份、脱硫石膏10份、高硅铁尾矿砂20份、煤气化炉渣8份，混合后粉磨2h，再进行混合搅拌均匀即得胶凝材料。
对比例1
与实施例1相比，不添加重烷基苯磺酸钠，用等量的钨酸铵代替，其他与实施例1相同。
对比例2
与实施例1相比，不添加硅酸铝锂，用等量的钨酸铵代替，其他与实施例1相同。
利用实施例和对比例制备得到的胶凝材料制备砂浆：水泥3.5份、胶凝材料6.5份、粉煤灰2.5份、骨料70份、减水剂1.5份混匀，加水，混合20min，即得砂浆，将砂浆分别装入40mm×40mm×160mm模具振动成型。试件在30℃，湿度≥90％条件下养护1d，脱模。然后在30℃，湿度≥90％，养护至3d、7d、28d龄期，按照GB/T17671-1999《水泥胶砂抗压强度检验方法(ISO法)》进行抗压强度测试；按照《GB/T50082-2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的快速冻融法进行试验研究，试验次数为快速冻融循环300次。实验结果如下表1所示：
表1砂浆的性能测试结果
Figure BDA0003751193330000041
本发明的实施例1-3是综合性能最佳的实施例，实施例4和实施例5中改变了掺杂剂的比例，相比于实施例1-3中的砂浆，抗压强度有所降低，而且抗冻融能力也不如实施例1-3。实施例6中将粉磨时间延长至2h，得到的砂浆力学性能不佳，这是由于本发明的掺杂剂经过粉磨后可以起到减少颗粒团聚的效果，提高颗粒的规整度和密实度。但是当粉磨时间达到两小时后，会导致小颗粒含量过多，反而会增加团聚的可能性。因此对于本发明中的掺杂剂需要控制比例的同时也需要控制粉磨在1-1.5h之间，能够保证预处理效果和砂浆的力学性能。
对比例1中的掺杂剂不添加重烷基苯磺酸钠，对比例2中的掺杂剂不添加硅酸铝锂，相比于实施例1，两个对比例的预处理效果均不佳，颗粒之间的密实度降低，导致砂浆早期强度较差，温度的变化导致砂浆内部结构发生变化，多次冻融后出现质量降低的情况。本发明中将钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠协同配伍，能够提供结构稳定性，增强抗冻融性能。
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 (10)

1.一种低碳低排放固废基胶凝材料，其特征在于，包括钢渣20-40份、矿渣40-60份、脱硫石膏5-10份、尾矿15-20份、炉渣3-8份，所述钢渣经过掺杂剂预处理，所述掺杂剂包括以下组分：钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠。
2.根据权利要求1所述的低碳低排放固废基胶凝材料，其特征在于，所述钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠的质量比为(10-20):(1.5-2):(4-6):1。
3.根据权利要求2所述的低碳低排放固废基胶凝材料，其特征在于，所述钨酸铵、凹凸棒土、硅酸铝锂、重烷基苯磺酸钠的质量比为15:1.8:5:1。
4.根据权利要求1所述的低碳低排放固废基胶凝材料，其特征在于，所述掺杂剂的添加量为钢渣质量的10％-15％。
5.根据权利要求1所述的低碳低排放固废基胶凝材料，其特征在于，所述尾矿为高硅铁尾矿砂，粒径为450-500目。
6.根据权利要求1所述的低碳低排放固废基胶凝材料，其特征在于，所述炉渣为煤气化炉渣。
7.根据权利要求1所述的低碳低排放固废基胶凝材料，其特征在于，所述钢渣的预处理具体为将钢渣颗粒与醋酸铵搅拌后加入所述残渣剂，混合均匀后烘干。
8.如权利要求1-7任意一项所述的低碳低排放固废基胶凝材料的制备方法，其特征在于，矿渣、脱硫石膏、尾矿、炉渣混合后粉磨处理1-1.5h，再进行混合、搅拌均匀，即得胶凝材料。
9.根据权利要求8所述的低碳低排放固废基胶凝材料的制备方法，其特征在于，通过立式磨机粉磨。
10.根据权利要求8所述的低碳低排放固废基胶凝材料的制备方法，其特征在于，粉磨至比表面积400-450m2/kg。
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