CN115772024A - 一种大掺量锂渣速凝快硬墙板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大掺量锂渣速凝快硬墙板及其制造方法，涉及工业固体废渣利用及建筑墙板技术领域。本发明所述墙板的原料包括干料、减水剂和水，所述干料包括锂渣、水泥和石膏，其中锂渣占干料总质量的60％‑70％，原料的水灰比为0.28‑0.30，石膏和水泥的质量比为1:4～1:1。采用工业废料锂渣作为主要的生产原料，锂渣掺量最高可达70％，大大降低了生产制作成本。且能够对工业废料二次利用，降低了对环境的污染。相比传统石膏板制造工艺，同样的厚度下，本申请的硬度强度都高于传统石膏板，且原料凝结时间短、流动性良好，在解决固废资源的利用问题的同时，显著降低板材制作原料成本和时间成本，且能达到速凝快硬的效果，显著提高了板材的生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及工业固体废渣利用及建筑墙板技术领域，尤其涉及一种大掺量锂渣速凝快硬墙板及其制造方法。
背景技术
锂渣是锂电池回收锂资源过程或锂盐生产过程中产生的酸性或碱性渣。锂渣的矿物组成中，活性二氧化硅和氧化铝占绝大部分，近似焙烧后的偏高岭土，因此，锂渣是一种火山灰性质很高的活性材料，且在经过放射性强度检测后发现它的放射性强度远低于国家标准。故完全可以用于生产建筑材料。以中国最大的锂盐厂—新疆锂盐厂为例，每年排放锂渣五万吨，截至1999年底，已堆进废渣近100万吨，战地1.3万平方米，用锂渣作水泥的混合材料，每利用1吨锂渣可获得直接经济效益120元以上。
隔墙板指的是用于建筑物内部隔墙的墙体预制条板，如何能大量使用锂渣来更低成本更高效地获得隔墙板材料是亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于，提高锂渣的利用效率，用较低的生产成本得到拥有足够强度的以大掺量锂渣为主要原料的速凝快硬隔墙板。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种大掺量锂渣速凝快硬墙板，其特征在于，所述墙板的原料包括干料、减水剂和水，所述干料包括锂渣、水泥和石膏，其中锂渣占干料总质量的60％-70％，原料的水灰比为0.28-0.30，石膏和水泥的质量比为1:4～1:1。
所述锂渣中的主要成分包括SiO2、Al2O3(20-23％)、Fe2O3、CaO(10-15％)、MgO、K2O、Na2O、SO3；所述SiO2占锂渣总质量的40％-50％，Al2O3占锂渣总质量的20-23％，CaO占锂渣总质量的10-15％。其中SO3占锂渣总量的9％以内，符合用于建筑的锂渣中国家规范要求的SO3含量。
所述锂渣来自锂辉石经过1200℃高温煅烧后，加入浓硫酸焙烧，经充分反应、酸化后的酸化料，加入清水水洗，并用单飞粉(CaCO3)中和残酸，得到料浆；料浆搅拌浸出的得到浸出液，经后处理后获得浸出渣—锂渣。
所述减水剂占除锂渣外的干料总量的0.5％-1％，石膏和水泥的质量比为1:4～1:2，干料中除锂渣外的材料中各成分所占重量比分别为：水泥50％-70％、石膏30％-50％。
所述干料的成分按重量份计为：60-70份锂渣、9-15份石膏、15-21份水泥。
所述锂渣的比表面积3300-3800平方厘米每克，所述锂渣的烧失量为6.86％；所述水泥为硫铝酸盐水泥，所述石膏为硬石膏，硬石膏为无水粉末。
锂渣的粒度为20-200目，水泥的粒度设置为20-200目，石膏的粒度设置为20-200目。
本发明还保护上述的大掺量锂渣速凝快硬墙板的制造方法，所述制造方法的过程是：
S1：取各干料备用；
S2：将各干料、水和减水剂加入到料仓内；
S3：将物料在料仓内快速搅拌混合；
S4：搅拌后，将料仓内的坯料浆液倾倒在模具中，进行凝结处理；
S5：对凝结成型后的板材进行分割切边，加工成指定尺寸；
S6：对步骤S5中获得的加工好的板材进行室内风干处理，蒸发板材中的水分；
S7：干燥后打包。
步骤S1中各干料进行如下处理：
将硫铝酸盐水泥经过20-200目筛网处理获得粒度为20-200目的水泥备用，
对锂渣进行加热风干无水处理，加热风干无水处理的温度控制在110℃以内，处理时间控制在2-3h以内；之后锂渣经过20-200目筛网处理获得粒度为20-200目的无水锂渣备用；
所述加热风干无水处理的温度为80-100℃，处理时间为2h。
所述凝结处理时间为初凝时间和终凝时间之和，为20min以内。
S7：干燥后打包。
进一步，所用减水剂为灰霸高效减水剂，占除锂渣外材料(水泥和石膏)总量的0.5％-1％。进一步，所述S1步骤中，对原料锂渣进行无水处理，加热风干处理时的温度控制在110℃(温度太高会破坏结构)以内，优选80-110℃，处理时间控制在2h。利于控制水灰比，烘干之后，将大块杂碎，再拌和。
与现有技术相比，本发明的突出优势是：
1.本发明采用工业废料锂渣作为主要的生产原料，锂渣掺量最高可达70％，大大降低了生产制作成本。且能够对工业废料二次利用，降低了对环境的污染。相比传统石膏板制造工艺，同样的厚度下，本申请的硬度强度都高于传统石膏板，且原料凝结时间短、流动性良好，在解决固废资源的利用问题的同时，显著降低板材制作原料成本和时间成本，且本发明研究出的配比所达到速凝快硬的效果，显著提高了板材的生产效率。
2.本发明对比普通水泥板，重量轻，碱度小；对比镁板，具有较低的腐蚀性；对比碳酸钙板，抗压强度好，操作简单方便，适合工业化生产。本申请在成本控制上，在尽可能少的添加外加剂的情况下，实现快凝。
3.本发明配方中选择锂渣和硫酸铝水泥、石膏的协同作用，实现了快凝快硬的效果。锂渣中含有约千分之几剩余的锂，其主要以Li2O或Li2CO3形式存在。锂渣中还含有较多的SiO2，CaO，CaSO4和Al2O3等成分，其中的SiO2绝大多数是以无定形的SiO2形式存在，具有火山灰活性。较多的无定形SiO2易与水泥水化形成的Ca(OH)2反应，生成水化硅酸钙凝胶，由于Ca(OH)2的消耗，既可促进水泥的水化反应，又可使Ca(OH)2结晶细化，有利于界面的粘结。另外，较多的无定形Al2O3和CaSO4易与溶液中的Ca(OH)2化合，生成水化硫酸铝钙，从而有利于提高混凝土的早期强度。通过不同原料成分、不同辅助材料的筛选创造性的获得60％以上掺量锂渣的隔墙板材料。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，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。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本申请首次将锂渣应用于隔墙板的制备中，实现了60-70％的大掺量锂渣获得快凝时间在10min以内、流动度>18cm的隔墙板水泥材料。本发明隔墙板的初凝时间在10分钟以内，终凝时间为20分钟以内。
将锂渣粉与硫铝酸盐水泥、石膏按多个比例配制后，进行凝结时间检测，以及用ISO法进行水泥胶砂成型和强度检测。42.5级基准水泥三天抗折强度，MPa、三天抗压强度，MPa、二十八天抗折强度，MPa、二十八天抗压强度，MPa；具体配料(以占干料的质量比计算)及检测结果见下表。
对比例1
本对比例在实施例1的配方基础上选择使用水玻璃(无水硅酸钠)替代石膏。将锂渣粉与硫铝酸盐水泥、速凝剂、无水硅酸钠按多个比例配制后，进行凝结时间检测，并进行流动性检测；无水硅酸钠占总干料质量的3％，具体配料(除无水硅酸钠外以占干料的质量比计算)及检测结果见下表。因该配比初凝时间效果不好，且流动性差，所以放弃该配比。
对比例2
本对比例在实施例1的配方基础上不使用石膏，增加水泥的用量，使得干料仅为锂渣和水泥。具体配料(以占干料的质量比计算)及检测结果见下表。因该配比制作试件入模后持续放热，凝结过快，流动度不满足，所以放弃该配比。
对比例3
本对比例在实施例1的配方基础上不使用硫铝酸盐水泥，而使用相同质量的硅酸盐水泥熟料。具体配料(以占干料的质量比计算)及检测结果见下表。因该配比制作试件流动度不满足，且凝结时间效果不好，所以放弃该配比。
经试验测试表明，上述对比例所获得的水泥材料的初凝时间均较长，不利于本申请经济性施工，对比例1掺入水玻璃后，无速凝效果；对比例2不加石膏，流动度达不到生产要求；对比例3硫铝酸盐水泥改用普通硅酸盐水泥熟料，凝结和流动效果一般。上述对比例均不能获得本申请所要求的初始凝结时间和流动效果。本申请的配方能够实现大掺量下的强度、凝结时间和流动性的多重要求。
经过大量实验本发明配料成分(锂渣+硫铝酸盐水泥+石膏)满足理想的凝结时间(<10分钟)、流动性(18-25cm)、28天抗压强度(20MPa以上，优选为30MPa以上)等的要求。克服了在锂渣所占成分过多时，其凝结效果、流动效果、强度等不理想的问题。本申请实现了在大量利用锂渣固废的前提下，最低成本快速生产隔墙板的效果，7d强度能达到28d强度50％，实现快硬。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (10)
1.一种大掺量锂渣速凝快硬墙板，其特征在于，所述墙板的原料包括干料、减水剂和水，所述干料包括锂渣、水泥和石膏，其中锂渣占干料总质量的60％-70％，原料的水灰比为0.28-0.30，石膏和水泥的质量比为1:4～1:1。
2.根据权利要求1所述的大掺量锂渣速凝快硬墙板，其特征在于，所述锂渣中的主要成分包括SiO2、Al2O3(20-23％)、Fe2O3、CaO(10-15％)、MgO、K2O、Na2O、SO3；所述SiO2占锂渣总质量的40％-50％，Al2O3占锂渣总质量的20-23％，CaO占锂渣总质量的10-15％。
3.根据权利要求1所述的大掺量锂渣速凝快硬墙板，其特征在于，所述锂渣为酸性锂渣，来自锂辉石经过1200℃高温煅烧后，加入浓硫酸焙烧，经充分反应、酸化后的酸化料，加入清水水洗，并用单飞粉(CaCO3)中和残酸，得到料浆；料浆搅拌浸出的得到浸出液，经后处理后获得浸出渣—锂渣。
4.根据权利要求1所述的大掺量锂渣速凝快硬墙板，其特征在于，所述减水剂占除锂渣外的干料总量的0.5％-1％，石膏和水泥的质量比为1:4～1:2。
5.根据权利要求1所述的大掺量锂渣速凝快硬墙板，其特征在于，所述干料的成分按重量份计为：60-70份锂渣、9-15份石膏、15-21份水泥。
6.根据权利要求1所述的大掺量锂渣速凝快硬墙板，其特征在于，所述锂渣的比表面积3300-3800平方厘米每克，所述锂渣的烧失量为6.86％；所述水泥为硫铝酸盐水泥，所述石膏为硬石膏。
7.根据权利要求1-6任一所述的大掺量锂渣速凝快硬墙板，其特征在于，锂渣的粒度为20-200目，水泥的粒度设置为20-200目，石膏的粒度设置为20-200目；
所述大掺量锂渣速凝快硬墙板的初始凝结时间<10分钟、流动性为18-25cm、7d强度能达到28d强度50％。
8.一种权利要求1-7任一所述的大掺量锂渣速凝快硬墙板的制造方法，其特征在于，所述制造方法的过程是：
S1：取各干料备用；
S2：将各干料、水和减水剂加入到料仓内；
S3：将物料在料仓内快速搅拌混合；
S4：搅拌后，将料仓内的坯料浆液倾倒在模具中，进行凝结处理；
S5：对凝结成型后的板材进行分割切边，加工成指定尺寸；
S6：对步骤S5中获得的加工好的板材进行室内风干处理，蒸发板材中的水分；
S7：干燥后打包。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，步骤S1中各干料进行如下处理：
将硫铝酸盐水泥经过20-200目筛网处理获得粒度为20-200目的水泥备用，
对锂渣进行加热风干无水处理，加热风干无水处理的温度控制在110℃以内，处理时间控制在2-3h以内；之后锂渣经过20-200目筛网处理获得粒度为20-200目的无水锂渣备用。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述加热风干无水处理的温度为80-100℃，处理时间为2h。
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