CN115893888A - 锂渣基早强高强胶凝材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种锂渣基早强高强胶凝材料及其制备方法，属于建筑材料技术领域。以重量份计，该胶凝材料包括10～40份锂渣，5～30份赤泥，5～15份激发剂，所述激发剂为碱激发剂、盐类激发剂或有机金属化合物激发剂中的至少一种。在制备时，将锂渣和赤泥研磨至比表面积大于300m2/kg并混合均匀，随后将其与激发剂和水进行混合即可。本发明的胶凝材料，其具有一定的微膨性能，能够对常规胶凝材料在硬化过程中的体积收缩进行补偿，降低因体积收缩而产生的裂缝；同时，本发明的胶凝材料，其将锂渣和赤泥进行资源化利用，不仅降低了生产成本，同时还将废弃资源再利用，降低了环保压力；同时，本发明的胶凝材料，其最终强度较高，增大了其应用场景和生产效益。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体为一种锂渣基早强高强胶凝材料及其制备方法。
背景技术
锂辉石、锂云母中锂含量高，是制取碳酸锂、氢氧化锂的主要矿物。目前制取碳酸锂工艺流程中多采取高温焙烧或烧结工艺，如石灰石烧结法、硫酸盐焙烧法、氯化焙烧法和硫酸焙烧法等方法。其中硫酸盐焙烧法是当前制备碳酸锂的主流工艺，生产一吨锂盐时大约排出8～10吨锂渣。传统的做法是将锂渣仅存放处置，不仅占用土地，而且易造成环境污染，锂渣的利用率较低。由于采取高温焙烧工艺，锂渣中SiO2和Al2O3含量较高且活性较强，因此部分研究将其用作混凝土矿物掺和料。参见中国专利CN 111646773 A，由于酸法锂渣因为在生产工艺中受硫酸侵蚀，导致内比表面积较大，易吸水，加之颗粒微孔里残存有硫酸，将锂渣用作水泥混凝土掺和料时，存在的含水率较高、需水量高以及后期活性较低等问题；同时，参见中国专利CN 106082739A，采用锂渣做水泥掺和料加入水泥中导致水泥初凝时间延长以及水泥3天强度大幅降低。
发明内容
为解决上述至少一种问题，本发明提出了一种锂渣基早强高强胶凝材料。
为实现上述目标，本发明的技术方案如下：一种锂渣基早强高强胶凝材料，以重量份计，包括10～40份锂渣，5～30份赤泥，5～15份激发剂，所述激发剂为碱激发剂、盐类激发剂或有机金属化合物激发剂中的至少一种。
其中，由于本领域中通常是采用硫酸盐焙烧法制备碳酸锂，最终产生的锂渣中含有大量的残余硫酸，因此，现有技术中，直接将锂渣作为混凝土掺和料会导致混凝土的强度较低；而赤泥呈碱性，同时含有较多的Na、K、Mg、Fe等元素。本发明中，将锂渣和赤泥进行混用，赤泥不仅能够中和锂渣中的残酸，同时，锂渣中的硫酸和赤泥中的Na、K、Mg、Fe等元素形成的硫酸盐在结晶凝固过程中极易形成含7～10个结晶水的水合物，这些水合物能够促进胶凝材料在硬化过程中的体积产生微膨胀，使得胶凝材料的体积更加稳定，能够降低硬化后产物因体积收缩而产生的大量裂缝。
本发明的一种实施方式在于，还包括1～5份减水剂，所述减水剂为聚羧酸减水剂或木质素磺酸盐减水剂中的一种。
本发明的一种实施方式在于，所述碱激发剂为氧化钙、氧化镁、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾中的至少一种，所述盐类激发剂为氯化钠、碳酸钙、硅酸钠中的至少一种，所述有机金属化合物激发剂为甲醇钠、乙醇钠中的一种。
本发明的一种实施方式在于，所述激发剂为碱激发剂。
本发明的一种实施方式在于，还包括15～70份掺和料，所述掺和料为矿渣粉、粉煤灰、水泥、石膏中的一种或任意比例的至少两种的混合物。
本发明的另一个目的是公开一种如上述任一所述的锂渣基早强高强胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将锂渣、赤泥分别进行干燥后，对其进行研磨，直至颗粒比表面积大于300m2/kg；或，将锂渣和赤泥充分混合后再进行干燥、研磨，直至颗粒比表面积大于300m2/kg；
S2、取研磨后的锂渣和赤泥，加入激发剂并混合均匀，后加入水并搅拌均匀即得，其中，所述水的质量为胶凝材料中其余物质总质量的25～40％。
具体的，本领域技术人员知晓的是，对于胶凝材料来讲，其比表面积越大，则原料的活性越高，最终硬化后产物的强度相对较大。而经过发明人大量实验发现，只需要将其比表面积控制在300m2/kg以上，最终胶凝材料硬化后的强度即可满足实际使用需求。
同时，在对锂渣和赤泥进行干燥研磨时，可以将两者分开进行干燥、研磨，也可以按照比例混合后进行干燥、研磨，根据发明人的测试，将两者首先进行混合后再进行干燥、研磨，其最终效果相对较好。
虽然从理论上将，直接将所有的材料一起混合均匀后加水即可，但是从实际使用来看，首先将锂渣和赤泥混合均匀后，使其内部的酸碱发生一定的中和反应，后再添加其余物质和水，效果相对较好。
对于水的加量来讲，其可以维持在胶凝材料中所有物质总质量的25～40％，优选为28～32％，在该范围下，胶凝材料在硬化过程中不会产生渗水等负面情况，同时，从实际情况来讲，赤泥的相对含量越高，则水的加量相对越多，这主要是因为赤泥中含有大量的孔隙，其吸水能力更强。
本发明的一种实施方式在于，还包括减水剂和掺和料，所述减水剂为聚羧酸减水剂或木质素磺酸盐减水剂中的一种，所述掺和料为矿渣粉、粉煤灰、水泥、石膏中的一种或任意比例的至少两种的混合物，所述掺和料在加入前，需将其进行干燥、研磨，直至其比表面积大于300m2/kg。
进一步的，在加入激发剂的同时，加入减水剂和掺和料并搅拌均匀。
有益效果：本发明的胶凝材料，通过调整各物料的比例，能够使其具有一定的微膨性能，能够对常规胶凝材料在硬化过程中的体积收缩进行补偿，降低因体积收缩而产生的裂缝；同时，本发明的胶凝材料，其将锂渣和赤泥进行资源化利用，不仅降低了生产成本，同时还将废弃资源再利用，降低了环保压力；同时，本发明的胶凝材料，其最终强度较高，增大了其应用场景和生产效益。
具体实施方式
下面将结合实例对本发明的具体实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
下述实施例中，若未特别说明，所述的操作为本领域常规操作。
下述实施例中，若未特别说明，所采用的原料均能通过常规商业途径获得。
采用以下方法制备实施例1-9以及对比例1～2的胶凝材料：
(1)将经过105℃-110℃干燥的锂渣用粉磨设备磨细，然后将粉磨好的物料过筛，直到颗粒比表面积＞300m2/kg为止；
(2)将经过105℃-110℃干燥的赤泥用粉磨设备磨细，然后将粉磨好的物料过筛，直到颗粒比表面积＞300m2/kg为止；
(3)经过105℃-110℃干燥的粉煤灰、矿渣份、工业副产石膏和水泥，然后将粉磨好的物料过筛，直到颗粒比表面积＞300m2/kg为止；
(4)按照原料份数称取锂渣和赤泥倒入混合设备，搅拌至均匀，然后加入粉煤灰、矿渣份、工业副产石膏、水泥和聚羧酸减水剂2g继续搅拌均匀；加入碱激发剂混合均匀；加入水搅拌均匀，得到锂渣基的低碳胶凝材料。
将胶凝材料制备后，将其浇筑在模具中，在振实台上充分振实、表面抹平后，置于标准养护箱内养护24-48h后脱模。
实施例1～9以及对比例1～2中胶凝材料的组成如表1所示。
表1胶凝材料的原料组成表
为了进一步说明上述胶凝材料的性能，下面采用具体的方法对其性能进行测试。
1、抗压性能测试：采用《GB/T17671-2021水泥胶砂强度检验方法》测定试样的抗压强度，最终测试结果如表2所示。
表2胶凝材料固化后的强度测试结果
从表2可知，加入的粉煤灰、矿渣粉、水泥、石膏等，对其抗压强度有较大的影响。
2、凝结时间测试：采用《GB/T 1346-2001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》测定凝结时间。
表3凝结时间测试结果
从表3可以看出，在改变各物料组分使得各物料加量不处于最佳加量范围内，其凝结时间相对较长。
2、收缩膨胀测试：采用《JC/T 313-2009膨胀水泥膨胀率试验方法》测定试样的自由膨胀率。测试结果如表3所示。
表3胶凝材料固化后的膨胀率
从表3中可以看出，实施例2～3的胶凝材料，在其固化后，都具有一定的膨胀率，本领域技术人员知晓的是，对于常规的胶凝材料，其固化后通常会产生收缩，而收缩会导致固化后的材料产生裂缝，因此，本发明实施例的胶凝材料，其克服了常规胶凝材料易于收缩的缺陷。参见对比例1和对比例2的测试结果，说明其和常规的胶凝材料相同，在固化后同样会发生收缩。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种锂渣基早强高强胶凝材料，其特征在于，以重量份计，包括10~40份锂渣，5~30份赤泥，5~15份激发剂，所述激发剂为碱激发剂、盐类激发剂或有机金属化合物激发剂中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，还包括1~5份减水剂，所述减水剂为聚羧酸减水剂或木质素磺酸盐减水剂中的一种。
3.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，所述碱激发剂为氧化钙、氧化镁、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钾中的至少一种，所述盐类激发剂为氯化钠、碳酸钙、硅酸钠中的至少一种，所述有机金属化合物激发剂为甲醇钠、乙醇钠中的一种。
4.根据权利要求1或3所述的胶凝材料，其特征在于，所述激发剂为碱激发剂。
5.根据权利要求1所述的胶凝材料，其特征在于，还包括15~70份掺和料，所述掺和料为矿渣粉、粉煤灰、水泥、石膏中的一种或任意比例的至少两种的混合物。
6.一种如权利要求1-5任一所述的锂渣基早强高强胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将锂渣、赤泥分别进行干燥后，对其进行研磨，直至颗粒比表面积大于300m2/kg；或，将锂渣和赤泥充分混合后再进行干燥、研磨，直至颗粒比表面积大于300m2/kg；
S2、取研磨后的锂渣和赤泥，加入激发剂并混合均匀，后加入水并搅拌均匀即得，其中，所述水的质量为胶凝材料中其余物质总质量的25~40%。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括减水剂和掺和料，所述减水剂为聚羧酸减水剂或木质素磺酸盐减水剂中的一种，所述掺和料为矿渣粉、粉煤灰、水泥、石膏中的一种或任意比例的至少两种的混合物，所述掺和料在加入前，需将其进行干燥、研磨，直至其比表面积大于300m2/kg。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在加入激发剂的同时，加入减水剂和掺和料并搅拌均匀。
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| CN111548039A (zh) * | 2020-04-22 | 2020-08-18 | 深圳大学 | 一种赤泥地聚物骨料及其制备方法 |
| CN112194394A (zh) * | 2020-09-14 | 2021-01-08 | 深圳大学 | 基于淤泥的人造建筑骨料的制备方法 |
| CN115403290A (zh) * | 2022-07-15 | 2022-11-29 | 山东大学 | 一种适用于交通工程用赤泥基胶凝材料的胶凝活性激发剂 |
-
2023
- 2023-02-03 CN CN202310053858.3A patent/CN115893888A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116874252A (zh) * | 2023-07-05 | 2023-10-13 | 江西省建材科研设计院有限公司 | 水泥、矿粉、锂渣基固化剂及其在土中的应用 |
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