CN117700193A - 一种大掺量锂渣泡沫土及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及泡沫土技术领域，特别是涉及一种大掺量锂渣泡沫土及其制备方法。按质量百分数计，大掺量锂渣泡沫土的原料包括发泡剂0.5％～5％、固化剂7％～25％、复合土65％～85％和激发剂5％～15％；按质量百分数计，固化剂包括钢渣0％～20％、矿渣30％～70％、一道锂渣0％～15％和二道锂渣20％～50％；按质量百分数计，复合土包括二道锂渣60％～80％、粉煤灰10％～20％和土0％～30％。本发明利用锂渣制备固化剂及复合土，并用于生产泡沫土，可以减少水泥的使用量，节约土地资源，而且可以大量消纳锂渣废弃物。本发明原料组成、配比合理，在保证泡沫土性能的同时，大幅度提高原状锂渣在泡沫土中的掺加量。

Description

一种大掺量锂渣泡沫土及其制备方法

技术领域

本发明涉及泡沫土技术领域，特别是涉及一种大掺量锂渣泡沫土及其制备方法。

背景技术

在矿产资源开发的同时会产生大量固体废弃物，选矿尾矿是工业产出量大、综合利用率低的大宗固体废弃物，通常在选矿后露天堆放，不仅影响环境与安全，其综合利用也关系着企业和行业的生存与发展。浮选锂云母及生产碳酸锂过程中会产生大量尾矿废渣，随着锂电行业的飞速发展，尾矿废渣仍在逐年增加。由于原状锂渣粒度分布窄，含水量较大，本身价值较低，导致目前原状锂渣得不到有效利用，整体利用率不足20％，大多以堆存处理为主，占用大量土地，造成资源浪费。目前，锂渣研究应用主要集中在制备水泥砂浆、混凝土等建筑材料及制备陶瓷材料等。锂渣中硅铝含量较高，具有一定的火山灰活性，用于混凝土中可改善混凝土力学性能、碳化性能等，然而锂尾矿中还含有大量钠钾等碱金属元素，容易造成混凝土表面泛霜、泛碱等问题，限制了其在混凝土中的大掺量应用。

泡沫土是将泡沫与胶凝材料、土按照一定配合比混合均匀且成型硬化后制备的一种新型轻质填垫材料，具有质量轻、流动度大、保温隔热、强度可调及良好的施工性能等特点，广泛应用于路基回填、软土路基减荷、隧道注浆等工程。普通泡沫土主要原料由水泥、土、泡沫组成，水泥属于高能耗、高污染产业，且制备的泡沫土早期强度低，易开裂，此外，泡沫土制备过程中消耗大量土地资源。目前虽然有将锂渣用于泡沫混凝土的研究，但是其需要对锂渣进行煅烧改性，以改变锂渣的物相组成，增加生产成本。

因此，提供大掺量锂渣泡沫土及其制备方法，提高原状锂渣在泡沫土中的掺加量，一方面能够避免煅烧处理导致的成本增加，另一方面可以大量消纳锂渣废弃物，提高锂渣的利用价值，且减少水泥使用量，对于泡沫土以及环保技术领域具有重要意义。

发明内容

基于上述内容，本发明提供一种大掺量锂渣泡沫土及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明技术方案之一，一种大掺量锂渣泡沫土，按质量百分数计，原料包括发泡剂0.5％～5％、固化剂7％～25％、复合土65％～85％和激发剂5％～15％；

按质量百分数计，所述固化剂包括钢渣0％～20％、矿渣30％～70％、一道锂渣0％～15％和二道锂渣20％～50％；

按质量百分数计，所述复合土包括二道锂渣60％～80％、粉煤灰10％～20％和土0％～30％；

所述激发剂为电石渣、石膏、硫酸铝和碳酸钠质量比(3～4):(4～5):(0～0.5):(0.5～1.5)的混合物。

本发明技术方案之二，一种上述的大掺量锂渣泡沫土的制备方法，包括以下步骤：

按质量百分数，将发泡剂、固化剂、复合土和激发剂搅拌均匀，得到所述发泡土。

本发明技术方案之三，上述的大掺量锂渣泡沫土在房屋建筑、路基、沟槽回填和隧道工程中的应用。

本发明技术构思：

原状锂渣中含有大量硅、铝、镁、钙、钾、钠等元素，与土的元素组成相似，将其直接作为土来使用。原状锂渣中含有大量不溶盐，包括硫酸钙及硅铝氧化物，这些组分可以作为土骨架的组成部分，此外硫酸钙等物质可以在土颗粒间产生胶结作用。利用原状锂渣、土和粉煤灰作为复合土，可以有效改善复合土颗粒级配，使复合土土体结构更加密实，增大土体颗粒间的摩擦力和咬合力，提高复合土的稳定性。锂渣中含有大量碱金属存在，可提高浆体的碱度，有利于矿渣活性的激发，充分发挥锂渣中碱金属的碱性作用，实现锂渣的高效利用。

本发明在对锂渣成分分析的基础上，通过将原状锂渣、土和粉煤灰混合制备复合土，优化了复合土的各项性能，进而制备泡沫土，有效的解决了原状锂渣粒度分布窄、含水量大，利用率低的难题。

本发明公开了以下技术效果：

本发明利用锂渣制备固化剂及复合土，并用于生产泡沫土，可以减少水泥的使用量，节约土地资源，而且可以大量消纳锂渣废弃物，助力“双碳”目标的实现。本发明原料组成、配比合理，在保证泡沫土性能的同时，大幅度提高原状锂渣在泡沫土中的掺加量，提高锂渣的利用价值。

本发明工艺步骤简单，易于推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一道锂渣的XRD图。

图2为本发明二道锂渣的XRD图。

图3为本发明固化剂制备工艺流程图。

图4为本发明激发剂制备工艺流程图。

图5为本发明泡沫土制备工艺流程图。

具体实施方式

现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。

应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值，以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。

除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。

在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。

关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。

本发明第一方面提供一种大掺量锂渣泡沫土，按质量百分数计，原料包括发泡剂0.5％～5％、固化剂7％～25％、复合土65％～85％和激发剂5％～15％；

按质量百分数计，所述固化剂包括钢渣0％～20％、矿渣30％～70％、一道锂渣0％～15％和二道锂渣20％～50％；

按质量百分数计，所述复合土包括二道锂渣60％～80％、粉煤灰10％～20％和土0％～30％；

所述激发剂为电石渣、石膏、硫酸铝和碳酸钠质量比(3～4):(4～5):(0～0.5):(0.5～1.5)的混合物。

所述粉煤灰为燃煤电厂排出的固体废弃物，可以为湿排灰和/或干排灰。

二道锂渣在复合土中起到骨架和胶结作用。

在本发明优选的实施方式中，所述发泡剂为水、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、污泥蛋白、纳米碳酸钙质量比(8～10):(3.5～5):(3.5～5):(3～4):(0.05～0.2)的混合物。

在本发明优选的实施方式中，所述污泥蛋白是指采用物理或化学方法将污泥中生物体细胞破碎，从生物体细胞内提取到的蛋白质浓缩液，pH值11.5～13.5，蛋白质含量25％～35％。

在本发明优选的实施方式中，所述一道锂渣为浮选锂云母过程中产生的固体废弃物，主要化学成分为：Na₂O 1％～4％，K₂O 1％～3％，SiO₂50％～80％，Al₂O₃7％～11％。

在本发明优选的实施方式中，所述二道锂渣为锂云母生产碳酸锂过程中产生的固体废弃物，主要化学成分为Na₂O 1％～4％，K₂O 1％～3％，SiO₂20％～40％，Al₂O₃10％～15％，MgO0％～2％，CaO 15％～25％，SO₃10％～20％。

在本发明优选的实施方式中，所述土为砂土、粉土、淤泥、黏土、黄土、种植土和填土中的至少一种。

本发明第二方面提供一种上述的大掺量锂渣泡沫土的制备方法，包括以下步骤：

按质量百分数，将发泡剂、固化剂、复合土和激发剂搅拌均匀，得到所述发泡土。

在本发明优选的实施方式中，所述搅拌均匀具体为：采用双轴搅拌机+高速活化搅拌机两段连续搅拌方式搅拌均匀。

在本发明优选的实施方式中，所述固化剂通过将钢渣、矿渣、一道锂渣和二道锂渣按质量百分数混合均匀得到。

所述复合土通过将二道锂渣、粉煤灰和土按质量百分数混合均匀得到。

所述激发剂通过将电石渣、石膏、硫酸铝和碳酸钠质量比混合均匀得到。

所述发泡剂通过将水、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、污泥蛋白、纳米碳酸钙按质量比加入到发泡装置中制备得到。

可以在泡沫土制备站设一个原料储存场地、一座固化剂仓、一座激发剂仓、一套泡沫发生装置和一套搅拌系统，可根据工程需求调整发泡剂、固化剂、复合土、激发剂配比，得到不同强度的泡沫土。

本发明第三方面提供上述的大掺量锂渣泡沫土在房屋建筑、路基和隧道中的应用。

本发明中所述的“％”，如无特殊说明，均表示质量百分数。

本发明实施例中所用原材料如无特殊说明，均可通过市售途径获得。

本发明实施例以及对比例中所用钢渣为钢厂转炉炼钢或电炉炼钢时所得的以硅酸盐、铁铝酸盐为主要成分的固体废弃物，其性能指标满足YB/T 022-2008《用于水泥中的钢渣》和GB/T 20491-2017《用于水泥和混凝土中的钢渣粉》中的相关规定。

本发明实施例以及对比例中所用矿渣为高炉冶炼生铁过程产生的以硅铝酸盐为主要成分的熔融物，经淬冷成粒后形成的潜在水硬性材料，其性能指标满足GB/T 203-2008《用于水泥中的粒化高炉矿渣》和GB/T 18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的理化高炉矿渣粉》中的相关规定。

本发明实施例中所用一道锂渣为原状一道锂渣，为浮选锂云母过程中产生的固体废弃物，主要化学成分为：Na₂O 1％～4％，K₂O 1％～3％，SiO₂50％～80％，Al₂O₃7％～11％；该一道锂渣的XRD图如图1所示。

本发明实施例以及对比例中所用二道锂渣为原状二道锂渣，为锂云母生产碳酸锂过程中产生的固体废弃物，主要化学成分为Na₂O 1％～4％，K₂O 1％～3％，SiO₂20％～40％，Al₂O₃10％～15％，MgO 0％～2％，CaO 15％～25％，SO₃10％～20％；该二道锂渣的XRD图如图2所示。

本发明实施例以及对比例中所用粉煤灰为干排灰，需水量比小于105％，28d活性指数大于70％，特征粒径d₉₀小于95μm。

本发明实施例中所用黄土的主要矿物成分为石英、长石、方解石、云母、伊利石、蒙脱石等，粒径小于0.05mm；黏土的主要矿物成分为高岭石、蒙脱石、水铝英石、伊利石等；淤泥主要矿物成分为伊利石、蒙脱石、高岭石，有机质含量2％～12％，含水率50％～80％。

本发明实施例以及对比例中所用电石渣为电石水解获取乙炔后的固体废渣，主要成分为氢氧化钙。

本发明实施例以及对比例中所用石膏为工业生产过程中排出的以硫酸钙为主要成分的固体废弃物，包括脱硫石膏、磷石膏、钛石膏、柠檬酸渣等中的至少一种，其性能指标满足GB/T21371-2019《用于水泥中的工业副产石膏》。

本发明实施例以及对比例中所用硫酸铝性能指标满足HG/T 2225-2001《工业硫酸铝》标准。

本发明实施例以及对比例中所用碳酸钠性能指标满足GB 210-92《工业碳酸钠》标准。

本发明实施例以及对比例中所用发泡剂为水、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、污泥蛋白、纳米碳酸钙质量比8:4.5:4:3:0.1的混合物；其中污泥蛋白是指采用物理或化学方法将污泥中生物体细胞破碎，从生物体细胞内提取到的蛋白质浓缩液，pH值11.5～13.5，蛋白质含量25％～35％。

本发明固化剂制备工艺流程图如图3所示。

本发明激发剂制备工艺流程图如图4所示。

本发明泡沫土制备工艺流程图如图5所示。

实施例1

本实施例中，固化剂由钢渣20％、矿渣60％和二道锂渣20％组成；

激发剂为电石渣、石膏、硫酸铝和碳酸钠质量比3:4:0.5:1的混合物；

复合土由二道锂渣60％、粉煤灰10％和黄土30％组成；

泡沫土由固化剂20％、复合土67％、激发剂11％和发泡剂2％组成。

本实施例中泡沫土的制备方法为以下步骤：

步骤1，A：将钢渣、矿渣和二道锂渣分别粉磨至比表面积为500～550m²/kg(小于325目颗粒含量≤1％)，按比例混合均匀得到固化剂，由罐车输送到固化剂仓中，经称量装置进入搅拌系统中。

B：将电石渣、石膏混合粉磨至比表面积为400～450m²/kg(小于325目颗粒含量≤5％)，与碳酸钠、硫酸铝混合均匀得到激发剂，由罐车输送到激发剂仓中，经称量装置进入搅拌系统中。

C：二道锂渣、黄土和粉煤灰在场地进行配料得到复合土，经皮带运输装置送入搅拌系统中，皮带上装有称量系统，可对复合土进行质量控制。

D：将发泡剂装入发泡装置中，按所需泡沫用量制备泡沫，然后将泡沫送入搅拌系统中。

步骤2，步骤1中A、B、C、D同步进行，搅拌系统采用双轴搅拌机+高速活化搅拌机两段连续搅拌，一段搅拌(双轴搅拌机)转速52r/min，搅拌时间90s，二段搅拌(高速活化搅拌机)转速460r/min，搅拌时间40s，有助于促进泡沫土搅拌均匀、性质稳定。所有材料(固化剂+激发剂+复合土+发泡剂)搅拌完成后，得到泡沫土。

实施例2

本实施例中，固化剂由钢渣15％、矿渣55％、一道锂渣10％和二道锂渣20％组成。

激发剂为电石渣、石膏、硫酸铝和碳酸钠质量比3:4:0.5:1的混合物。

复合土由二道锂渣60％、粉煤灰10％和黏土30％组成。

泡沫土由固化剂16％、复合土70％、激发剂11％和发泡剂3％组成。

本实施例中泡沫土的制备方法为以下步骤：

步骤1，A：将钢渣、矿渣、一道锂渣和二道锂渣分别粉磨至比表面积为500～550m²/kg(小于325目颗粒含量≤1％)，按比例混合均匀得到固化剂，由罐车输送到固化剂仓中，经称量装置进入搅拌系统中。

B：将电石渣、石膏混合粉磨至比表面积为400～450m²/kg(小于325目颗粒含量≤5％)，与碳酸钠、硫酸铝混合均匀得到激发剂，由罐车输送到激发剂仓中，经称量装置进入搅拌系统中。

C：二道锂渣、黏土和粉煤灰在场地进行配料得到复合土，经皮带运输装置送入搅拌系统中，皮带上装有称量系统，可对复合土进行质量控制。

D：将发泡剂装入发泡装置中，按所需泡沫用量制备泡沫，然后将泡沫送入搅拌系统中。

步骤2，步骤1中A、B、C、D同步进行，搅拌系统采用双轴搅拌机+高速活化搅拌机两段连续搅拌，一段搅拌转速52r/min，搅拌时间90s，二段搅拌转速460r/min，搅拌时间40s，有助于促进泡沫土搅拌均匀、性质稳定。所有材料(固化剂+激发剂+复合土+发泡剂)搅拌完成后，得到泡沫土。

实施例3

本实施例中，固化剂由钢渣10％、矿渣50％、一道锂渣10％和二道锂渣30％组成。

激发剂为电石渣、石膏、硫酸铝和碳酸钠质量比3:4:0.5:1的混合物。

复合土由二道锂渣60％、粉煤灰10％和淤泥30％组成。

泡沫土由固化剂12％、复合土73％、激发剂11％和发泡剂4％组成。

本实施例中泡沫土的制备方法为以下步骤：

步骤1，A：将钢渣、矿渣、一道锂渣和二道锂渣分别粉磨至比表面积为500～550m²/kg(小于325目颗粒含量≤1％)，按比例混合均匀得到固化剂，由罐车输送到固化剂仓中，经称量装置进入搅拌系统中。

B：将电石渣、石膏混合粉磨至比表面积为400～450m²/kg(小于325目颗粒含量≤5％)，与碳酸钠、硫酸铝混合均匀得到激发剂，由罐车输送到激发剂仓中，经称量装置进入搅拌系统中。

C：二道锂渣、淤泥和粉煤灰在场地进行配料得到复合土，经皮带运输装置送入搅拌系统中，皮带上装有称量系统，可对复合土进行质量控制。

D：将发泡剂装入发泡装置中，按所需泡沫用量制备泡沫，然后将泡沫送入搅拌系统中。

步骤2，步骤1中A、B、C、D同步进行，搅拌系统采用双轴搅拌机+高速活化搅拌机两段连续搅拌，一段搅拌转速52r/min，搅拌时间90s，二段搅拌转速460r/min，搅拌时间40s，有助于促进泡沫土搅拌均匀、性质稳定。所有材料(固化剂+激发剂+复合土+发泡剂)搅拌完成后，得到泡沫土。

对比例1

与实施例1不同之处仅在于，对原料中的二道锂渣进行煅烧以及粉磨处理，采用煅烧及粉磨处理后的锂渣为原料；其余原料种类、添加量，工艺步骤参数均与实施例1相同；对原状锂渣进行煅烧以及粉磨处理的方法具体为：500℃煅烧后，极冷，粉磨至粒径大于200目。

实施例1-3、对比例1制备得到的泡沫土的性能指标进行测试，测试方法依据《泡沫混凝土》(JGJ266-2011)、《蒸压加气混凝土性能测试方法》(GB/T 11969-2008)、《公路现浇泡沫轻质土路基技术规程》(DB13-T 5600-2022)执行，测试结果如表1所示。

表1

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种大掺量锂渣泡沫土，其特征在于，按质量百分数计，原料包括发泡剂0.5％～5％、固化剂7％～25％、复合土65％～85％和激发剂5％～15％；

按质量百分数计，所述固化剂包括钢渣0％～20％、矿渣30％～70％、一道锂渣0％～15％和二道锂渣20％～50％；

按质量百分数计，所述复合土包括二道锂渣60％～80％、粉煤灰10％～20％和土0％～30％；

所述激发剂为电石渣、石膏、硫酸铝和碳酸钠质量比(3～4):(4～5):(0～0.5):(0.5～1.5)的混合物。

2.根据权利要求1所述的大掺量锂渣泡沫土，其特征在于，所述发泡剂为水、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、十二烷基硫酸钠、污泥蛋白、纳米碳酸钙质量比(8～10):(3.5～5):(3.5～5):(3～4):(0.05～0.2)的混合物。

3.根据权利要求2所述的大掺量锂渣泡沫土，其特征在于，所述污泥蛋白中蛋白质含量25％～35％，pH值11.5～13.5。

4.根据权利要求1所述的大掺量锂渣泡沫土，其特征在于，所述一道锂渣为浮选锂云母过程中产生的固体废弃物，主要化学成分为：Na₂O 1％～4％，K₂O 1％～3％，SiO₂50％～80％，Al₂O₃7％～11％。

5.根据权利要求1所述的大掺量锂渣泡沫土，其特征在于，所述二道锂渣为锂云母生产碳酸锂过程中产生的固体废弃物，主要化学成分为Na₂O 1％～4％，K₂O 1％～3％，SiO₂20％～40％，Al₂O₃10％～15％，MgO 0％～2％，CaO 15％～25％，SO₃10％～20％。

6.根据权利要求1所述的大掺量锂渣泡沫土，其特征在于，所述土为砂土、粉土、淤泥、黏土、黄土、种植土和填土中的至少一种。

7.一种权利要求1-6任一项所述的大掺量锂渣泡沫土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按质量百分数，将发泡剂、固化剂、复合土和激发剂搅拌均匀，得到所述发泡土。

8.如权利要求1-6任一项所述的大掺量锂渣泡沫土在房屋建筑、路基、沟槽回填和隧道工程中的应用。