專利名稱：錳渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無機(jī)非金屬類，涉及一種錳渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料的制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代建筑材料工業(yè)生產(chǎn)中，水泥是很重要的一類基礎(chǔ)材料。水泥生產(chǎn)消籌毛大量的資源、能源，2005年水泥制造業(yè)能源消耗總量占建材工業(yè)能源消耗總量 的75.5%。我國水泥產(chǎn)量多年占世界首位，2006年末統(tǒng)計水泥產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到了 12.4億噸，而2006年世界其它各國水泥產(chǎn)量有13.28億噸，可以說，幾乎世界 水泥的一半在中國。然而，水泥工業(yè)已經(jīng)成為影響氣候變化和環(huán)境污染的重要 因素，水泥生產(chǎn)過程排放的大量C02成為溫室氣體的罪魁禍?zhǔn)?同時產(chǎn)生的so2， NOx等有害氣體也對空氣質(zhì)量產(chǎn)生了不利影響，中國是當(dāng)今世界第二大消費(fèi)國， 對此問題不可忽視。錳鐵礦渣是一類特殊的礦渣，它是錳鐵合金在高溫冶煉過程中由所排放的 熔渣經(jīng)水急冷而成的粒狀顆粒，因氧化亞錳含量較高又稱錳渣。錳鐵礦渣經(jīng)過 水淬急冷后具備潛在水硬性和火山灰性，是一種活性較高的材料，與礦渣、粉 煤灰等工業(yè)廢渣一樣，具有應(yīng)用開發(fā)的價值。錳渣數(shù)量約為錳鐵合金產(chǎn)量的2-2.5 倍，2004年全國錳4^合金產(chǎn)量865萬噸，產(chǎn)生錳渣約為1700萬噸，錳渣除30% 左右用于水泥混合材和回爐冶煉外，其他70%作堆填處理，按此估計全國當(dāng)年 錳渣凈排放量約為1200萬噸。錳渣利用狀況堪憂，廣西作為全國錳礦資源最豐 富的新興錳業(yè)大省，鐵合金冶煉過程中所產(chǎn)生錳渣大部分采用堆填處理。隨著 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，錳渣排放造成的系列社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境問題開始凸現(xiàn)出來， 一方 面堆填占用大量的土地，增加企業(yè)成本，野外堆填則導(dǎo)致成片的"渣山"出現(xiàn)；另 一方面，堆填錳渣中的Mn、 Cr元素在雨水作用下很容易流失，污染水質(zhì)。地質(zhì)聚合物是以鋁硅酸鹽礦物或者工業(yè)固體廢棄物為主要原料，以高嶺石 作配料，以硅酸鈉作結(jié)構(gòu)模板劑，以氫氧化鈉等堿類物質(zhì)作激活劑，經(jīng)配料、 混勻、加水?dāng)嚢璩尚?，并在一定時間內(nèi)通過水化聚合、脫水硬化形成的一類無 機(jī)非金屬材料。自20世紀(jì)70年代以來，國內(nèi)外大批學(xué)者對地質(zhì)聚合物進(jìn)行了 研究，已在高爐礦渣、鋼渣、粉煤灰等工業(yè)廢渣的研究中取得成果。該物質(zhì)形 成過程為鋁硅酸鹽固體組分的溶解絡(luò)合，分散遷移，濃縮聚合和脫水硬化，由鋁硅酸鹽凝膠相形成的基體相，物理形態(tài)上呈三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將未溶解的固 體顆粒膠結(jié)為堅硬塊體，是材料獲得良好的力學(xué)性能和化學(xué)穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。 地質(zhì)聚合物是一種非常好的材料，集高聚物、陶瓷、水泥等材料性質(zhì)與一體， 各項(xiàng)性能指標(biāo)突出。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是為了解決現(xiàn)有錳渣利用率不高及水泥生產(chǎn)所造成的氣候 和環(huán)境問題，提供一種以錳渣、高嶺土為主要原料的錳渣基地質(zhì)聚合物材料的 制備方法。本發(fā)明具體步驟為(1) 原料由固體組分和液體組分兩部分組成，固體組分質(zhì)量百分比含量如 下錳渣50~90%、高呤土 10~50%;液體組分由激發(fā)劑、水玻璃和水組成， 液體組分為固體組分質(zhì)量百分比的25%~40%;液體組分按體積比含量如下水 玻璃20 ~ 60%、水40 ~ 80%，激發(fā)劑為固體組分質(zhì)量百分比的0~4%;激發(fā)劑為 K0H、 NaOH、 Na2S04、 CaS04中的一種；(2) 將錳渣烘干至含水率小于1%,放入球磨機(jī)中粉磨至比表面積400 ~ 600 itf/Kg;取高嶺土在650 900。C煅燒至偏高嶺土，并粉磨至比表面積為500 - 700 m2/Kg;(3) 將激發(fā)劑摻入水玻璃溶液中，并將其與水混合均勻，得到水玻璃模數(shù)為 1. 5 ~ 2. 5、波美度35 ~ 45。的水玻璃混合溶液；(4) 將步驟(3)配置好的混合溶液緩慢加入到錳渣與偏高嶺土微粉的混合 粉料中，攪拌60 90秒，混合、攪拌均勻后制備成型，經(jīng)養(yǎng)護(hù)即可。本發(fā)明采用水玻璃、KOH、 NaOH等激發(fā)劑對錳渣、偏高嶺土進(jìn)行激發(fā)即 可制得，強(qiáng)度等級達(dá)到62.5MPa以上，其安定性良好，凝結(jié)時間和強(qiáng)度合格。 固體組分和液體組分各組分全部分別密封保存和運(yùn)輸，配制錳渣基地質(zhì)聚合物 材料以現(xiàn)場混合、攪拌形式進(jìn)行。其中，激發(fā)劑作用為提供物料反應(yīng)的堿性環(huán)境，加快偏高嶺土在堿性溶 液中的解聚-縮聚過程，提供OH-使聚合物形成初始網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；偏高嶺土的作用 為提供聚合物形成結(jié)構(gòu)的原料；錳渣作用為釋放Ca2+,促進(jìn)聚合物形成， 同時水化形成硅酸鹽類礦物，提供OH—。錳渣基地質(zhì)聚合物是一種以Si-0四面體和Al-0四面體為主要框架形式的 空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)膠凝材料，錳渣初始階段作為填充物嵌于結(jié)構(gòu)內(nèi)，隨著時間增長 逐漸形成無定型結(jié)構(gòu)水化產(chǎn)物，該產(chǎn)物的特殊結(jié)構(gòu)硬化體更加密實(shí)。整個體系的形成過程可用化學(xué)式簡短概括為<formula>formula see original document page 5</formula>(地質(zhì)聚合物結(jié)構(gòu))本發(fā)明的有益效果是(1) 采用無煅燒、常溫工藝制備膠凝材料，實(shí)現(xiàn)"環(huán)保、節(jié)能"目標(biāo)。(2) 能夠大量利用錳渣這種工業(yè)廢渣制備錳渣基地質(zhì)聚合物，摻入量在 50~90%,有利于改善環(huán)境，節(jié)約能源。(3 )配置的錳渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料強(qiáng)度等級完全符合GB175-2007 52.5 普通硅酸鹽水泥國家標(biāo)準(zhǔn)，抗海水侵蝕性良好。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:(1) 固體組分按重量百分比配料，錳渣70%，高嶺土30%;液體組分按體積 百分比配料，水玻璃40%，水60%;水灰比0.45,激發(fā)劑化學(xué)純KOH為固體組 分質(zhì)量百分比的4%;(2) 將錳渣烘干至含水率小于1%，放入球磨機(jī)中粉磨至比表面積450 m2/Kg; 取高嶺土在650。C煅燒形成偏高嶺土，并粉磨至比表面積為500 m2/Kg;(3) 將激發(fā)劑化學(xué)純KOH摻入水玻璃溶液中，并將其與水混合均勻，得到水 玻璃模數(shù)3.25、波美度40°的水玻璃溶液；(4) 將步驟(3)配置好的混合溶液緩慢加入到錳渣與偏高呤土微粉的混合粉 料中，攪拌60秒，混合均勻后成型，在溫度20。C，濕度90%的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28 天即可。將制備好的錳渣基地質(zhì)聚合物與標(biāo)準(zhǔn)砂以重量比1:2.5進(jìn)行配比制模。所制 膠砂試塊3天抗壓強(qiáng)度49.3MPa,抗折3.5MPa; 7天抗壓強(qiáng)度62.3MPa,抗折強(qiáng) 度4.9MPa; 28天抗壓強(qiáng)度63.6MPa,抗折強(qiáng)度6.0MPa。實(shí)施例2:(l)固體成分按重量百分比配料，錳渣占90%,高嶺土 10%;按液體組分按體積百分比配料，水玻璃40%，水60%，水灰比0.45,激發(fā)劑為化學(xué)純NaOH 占固體成分質(zhì)量百分比的4°/0。(2) 將錳渣烘干至含水率小于1%,放入球磨機(jī)中粉磨至比表面積600 mVKg; 取高嶺土在900。C煅燒形成偏高嶺土，并粉磨至比表面積為700 mVKg。(3) 將激發(fā)劑化學(xué)純NaOH摻入水玻璃溶液中，并將其與水混合均勻，得到 水玻璃模數(shù)為3.25、波美度40°的水玻璃溶液。(4) 將步驟(3 )配置好的混合溶液緩慢加入到錳渣與偏高嶺土微粉的混合粉 料中，攪拌90秒，混合均勻后成型，在溫度20。C,濕度90%的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28 天即可。將制備好的錳渣基地質(zhì)聚合物與標(biāo)準(zhǔn)砂以重量比1:2.5進(jìn)行配比制模。所制 膠砂試塊3天抗壓強(qiáng)度49.6MPa,抗折4.3MPa; 7天抗壓強(qiáng)度65.9MPa,抗折強(qiáng) 度6.5MPa; 28天抗壓強(qiáng)度68.6MPa，抗折強(qiáng)度7.1MPa。以上兩例錳渣摻合料摻量在70~90%，所制備的膠凝材料抗壓強(qiáng)度完全滿 足P052.5水泥標(biāo)準(zhǔn)，且安定性良好。實(shí)施例3:(1) 固體成分按重量百分比配料，錳渣占80%,高嶺土20°/0;按體積百分比 計算水玻璃占40%，水占60%，水灰比0.45，其中激發(fā)劑為化學(xué)純KOH占固 體成分質(zhì)量百分比的4%;(2) 將重量百分比為90%的錳渣烘干至含水率小于1%,放入球磨機(jī)中粉磨至 比表面積600 mVKg;取重量百分比為10%的高嶺土在900。C煅燒至偏高嶺土， 并粉磨至比表面積為700 mVKg。(3) 將激發(fā)劑化學(xué)純NaOH摻入水玻璃溶液中，并將其與水混合均勻，得到 水玻璃模數(shù)為3.25,波美度40°的水玻璃溶液。(4) 將步驟(3 )配置好的混合溶液緩慢加入到錳渣與偏高嶺土微粉的混合粉 料中，攪拌90秒，混合均勻后成型，在溫度20。C，濕度90%的環(huán)境下養(yǎng)護(hù)28 天即可。將制備好的錳渣基地質(zhì)聚合物與標(biāo)準(zhǔn)砂以重量比1:2.5進(jìn)行配比制模放入海 水(按照海水組成人造合成)中浸泡30天、60天、90天。所制膠砂試塊30天 抗壓強(qiáng)度74.6MPa,抗折3.46MPa; 60天抗壓強(qiáng)度92.80MPa,抗折強(qiáng)度4.10MPa; 90天抗壓強(qiáng)度104.6MPa,抗折強(qiáng)度6.10MPa。此例說明利用錳渣基地質(zhì)聚合物 的在海水侵蝕情況下強(qiáng)度發(fā)展良好不受侵蝕影響。
權(quán)利要求
1.一種錳渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料的制備方法，其特征在于具體步驟為(1)原料由固體組分和液體組分兩部分組成，固體組分質(zhì)量百分比含量如下錳渣50～90％、高嶺土10～50％；液體組分由激發(fā)劑、水玻璃和水組成，液體組分為固體組分質(zhì)量百分比的25％～40％；液體組分按體積比含量如下水玻璃20～60％、水40～80％，激發(fā)劑為固體組分質(zhì)量百分比的0～4％；激發(fā)劑為KOH、NaOH、Na2SO4、CaSO4中的一種；(2)將錳渣烘干至含水率小于1％，放入球磨機(jī)中粉磨至比表面積400～600m2/Kg；取高嶺土在650～900℃煅燒形成偏高嶺土，并粉磨至比表面積為500～700m2/Kg；(3)將激發(fā)劑摻入水玻璃溶液中，并將其與水混合均勻，得到水玻璃模數(shù)為1.5～2.5、波美度35～45°的水玻璃混合溶液；(4)將步驟(3)配置好的混合溶液緩慢加入到錳渣與偏高嶺土微粉的混合粉料中，攪拌60～90秒，混合、攪拌均勻后制備成型，經(jīng)養(yǎng)護(hù)即可。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種錳渣基地質(zhì)聚合物膠凝材料的制備方法。(1)原料固體組分為錳渣和高嶺土；液體組分為水玻璃、水和激發(fā)劑。(2)將錳渣烘干至含水率小于1％，放入球磨機(jī)中粉磨至比表面積400～600m²/kg；取高嶺土在900℃煅燒至偏高嶺土，并粉磨至比表面積為500～700m²/kg。(3)將激發(fā)劑摻入水玻璃溶液中，并將其與水混合均勻，得到水玻璃模數(shù)為1.5～3.5，水玻璃波美度35～45°的水玻璃溶液。(4)將步驟(3)配置好的混合溶液加入到錳渣與偏高嶺土微粉的混合粉料中，攪拌，混合均勻后成型，經(jīng)養(yǎng)護(hù)即可。本發(fā)明使用工業(yè)廢渣，制備工藝簡單，制備過程無污染，產(chǎn)品膠凝性能良好，抗海水侵蝕能力強(qiáng)。
文檔編號C04B7/153GK101328029SQ20081007369
公開日2008年12月24日 申請日期2008年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者劉榮進(jìn), 安慶鋒, 李海東, 王一靚, 賈韶輝, 平 陳, 帥 馬 申請人:桂林工學(xué)院