技术领域
[0001] 本
发明涉及
冶金渣处理领域,具体涉及一种高活性复合镍铁渣胶凝材料及其制备方法。
背景技术
[0002] 镍铁渣是工业镍铁
冶炼过程中还原提取金属镍和铁之后,排出的
熔渣经
水淬冷却得到的粒化固体废渣,根据镍铁冶炼工艺的不同,排出的镍铁渣也可以分为电炉镍铁渣和
高炉镍铁渣两大类,近些年,随着我们国家镍铁冶炼规模的扩大和金属镍产量的提高,产生的废弃镍铁渣也越来越多,镍铁渣也成了我们国家
排放量第四多的冶炼工业废渣,这种排放量巨大的固体废渣的有效利用率却很低,绝大部分还是被废弃或填埋,不但会浪费资源、占用土地,还可能造成环境的污染和破坏,也在一定程度上制约着镍铁行业的发展,因此,镍铁渣的资源化和有效利用迫在眉睫,对于节约资源、保护环境和可持续发展都有非常重要的意义。
[0003] 镍铁渣中的主要化学成分与高炉矿渣是类似的,主要包括SiO2、CaO、MgO、Al2O3和Fe2O3等,其中SiO2和 Al2O3的含量比高炉矿渣要高,而CaO的含量则相对偏低,属于酸性渣,其具有一定的凝胶特性,可代替
水泥孰料生产产品性能稳定、工作性良好的
硅酸盐水泥,也可单独粉磨,生产用于水泥、
砂浆、
混凝土中的镍铁渣粉,从而使镍铁渣得以利用,降低环境污染。
[0004] 但是镍铁渣的胶凝性需要通过粉磨和活性激发等处理后才能呈现出来,而且镍铁渣粉中
碱性
氧化物的含量偏低,所以其胶凝性远低于水泥,胶凝作用产生得十分缓慢。镍铁渣中SiO2含量高,同时硅氧键聚合度偏高,CaO含量比较低,所以单独与水拌合时反应很慢,水化产物很少,胶凝性差。
发明内容
[0005] 为解决上述问题,本发明提供一种高活性复合镍铁渣胶凝材料及其制备方法,提高镍铁渣使用率,凝胶性能好,降低生产成本。
[0006] 本发明的技术方案是,提供一种高活性复合镍铁渣胶凝材料,包括
质量份数如下的组分:3-5份
石膏、5-10份
石英粉、 20-50份高炉镍铁渣、10-30矿热炉镍铁渣、5-20份
钢渣、0.3-0.8份复合激发剂、0.1-0.2份减阻剂,所述复合激发剂包括碱金属氢氧化物、碱金属
钙源、
硫酸盐、水玻璃中的至少三种。
[0007] 优选地,所述石膏为磷石膏。
[0008] 优选地,所述复合激发剂中各组分含量相等。
[0009] 优选地,所述减阻剂为木质素磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或几种。
[0010] 优选地,所述碱金属氢氧化物包括氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化
钾中的一种或几种。
[0011] 优选地,所述碱金属钙源包括硫酸钙、
氧化钙中的一种或几种。
[0012] 优选地,所述
硫酸盐包括硫酸
铝、硫酸钠、
硫酸钾、硫酸铝钾中的一种或几种。
[0013] 还提供一种高活性复合镍铁渣胶凝材料的制备方法,包括以下步骤:S1. 高炉镍铁渣、矿热炉镍铁渣、钢渣、石英粉在40-60℃下搅拌得功能性颗粒;
S2. 称取所述功能性颗粒与复合激发剂混合,60-80℃高压
蒸汽养护后,干燥、混合
研磨并过筛;
S3. 常温下混合S2所得混合物与石膏、减阻剂混合,得到所述复合镍铁渣热胶凝材料。
[0014] 优选地,所述复合镍铁渣热胶凝材料的细度标准为
比表面积为450-600m2/kg。
[0015] 本方案通过物理激发、化学激发、高温激发三重激发提升镍铁渣的胶凝性能,
加速了镍铁渣的水化,从而使得体系强度增加:通过机械研磨进行物理激发提高镍铁渣的比表面积和细度,是最常用的一种激发方法,一方面可以使其内部的矿物晶格发生破坏和错位,破坏玻璃体的共价键和离子键,使表面出现更多容易溶于水的非晶态结构,另一方面可以提供部分
能量来增加镍铁渣内部颗粒的表面能和内能;
通过60-80℃高压
蒸汽养护激发掺合料的活性,在高温环境下,镍铁渣中玻璃体的结构会受热加快解聚,其中的铝氧键和硅氧键参与反应的速率也会加快;
钢渣和镍铁渣混合产生
叠加效应,可以提高混凝土抗氯离子渗透的能
力,而石英粉作为一种惰性掺合料,化学成分几乎都是 SiO2,不参与水化反应,作为机械研磨的研磨助剂提升胶凝材料的比表面积;
镍铁渣中的玻璃体主要是由硅氧键和铝氧键组成配位的多面体构成,在碱性条件下,玻璃体的多面体结构会发生解聚,其中铝氧键和硅氧键会发生断裂,进而发生水化和其他相关反应,本方案的复合激发剂中,碱金属氢氧化物提供碱性环境,碱金属钙源有效激发镍铁渣——水泥复合胶凝材料的活性,因为它与水反应生成的Ca(OH)2为胶凝体系提供了较高的碱度,使镍铁渣中的玻璃体遭到破坏,加速了镍铁渣的水化,从而使得体系强度增加;
水玻璃中的
硅酸钠
水解后生成NaOH与硅胶,OH-可以将镍铁渣中的玻璃体结构进行解体,同时硅胶也将参与水化反应,即水玻璃起到双重激发作用;硫酸盐在较高的碱性环境,可直接破坏镍铁渣中玻璃体的网状结构,释放出Ca2+和硅(铝)氧四面体,生成
水化硅酸钙和水化铝酸钙,后者在SO42-存在的条件下进一步反应生成水化硫铝酸钙(AFt)。
[0016] 本方案中的减阻剂也为
表面活性剂,可提高渗透率,缩短
固化时间,且在其结构中有棒状或蠕虫状的线性胶团,这种线性结构在抑制紊流和降低
摩擦系数上起重要作用,起到降低携带阻力的作用。
[0017] 本发明的有益效果在于:1. 通过物理激发、化学激发、高温激发三重激发提升镍铁渣的胶凝性能,加速了镍铁渣的水化,从而使得体系强度增加;
2. 钢渣和镍铁渣混合产生叠加效应,可以提高混凝土抗氯离子渗透的能力;
3. 石英粉作为一种惰性掺合料,不参与水化反应,作为机械研磨的研磨助剂提升胶凝材料的表面积,提升初期的水化反应速度。
具体实施方式
[0018] 为了使本发明所述的内容更加便于理解,下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明,但是本发明不仅限于此。
[0019]
实施例1称取20g高炉镍铁渣、10g矿热炉镍铁渣、5g钢渣、5g石英粉在40-60℃下搅拌混匀50-
60min得功能性颗粒;
将功能性颗粒与0.3g复合激发剂混合,60-80℃高压蒸汽养护12h后,95℃
温度下干燥
2h、混合研磨并过筛,其中复合激发剂包括质量份数相等的氢氧化锂、硫酸钙、硫酸铝;
常温下上述混合物、3g石膏掺合料、0.1g木质素磺酸钠,得到所述复合镍铁渣热胶凝材
2
料,所述复合镍铁渣热胶凝材料的细度标准为比表面积为450-600m/kg。
[0020] 在获得所述凝胶材料后,对所述凝胶材料进行性能测试,其性能指标符合GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定,流动度比≥95mm,胶凝材料7天活性70、28天活性为95规定时间
膨胀率较小,如此,使得本实施例的凝胶材料具有早期活性高、流动性等工作性能好,各项性能指标符合GB/T18046-2017的要求。
[0021] 实施例2称取50g高炉镍铁渣、30g矿热炉镍铁渣、20g钢渣、10g石英粉在40-60℃下搅拌混匀50-
60min得功能性颗粒;
将功能性颗粒与0.8g复合激发剂混合,60-80℃高压蒸汽养护12h后,95℃温度下干燥
2h、混合研磨并过筛,其中复合激发剂包括质量份数相等的氢氧化钠、氧化钙、硫酸钠、水玻璃;
常温下上述混合物、5g石膏掺合料、0.2g十二烷基苯磺酸钠,得到所述复合镍铁渣热胶凝材料,所述复合镍铁渣热胶凝材料的细度标准为比表面积为450-600m2/kg。
[0022] 在获得所述凝胶材料后,对所述凝胶材料进行性能测试,其性能指标符合GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定,流动度比≥95mm,胶凝材料7天活性75、28天活性为95,规定时间膨胀率较小,如此,使得本实施例的凝胶材料具有早期活性高、流动性等工作性能好,各项性能指标符合GB/T18046-2017的要求。
[0023] 实施例3称取30g高炉镍铁渣、20g矿热炉镍铁渣、10g钢渣、10g石英粉在40-60℃下搅拌混匀50-
60min得功能性颗粒;
将功能性颗粒与0.5g复合激发剂混合,60-80℃高压蒸汽养护12h后,95℃温度下干燥
2h、混合研磨并过筛,其中复合激发剂包括质量份数相等的氢氧化钾、氧化钙、硫酸钾、硫酸铝钾、水玻璃;
常温下上述混合物与4g石膏、0.15g十二烷基苯磺酸钠,得到所述复合镍铁渣热胶凝材料,所述复合镍铁渣热胶凝材料的细度标准为比表面积为450-600m2/kg。
[0024] 在获得所述凝胶材料后,对所述凝胶材料进行性能测试,其性能指标符合GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定,流动度比≥95mm,胶凝材料7天活性65、28天活性为100,规定时间膨胀率较小,如此,使得本实施例的凝胶材料具有后期活性高、流动性等工作性能好,各项性能指标符合GB/T18046-2017的要求。
[0025] 实施例4称取30g高炉镍铁渣、20g矿热炉镍铁渣、10g石英粉在40-60℃下搅拌混匀50-60min得功能性颗粒;
将功能性颗粒与0.5g复合激发剂混合,60-80℃高压蒸汽养护12h后,95℃温度下干燥
2h、混合研磨并过筛,其中复合激发剂包括质量份数相等的氢氧化钾、氧化钙、硫酸钾、硫酸铝钾、水玻璃;
常温下上述混合物与4g石膏、0.15g十二烷基苯磺酸钠,得到所述复合镍铁渣热胶凝材料,所述复合镍铁渣热胶凝材料的细度标准为比表面积为450-600m2/kg。
[0026] 在获得所述凝胶材料后,对所述凝胶材料进行性能测试,其性能指标符合GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定,流动度比≥95mm,胶凝材料7天活性65、28天活性为100,混凝土抗氯离子渗透的能力差。
[0027] 实施例5称取30g高炉镍铁渣、20g矿热炉镍铁渣、10g钢渣在40-60℃下搅拌混匀50-60min得功能性颗粒;
将功能性颗粒与0.5g复合激发剂混合,60-80℃高压蒸汽养护12h后,95℃温度下干燥
2h、混合研磨并过筛,其中复合激发剂包括质量份数相等的氢氧化钾、氧化钙、硫酸钾、硫酸铝钾、水玻璃;
常温下上述混合物与4g石膏、0.15g十二烷基苯磺酸钠,得到所述复合镍铁渣热胶凝材
2
料,所述复合镍铁渣热胶凝材料的细度标准为比表面积为300-400m/kg。
[0028] 在获得所述凝胶材料后,对所述凝胶材料进行性能测试,其性能指标符合GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定,流动度比≥95mm,胶凝材料7天活性65、28天活性为100,规定时间膨胀率较小,如此,使得本实施例的凝胶材料具有后期活性高、流动性等工作性能好,各项性能指标符合GB/T18046-2017的要求,但比表面积小。
[0029] 实施例6称取30g高炉镍铁渣、20g矿热炉镍铁渣、10g钢渣、10g石英粉在40-60℃下搅拌混匀50-
60min得功能性颗粒;
常温下上述混合物与4g石膏、0.15g十二烷基苯磺酸钠,得到所述复合镍铁渣热胶凝材料,所述复合镍铁渣热胶凝材料的细度标准为比表面积为450-600m2/kg。
[0030] 在获得所述凝胶材料后,对所述凝胶材料进行性能测试,其性能指标符合GB/T18046-2017《用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》的规定,流动度比≥95mm,胶凝材料7天活性65、28天活性为100,规定时间膨胀率较小,如此,使得本实施例的凝胶材料具有后期活性高、流动性等工作性能好,但体系强度差。
[0031] 以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明
申请专利范围所做的均等变化与修饰,皆应属本发明的涵盖范围。