专利名称：一种碱激发镍矿渣水泥及其制造方法和用途的制作方法
技术领域：
本发明属于一种由含有活化剂的冶金渣制造水硬性水泥及其制造方法和用途，涉及一种碱激发镍矿渣水泥及其制造方法和用途。
现有技术中，碱矿渣水泥是由磨细铁矿渣与激发剂溶液混合而制成的一种新型胶凝材料，这种胶凝材料由前苏联于1957年首先研制成功并进行了广泛地应用。40年的应用结果表明，碱矿渣水泥及其混凝土与硅酸盐水泥混凝土相比不仅生产工艺大为简化，而且具有高强、高耐久、低成本、充分利用工业废渣的显著优点。但是由于碱矿渣水泥的主要原料是铁矿渣，而目前大部分水泥厂均以铁矿渣作为水泥混合材，消耗了大量的铁矿渣，致使碱矿渣水泥的推广应用受到了很大阻碍。而在另一方面，目前每冶炼1吨的金属镍要排放出12～16吨的镍矿渣。大量的镍矿渣一直没有得到利用，造成了严重的环境污染。
本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种碱激发镍矿渣水泥及其制造方法和用途，通过添加改性剂，使镍矿渣的物理化学性质发生改变，然后用改性硅酸钠溶液对改性镍矿渣进行激发，从而使镍矿渣的潜在水硬活性得以充分发挥，得到强度标号达到325～925#的碱激发镍矿渣水泥；将本发明碱激发镍矿渣水泥与镍矿渣、碎石、砂或卵石混合，可得到强度标号达到200～900#的碱激发镍矿渣混凝土。
本发明的内容是一种碱激发镍矿渣水泥，其特征是由37～85％(重量％，后同)镍矿渣、14～60％改性硅酸钠溶液和1～35％改性剂混合组成。
本
发明内容
中所述改性硅酸钠溶液由5～70％Na2SiO3、0.1～20％Na2CO3、0.1～25％Na2SiF、0.05～15.0％Na2SO4、0～8％ZnO、20～75％H2O组成。
本
发明内容
中所述改性剂由0.02～15％MgO、0.1～20％SiO2、0.1～60％CaO、0.1～40％Al2O3、0.05～15％K2O、0～15％SO3、0～10％木质素磺酸钙组成。
本
发明内容
中所述改性硅酸钠溶液的比重为1.03～1.5，该溶液中SiO2与Na2O的重量百分含量比值为1.0～3.2。
本
发明内容
还包括一种制造碱激发镍矿渣水泥的方法，其特征是包括以下次序的工艺步骤a)破碎镍矿渣；b)将破碎后的镍矿渣与改性剂按所述比例充分混合并磨细至勃氏比表面积为
200～500m2/kg，制得改性镍矿渣；c)将改性镍矿渣与改性硅酸钠溶液按所述比例充分混合均匀，即制得碱激发镍矿渣水泥产品。
本
发明内容
还包括所述碱激发镍矿渣水泥在混凝土生产中的应用，其特征是包括碱激发镍矿渣水泥与镍矿渣或/和碎石或/和卵石、破碎镍矿渣或/和砂按照1∶1～6的重量比例充分混合。
本发明具有以下特点1、镍矿渣具有潜在水硬活性，在一定的碱性环境中其潜在水硬活性可以被激发从而产生强度。与铁矿渣相比，镍矿渣中含有大量的氧化铁，不仅矿渣中的惰性组分较高，而且其微观结构不利于潜在水硬活性的发挥。因此，用硅酸钠溶液激发磨细镍矿渣几乎没有强度。本发明将镍矿渣与适量的改性剂混合磨细，不仅使镍矿渣中的有效活性组分增加，同时使镍矿渣的分散度增大。硅酸钠溶液经过改性调制后针对改性镍矿渣的激发效果得以增强。在改性硅酸钠溶液的作用下，改性镍矿渣的结构形成键Si-O键和Ca-O键被破坏并形成水化硅铝酸盐类的水化产物。由于水化硅铝酸盐不仅具有较高的强度，而且耐久性能优异，因此碱激发镍矿渣水泥及其混凝土的强度和耐久性均优于硅酸盐水泥及其混凝土；2、本发明中碱激发镍矿渣水泥的生产方法十分简单，不经过煅烧，仅将镍矿渣与改性剂共同磨细再与激发剂溶液混合即成，其强度标号可达325#～925#。与硅酸盐水泥的“两磨一烧”工艺相比，本发明的生产设备少、占地面积小、装机容量小，同时能减少环境污染；3、本发明中，碱激发镍矿渣水泥中镍矿渣含量可大于80％；碱激发镍矿渣混凝土中镍矿渣的含量可大于90％。因此，这种水泥及混凝土的应用可以大量利用工业废渣，减少环境污染；4、本发明中，碱激发镍矿渣混凝土可以使用石粉达20％、含泥量达5％的非标准集料，其强度标号可达200#～900#。因此，该种混凝土的应用可以更充分地利用当地原料和矿产资源，减少原材料的运输费用，有效减少环境污染，降低生产成本，从而产生明显的经济效益和社会效益。
以下是碱激发镍矿渣水泥及混凝土的一些应用实例实施例1用中国金川公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣水泥改性剂成分为MgO0.02％；SiO220％；CaO60％；Al2O312％；K2O1.0％；SO36.98％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO323.5％；Na2CO30.1％；Na2SiF0.1％；Na2SO41.30％；ZnO0.01％；H2O75％；比重1.03；SiO2/Na2O为3.2；将镍矿渣(主要化学成分见附表1，后同)与改性剂按照98∶2的重量比例混合磨细到勃氏比表面积410m2/kg；将改性镍矿渣与改性硅酸钠溶液按100∶16的重量比例充分混合，即制得碱激发镍矿渣水泥，按国家标准成型、养护和测定其物理力学性能，结果见附表2。实施例2用中国金川公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣水泥改性剂成分为MgO15.0％；SiO224.9％；CaO0.1％；Al2O330.0％；K2O15.0％；SO315.0％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO35.0％；Na2CO320.0％；Na2SiF7.5％；Na2SO40.05％；ZnO0.01％；H2O67.44％；比重1.10；SiO2/Na2O为2.6；将镍矿渣与改性剂按照85∶15的重量比例混合磨细到勃氏比表面积350m2/kg；将改性镍矿渣与改性硅酸钠溶液按100∶48的重量比例充分混合，即制得碱激发镍矿渣水泥，按国家标准成型、养护和测定其物理力学性能，结果见附表2。实施例3用中国金川公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣水泥改性剂成分为MgO9.5％；SiO215.0％；CaO30.0％；Al2O325.0％；K2O8.5％；SO312.0％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO345.0％；Na2CO30.1％；Na2SiF0.1％；Na2SO415.0％；ZnO8.0％；H2O31.8％；比重1.32；SiO2/Na2O为2.1；将镍矿渣与改性剂按照75∶25的重量比例混合磨细到勃氏比表面积500m2/kg；将改性镍矿渣与改性硅酸钠溶液按100∶35的重量比例充分混合，即制得碱激发镍矿渣水泥，按国家标准成型、养护和测定其物理力学性能，结果见附表2。实施例4用中国金川公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣水泥改性剂成分为MgO8.8％；SiO220.0％；CaO31.5％Al2O325.0％；K2O11.2％；木质素磺酸钙3.5％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO351.3％；Na2CO35.1％；Na2SiF3.5％；Na2SO40.05％；ZnO0.01％；H2O40.04％；比重1.22；SiO2/Na2O为1.8；将镍矿渣与改性剂按照65∶35的重量比例混合磨细到勃氏比表面积280m2/kg；将改性镍矿渣与改性硅酸钠溶液按100∶39的重量比例充分混合，即制得碱激发镍矿渣水泥，按国家标准成型、养护和测定其物理力学性能，结果见附表2。实施例5用中国金川公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣水泥改性剂成分为MgO11.3％；SiO219.0％；CaO4.6％；Al2O340.0％；K2O13.3％；SO311.8％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO335.8％；Na2CO36.5％；Na2SiF15.6％；Na2SO48.4％；ZnO4.5％；H2O24.0％；比重1.5；SiO2/Na2O为1.5；将镍矿渣与改性剂按照55∶45的重量比例混合磨细到勃氏比表面积350m2/kg；将改性镍矿渣与改性硅酸钠溶液按100∶50的重量比例充分混合，即制得碱激发镍矿渣水泥，按国家标准成型、养护和测定其物理力学性能，结果见附表2。实施例6用中国金川公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣水泥改性剂成分为MgO7.6％；SiO210.0％；CaO2.6％；Al2O340.0％；K2O14.8％；SO215.0％；木质素磺酸钙10％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO370.0％，Na2CO30.1％，Na2SiF20.0％，Na2SO40.5％，ZnO3.3％，H2O24.5％，比重1.34，SiO2/Na2O为1.0；将镍矿渣与改性剂按照60∶40的重量比例混合磨细到勃氏比表面积420m2/kg；将改性镍矿渣与改性硅酸钠溶液按100∶25的重量比例充分混合，即制得碱激发镍矿渣水泥，按国家标准成型、养护和测定其物理力学性能，结果见附表2。实施例7用中国金川公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣水泥改性剂成分为MgO14.8％；SiO219.8％；CaO15.5％；Al2O320.4％；K2O15.0％；SO314.5％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO343.0％；Na2CO38.5％；Na2SiF25.0％；Na2SO41.5％；ZnO2.0％；H2O20％；比重1.32；SiO2/Na2O为2.1；将镍矿渣与改性剂按照57∶43的重量比例混合磨细到勃氏比表面积200m2/kg；将改性镍矿渣与改性硅酸钠溶液按100∶16.3的重量比例充分混合，即制得碱激发镍矿渣水泥，按国家标准成型、养护和测定其物理力学性能，结果见附表2。实施例8用中国金川公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣混凝土改性剂成分为MgO0.02％；SiO220％；CaO60％；Al2O312％；K2O1.0％；SO36.98％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO323.5％；Na2CO30.1％；Na2SiF0.1％；Na2SO41.30％；ZnO0.01％；H2O75％；比重1.03；SiO2/Na2O为3.2；将镍矿渣与改性剂按照98∶2的重量比例混合磨细到勃氏比表面积410m2/kg；将改性后的镍矿渣与改性硅酸钠溶液、1～5mm粒径的镍矿渣、5～20mm粒径的镍矿渣按1∶0.65∶3.28∶5.72的重量比例在强制式搅拌机中搅拌3分钟后注入100×100×100mm的试模中振动3分钟并进行标准条件下的养护，即制得碱激发镍矿渣混凝土，按国家标准测定其物理力学性能，其结果见附表2。实施例9用中国金川公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣混凝土改性剂成分为MgO8.8％；SiO220.0％；CaO31.5％；Al2O325.0％；K2O11.2％；木质素磺酸钙3.5％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO351.3％；Na2CO35.1％；Na2SiF3.5％；Na2SO40.05％；ZnO0.01％；H2O40.04％；比重1.22；SiO2/Na2O为1.8；将镍矿渣与改性剂按照65∶35的重量比例混合磨细到勃氏比表面积280m2/kg；将改性后的镍矿渣与改性硅酸钠溶液、1～5mm粒径的镍矿渣、5～20mm粒径的碎石按1∶0.55∶1.76∶3.10的重量比例在强制式搅拌机中搅拌3分钟后注入100×100×100mm的试模中振动3分钟并进行标准条件下的养护，即制得碱激发镍矿渣混凝土，按国家标准测定其物理力学性能，其结果见附表2。实施例10用中国金川公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣混凝土改性剂成分为MgO7.6％；SiO210.0％；CaO2.6％；Al2O340.0％；K2O14.8％；SO315.0％；木质素磺酸钙10％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO370.0％，Na2CO30.1％，Na2SiF20.0％，Na2SO40.5％，ZnO3.3％，H2O24.5％，比重1.34，SiO2/Na2O为1.0；将镍矿渣与改性剂按照60∶40的重量比例混合磨细到勃氏比表面积420m2/kg；将改性后的镍矿渣与改性硅酸钠溶液与1～5mm粒径的镍矿渣按1∶0.38∶1.38的重量比例在强制式搅拌机中搅拌3分钟后注入100×100×100mm的试模中振动3分钟并进行标准条件下的养护，即制得碱激发镍矿渣混凝土，按国家标准测定其物理力学性能，其结果见附表2。实施例11用加拿大INCO公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣水泥改性剂成分为MgO0.02％；SiO220％；CaO60％；Al2O312％；K2O1.0％；SO36.98％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO323.5％；Na2CO30.1％；Na2SiF0.1％；Na2SO41.30％；ZnO0.01％；H2O75％；比重1.03；SiO2/Na2O为3.2；将镍矿渣与改性剂按照95.5∶4.5的重量比例混合磨细到勃氏比表面积410m2/kg；将改性镍矿渣与改性硅酸钠溶液按100∶60的重量比例充分混合，即制得碱激发镍矿渣水泥，按国家标准成型、养护和测定其物理力学性能，结果见附表2。实施例12用加拿大INCO公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣水泥改性剂成分为MgO9.5％；SiO215.0％；CaO30.0％；Al2O325.0％；K2O8.5％；SO312.0％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO345.0％；Na2CO30.1％；Na2SiF0.1％；Na2SO415.0％；ZnO8.0％；H2O31.8％；比重1.32；SiO2/Na2O为2.1；将镍矿渣与改性剂按照75∶25的重量比例混合磨细到勃氏比表面积500m2/kg；将改性镍矿渣与改性硅酸钠溶液按100∶35的重量比例充分混合，即制得碱激发镍矿渣水泥，按国家标准成型、养护和测定其物理力学性能，结果见附表2。实施例13用加拿大INCO公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣水泥改性剂成分为MgO8.8％；SiO220.0％；CaO31.5％；Al2O325.0％；K2O11.2％；木质素磺酸钙3.5％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO351.3％；Na2CO35.1％；Na2SiF3.5％；Na2SO40.05％；ZnO0.01％；H2O40.04％；比重1.22；SiO2/Na2O为1.8；将镍矿渣与改性剂按照65∶35的重量比例混合磨细到勃氏比表面积280m2/kg；将改性镍矿渣与改性硅酸钠溶液按100∶39的重量比例充分混合，即制得碱激发镍矿渣水泥，按国家标准成型、养护和测定其物理力学性能，结果见附表2。实施例14用加拿大INCO公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣水泥改性剂成分为MgO11.3％；SiO219.0％；CaO4.6％；Al2O340.0％；K2O13.3％；SO311.8％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO335.8％；Na2CO36.5％；Na2SiF15.6％；Na2SO48.4％；ZnO4.5％；H2O24.0％；比重1.5；SiO2/Na2O为1.5；将镍矿渣与改性剂按照55∶45的重量比例混合磨细到勃氏比表面积350m2/kg；将改性镍矿渣与改性硅酸钠溶液按100∶28的重量比例充分混合，即制得碱激发镍矿渣水泥，按国家标准成型、养护和测定其物理力学性能，结果见附表2。实施例15用加拿大INCO公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣水泥改性剂成分为MgO7.6％；SiO210.0％；CaO2.6％；Al2O340.0％；K2O14.8％；SO315.0％；木质素磺酸钙10％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO370.0％，Na2CO3；0.1％，Na2SiF20.0％，Na2SO40.5％，ZnO3.3％，H2O24.5％，比重1.34，SiO2/Na2O为1.0；将改性镍矿渣与改性硅酸钠溶液按100；25的重量比例充分混合，即制得碱激发镍矿渣水泥，按国家标准成型、养护和测定其物理力学性能，结果见附表2。实施例16用加拿大INCO公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣混凝土改性剂成分为MgO0.02％；SiO220％；CaO60％；Al2O312％；K2O1.0％；SO36.98％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO323.5％；Na2CO30.1％；Na2SiF0.1％；Na2SO41.30％；ZnO0.01％；H2O75％；比重1.03；SiO2/Na2O为3.2；将镍矿渣与改性剂按照98∶2的重量比例混合磨细到勃氏比表面积410m2/kg；将改性后的镍矿渣与改性硅酸钠溶液、1～5mm粒径的镍矿渣、5～20mm粒径的镍矿渣按1∶0.65∶3.28∶5.72的重量比例在强制式搅拌机中搅拌3分钟后注入100×100×100mm的试模中振动3分钟并进行标准条件下的养护，即制得碱激发镍矿渣混凝土，按国家标准测定其物理力学性能，其结果见附表2。实施例17用加拿大INCO公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣混凝土改性剂成分为MgO8.8％；SiO220.0％；CaO31.5％；Al2O325.0％；K2O11.2％；木质素磺酸钙3.5％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO351.3％；Na2CO35.1％；Na2SiF3.5％；Na2SO40.05％；ZnO0.01％；H2O40.04％；比重1.22；SiO2/Na2O为1.8；将镍矿渣与改性剂按照65∶35的重量比例混合磨细到勃氏比表面积280m2/kg；将改性后的镍矿渣与改性硅酸钠溶液、1～5mm粒径的镍矿渣、5～20mm粒径的碎石按1∶0.55∶1.76∶3.10的重量比例在强制式搅拌机中搅拌3分钟后注入100×100×100mm的试模中振动3分钟并进行标准条件下的养护，即制得碱激发镍矿渣混凝土，按国家标准测定其物理力学性能，其结果见附表2。实施例18用加拿大INCO公司镍矿渣生产碱激发镍矿渣混凝土改性剂成分为MgO7.6％；SiO210.0％；CaO2.6％；Al2O340.0％；K2O14.8％；SO315.0％；木质素磺酸钙10％；改性硅酸钠溶液为Na2SiO370.0％，Na2CO30.1％，Na2SiF20.0％，Na2SO40.5％，ZnO3.3％，H2O24.5％，比重1.34，SiO2/Na2O为1.0；将镍矿渣与改性剂按照60∶40的重量比例混合磨细到勃氏比表面积420m2/kg；将改性后的镍矿渣与改性硅酸钠溶液、1～5mm粒径的镍矿渣、5～20mm粒径的卵石按1∶0.38∶0.82∶1.05的重量比例在强制式搅拌机中搅拌3分钟后注入100×100×100mm的试模中振动3分钟并进行标准条件下的养护，即制得碱激发镍矿渣混凝土，按国家标准测定其物理力学性能，其结果见附表2。附表1镍矿渣的主要化学成分(重量％)
附表2实验结果
权利要求
1.一种碱激发镍矿渣水泥，其特征是由37～85％(重量％，后同)镍矿渣、14～60％改性硅酸钠溶液和1～35％改性剂混合组成。
2.按权利要求1所述的碱激发镍矿渣水泥，其特征是所述改性硅酸钠溶液由5～70％Na2SiO3、0.1～20％Na2CO3、0.1～25％Na2SiF、0.05～15.0％Na2SO4、0～8％ZnO、20～75％H2O组成。
3.按权利要求1或2所述的碱激发镍矿渣水泥，其特征是所述改性剂由0.02～15％MgO、0.1～20％SiO2、0.1～60％CaO、0.1～40％Al2O3、0.05～15％K2O、0～15％SO3、0～10％木质素磺酸钙组成。
4.按权利要求2所述的碱激发镍矿渣水泥，其特征是所述改性硅酸钠溶液的比重为1.03～1.5，该溶液中SiO2与Na2O的重量百分含量比值为1.0～3.2。
5.一种制造碱激发镍矿渣水泥的方法，其特征是包括以下次序的工艺步骤a)破碎镍矿渣b)将破碎后的镍矿渣与改性剂按所述比例充分混合并磨细至勃氏比表面积为200～500m2/kg，制得改性镍矿渣；c)将改性镍矿渣与改性硅酸钠溶液按所述比例充分混合均匀，即制得碱激发镍矿渣水泥产品。
6.按权利要求1、2或4所述碱激发镍矿渣水泥在混凝土生产中的应用，其特征是包括碱激发镍矿渣水泥与镍矿渣或/和碎石或/和卵石、破碎镍矿渣或/和砂按照1∶1～6的重量比例充分混合。
7.按权利要求3所述碱激发镍矿渣水泥在混凝土生产中的应用，其特征是包括碱激发镍矿渣水泥与镍矿渣或/和碎石或/和卵石、破碎镍矿渣或/和砂按照1∶1～6的重量比例充分混合。
全文摘要
一种碱激发镍矿渣水泥,其特征是由37～85%(重量%)镍矿渣、14～60%改性硅酸钠溶液和1～35%改性剂组成;将镍矿渣与改性剂混合磨细、再与改性硅酸钠溶液混匀,即制得碱激发镍矿渣水泥,其强度标号可达到32文档编号C04B18/14GK1197773SQ98111958
公开日1998年11月4日 申请日期1998年4月17日 优先权日1998年4月17日
发明者徐彬 申请人:西南工学院