专利名称：锰渣基地质聚合物胶凝材料的制备方法
技术领域：
本发明属于无机非金属类，涉及一种锰渣基地质聚合物胶凝材料的制备方法。
背景技术：
现代建筑材料工业生产中，水泥是很重要的一类基础材料。水泥生产消筹毛大量的资源、能源，2005年水泥制造业能源消耗总量占建材工业能源消耗总量 的75.5%。我国水泥产量多年占世界首位，2006年末统计水泥产量已经达到了 12.4亿吨，而2006年世界其它各国水泥产量有13.28亿吨，可以说，几乎世界 水泥的一半在中国。然而，水泥工业已经成为影响气候变化和环境污染的重要 因素，水泥生产过程排放的大量C02成为温室气体的罪魁祸首,同时产生的so2， NOx等有害气体也对空气质量产生了不利影响，中国是当今世界第二大消费国， 对此问题不可忽视。锰铁矿渣是一类特殊的矿渣，它是锰铁合金在高温冶炼过程中由所排放的 熔渣经水急冷而成的粒状颗粒，因氧化亚锰含量较高又称锰渣。锰铁矿渣经过 水淬急冷后具备潜在水硬性和火山灰性，是一种活性较高的材料，与矿渣、粉 煤灰等工业废渣一样，具有应用开发的价值。锰渣数量约为锰铁合金产量的2-2.5 倍，2004年全国锰4^合金产量865万吨，产生锰渣约为1700万吨，锰渣除30% 左右用于水泥混合材和回炉冶炼外，其他70%作堆填处理，按此估计全国当年 锰渣净排放量约为1200万吨。锰渣利用状况堪忧，广西作为全国锰矿资源最丰 富的新兴锰业大省，铁合金冶炼过程中所产生锰渣大部分采用堆填处理。随着 经济的发展，锰渣排放造成的系列社会、经济和环境问题开始凸现出来， 一方 面堆填占用大量的土地，增加企业成本，野外堆填则导致成片的"渣山"出现；另 一方面，堆填锰渣中的Mn、 Cr元素在雨水作用下很容易流失，污染水质。地质聚合物是以铝硅酸盐矿物或者工业固体废弃物为主要原料，以高岭石 作配料，以硅酸钠作结构模板剂，以氢氧化钠等碱类物质作激活剂，经配料、 混匀、加水搅拌成型，并在一定时间内通过水化聚合、脱水硬化形成的一类无 机非金属材料。自20世纪70年代以来，国内外大批学者对地质聚合物进行了 研究，已在高炉矿渣、钢渣、粉煤灰等工业废渣的研究中取得成果。该物质形 成过程为铝硅酸盐固体组分的溶解络合，分散迁移，浓缩聚合和脱水硬化，由铝硅酸盐凝胶相形成的基体相，物理形态上呈三维网络结构，将未溶解的固 体颗粒胶结为坚硬块体，是材料获得良好的力学性能和化学稳定性的结构基础。 地质聚合物是一种非常好的材料，集高聚物、陶瓷、水泥等材料性质与一体， 各项性能指标突出。 发明内容本发明的目的就是为了解决现有锰渣利用率不高及水泥生产所造成的气候 和环境问题，提供一种以锰渣、高岭土为主要原料的锰渣基地质聚合物材料的 制备方法。本发明具体步骤为(1) 原料由固体组分和液体组分两部分组成，固体组分质量百分比含量如 下锰渣50~90%、高呤土 10~50%;液体组分由激发剂、水玻璃和水组成， 液体组分为固体组分质量百分比的25%~40%;液体组分按体积比含量如下水 玻璃20 ~ 60%、水40 ~ 80%，激发剂为固体组分质量百分比的0~4%;激发剂为 K0H、 NaOH、 Na2S04、 CaS04中的一种；(2) 将锰渣烘干至含水率小于1%,放入球磨机中粉磨至比表面积400 ~ 600 itf/Kg;取高岭土在650 900。C煅烧至偏高岭土，并粉磨至比表面积为500 - 700 m2/Kg;(3) 将激发剂掺入水玻璃溶液中，并将其与水混合均匀，得到水玻璃模数为 1. 5 ~ 2. 5、波美度35 ~ 45。的水玻璃混合溶液；(4) 将步骤(3)配置好的混合溶液緩慢加入到锰渣与偏高岭土微粉的混合 粉料中，搅拌60 90秒，混合、搅拌均匀后制备成型，经养护即可。本发明采用水玻璃、KOH、 NaOH等激发剂对锰渣、偏高岭土进行激发即 可制得，强度等级达到62.5MPa以上，其安定性良好，凝结时间和强度合格。 固体组分和液体组分各组分全部分别密封保存和运输，配制锰渣基地质聚合物 材料以现场混合、搅拌形式进行。其中，激发剂作用为提供物料反应的碱性环境，加快偏高岭土在碱性溶 液中的解聚-缩聚过程，提供OH-使聚合物形成初始网络结构；偏高岭土的作用 为提供聚合物形成结构的原料；锰渣作用为释放Ca2+,促进聚合物形成， 同时水化形成硅酸盐类矿物，提供OH—。锰渣基地质聚合物是一种以Si-0四面体和Al-0四面体为主要框架形式的 空间网状结构胶凝材料，锰渣初始阶段作为填充物嵌于结构内，随着时间增长 逐渐形成无定型结构水化产物，该产物的特殊结构硬化体更加密实。整个体系的形成过程可用化学式简短概括为<formula>formula see original document page 5</formula>(地质聚合物结构)本发明的有益效果是(1) 采用无煅烧、常温工艺制备胶凝材料，实现"环保、节能"目标。(2) 能够大量利用锰渣这种工业废渣制备锰渣基地质聚合物，掺入量在 50~90%,有利于改善环境，节约能源。(3 )配置的锰渣基地质聚合物胶凝材料强度等级完全符合GB175-2007 52.5 普通硅酸盐水泥国家标准，抗海水侵蚀性良好。
具体实施方式
实施例1:(1) 固体组分按重量百分比配料，锰渣70%，高岭土30%;液体组分按体积 百分比配料，水玻璃40%，水60%;水灰比0.45,激发剂化学纯KOH为固体组 分质量百分比的4%;(2) 将锰渣烘干至含水率小于1%，放入球磨机中粉磨至比表面积450 m2/Kg; 取高岭土在650。C煅烧形成偏高岭土，并粉磨至比表面积为500 m2/Kg;(3) 将激发剂化学纯KOH掺入水玻璃溶液中，并将其与水混合均匀，得到水 玻璃模数3.25、波美度40°的水玻璃溶液；(4) 将步骤(3)配置好的混合溶液緩慢加入到锰渣与偏高呤土微粉的混合粉 料中，搅拌60秒，混合均匀后成型，在温度20。C，湿度90%的环境下养护28 天即可。将制备好的锰渣基地质聚合物与标准砂以重量比1:2.5进行配比制模。所制 胶砂试块3天抗压强度49.3MPa,抗折3.5MPa; 7天抗压强度62.3MPa,抗折强 度4.9MPa; 28天抗压强度63.6MPa,抗折强度6.0MPa。实施例2:(l)固体成分按重量百分比配料，锰渣占90%,高岭土 10%;按液体组分按体积百分比配料，水玻璃40%，水60%，水灰比0.45,激发剂为化学纯NaOH 占固体成分质量百分比的4°/0。(2) 将锰渣烘干至含水率小于1%,放入球磨机中粉磨至比表面积600 mVKg; 取高岭土在900。C煅烧形成偏高岭土，并粉磨至比表面积为700 mVKg。(3) 将激发剂化学纯NaOH掺入水玻璃溶液中，并将其与水混合均匀，得到 水玻璃模数为3.25、波美度40°的水玻璃溶液。(4) 将步骤(3 )配置好的混合溶液緩慢加入到锰渣与偏高岭土微粉的混合粉 料中，搅拌90秒，混合均匀后成型，在温度20。C,湿度90%的环境下养护28 天即可。将制备好的锰渣基地质聚合物与标准砂以重量比1:2.5进行配比制模。所制 胶砂试块3天抗压强度49.6MPa,抗折4.3MPa; 7天抗压强度65.9MPa,抗折强 度6.5MPa; 28天抗压强度68.6MPa，抗折强度7.1MPa。以上两例锰渣掺合料掺量在70~90%，所制备的胶凝材料抗压强度完全满 足P052.5水泥标准，且安定性良好。实施例3:(1) 固体成分按重量百分比配料，锰渣占80%,高岭土20°/0;按体积百分比 计算水玻璃占40%，水占60%，水灰比0.45，其中激发剂为化学纯KOH占固 体成分质量百分比的4%;(2) 将重量百分比为90%的锰渣烘干至含水率小于1%,放入球磨机中粉磨至 比表面积600 mVKg;取重量百分比为10%的高岭土在900。C煅烧至偏高岭土， 并粉磨至比表面积为700 mVKg。(3) 将激发剂化学纯NaOH掺入水玻璃溶液中，并将其与水混合均匀，得到 水玻璃模数为3.25,波美度40°的水玻璃溶液。(4) 将步骤(3 )配置好的混合溶液緩慢加入到锰渣与偏高岭土微粉的混合粉 料中，搅拌90秒，混合均匀后成型，在温度20。C，湿度90%的环境下养护28 天即可。将制备好的锰渣基地质聚合物与标准砂以重量比1:2.5进行配比制模放入海 水(按照海水组成人造合成)中浸泡30天、60天、90天。所制胶砂试块30天 抗压强度74.6MPa,抗折3.46MPa; 60天抗压强度92.80MPa,抗折强度4.10MPa; 90天抗压强度104.6MPa,抗折强度6.10MPa。此例说明利用锰渣基地质聚合物 的在海水侵蚀情况下强度发展良好不受侵蚀影响。
权利要求
1.一种锰渣基地质聚合物胶凝材料的制备方法，其特征在于具体步骤为(1)原料由固体组分和液体组分两部分组成，固体组分质量百分比含量如下锰渣50～90％、高岭土10～50％；液体组分由激发剂、水玻璃和水组成，液体组分为固体组分质量百分比的25％～40％；液体组分按体积比含量如下水玻璃20～60％、水40～80％，激发剂为固体组分质量百分比的0～4％；激发剂为KOH、NaOH、Na2SO4、CaSO4中的一种；(2)将锰渣烘干至含水率小于1％，放入球磨机中粉磨至比表面积400～600m2/Kg；取高岭土在650～900℃煅烧形成偏高岭土，并粉磨至比表面积为500～700m2/Kg；(3)将激发剂掺入水玻璃溶液中，并将其与水混合均匀，得到水玻璃模数为1.5～2.5、波美度35～45°的水玻璃混合溶液；(4)将步骤(3)配置好的混合溶液缓慢加入到锰渣与偏高岭土微粉的混合粉料中，搅拌60～90秒，混合、搅拌均匀后制备成型，经养护即可。
全文摘要
本发明公开了一种锰渣基地质聚合物胶凝材料的制备方法。(1)原料固体组分为锰渣和高岭土；液体组分为水玻璃、水和激发剂。(2)将锰渣烘干至含水率小于1％，放入球磨机中粉磨至比表面积400～600m<sup>2</sup>/kg；取高岭土在900℃煅烧至偏高岭土，并粉磨至比表面积为500～700m<sup>2</sup>/kg。(3)将激发剂掺入水玻璃溶液中，并将其与水混合均匀，得到水玻璃模数为1.5～3.5，水玻璃波美度35～45°的水玻璃溶液。(4)将步骤(3)配置好的混合溶液加入到锰渣与偏高岭土微粉的混合粉料中，搅拌，混合均匀后成型，经养护即可。本发明使用工业废渣，制备工艺简单，制备过程无污染，产品胶凝性能良好，抗海水侵蚀能力强。
文档编号C04B7/153GK101328029SQ20081007369
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月18日 优先权日2008年7月18日
发明者刘荣进, 安庆锋, 李海东, 王一靓, 贾韶辉, 平 陈, 帅 马 申请人:桂林工学院