一种低熟料锰渣水泥复合胶凝材料的制备方法与流程

本发明属于水泥生产，具体而言，涉及一种低熟料锰渣水泥复合胶凝材料的制备方法。

背景技术：

1、水泥工业存在高污染、高能耗、高排放的状况，急需可替代水泥的无熟料或者少熟料的低碳生态胶凝材料。低熟料胶凝材料是指在胶凝材料中降低熟料水泥组成，提高其它的混合材掺量，应用良好的制备技术制得胶凝材料来减少环境污染。在某种程度上来说，低熟料胶凝材料可以看作是一种“生态”水泥，它能解决在水泥工行业中资源短缺，环境污染的问题。

2、如何大规模充分有效利用工业固体废弃物作为胶凝材料一直是研究的热点和难点。特别是大宗工业固废，如矿渣、粉煤灰、钢渣、工业副产物石膏等已经有相关的研究。

3、文献1(cn202210175861.8)公开一种利用工业固废赤泥、工业副产物石膏、矿渣份和粉煤灰为原料制备了一种生态胶凝材料，原料按照质量分数计，包括以下组分：赤泥5～20份、石膏5～25份、矿渣粉30～50份以及粉煤灰30～50份。该发明通过充分发挥赤泥与工业副产石膏的耦合激发作用，提高该生态胶凝材料的胶凝活性，使其水化产物之间连结更加紧密，从而使得胶凝材料的整体结构致密。其28天抗压强度可达50mpa以上。

4、文献2(cn202210267407.5)公开报道以硫铝酸盐水泥、高炉矿渣和磷石膏为原料，原料按照质量分数计，包括以下组分：硫铝酸盐水泥18～2份、高炉矿渣粉28～32份以及磷石膏48～52份。再以上述材料为集料，添加增强剂、减水剂和负离子粉制备一种生态混凝土。

5、文献3(赵静，段晓牧，刘佳佳，李晓峰。磷石膏复合胶凝材料配比优化及浸出机制，矿业研究与开发，2023(4)30-36。)以磷石膏、生石灰和矿渣微粉制备矿井充填材料，开展正交试验，研究其抗压强度、塌落度、扩散度、凝结时间和孔溶液ph，采用扫描电镜阐述水化机理，通过毒性浸出试验评价环境相容性。结果表明：当磷石膏掺量为25％、生石灰掺量为6％、矿渣微粉掺量为64％，灰砂比为1:3时，28d抗压强度可达7.49mpa，塌落度为26.8cm，扩散度为69.5cm。随着磷石膏掺量的增加，凝结时间逐渐增加，孔溶液ph不断减小；随着水化龄期增长，孔溶液ph增大。磷石膏胶凝材料主要水化产物为c-s-h凝胶和钙矾石，水化产物紧密包裹、联合细化毛细孔，阻隔污染物po43-和f-溶出，充填体具有良好的环境相容性。

6、工业中，目前能大规模应用的都集中在矿渣、粉煤灰、工业副产品石膏等。而近年来，随着有色金属冶炼工业的快速增长，生产能力的快速发展，金属锰行业的副产品锰渣的处理问题变得日益严峻。特别是电解锰渣，它是电解金属锰生产过程中锰矿石经酸解、中和、除杂、压滤产生的酸性废渣，主要成分为sio2和caso4·2h2o，具有含水率高、黏度大和活性低等特点。随着锰矿资源的日益枯竭，锰矿品位急剧降低，生产1t电解金属锰将会产生8～12t电解锰渣。截至2018年，全球电解锰渣总量约为1.5亿吨，并以1000万吨/年的速度增加。目前对锰渣的研究和应用较少报道。因此，如何大规模、高效地利用锰渣、工业副产石膏以及粉煤灰等废弃物，实现环境减负，企业增效，成为了迫切需要解决的问题。

技术实现思路

1、为弥补上述不足，本发明的目的是提供一种低熟料锰渣复合胶凝材料的制备方法，针对锰渣早期水化速率慢、活性低问题、利用偏高岭土、石灰石以及石膏中的二水硫酸钙的增强效应以及早强效应，并通过激发剂的加入，耦合并激发钢渣渣粉与粉煤灰的硅铝活性，生成的水化产物钙矾石、c-s-h和c-a-s-h凝胶，充分发挥添加固体废弃物材料的特性，制备高性能的固废胶凝材料，为现有技术中解决大规模利用工业固废锰渣制备胶凝材料提供新的技术和思路，同时也为解决胶凝材料普遍存在制造成本高、性能偏低的共性关键技术问题提供新的方法。

2、本发明是这样实现的：

3、一种低熟料锰渣水泥复合胶凝材料的制备方法，所述低熟料锰渣水泥复合胶凝材料所需的原料按照质量分数计，包括以下组分：水泥熟料10～30份、锰渣10～40份、偏高岭土5～20份、石膏5～25份、钢渣5～20份、石灰石10～20份、粉煤灰10～20份以及激发剂0.5～10份，其制备方法包括以下步骤：

4、s1、制备原料，

5、将水泥熟料、锰渣、偏高岭土、石灰石、粉煤灰和石膏在一定温度下经干燥、磨细、过筛直到颗粒比表面积达到指定值后备用；

6、s2、混合原料，

7、按照原料份数称取水泥熟料、锰渣粉、偏高岭土、石膏和粉煤灰，将水泥熟料、锰渣粉、偏高岭土和粉煤灰混合，搅拌至均匀，然后加入石膏和激发剂继续搅拌均匀，加入水后再次搅拌8min至均匀；

8、s3、倒模、养护，

9、将制备均匀的浆料倒入模具内进行养护后，制得所述低熟料锰渣水泥复合胶凝材料。

10、进一步的，所述步骤s1中，将水泥熟料在105℃～110℃干燥、磨细、过筛，直到颗粒比表面积大于360m2/kg为止；

11、将锰渣、偏高岭土、石灰石和粉煤灰在105℃～110℃干燥、磨细、过筛，直到颗粒比表面积大于320m2/kg为止，其中，粉煤灰的28d强度活性指数≥70％；

12、将比表面积大于320m2/kg的磷石膏或者脱硫石膏，经过70℃～80℃干燥处理后备用。

13、进一步的，所述步骤s3中，先将模具内试件在标准条件下养护48h，养护温度为20±1℃，湿度大于95％，再放入恒温养护室中养护至3d、7d和28d，养护空气温度20±1℃，养护期间试件之间应留有间隔至少5mm。

14、进一步的，所述步骤s2中，激发剂为聚羧酸盐、碳酸钠或者氢氧化钠的一种或几种的复配。

15、本发明的有益效果是：

16、1、本发明可以通过激发剂和偏高岭土的作用，充分发挥各组分之间的耦合协同作用，提高胶凝材料的胶凝活性，使得激发体系中水化产物之间连结更加紧密，从而使得胶凝材料整体结构致密，获得较高的强度，本发明制备的低熟料锰渣复合胶凝材料28天抗压强度可以大于40mpa。

17、2、本发明利用固体废弃物，特别是充分利用锰渣，具有生产原料易得、成本低、工艺简单的特点，应用前景广阔，提高了难以利用的锰渣、钢渣、工业副产石膏、粉煤灰等固体废弃物的资源综合利用效率和附加值，为有效解决了固体废弃物，特别是锰渣堆存引起的大量占用耕地、污染环境等生态问题提供新的方法和思路。

18、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举例本发明的具体实施方式。

技术特征：

1.一种低熟料锰渣水泥复合胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述低熟料锰渣水泥复合胶凝材料所需的原料按照质量分数计，包括以下组分：水泥熟料10～30份、锰渣10～40份、偏高岭土5～20份、石膏5～25份、钢渣5～20份、石灰石10～20份、粉煤灰10～20份以及激发剂0.5～10份，其制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种低熟料锰渣水泥复合胶凝材料的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，将水泥熟料在105℃～110℃干燥、磨细、过筛，直到颗粒比表面积大于360m2/kg为止；

3.根据权利要求1所述的一种低熟料锰渣水泥复合胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，先将模具内试件在标准条件下养护48h，养护温度为20±1℃，湿度大于95％，再放入恒温养护室中养护至3d、7d和28d，养护空气温度20±1℃，养护期间试件之间应留有间隔至少5mm。

4.根据权利要求1所述的一种低熟料锰渣水泥复合胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，激发剂为聚羧酸盐、碳酸钠或者氢氧化钠的一种或几种的复配。

技术总结
本发明属于水泥生产技术领域，本发明提供的一种低熟料锰渣水泥复合胶凝材料的制备方法，所述低熟料锰渣水泥复合胶凝材料所需的原料按照质量分数计，其制备方法包括以下步骤：S1、制备原料；S2、混合原料；S3、倒模、养护，本发明可以通过激发剂和偏高岭土的作用，充分发挥各组分之间的耦合协同作用，提高胶凝材料的胶凝活性，使得激发体系中水化产物之间连结更加紧密，从而使得胶凝材料整体结构致密，获得较高的强度，本发明制备的低熟料锰渣复合胶凝材料28天抗压强度可以大于40MPa。

技术研发人员：王蓉娥,许元正,沈鹏,周贤凯,吴二利,徐红喜
受保护的技术使用者：娲石水泥集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15