一种利用改性锂渣复合多源固废制备的低碳水泥及方法和应用与流程

本发明属于低碳水泥制备领域，具体涉及一种利用改性锂渣复合多源固废制备的低碳水泥及方法和应用。

背景技术：

1、2020年我国水泥产量达到23.7亿吨，水泥工业消耗了大量的能源、资源，同时也是二氧化碳排放大户，2020年水泥工业二氧化碳排放总量为17.8亿吨，占我国工业部门二氧化碳总排放量的15%左右，对我国气候和生态造成了不良的影响。为解决以上问题及实现“双碳”目标，低碳水泥的开发与应用具有重要意义。

2、随着以锂电池为代表的新型储能产业强势崛起，中国作为锂电池的主要生产国之一，碳酸锂、氢氧化锂、氯化锂等锂盐行业获得了极大的发展，2018年国内碳酸锂总产量为12.5万t，但是相应的工业废渣-锂渣产量逐年增加。通常每生产1 t锂盐将产生8 t-10 t锂渣，据计算，每年排出的锂渣将达到约125万t，加上历年累计，国内锂渣堆存量可达数千万吨，锂渣的堆积将造成大量的土地浪费与环境污染。

3、因此，如何实现锂渣的资源化综合利用，缓解资源短缺，降低生产成本，实现固废资源化、减量化和无害化处理，做到发展的可持续性成了关键问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种利用改性锂渣复合多源固废制备的低碳水泥及方法和应用，具体采用以下的技术方案：

2、根据本发明的第一方面，提供了一种利用改性锂渣复合多源固废制备低碳水泥的方法，包括以下步骤：

3、1）将锂渣在600 ℃-900 ℃条件下，煅烧0.5 h-2 h，冷却；

4、2）将步骤（1）中冷却后的锂渣进行粉磨后加入至naoh溶液中，在5 r/min-50 r/min的条件下，搅拌0.5 h-2 h，洗涤过滤、烘干，得到改性锂渣；

5、3）将步骤（2）中得到的改性锂渣、多源固废、水泥熟料、激发剂混合均匀，得到低碳水泥材料；水泥熟料占整体低碳水泥材料的质量分数5%-10%。

6、本发明通过将锂渣作为制备低碳水泥的原材料，对其进行改性，并结合多源固废、水泥熟料、激发剂，从而制备得到一种制备成本低、力学性能强的低碳水泥，以实现锂渣的资源化综合利用，本发明采用的制备方法不仅可以缓解资源短缺，降低生产成本，实现固废资源化、减量化和无害化处理，做到发展的可持续性，同时对低碳政策的落实也具有十分重要的意义，并将产生重大的经济和社会效益。

7、作为进一步优选的实施方式，步骤（2）中，naoh溶液的质量分数为1%-5%。根据现有技术的提锂方法是经过硫酸法提取的，产生的锂渣显酸性，并且及硫含量较多，会影响低碳水泥的力学性能及耐久性。本发明采用naoh进行改性可以有效地中和锂渣里面的酸，激发锂渣中的sio2和al2o3的活性；并且可以减少整体硫含量，从而提高低碳水泥的力学性能。

8、作为进一步优选的实施方式，步骤（3）中，多源固废包括矿渣、钢渣、煤矸石、燃煤炉渣、粉煤灰、钨尾矿、铜尾矿和脱硫石膏中的至少一种。对于煤矸石和粉煤灰，可以以填充物、建材原料等方向进行综合利用；对于尾矿（共伴生矿），可以在砂源替代材料制备、有价组分梯级回收等方面进行利用；对于冶炼渣，可以在道路材料掺用、建设工程领域掺合、稀贵金属回收等方面进行利用；对于工业副产石膏，可以在建筑材料、土壤改良、路基材料、新材料制备等方面进行利用。

9、作为进一步优选的实施方式，步骤（3）中，水泥熟料由硅酸盐水泥熟料和硫铝酸盐水泥熟料组成。其中，硅酸盐水泥熟料主要在整个体系中起到提高早期强度的作用，而硫铝酸盐水泥熟料可以和锂渣中硫酸盐发生反应，可以提高早期强度并具有促凝的效果。

10、作为进一步优选的实施方式，硅酸盐水泥熟料和硫铝酸盐水泥熟料的质量比为（2-10）:（1-3）。当硅酸盐水泥熟料和硫铝酸盐水泥熟料在该比例下整个体系强度最高。更加作为进一步优选的实施方式，硅酸盐水泥熟料和硫铝酸盐水泥熟料的质量比为2:2.5。

11、作为进一步优选的实施方式，步骤（3）中，激发剂包含氢氧化钠、生石灰、硅酸钠、碳酸钠和硫酸钠中的至少一种。激发剂是一种高分子活性材料，它对高效减水剂的分子链式反应有激活的作用，可提高减水率，保塑效果明显，提高产品性能，降低生产成本。

12、作为进一步优选的实施方式，粉磨后的改性锂渣、多源固废、激发剂的勃氏比表面积分别为300 m2/kg-700 m2/kg、300 m2/kg-500 m2/kg、300 m2/kg-400 m2/kg。由于锂渣相比矿渣的活性较低，通过机械粉磨到一定细度可以激发锂渣的活性，通过实验对比发现，比表面积在300 m2/kg-700 m2/kg范围内活性较好；而多源固废粉磨到300 m2/kg-500 m2/kg，水泥细度在350m2/kg时，配合水泥细度，使得颗粒级配达到最优；激发剂的比表面积在300m2/kg-400 m2/kg之间时，激发剂对前驱体的激发程度最好。

13、根据本发明的第二方面，还提供了一种低碳水泥，由上述的制备方法制得。

14、作为进一步优选的实施方式，低碳水泥材料组成以重量份计为：改性锂渣5份-50份、多源固废40份-85份、水泥熟料3份-10份、激发剂1份-5份。

15、本发明制备得到的低碳水泥在抗折、抗压方面得到明显提升，且根据时间的变化，可大大增强在这两方面的强度；并且随着改性锂渣添加量的增多，在抗折和抗压方面强度也逐渐增加。

16、根据本发明的第三方面，还提供了上述的低碳水泥在建筑材料、路面材料、水泥制体、固化剂方面的应用。

17、本发明的有益效果为：本发明通过将锂渣作为制备低碳水泥的原材料，对其进行改性，并结合多源固废、水泥熟料、激发剂，从而制备得到一种制备成本低、力学性能强的低碳水泥，以实现锂渣的资源化综合利用，本发明采用的制备方法不仅可以缓解资源短缺，降低生产成本，实现固废资源化、减量化和无害化处理，做到发展的可持续性；本发明制备得到的低碳水泥在抗折、抗压方面得到明显提升，且根据时间的变化，可大大增强在这两方面的强度；并且随着改性锂渣添加量的增多，在抗折和抗压方面强度也逐渐增加，可以广泛应用于建筑材料、路面材料、水泥制体、固化剂方面。

技术特征：

1.一种利用改性锂渣复合多源固废制备低碳水泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，所述naoh溶液的质量分数为1%-5%。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述多源固废包括矿渣、钢渣、煤矸石、燃煤炉渣、粉煤灰、钨尾矿、铜尾矿和脱硫石膏中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述水泥熟料由硅酸盐水泥熟料和硫铝酸盐水泥熟料组成。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述硅酸盐水泥熟料和硫铝酸盐水泥熟料的质量比为（2-10）:（1-3）。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述激发剂包含氢氧化钠、生石灰、硅酸钠、碳酸钠和硫酸钠中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述粉磨后的改性锂渣、多源固废、激发剂的勃氏比表面积分别为300 m2/kg-700 m2/kg、300 m2/kg-500 m2/kg、300 m2/kg-400 m2/kg。

8.一种低碳水泥，由权利要求1-7任一项所述的制备方法制得。

9.根据权利要求8所述的低碳水泥，其特征在于，所述低碳水泥材料组成以重量份计为：改性锂渣5份-50份、多源固废40份-85份、水泥熟料3份-10份、激发剂1份-5份。

10.权利要求8所述的低碳水泥在建筑材料、路面材料、水泥制体、固化剂方面的应用。

技术总结
本发明属于低碳水泥制备领域，公开了一种利用改性锂渣复合多源固废制备的低碳水泥及方法和应用。本发明通过将锂渣作为制备低碳水泥的原材料，对其进行改性，并结合多源固废、水泥熟料、激发剂，从而制备得到一种制备成本低、力学性能强的低碳水泥。本发明采用的制备方法不仅可以缓解资源短缺，降低生产成本，实现固废资源化、减量化和无害化处理，做到发展的可持续性；本发明制备得到的低碳水泥在抗折、抗压方面得到明显提升，且根据时间的变化，可大大增强在这两方面的强度；并且随着改性锂渣添加量的增多，在抗折和抗压方面强度也逐渐增加，可以广泛应用于建筑材料、路面材料、水泥制体、固化剂方面。

技术研发人员：陈忠发,严峻,鲁亚,徐伟
受保护的技术使用者：江西省建材科研设计院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16