铜渣-矿渣基胶凝材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种铜渣‑矿渣基胶凝材料、制备方法及应用，该铜渣‑矿渣基胶凝材料包括：铜渣粉、矿渣粉、碱激发剂、生石灰、硅酸盐水泥、吸热材料、纤维、改性助剂、吸光剂，碱激发剂包括碱类物质、硅酸盐类物质或碱金属盐类物质中的至少一种，吸热材料包括石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4‑二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂，纤维包括氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维中的至少一种，改性助剂包括碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌中的至少一种，吸光剂包括氧化铬、硒化镉、三氧化二铁、二氧化钛、硫化铅、氧化钴以及硫化镉。本发明专利技术提出的胶凝材料，具有较低的水化热以及抗拉抗压强度，满足了实际应用需求。

Copper slag slag based cementitious material, preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
铜渣-矿渣基胶凝材料、制备方法及应用
本专利技术涉及无机胶凝材料制备
，特别涉及一种铜渣-矿渣基胶凝材料、制备方法及应用。
技术介绍
水泥是无机胶凝材料中应用量最大、应用范围最广的材料之一，其广泛应用于建筑、道路、堤坝、机场等工程建设，是国民经济建设的重要基础材料。水泥的生产需消耗大量的资源和能源，且其生产过程中排出的粉尘、CO2等有害物质会对环境造成严重污染，开发利用新型绿色胶凝材料能够降低资源和能源消耗，减少环境污染，对于社会和经济的可持续发展具有重要的现实和长远意义。铜渣是炼铜过程中产生的工业固体废弃物，主要以水淬铜渣形式存在。其主要矿物成分为铁橄榄石(Fe2SiO4)、磁铁矿(Fe3O4)等，主要化学成分为氧化铁、二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化钾和氧化钠等。每生产1吨铜约产生2.2吨的铜渣。现有技术中，铜渣的利用率较低，大量铜渣没有得到再利用而堆积在炼铜工厂所在地区，占用大量土地，同时引起环境污染，影响生产发展。如何将废弃的铜渣进行循环利用，以制备得到具有较优性能的胶凝材料，成为了科研工作者的重点研究课题。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的在于提出一种通过铜渣等废弃原料，制备得到具有较优性能的胶凝材料的制备方法。本专利技术提出一种铜渣-矿渣基胶凝材料，其中，按重量份数计，所述胶凝材料包括：所述碱激发剂包括碱类物质、硅酸盐类物质或碱金属盐类物质中的至少一种，所述吸热材料包括石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4-二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂，所述纤维包括氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维中的至少一种，所述改性助剂包括碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌中的至少一种，所述吸光剂包括氧化铬、硒化镉、三氧化二铁、二氧化钛、硫化铅、氧化钴以及硫化镉。本专利技术提出的铜渣-矿渣基胶凝材料，包括基础原料铜渣粉、矿渣粉、碱激发剂、硅酸盐水泥以及生石灰等，铜渣和水泥熟料具有相似的化学成分，所含的活性SiO2在水化后期与水化产物Ca(OH)2发生如下的弱火山灰反应：(C-S-H胶凝)，具有潜在胶凝性能，可作为胶凝材料应用于混凝土中。铜渣中的玻璃体是一种三维和扭曲的网络结构，具有较高的能量，这些能量在一定的条件下可以激发出来。铜渣在Ca(OH)2和CaSO4存在条件下玻璃体表面被破坏，其玻璃体的网络结构发生解离，内部的Al3+、Fe2+、Fe3+、[AlO4]5-、[SiO4]4-等离子析出与Ca2+生成新的水化产物并降低Ca(OH)2浓度，而新的水化产物为具有较高含铁量的C-S-H胶凝。此外，在本专利技术中，由于在制作过程中，加入了纤维(氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维)，可增强胶凝材料抗拉强度，加入的吸热材料(石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4-二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂)，可对胶凝材料的水化热进行改进，此外，由于加入了改性助剂(碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌)，可保证该胶凝材料的抗压强度。所述铜渣-矿渣基胶凝材料，其中，所述铜渣粉为经烘干后球磨40～100min，然后在150～200mT的磁场强度环境下进行磁选回收铁精矿后得到，经球磨后的所述铜渣粉的表观密度为3.5～3.7g/m3，所述铜渣粉的比表面积大于450m2/kg。所述铜渣-矿渣基胶凝材料，其中，所述碱类物质包括氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的一种或多种，所述硅酸盐类物质包括硅酸钠、硅酸钙、硅酸铝或硅酸镁中的一种或多种，所述碱金属盐类物质包括碳酸钠、氧化铝、硫酸铝、硫酸钾或硫酸钙中的一种或多种。所述铜渣-矿渣基胶凝材料，其中，所述矿渣粉为经球磨20～50min，然后过200目筛得到，所述矿渣粉的粒径范围为5～105um，颗粒细度为0.08～0.1mm，含碳量小于4％，烧失量小于8％。所述铜渣-矿渣基胶凝材料，其中，所述吸热材料包括如下重量份数的各组分：石墨烯10～30份、石墨10～30份、丙烯酸改性环氧树脂5～10份、2，4-二羟基二苯甲酮3～8份、硝酸铬2～5份以及钛酸酯偶联剂4～9份。所述铜渣-矿渣基胶凝材料，其中，所述吸光剂包括如下重量份数的各组分：氧化铬10～15份、硒化镉8～15份、二氧化钛10～15份、硫化铅3～8份、氧化钴3～10份以及硫化镉1～2份。本专利技术还提出一种如上所述的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：将铜渣粉、矿渣粉、生石灰、改性助剂以及吸光剂进行混合搅拌后，加入碱激发剂以及去离子水进行搅拌成第一浆体，其中所述改性助剂包括碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌中的至少一种，所述吸光剂包括氧化铬、硒化镉、三氧化二铁、二氧化钛、硫化铅、氧化钴以及硫化镉；在第一浆体中继续加入氢氧化钠、碳酸氢钠、硅酸盐水泥以及以及去离子水，搅拌均匀后静置15～25min进行发泡处理后得到第二浆体；在第二浆体中加入吸热材料以及纤维后，继续进行搅拌得到第三浆体，并将第三浆体倒入模具中振捣成型得粗坯，其中所述吸热材料包括石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4-二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂，所述纤维包括氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维中的至少一种；将粗坯置于相对湿度为50～60％，温度为20～30℃的环境中养护2～3天，脱模得试件，并将试件置于相对湿度为80～95％、温度为20～30℃的标准室中养护25～28天，得铜渣-矿渣基胶凝材料。本专利技术提出的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，由于铜渣和水泥熟料具有相似的化学成分，所含的活性SiO2在水化后期与水化产物Ca(OH)2发生如下的弱火山灰反应：(C-S-H胶凝)，具有潜在胶凝性能，可作为胶凝材料应用于混凝土中。铜渣中的玻璃体是一种三维和扭曲的网络结构，具有较高的能量，这些能量在一定的条件下可以激发出来。铜渣在Ca(OH)2和CaSO4存在条件下玻璃体表面被破坏，其玻璃体的网络结构发生解离，内部的Al3+、Fe2+、Fe3+、[AlO4]5-、[SiO4]4-等离子析出与Ca2+生成新的水化产物并降低Ca(OH)2浓度，而新的水化产物为具有较高含铁量的C-S-H胶凝。此外，在本专利技术中，由于在制作过程中，加入了纤维(氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维)，可增强胶凝材料抗拉强度，加入的吸热材料(石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4-二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂)，可对胶凝材料的水化热进行改进，此外，由于加入了改性助剂(碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌)，可保证该胶凝材料的抗压强度。所述铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，其中，所述铜渣粉的制备方法包括如下步骤：将铜渣在球磨机中进行初步球磨10～15min后过50目筛，将过筛后的较小颗粒铜渣粉在球磨机中进行精磨40～100min之后过200目筛，在150～200mT的磁场强度环境下进行磁选回收铁精矿后得到所述铜渣粉，其中所述铜渣粉的表观密度为3.5～3.7g/m3，所述铜渣粉的比表面积大于450m2/kg；所述矿渣粉的制备方法包括如下步骤：...

【技术保护点】
1.一种铜渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，按重量份数计，所述胶凝材料包括：/n

【技术特征摘要】
1.一种铜渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，按重量份数计，所述胶凝材料包括：



所述碱激发剂包括碱类物质、硅酸盐类物质或碱金属盐类物质中的至少一种，所述吸热材料包括石墨烯、石墨、丙烯酸改性环氧树脂、2，4-二羟基二苯甲酮、硝酸铬以及钛酸酯偶联剂，所述纤维包括氟橡胶纤维、聚丙烯纤维或石棉纤维中的至少一种，所述改性助剂包括碳化硅、氮化硼、三氧化二铝或氧化锌中的至少一种，所述吸光剂包括氧化铬、硒化镉、三氧化二铁、二氧化钛、硫化铅、氧化钴以及硫化镉。


2.根据权利要求1所述的铜渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述铜渣粉为经烘干后球磨40～100min，然后在150～200mT的磁场强度环境下进行磁选回收铁精矿后得到，经球磨后的所述铜渣粉的表观密度为3.5～3.7g/m3，所述铜渣粉的比表面积大于450m2/kg。


3.根据权利要求1所述的铜渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述碱类物质包括氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化钙中的一种或多种，所述硅酸盐类物质包括硅酸钠、硅酸钙、硅酸铝或硅酸镁中的一种或多种，所述碱金属盐类物质包括碳酸钠、氧化铝、硫酸铝、硫酸钾或硫酸钙中的一种或多种。


4.根据权利要求1所述的铜渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述矿渣粉为经球磨20～50min，然后过200目筛得到，所述矿渣粉的粒径范围为5～105um，颗粒细度为0.08～0.1mm，含碳量小于4％，烧失量小于8％。


5.根据权利要求1所述的铜渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述吸热材料包括如下重量份数的各组分：
石墨烯10～30份、石墨10～30份、丙烯酸改性环氧树脂5～10份、2，4-二羟基二苯甲酮3～8份、硝酸铬2～5份以及钛酸酯偶联剂4～9份。


6.根据权利要求1所述的铜渣-矿渣基胶凝材料，其特征在于，所述吸光剂包括如下重量份数的各组分：
氧化铬5～10份、硒化镉8～15份、二氧化钛10～15份、硫化铅3～8份、氧化钴3～10份以及硫化镉1～2份。


7.一种如上述权利要求1至6任意一项所述的铜渣-矿渣基胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将铜渣粉、...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋军伟，朱街禄，彭小英，刘方华，
申请(专利权)人：江西科技学院，
类型：发明
国别省市：江西;36