一种基于工业固废的纳米晶核悬浮液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于工业固废的纳米晶核悬浮液及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：将钙硅质工业固废经质子酸处理，得到钙硅质工业固废溶出液；将聚羧酸减水剂分散至水中，并调节pH至10.5～13.5，得到聚羧酸减水剂分散液；将钙硅质工业固废溶出液缓慢滴加至聚羧酸减水剂分散液中，进行搅拌反应，得到水化硅酸钙纳米晶核悬浮液。本发明专利技术的制备方法中所用的钙质、硅质原料均来自工业固废，来源广泛、成本低廉，制备过程简单，无需经过洗涤、干燥、超声分散等后续工艺，适用于工业生产。本发明专利技术提供的基于工业固废的纳米晶核悬浮液能大幅提高大掺量矿物掺合料的水泥基材料的早期水化与力学行为，具有很好的工业价值与应用前景。

A kind of nanocrystalline suspension based on industrial solid waste and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种基于工业固废的纳米晶核悬浮液及其制备方法
本专利技术涉及混凝土外加剂
，具体涉及一种基于工业固废的纳米晶核悬浮液及其制备方法。
技术介绍
近年来，混凝土材料已成为最大宗的人造建筑材料之一，其具有应用面广，容易获得，耐久性高等优点。仅在2015年，我国水泥产量已经超过世界水泥总产量的50％，混凝土产量已达到了一个历史的高峰。与此同时，我国的冶金、化工、煤炭、电力等行业所排放的固体废弃物(如矿粉、粉煤灰、钢渣、磷渣、硅灰等)的量也在逐年增加。这些大宗固体废弃物不仅占用了大量土地资源，而且还对环境、水体造成了严重的污染。现有技术中，一般将这些富含钙硅铝质的工业固体废弃物作为矿物掺和料的形式用于建筑材料中，从而改善混凝土结构的耐久性。然而，这些富含钙硅铝质的工业固体废弃物掺量过大时，将导致水泥基材料早期强度发展缓慢，难以满足现今建筑行业对施工效率以及建筑物早期安全性的要求。为了提高大掺量工业固体废弃物水泥基材料的早期水化及强度发展行为，最普遍的做法是对水泥基材料通过一定时间的蒸汽(压)养护或是加入早强型外加剂(氯化钙，硫酸钠，三乙醇胺，三异丙醇胺等)。这些早强常规手段虽然可以在很短的时间内快速提高大掺量工业固体废弃物水泥基材料的早期水化及强度发展，但也会带来水泥基材料后期强度倒缩，结构耐久性差等关键服役性缺陷以及蒸汽(压)养护能耗大、不够环保等问题。为了解决以上难题，亟需发展新型高效的早强手段，从而大幅度提高大掺量工业固体废弃物水泥基材料的早期水化及强度。近年来，利用人工合成的水化硅酸钙纳米晶核作为一种新型、高效的早强手段用于提高大掺量矿物掺合料(矿粉、粉煤灰、煅烧黏土等)的水泥基材料早期强度引起了大家的重视。水化硅酸钙纳米晶核作为一种纳米尺度的颗粒，其比表面积大，且与水泥水化最主要的水化产物C-S-H凝胶化学组成类似。在水泥早期水化的孔溶液中，作为一种优异的异相成核位点，水化硅酸钙纳米晶核可以显著降低C-S-H凝胶形成的成核势垒，缩短诱导期。与此同时，快速提升的硅相反应也促进了氢氧化钙和C-S-H凝胶的快速形成，显著缩短了矿物掺料的火山灰反应起始时间。因此，将水化硅酸钙纳米晶核应用于大掺量矿物掺合料的水泥基材料时呈现出了显著优势，并有望实现免蒸或是减少蒸汽(压)养护时间。中国专利CN102718228B公布了一种以硅灰为硅质原料的纳米水化硅酸钙的制备方法，一方面硅灰的价格相较于其他工业固体废弃物的成本较高，另一方面还需补充钙质化学试剂，合成工艺较为复杂。中国专利CN101830660A公布了一种用于混凝土生产的高活性晶种及其制备方法，所述晶种由废陶瓷粉、预磨电石渣粉和改性添加剂微波强化煅烧而成，其不仅合成工艺极为复杂，且煅烧制度，粉磨能耗也极高，不适用于大规模工业运用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于工业固废的纳米晶核悬浮液及其制备方法，解决现有技术中水化硅酸钙纳米晶核合成工艺复杂、反应缓慢、成本高、不适于大规模运用的技术问题。为达到上述技术目的，本专利技术的第一方面提供了一种基于工业固废的纳米晶核悬浮液的制备方法，包括以下步骤：将钙硅质工业固废经质子酸处理，得到钙硅质工业固废溶出液；将聚羧酸减水剂分散至水中，并调节pH至10.5～13.5，得到聚羧酸减水剂分散液；将钙硅质工业固废溶出液缓慢滴加至聚羧酸减水剂分散液中，进行搅拌反应，得到水化硅酸钙纳米晶核悬浮液。本专利技术的第二方面提供了一种基于工业固废的纳米晶核悬浮液，该基于工业固废的纳米晶核悬浮液通过本专利技术第一方面提供的一种基于工业固废的纳米晶核悬浮液的制备方法得到。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的基于工业固废的纳米晶核悬浮液的制备方法中所用的钙质、硅质原料均来自工业固废，来源广泛、成本低廉，制备过程简单，无需经过洗涤、干燥、超声分散等后续工艺，适用于工业生产。本专利技术提供的基于工业固废的纳米晶核悬浮液能大幅提高大掺量矿物掺合料的水泥基材料的早期水化与力学行为，具有很好的工业价值与应用前景。附图说明图1是本专利技术提供的基于工业固废的纳米晶核悬浮液的制备方法一实施方式的工艺流程图；图2是本专利技术实施例2所得水化硅酸钙纳米晶核X-射线衍射图谱。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1，本专利技术的第一方面提供了一种基于工业固废的纳米晶核悬浮液的制备方法，包括以下步骤：S1:将钙硅质工业固废经质子酸处理，得到钙硅质工业固废溶出液。S2:将聚羧酸减水剂分散至水中，并调节pH至10.5～13.5，得到聚羧酸减水剂分散液。S3:将钙硅质工业固废溶出液缓慢滴加至聚羧酸减水剂分散液中，进行搅拌反应，得到水化硅酸钙纳米晶核悬浮液。申请人研究发现，常见大宗富含钙硅质的工业固体废弃物中含有一定含量的玻璃体物质。本专利技术通过将钙硅质工业固体废弃物加入一定浓度的质子酸中，使其玻璃体成分中高聚态的硅氧四面体、铝氧四面体之间的共价键发生断裂并完全解聚成可溶性低聚态的硅氧四面体，这些可溶性低聚态的硅氧四面体、铝氧四面体在一定碱度的溶液中又可以重新排列，重构形成新的结构产物-水化硅酸钙；同时，通过加入梳状分子构型的高效聚羧酸减水剂，这些减水剂能够吸附在水化硅酸钙表面，并通过聚羧酸减水剂的静电斥力作用和长侧链提供的空间位阻效应防止水化硅酸钙颗粒发生团聚造成水化硅酸钙纳米效应不佳，能够制备出颗粒尺寸可控的纳米尺度的水化硅酸钙。这种方法原料来源广泛、成本低廉、合成工艺简单，适用于工业生产，为今后提高钙硅质工业废弃物的大规模高效应用及工业级水化硅酸钙晶核用于工程应用提供了新思路，社会效益与经济效益显著；通过这种方法合成的水化硅酸钙纳米晶核，能够在水化阶段早期提供大量成核位点并显著提高水泥基材料的早期水化历程与早期力学性能。优选地，上述钙硅质工业固废的粒径控制为200目以下。在此粒径范围内，能有效提高钙硅质工业固废的溶出率。优选地，上述钙硅质工业固废为矿粉、高钙粉煤灰、钢渣、磷渣、高炉镍铁渣、铅锌尾矿渣中的一种或多种，进一步优选为矿粉。进一步地，上述钙硅质工业固废包括按以下质量百分比的组分：氧化钙10.0～50.0wt％，二氧化硅15.0～50.0wt％，三氧化二铝3.0～25.0wt％，其他组分10.0～35wt％。其中，其他组分为氧化镁、三氧化二铁、五氧化二磷、氧化镍等存在于钙硅质工业固废中的组分。优选地，上述质子酸为盐酸或硝酸中的一种或两种，进一步优选为硝酸。优选地，上述质子酸的浓度为2～10mol/L。优选地，上述得到钙硅质工业固废溶出液的过程中，钙硅质工业固废与质子酸的固液比为1:(1～1000)。进一步地，上述钙硅质工业固废与质子酸的固液比为1：(10～100)。优选地，上述将钙硅质工业固废经质子酸处本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于工业固废的纳米晶核悬浮液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n将钙硅质工业固废经质子酸处理，得到钙硅质工业固废溶出液；/n将聚羧酸减水剂分散至水中，并调节pH至10.5～13.5，得到聚羧酸减水剂分散液；/n将所述钙硅质工业固废溶出液缓慢滴加至所述聚羧酸减水剂分散液中，进行搅拌反应，得到水化硅酸钙纳米晶核悬浮液。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于工业固废的纳米晶核悬浮液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将钙硅质工业固废经质子酸处理，得到钙硅质工业固废溶出液；
将聚羧酸减水剂分散至水中，并调节pH至10.5～13.5，得到聚羧酸减水剂分散液；
将所述钙硅质工业固废溶出液缓慢滴加至所述聚羧酸减水剂分散液中，进行搅拌反应，得到水化硅酸钙纳米晶核悬浮液。


2.根据权利要求1所述基于工业固废的纳米晶核悬浮液的制备方法，其特征在于，所述钙硅质工业固废为矿粉、高钙粉煤灰、钢渣、磷渣、高炉镍铁渣、铅锌尾矿渣中的一种或多种。


3.根据权利要求1所述基于工业固废的纳米晶核悬浮液的制备方法，其特征在于，所述钙硅质工业固废包括按以下质量百分比的组分：氧化钙10.0～50.0wt％，二氧化硅15.0～50.0wt％，三氧化二铝3.0～25.0wt％，其他组分10.0～35wt％。


4.根据权利要求1所述基于工业固废的纳米晶核悬浮液的制备方法，其特征在于，所述将钙硅质工业固废经质子酸处理的过程在搅拌的条件下进行，且所述搅拌的温度为20～150℃，所述搅拌的时间为0.5～12h。


5.根据权利要求1所述基于工业固废的纳米晶核悬浮液的制备方法，其特征在于，所述钙硅质工业固废溶出液中，钙的浓度为0.7～70mmo...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡传林，邹府兵，王发洲，胡曙光，沈坤杰，陶永征，阮云星，施闯，董烨民，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42