一种相变改性铅锌矿渣护轮带修复材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于相变改性铅锌矿渣的护轮带修复材料及其制备方法，在80

【技术实现步骤摘要】
一种相变改性铅锌矿渣护轮带修复材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于高性能工程复合材料和无机固体废弃物资源化利用领域，本专利技术适用于铅锌矿渣综合利用，是一种对活性二氧化硅含量低、密度高的铅锌矿渣高性能相变改性并制备新型护轮带修复工程复合材料的方法。

技术介绍

[0002]铅锌矿渣是铅锌矿选矿和冶炼后排出的粉状废渣，一般中等规模的铅锌矿厂年排放尾矿矿渣量在10
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30万吨左右。铅锌尾矿排放量大，现在一般采取堆场堆放的方式，需占用大量土地，还对附近的河流湖泊与生态环境造成一定程度的污染。因此，对铅锌尾矿矿渣的综合利用已势在必行。
[0003]铅锌矿石在自然界品种有150多种，但主要开采价值也只有方铅矿（PbS）、白铅矿（PbCO3），锌矿石也有50多种，然而最常见的只有闪锌矿(ZnS)、菱锌矿（ZnCO3）。铅锌矿成因复杂，生长环境不同造成铅锌矿与伴生矿种类差异较大。不同地质条件、不同地域的铅锌矿产生的尾矿和矿渣成分差异较大。目前，铅锌尾矿利用主要作为矿化剂来生产水泥熟料，可以有效地降低熟料矿物形成温度，加速硅酸三钙反应进程，从而达到有效节能降耗，和降低生产成本。根据铅锌尾矿富含氧化钙、氧化铁等成分，利用铅锌尾矿和矿渣代替部分原料生产水泥，既起到补充粘土铁含量不足，还可以节省钙质原料的用量。
[0004]由于铅锌尾矿和矿渣中富含二氧化硅，有可用于制备硅酸盐制品的前景，对二氧化硅含量低于35%的铅锌尾矿和矿渣进行相变改性和活化，并制备新型公路护轮带修复材料的利用目前尚未见报道。r/>
技术实现思路

[0005]本专利技术针对铅锌尾矿矿渣中含有的二氧化硅和硅酸盐矿物，提供一种制备新型公路护轮带修复工程复合材料及其制备方法，该方法是一种工艺简单、成本低廉的铅锌尾矿矿渣的高效资源化处理方法。
[0006]本专利技术的技术方案包含以下几个主要部分：1）铅锌矿渣相变改性铅锌矿渣中含有较丰富的二氧化硅，但这些二氧化硅多处于晶体状态，缺乏必要的活性，难以产生火山灰反应和效应。该专利采用的技术手段是相变改性，即通过在铅锌矿渣中掺入一定质量比例的Na2CO3粉末进行高温相变改性，使铅锌矿渣中的非活性二氧化硅晶体由晶态变成具有活性的无定型态，从而利用相变改性后铅锌矿渣中的活性无定型二氧化硅与水泥水化，铅锌矿渣中的部分超细硅酸盐矿物作为微骨料与水化硅酸钙具有更好的结合能力，增加新型护轮带修复材料的力学强度和耐久性能。
[0007]高温相变改性的温度是一个重要的工艺参数。将铅锌矿渣球磨至粒径为80目
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150目的颗粒，可以提高相变改性的均匀性，同时可以一定程度降低高温改性的温度。加入粒径为100
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180目的Na2CO3粉末可以有效降低铅锌矿渣的熔点和相变温度，从而大幅简化铅锌矿
渣的相变改性工艺，有效降低能源的消耗。研究表明，加入Na2CO3粉末后可将铅锌矿渣的相变温度降低到650
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900℃，因而选该温度范围作为煅烧改性温度。大量实验表明： Na2CO3粉末加入量通常根据铅锌矿渣的矿相以及各化学元素的相对含量而定，通常在0.5wt%
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10.0wt%范围内变化。
[0008]高温相变工艺的时间长短也是一个重要的参数，实验表明：如果时间小于2小时则相变改性的程度较低，活性无定型二氧化硅的含量偏低，影响火山灰效应的效果；当时间大于4小时，则可能会出现一定的烧结现象，也会影响晶态二氧化硅的非定型相变活化效果。因而，基于大量实验结果，最终确定相变改性工艺的时间为2
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4小时。相变改性结束并冷却至室温后，将混合料球磨至160
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200目。
[0009]2）高效多功能复合外加剂外加剂是制备高性能铅锌矿渣护轮带材料的重要组成部分，不仅可以调整其施工和易性，还可大幅改善其力学性能和物化性能。本专利技术专利制备了高效多功能复合外加剂，具备减水、控制和易性、提升粘结性、强度和耐久性等综合性功能。其中，减水剂选用了高效聚羧酸或改性聚羧酸，通过减少拌合水用量来提高护轮带材料的力学强度。护轮带材料施工过程中不需要有大的流动度，通过复合掺加羟丙基甲基纤维素醚（HPMC）设计和控制其流动性，当其粘度小于100,000Pa
·
S时流动性较大，易出现挂垂甚至流淌等现象，难以在护轮带表面形成稳定的保护层；当其粘度大于250,000mPa
·
S时，施工操作难度加大，表面较难收平，并严重影响施工后保护层的密实性和后期强度。采用具有良好分散功能的乙烯醋酸乙烯共聚物(VAC/E)作为分散剂，提高各组分的分散性和护轮带修复材料的均匀性。同时，加入一定量的消泡剂，以改善气孔结构，提修复材料的力学性能。经过多次实验，确定了高效多功能复合外加剂的组成，由聚羧酸减水剂或改性聚羧酸减水剂80
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100份、羟丙基甲基纤维素醚（HPMC）60
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80份、乙烯醋酸乙烯共聚物(VAC/E)20
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40份和消泡剂10
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20份复合而成。
[0010]3）增韧抗裂为了提高护轮带材料的韧性和抗裂能力，加入0
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2份的增韧纤维。增韧纤维优选非金属类无极纤维或有机纤维，如PVA纤维、PE纤维、玄武岩纤维、碳纤维、聚丙烯纤维等中的一种或几种组合。
[0011]4）后期强度通过掺加3
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6份粒径范围0.1
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0.3μm纯度大于90%的硅灰，弥补相变改性铅锌矿渣无定型二氧化硅含量不足的缺陷，可以提高水泥水化硅酸钙的含量，进一步提高修复材料的后期力学性能和物化性能。同时，加入粉煤灰微珠粉，不仅可改善施工操作的和易性，而且还可以一定程度的提高材料的后期强度。
[0012]针对本专利技术专利所述的相变改性铅锌矿渣进行了火山灰活性实验，采用抗压强度比法以掺入30%相变改性铅锌矿渣的水泥胶砂28 d抗压强度与硅酸盐水泥胶砂28 d抗压强度之比来表征改性后的铅锌尾矿的活性指数。如果该比值大于0.62，则认为熔炼后的铅锌尾矿具有火山灰胶凝活性，因为非活性磨细石英粉的抗压强度比为 0.62。
[0013]表1 28天强度比
由表1可以看出熔炼后的铅锌尾矿的水泥胶砂28 d抗压强度与硅酸盐水泥胶砂28 d抗压强度之比为0.90大于0.62，具有良好的火山灰胶凝活性。
[0014]实现本专利技术目的的技术方案具体步骤为：第一步将将铅锌矿渣球磨至粒度范围为80
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150目；第二步在球磨后的铅锌矿渣中加入一定质量份数的Na2CO3粉末，并进行充分搅拌，形成均匀的混合物；第三步将混合物粉末加入高温炉进行2
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4小时的相变改性，然后缓慢冷却至室温后进行球磨，形成相变改性铅锌矿渣粉；第四步将原材料按质量份比例称取，水泥70
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80份，硅灰3
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6份，微珠粉0.5
‑
3份，砂50
‑
65份，相变改性铅锌本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性铅锌矿渣护轮带修复材料及其制备方法，其特征在于包括以下步骤：第一步将铅锌矿渣球磨至粒度范围为80
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150目；第二步在球磨后的铅锌矿渣中加入一定质量份数的Na2CO3粉末，并进行充分搅拌，形成均匀的混合物；第三步将混合物粉末加入高温炉进行2
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4小时的相变改性，然后缓慢冷却至室温后进行球磨，形成相变改性铅锌矿渣粉；第四步将原材料按质量份比例称取，水泥70
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80份，硅灰3
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6份，微珠粉0.5
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3份，砂50
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65份，相变改性铅锌矿渣粉30
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45份，增韧纤维0
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2份，多功能复合外加剂0.48
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0.68份；第五步：将硅灰、水泥、微珠粉、砂、相变改性铅锌矿渣粉、增韧纤维和高效多功能复合外加剂按顺序先加入搅拌锅中搅拌4
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8分钟，形成改性铅锌矿渣护轮带修复材料；第六步：将上述改性铅锌矿渣护轮带修复材料进行防潮密封包装。2.根据权利要求1所述的一种改性铅锌矿渣护轮带修复材料及其制备方法，其特征在于，在铅锌矿矿渣中均匀加入粒径为100
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180目的Na2CO3粉末，对混合物进行高温煅烧相变改性。3.根据权利要求1和2所述的一种改性铅锌矿渣护轮带修复材料及其制备方法，其特征在于，Na2CO3粉末的质量添加量为0.5wt%
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10.0wt%。4.根据权利要求1
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4所述的一种改性铅锌矿渣护轮带修复材料及其制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈闪闪，崔晓昱，杨才千，谭鑫阳，杨景，
申请(专利权)人：江苏梦连桥土木科技有限公司，
类型：发明
国别省市：