一种资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料及其制备方法。所述资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料，通过向以固体废弃物矿渣和钢渣为原料加工制得的矿渣微粉、钢渣超微粉中，按照合适配比添加第一复合激发剂和第二复合激发剂混匀后制得。该低碳胶凝材料，具有低碳环保、成本低和力学强度高等优点，且其安定性较好，符合国家标准。符合国家标准。

A low carbon cementitious material for resource utilization of industrial solid waste and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于胶凝材料
，具体涉及一种资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]充填法采矿工艺复杂，生产能力低，采矿成本高，一般用于贵金属和有色金属资源开采。随着我国对资源开发环保实施日趋严格以及面临更多的深埋、大水和高应力等难采矿体，充填法采矿法应用领域得到推广和扩展。不仅有色黄金矿山充填采矿比例逐步提高，而且也已经推广到铁矿以及煤矿开采。
[0003]胶结充填法是指将胶结剂、骨料和水按一定比例混合并搅拌均匀后，通过输送管道以重力自流或泵送的方式将充填浆体或膏体输送到采空区的充填采矿方法。胶结充填体的主要作用是满足采矿设备的作业要求和提供人工底柱或假顶，故强度要求根据充填工艺和充填体作用不同而变化，一般为1
‑
5MPa。胶结充填具有充填材料强度高、充填工艺简单和充填速度快等优点，而且也可以有效地利用尾砂，对于解决大量尾砂堆存造成的安全隐患和环境问题具有重要的意义。
[0004]水泥作为胶结充填中使用时间最久且应用最广的胶结剂，具有强度发展稳定和性质可靠等特点而在矿山充填中得到大规模应用，最常用的水泥种类为普通硅酸盐水泥。但水泥作为充填胶结剂也存在以下问题：（1）水泥熟料生产过程中需要消耗大量的煤、电、石灰石和粘土等资源且每生产1吨水泥熟料会排放出大约0.95吨CO2，造成资源浪费和环境污染；（2）当尾砂中含有硫化物时，硫化物经过氧化形成的酸和硫酸盐会降低水泥胶结充填材料的稳定性；（3）水泥胶结剂的费用占充填成本的60
‑
80%。因此，研究和开发成本低廉、性能优良和环保型的胶结剂是推动胶结充填技术进步的动力。
[0005]我国每年排放大量的钢渣、高炉矿渣、粉煤灰和有色冶金渣等具有潜在胶凝活性的工业固体废弃物。在满足矿山充填材料要求的前提下，将这些具有潜在胶凝活性的固体废弃物部分或全部替代水泥以制备胶结剂，既可以提高工业固体废弃物的综合利用率，又可以保护环境和降低胶结剂成本，具有广阔的发展前景。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术存在的上述问题，本专利技术提供了一种资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料及其制备方法。本专利技术所述低碳胶凝材料，使得工业固体废弃物得以资源化利用，具有低碳环保、成本低、力学强度高、环境友好等优点；本专利技术所述胶凝材料的安定性较好，符合国家标准。
[0007]本专利技术所采用的技术方案为：一种资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料，原料组分包括：矿渣超微粉5
‑
15重量份、钢渣超微粉5
‑
15重量份、第一复合激发剂0.5
‑
1.5重量
份，第二复合激发剂0.1
‑
1重量份。
[0008]进一步优选所述资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料的原料组分包括：矿渣超微粉10重量份、钢渣超微粉10重量份、第一复合激发剂1重量份、第二复合激发剂0.5重量份。
[0009]所述第一复合激发剂为副产石膏、氢氧化钙、偏铝酸钠按照质量比1
‑
2:1
‑
2:1
‑
2组成的混合物。
[0010]所述副产石膏为脱硫石膏或磷石膏。
[0011]所述第二复合激发剂为乙二胺四乙酸二钠和乙酸钠按照质量比1
‑
2:1
‑
2组成的混合物。
[0012]本申请专利技术人在长期研究中发现，通过加入第一复合激发剂，先是在氢氧化钙和偏铝酸钠的协同作用下，有效破坏钢渣和矿渣中的玻璃体结构，激发钢渣和矿渣的活性，促进水化反应的进行；之后在氢氧化钙与副产石膏的协同作用下，使体系生成稳定性更高的水化产物钙矾石。通过加入第二复合激发剂，其中的乙二胺四乙酸二钠在乙酸钠的协同作用下，与体系中的Ca
2+
发生络合反应，生成稳定螯合物，有效抑制水化反应过程中产生的应力对体系稳定性的破坏，同时增强体系的集聚力和安定性。
[0013]所述矿渣超微粉的比表面积为550
‑
600 m2/kg。所述钢渣超微粉的比表面积为500
‑
600 m2/kg。
[0014]本申请专利技术人在研究中发现，只有当矿渣超微粉的比表面积为550
‑
600 m2/kg、钢渣超微粉的比表面积在500
‑
600 m2/kg之间时，最有利于加快体系水化反应速度，最终提高获得胶凝材料的强度和力学性能最佳。这是由于，颗粒粒径较大时，活性较差，安定性不好，而通过将矿渣或钢渣磨细，随着比表面积变大，表面活化能增大，活性和安定性都得以有效提升，最终有利于胶凝材料的强度增加；然而，随着比表面积的变大，使得颗粒表面处于亚稳态，颗粒之间容易发生团聚现象，最终导致制得胶凝材料的强度不仅没有增加反而降低。
[0015]所述低碳胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：（S1）取矿渣超微粉和钢渣超微粉，经充分混合均匀，得到混合粉；（S2）取第一复合激发剂的各原料，进行充分混匀，得到第一复合激发剂，将所述第一复合激发剂与步骤（S1）所述混合粉进行球磨混匀， 得到第一混合体系；（S3）取第二复合激发剂的各原料，进行充分混匀后，得到第二复合激发剂，将所述第二复合激发剂与步骤（S2）所得第一混合体系进行球磨混匀，得到所述低碳胶凝材料。
[0016]步骤（S2）中，球磨时间为5
‑
15min；步骤（S3）中，球磨时间为5
‑
15min。
[0017]此外， 本专利技术所述低碳胶凝材料的胶结特性好，与尾砂的结合力强，能够适用于含硫尾砂，有效解决高硫超细尾砂与普通水泥胶结充填存在的强度低、成本高等缺点，且本专利技术所述低碳胶凝材料能够有效固化尾砂中的重金属，减少污染物浸出。
[0018]本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料，通过向以固体废弃物矿渣和钢渣为原料加工制得的矿渣微粉、钢渣超微粉中，按照合适配比添加第一复合激发剂和第二复合激发剂混匀后制得。该低碳胶凝材料，具有低碳环保、成本低和力学强度高等优点，且其安定性较好，符合国家标准。
具体实施方式
[0019]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本专利技术所保护的范围。
[0020]下面实施例中以1重量份代表100g。下述实施例和对比例中采用的原料，除特定说明之外，其他原料均为市售产品。
[0021]实施例1本实施例提供一种资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料，原料组分包括：比表面积为550m2/kg的矿渣超微粉，5重量份；比表面积为500m2/kg的钢渣超微粉，15重量份；脱硫石膏、氢氧化钙、偏铝酸钠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料，其特征在于，原料组分包括：矿渣超微粉5
‑
15重量份、钢渣超微粉5
‑
15重量份、第一复合激发剂0.5
‑
1.5重量份，第二复合激发剂0.1
‑
1重量份。2.根据权利要求1所述的资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料，其特征在于，原料组分包括：矿渣超微粉10重量份、钢渣超微粉10重量份、第一复合激发剂1重量份、第二复合激发剂0.5重量份。3.根据权利要求1所述的资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料，其特征在于，所述第一复合激发剂为副产石膏、氢氧化钙、偏铝酸钠按照质量比1
‑
2:1
‑
2:1
‑
2组成的混合物。4.根据权利要求3所述的资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料，其特征在于，所述副产石膏为脱硫石膏或磷石膏。5.根据权利要求1所述的资源化利用工业固体废弃物的低碳胶凝材料，其特征在于，所述第二复合激发剂为乙二胺四乙酸二钠和乙酸钠按照质量比1
‑
2:1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄晓燕，张静文，高巍，张宁，
申请(专利权)人：山西蕴宏环境科技发展有限责任公司，
类型：发明
国别省市：