【技术实现步骤摘要】
技术介绍
0、
技术介绍
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1、碱激发胶凝材料经历了多年的发展，其性能等基本情况及硅铝聚合反应等基本规律已经明了。但这些认识都是基于矿渣、粉煤灰、偏高岭土等常见原料，碱激发胶凝材料目前仍存在胶凝材料类型单一、成本高的问题。此外，铝硅酸盐原料的sio2/al2o3摩尔比是影响胶凝材料粘结剂体系微观结构和工程性能发展的主要因素之一，然而，大多数火山灰胶凝材料由于原料的高sio2/al2o3摩尔比造成的弱反应性，从而表现出较低的胶结性能或较差的性能。
2、虽然近年来在新型胶凝材料的研究方面取得了一定的进展，然而在采用高铝材料的铝土矿粉制备充填胶凝材料方面鲜有报道。
3、通过一些学者的长期研究发现，铝土矿粉作为一种高铝岩石粉末，铝土矿粉可与火山灰适当结合，以改善粘结剂体系的性能。然而，在自然状态下，因于其高度结晶的相，包括三水铝石、薄水铝石和一水铝石，铝土矿粉在碱介质中表现为低溶解性、低活性。因此，研究如何高效提高铝土矿粉的活性，不仅可以解决矿山尾矿大量堆存，处置难的问题，还可以大幅度降低充填采矿的成本，真正实现绿色矿山建设，矿业可持续发展。
技术实现思路
0、
技术实现思路
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1、本专利技术要解决的技术问题是：
2、1.本专利技术的目的之一是：通过研磨的方式，改善铝土矿粉在碱性介质中低溶解性及低反应活性的缺点，同时尽可能充分利用固废材料之间的耦合作用，实现对铝土矿粉反应活性及复合胶凝材料力学性能的提升。
3、2.本专利
4、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
5、一种以硅铝质固废为原料的复合胶凝材料，由铝土矿粉、矿渣粉、自然煤矸石、活化剂及水复配而成。各组分所占重量份数如下：铝土矿粉55～35份、矿渣30～35份、自燃煤矸石粉15～30份、活化剂3～6份，水胶比0.3～0.34(水与各组分总和的质量比)。
6、进一步的，所述活化剂由氢氧化钠与硅酸钠复配而成，其中硅酸钠采用工业级别速溶型，模数为2.0～2.3模数，其中氢氧化钠为纯度≥96％的白色颗粒。
7、进一步的，所述矿渣粉为s105级别，比表面积不小于2500m2/kg。
8、进一步的，所述铝土矿粉中al2o3的含量为50％～70％、sio2的含量为15％～35％，且其0.3mm方孔筛通过率不少90％，比表面积不小于3000m2/kg。
9、进一步的，所述自燃煤矸石的sio2的含量为55％～70％，al2o3的含量为15％～25％、cao含量3％～10％。
10、一种以硅铝质固废为原料的复合胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
11、(1)材料前期处理工作：
12、将铝土矿粉置于烘干机中，烘干温度为103℃～105℃，烘干处理12～24h，再将烘干处理得到的铝土矿粉置于行星式球磨机球磨处理15～20min，再过0.15mm方孔筛，未过0.15mm方孔筛的铝土矿粉继续机械破碎后再进行球磨处理，再次过筛，重复上述步骤直至铝土矿粉全部过筛，得到最后物料的最大颗粒径小于10mm，颗粒级配1-30μm＞98％；
13、将自燃煤矸石置于烘干机中，烘干温度为103℃～105℃，烘干处理12～24h，再将烘干处理得到的自燃煤矸石置于颚式破碎机破碎，并过0.35mm方孔筛子，再将破碎处理得到的自燃煤矸石粉置于行星式球磨机球磨处理15～20min，过0.15mm方孔筛，未过0.15mm方孔筛的自燃煤矸石粉继续机械破碎后再进行球磨处理，再次过筛，重复上述步骤直至铝土矿粉全部过筛，得到最后物料的最大颗粒径小于10mm，颗粒级配1-30μm＞98％；
14、活化剂制备：将工业级速溶型硅酸钠与氢氧化钠按比例称重并混合，并使其充分溶解与混合均匀，静置2～3h，待溶液冷却至室温，制得活化剂。
15、胶凝材料的制备：按配比称取各原料，置于搅拌锅中，搅拌30s后得到复合粉料，将活化剂倒入搅拌锅内，再次搅拌210s～240s，制得复合胶凝材料。
16、本专利技术所具有的有益效果是：
17、1.本专利技术通过活化剂提供的碱性环境能促进矿渣粉的水化，同时利用富含铝相的铝土矿粉、富含钙硅相的矿渣粉、富含硅相的自然煤矸石粉三者之间通过耦合作用，使复合体系成为具备一定强度的水硬性胶凝材料。
18、2.本专利技术通过机械研磨及化学耦合活化的多动力源活化方式，选用矿渣粉及低活性的自然煤矸石粉实现协同作用等手段实现对碱性条件下铝土矿粉的反应活性的提升，通过矿渣粉溶解产生的钙离子促进铝土矿粉解聚产生的铝单体及自然煤矸石粉解聚产生的硅单体的聚合反应，进而实现对铝土矿粉的溶解及反应活性的提升作用，进而实现对铝土矿粉基胶凝材料强度的提升。
19、3.在引入富含钙相的矿渣粉后，提高了液相中ca2+离子溶度并改变了体系ca/si比，为生成水化硅酸钙及钙矾石的形成提供了钙元素，增加了体系的早期强度并且导致凝结时间的快速下降，同时提高了浆体的碱浓度。同时富含硅相的自然煤矸石粉的引入，补充了体系中的硅元素，改变了体系的si/al比，有助于水化硅酸钙的形成与水化产物聚合度的提升，增强了体系的早期强度和后期强度。通过矿渣、自燃煤矸石微粉的匹配协同实现对铝土矿粉基胶凝材料各阶段反应过程、产物组成、微观结构与宏观性能活性提升，提出了适用于铝土矿粉基体的多元体系胶凝材料协同强化设计理论和制备方法。
20、
21、4.本专利技术利用低活性的铝土矿粉制备出具有高性能的复合胶凝材料，不仅拓展了胶凝材料的制备原料来源，而且能够大量消耗大宗固废，减少了环境污染。同时为大规模消纳富含硅铝组分尾矿提供具有可行性的基础方案。
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1.一种以硅铝质固废为原料的复合胶凝材料，由铝土矿粉、矿渣粉、自然煤矸石粉、活化剂及水复配制备而成。各组分所占重量份数如下：铝土矿粉55～35份、矿渣30～35份、自燃煤矸石粉15～30份、活化剂3～6份，水胶比0.3～0.34。
2.根据权利要求1所述的一种以硅铝质固废为原料的复合胶凝材料，其特征在于：所述铝土矿粉中Al2O3的含量为50％～70％、SiO2的含量为15％～35％，且其0.3mm方孔筛通过率不少90％，比表面积不小于3000m2/Kg。
3.根据权利要求1所述的一种以硅铝质固废为原料的复合胶凝材料，其特征在于：所述自燃煤矸石的SiO2的含量为55％～70％，Al2O3的含量为15％～25％、CaO含量3％～10％。其在0.15mm方孔筛通过率不低于85％。
4.根据权利要求1所述的一种以硅铝质固废为原料的复合胶凝材料，其特征在于：所述活化剂由氢氧化钠与硅酸钠复配而成，其中硅酸钠采用工业级别速溶型，模数为2.0～2.3模数，其中氢氧化钠为纯度≥96％的白色颗粒。
5.一种如权利要求1-4任一项所述以硅铝质固废为原料的
6.根据权利要求5所述的以硅铝质固废为原料的复合胶凝材料的制备方法，其特征在于铝土矿粉的研磨机器为XQM-4立式行星球磨机。球料比球磨处理15～20min，再过0.15mm方孔筛，未过0.15mm方孔筛的铝土矿粉继续机械破碎后再进行球磨处理，再次过筛，重复上述步骤直至铝土矿粉全部过筛，得到最后物料的最大颗粒径小于10mm，颗粒级配1～30μm＞98％。
7.根据权利要求5所述的以硅铝质固废为原料的复合胶凝材料的制备方法，其特征在于自然煤矸石的研磨处理：将自然煤矸石碎石置于颚式破碎机破碎，并过0.35mm方孔筛子，再将破碎处理得到的自燃煤矸石粉置于行星式球磨机球磨处理15～20min，过0.15mm方孔筛，未过0.15mm方孔筛的自燃煤矸石粉继续机械破碎后再进行球磨处理，再次过筛，重复上述步骤直至铝土矿粉全部过筛，得到最后物料的最大颗粒径小于10mm，颗粒级配1-30μm＞98％。
...【技术特征摘要】
1.一种以硅铝质固废为原料的复合胶凝材料，由铝土矿粉、矿渣粉、自然煤矸石粉、活化剂及水复配制备而成。各组分所占重量份数如下：铝土矿粉55～35份、矿渣30～35份、自燃煤矸石粉15～30份、活化剂3～6份，水胶比0.3～0.34。
2.根据权利要求1所述的一种以硅铝质固废为原料的复合胶凝材料，其特征在于：所述铝土矿粉中al2o3的含量为50％～70％、sio2的含量为15％～35％，且其0.3mm方孔筛通过率不少90％，比表面积不小于3000m2/kg。
3.根据权利要求1所述的一种以硅铝质固废为原料的复合胶凝材料，其特征在于：所述自燃煤矸石的sio2的含量为55％～70％，al2o3的含量为15％～25％、cao含量3％～10％。其在0.15mm方孔筛通过率不低于85％。
4.根据权利要求1所述的一种以硅铝质固废为原料的复合胶凝材料，其特征在于：所述活化剂由氢氧化钠与硅酸钠复配而成，其中硅酸钠采用工业级别速溶型，模数为2.0～2.3模数，其中氢氧化钠为纯度≥96％的白色颗粒。
【专利技术属性】
技术研发人员：张延年，王立龙，汪青杰，张林，尚昀郅，
申请(专利权)人：沈阳建筑大学，
类型：发明
国别省市：
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