一种改性锰渣-矿粉复合胶凝材料制造技术

一种改性锰渣-矿粉复合胶凝材料，原料包括18-38wt％复合掺合料、50-62wt％矿渣粉、0-30％熟料；所述的复合掺合料包括78-82wt％改性电解锰渣、0-18wt％Ca(OH)2和0-22％熟料；所述的改性锰渣是通过以下方式得到的：干燥预处理电解锰渣至含水率＜10％，将经干燥预处理的锰渣粉磨至比表面积＞13m2/g，比表面积按氮吸附BET法测定，然后将粉磨后的锰渣以40-60℃/h升温至350-450℃保温后随炉冷却得到。本发明专利技术是一种可大掺量地利用工业固体废物(主要是锰渣和矿渣)的无熟料或者少熟料绿色胶凝材料，即改性锰渣-矿粉复合胶凝材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工业固体废物资源化利用
，具体涉及一种先将电解锰生产过 程中的洗滤渣(下文中简称“锰渣”)进行激活改性制成复合掺合料，再配入矿渣、熟料制备 而成的复合胶凝材料。
技术介绍
随着国民经济和科学技术的持续发展，城乡建设和房地产开发迅速增长，各种建 筑材料的生产和应用大幅度上升，其中用途最为广泛且使用量最大的胶凝材料是硅酸盐水 泥。我国的水泥年产量目前已经超过9亿t，熟料产量超过6亿t，同时每年排放二氧化碳 6. 3亿吨、二氧化硫66万吨、氮氧化物135万吨、粉尘155万吨，其引发的酸雨和温室效应加 剧了全球变暖和重大自然灾害的频繁发生。同时，水泥的生产需要大量使用粘土、石灰石作 为主要原料，消耗了大量的天然资源。可见，水泥生产行业资源消耗高对环境的影响很大。我国工业固体废物产生量和堆积量呈逐年增长的趋势。自1992年开始工业固废 年产量均在6亿t以上，2000年之后年产量已经超过10亿t，预计到2015中国工业企业 (包括乡镇企业)的固体废物和危险废物的产生量将分别达到23. 1亿t和0. 57亿t，我国 历年堆积的工业废渣多达70多亿吨，占用土地100多万亩。固体废物的种类繁多，成分复 杂，数量巨大，是环境的主要污染源之一。因此，高掺量利用废渣、降低能耗、开发出新型胶 凝材料以减少硅酸盐水泥熟料的消耗，是水泥行业可持续发展的需要。电解锰渣是电解锰生产过程中的洗滤渣。据统计平均每生产It电解锰，所排放的 废渣约4 6t。2009年电解锰产量高达130万吨/年，全国锰渣的排放量至少在500万吨 /年以上，历年堆存量在2000万吨以上。目前锰渣利用量很少，这不仅占用土地、污染土壤、 危害农作物、制约企业的发展，而且已成为当地环境水体的主要污染源之一。电解锰渣兼具潜在水硬性类和石膏类工业固废的特点，但含水高达25-30%，难 以直接用于胶凝材料制备。锰渣中的硫酸钙以二水石膏形态存在，活性不高，其它组分如 SiO2, Al2O3等物质的水化反应缓慢。目前国内利用锰渣制备胶凝材料的研究主要有将锰 渣进行高温(600-700°C )煅烧后用于取代部分石膏掺入硅酸盐水泥作缓凝剂；将煅烧锰渣 配合粉煤灰一起掺入硅酸盐水泥中取代部分熟料作掺合料；以废锰渣为原料制备锰肥和硫 酸锰产品；利用锰渣制砖、铺路等。本专利技术在掌握锰渣物化特性的基础上，以经复合激 活改性的锰渣掺合料和S95级矿渣为主料，熟料为强度调节辅料，制备改性锰渣-矿粉复合 胶凝材料。该技术国内尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术提供一种可大掺量地利用工业固体废物(主要是锰渣和矿渣)的无熟料或 者少熟料绿色胶凝材料，即改性锰渣-矿粉复合胶凝材料。本专利技术的一种改性锰渣-矿粉复合胶凝材料，原料包括18-38wt% (wt%为重量百 分比)复合掺合料、50-62Wt%矿渣粉、0-30%熟料；所述的复合掺合料包括78-82wt%改性电解锰渣、0-18wt% Ca(OH)2和0-22%熟料；所述的改性锰渣是通过以下方式得到的干燥 预处理电解锰渣至含水率< 10%，将经干燥预处理的锰渣粉磨至比表面积> 13m2/g，比表 面积按氮吸附BET法测定，然后将粉磨后的锰渣以40-60°C /h升温至350-450°C保温后随 炉冷却得到。所述的复合胶凝材料中的矿渣粉比表面积为0. 5-1. 0m2/g，按氮吸附BET法测定。所述的复合胶凝材料中比表面积为0. 5-1. 0m2/g的矿渣粉是通过以下方式得到， 将预破碎至3mm以下的矿渣采用球磨机按球料比3. 5-4. 0粉磨8-32min。所述的复合胶凝材料中的熟料比表面积为0. 6-1. 2m2/g,按氮吸附BET法测定。所述的复合胶凝材料中比表面积为0. 6-1. 2m2/g的熟料是通过以下预处理方式得 到将预破碎至3mm以下熟料采用球磨机按球料比3. 0-3. 8粉磨5-25min。所述的复合掺合料中的消石灰和熟料至少过180目筛。所述的干燥预处理是将锰渣在75-95°C条件下干燥或自然风干至含水率< 10%。采用球磨机按球料比3. 0-4. 0将经干燥预处理的锰渣粉磨4-8min比表面积> 13m2/g。粉磨后的锰渣以40_60°C /h升温至350_450°C保温1_2小时后随炉冷却。本专利技术首先将经过干燥预处理的电解锰渣球磨至规定的时间或比表面积，经低温 热处理后配入适量的辅助激活剂制备成复合掺合料，然后将矿渣和熟料球磨至规定的时 间或比表面积，最后将改性锰渣复合掺合料、矿粉和熟料按一定配比混合均勻得到改性锰 渣-矿粉复合胶凝材料。具体的制备方法为取电解锰渣，在75-95°C条件下干燥或自然风干至含水率 < 10%，采用球磨机按球料比3. 0-4. 0将经干燥预处理的锰渣粉磨4-8min至比表面积> 13m2/g (按氮吸附BET法测定)，然后将粉磨后的锰渣以40-60°C /h升温至350_450°C，并保 温l_2h随炉冷却，最后按78-82wt %改性电解锰渣、0-18wt % Ca (OH) 2、0_22 %熟料(消石灰 和熟料均要求至少过180目筛)，将原料混勻，即得到复合掺合料。进一步将预破碎至3mm 以下的矿渣采用球磨机按球料比3. 5-4. 0粉磨8-32min至比表面积为0. 5-1. 0m2/g(按氮吸 附BET法测定)，将预破碎至3mm以下熟料采用球磨机按球料比3. 0-3. 8粉磨5-25min至比 表面积为0. 6-1. 2m2/g (按氮吸附BET法测定)，最后按18_38wt %复合掺合料、50_62wt % 矿粉、0-30%熟料将原料混勻即得到改性锰渣-矿粉复合胶凝材料。本专利技术中，锰渣热处理使其主要组分硫酸钙由活性不高的二水石膏转变成溶解度 大、水化溶解速率快的无水石膏(III)和半水石膏混晶形式，极大地强化了锰渣的缓凝活 性和激发活性。掺入消石灰和熟料，为锰渣发挥其硫酸盐激发作用提供碱性环境，同时也对 矿渣和锰渣中的活性SiO2、活性Al2O3等物质进行碱激发，加速其水化速率，促进其水化程 度。机械球磨有效地降低了原料的颗粒粒径，增加其比表面积和组分晶体缺陷，提高其水化 反应活性，从而大大改善锰渣-矿粉复合胶凝材料性能。部分辅助熟料的掺入，对胶凝材料 的强度起到调节作用。本项技术的特点在于改性锰渣复合掺合料的掺入能对胶凝材料同时起到缓凝与 激发作用，既能调节胶凝材料的凝结时间，又促进原料中活性组分的水化，从而有效克服了 矿渣类胶凝材料早期强度不高的缺点。此外，本项技术仅通过低温热处理锰渣，球磨矿渣和 熟料，添加常规辅助激发剂，最后混料制备了大掺量利用工业固废的无熟料和少熟料的胶凝材料，生产工艺简单，能耗低，资源消耗少，是一种绿色环保的建材制备技术。经本技术制 备的改性锰渣-矿粉胶凝材料，按《GB/T1346-2001水泥标准粘稠度用水量、缓凝时间、安定 性检测方法》测定其初凝时间为150-250min，终凝时间为300-350min，不仅符合国标，更符 合人们的使用习惯，实用性强；其腐蚀性及浸出毒性分析符合《GB5085. 1-2007危险废物鉴 别标准腐蚀性鉴别》和《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别GB5085. 3-2007》本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种改性锰渣－矿粉复合胶凝材料，原料包括１８－３８ｗｔ％复合掺合料、５０－６２ｗｔ％矿渣粉、０－３０％熟料；所述的复合掺合料包括７８－８２ｗｔ％改性电解锰渣、０－１８ｗｔ％Ｃａ（ＯＨ）２和０－２２％熟料；所述的改性锰渣是通过以下方式得到的：干燥预处理电解锰渣至含水率＜１０％，将经干燥预处理的锰渣粉磨至比表面积＞１３ｍ２／ｇ，比表面积按氮吸附ＢＥＴ法测定，然后将粉磨后的锰渣以４０－６０℃／ｈ升温至３５０－４５０℃保温后随炉冷却得到。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：彭兵，柴立元，王佳，张强，张金龙，闵小波，杨志辉，王海鹰，杨卫春，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：43