[發明專利]錳渣基地質聚合物膠凝材料的制備方法

有效

• 申請號: 200810073692.7
• 申請日: 2008-07-18
• 公開（公告）號: CN101328029A
• 公開（公告）日: 2008-12-24
• 發明（設計）人: 陳平;劉榮進;馬帥;賈韶輝;安慶鋒;李海東;王一靚
• 申請（專利權）人: 桂林工學院
• 主分類號: C04B7/153
• 分類號: C04B7/153
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于無機非金屬類，涉及一種錳渣基地質聚合物膠凝材料的制備方法。

背景技術

現代建筑材料工業生產中，水泥是很重要的一類基礎材料。水泥生產消耗大量的資源、能源，2005年水泥制造業能源消耗總量占建材工業能源消耗總量的75.5％。我國水泥產量多年占世界首位，2006年末統計水泥產量已經達到了12.4億噸，而2006年世界其它各國水泥產量有13，28億噸，可以說，幾乎世界水泥的一半在中國。然而，水泥工業已經成為影響氣候變化和壞境污染的重要因素，水泥生產過程排放的大量CO₂成為溫室氣體的罪魁禍首，同時產生的SO₂，NOx等有害氣體也對空氣質量產生了不利影響，中國是當今世界第二大消費國，對此問題不可忽視。

錳鐵礦渣是一類特殊的礦渣，它是錳鐵合金在高溫冶煉過程中由所排放的熔渣經水急冷而成的粒狀顆粒，因氧化亞錳含量較高又稱錳渣。錳鐵礦渣經過水淬急冷后具備潛在水硬性和火山灰性，是一種活性較高的材料，與礦渣、粉煤灰等工業廢渣一樣，具有應用開發的價值。錳渣數量約為錳鐵合金產量的2-2.5倍，2004年全國錳鐵合金產量865萬噸，產生錳渣約為1700萬噸，錳渣除30％左右用于水泥混合材和回爐冶煉外，其他70％作堆填處理，按此估計全國當年錳渣凈排放量約為1200萬噸。錳渣利用狀況堪憂，廣西作為全國錳礦資源最豐富的新興錳業大省，鐵合金冶煉過程中所產生錳渣大部分采用堆填處理。隨著經濟的發展，錳渣排放造成的系列社會、經濟和環境問題開始凸現出來，一方面堆填占用大量的土地，增加企業成本，野外堆填則導致成片的“渣山”出現；另一方面，堆填錳渣中的Mn、Cr元素在雨水作用下很容易流失，污染水質。

地質聚合物是以鋁硅酸鹽礦物或者工業固體廢棄物為主要原料，以高嶺石作配料，以硅酸鈉作結構模板劑，以氫氧化鈉等堿類物質作激活劑，經配料、混勻、加水攪拌成型，并在一定時間內通過水化聚合、脫水硬化形成的一類無機非金屬材料。自20世紀70年代以來，國內外大批學者對地質聚合物進行了研究，已在高爐礦渣、鋼渣、粉煤灰等工業廢渣的研究中取得成果。該物質形成過程為：鋁硅酸鹽固體組分的溶解絡合，分散遷移，濃縮聚合和脫水硬化，由鋁硅酸鹽凝膠相形成的基體相，物理形態上呈三維網絡結構，將未溶解的固體顆粒膠結為堅硬塊體，是材料獲得良好的力學性能和化學穩定性的結構基礎。地質聚合物是一種非常好的材料，集高聚物、陶瓷、水泥等材料性質與一體，各項性能指標突出。

發明內容

本發明的目的就是為了解決現有錳渣利用率不高及水泥生產所造成的氣候和環境問題，提供一種以錳渣、高嶺土為主要原料的錳渣基地質聚合物材料的制備方法。

本發明具體步驟為：

(1)原料由固體組分和液體組分兩部分組成，固體組分質量百分比含量如下：錳渣50～90％、高嶺土10～50％；液體組分由激發劑、水玻璃和水組成，液體組分為固體組分質量百分比的25％～40％；液體組分按體積比含量如下：水玻璃20～60％、水40～80％，激發劑為固體組分質量百分比的0～4％；激發劑為KOH、NaOH、Na₂SO₄、CaSO₄中的一種；

(2)將錳渣烘干至含水率小于1％，放入球磨機中粉磨至比表面積400～600m²/Kg；取高嶺土在650～900℃煅燒至偏高嶺土，并粉磨至比表面積為500～700m²/Kg；

(3)將激發劑摻入水玻璃中，并將其與水混合均勻，得到水玻璃模數為1.5～2.5、波美度35～45°的水玻璃混合溶液；

(4)將步驟(3)配置好的混合溶液緩慢加入到錳渣與偏高嶺土微粉的混合粉料中，攪拌60～90秒，混合、攪拌均勻后制備成型，經養護即可。

本發明采用水玻璃、KOH、NaOH等激發劑對錳渣、偏高嶺土進行激發即可制得，強度等級達到62.5MPa以上，其安定性良好，凝結時間和強度合格。固體組分和液體組分各組分全部分別密封保存和運輸，配制錳渣基地質聚合物材料以現場混合、攪拌形式進行。

其中，激發劑作用為：提供物料反應的堿性環境，加快偏高嶺土在堿性溶液中的解聚-縮聚過程，提供OH^-使聚合物形成初始網絡結構；偏高嶺土的作用為：提供聚合物形成結構的原料；錳渣作用為：釋放Ca²⁺，促進聚合物形成，同時水形成硅酸鹽類礦物，提供OH^-。