[發明專利]一種高強度鎳渣基固廢膠凝材料及制備方法

有效

• 申請號: 202110010632.6
• 申請日: 2021-01-06
• 公開（公告）號: CN112608043B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 李玉博;楊啟凡;曾三海;賀行洋;蘇英;王迎斌;秦景燕;張權鋼;方嬌林;張路川;程璐;雷五宜
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: C04B7/21
• 分類號: C04B7/21;C04B11/26;C04B11/30
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 常海濤

本發明公開了一種高強度鎳渣基固廢膠凝材料及制備方法，屬于建筑材料領域。本發明的膠凝材料利用高爐鎳渣與磷石膏制備得到，按質量份計，其原料包括：鋼渣100～200份，高爐鎳渣400～500份，磷石膏300～400份，水泥熟料100份，水300～320份，減水劑1～3份。本發明應用于道路工程中的膠凝材料中，能使路基材料的初始流動度達到190mm以上，水泥試塊1天抗壓強度達到25MPa以上，28天的抗壓強度達到45MPa以上，本發明具有較高的工作和耐久性能。本發明操作簡單，固廢利用率高，節能環保，經濟性好。

技術領域

本發明屬于建筑材料技術領域，具體涉及一種用高爐鎳渣與磷石膏制備的高強度鎳渣基固廢膠凝材料及其制備方法。

背景技術

我國工業固體廢棄物的產量很大，而且隨著經濟的高速發展，固體廢棄物的產量也呈現不斷增多的趨勢。據生態環境部統計，2019年中國工業固體廢物產量為354268萬噸，而2019 年中國工業固體廢物綜合利用量僅為194935萬噸，工業固體廢物綜合利用率為55.02％。目前我國傳統的處理固廢方式大都采用填埋和焚燒，土地資源不堪重負，空氣質量無法保證，尤其是農村固體廢物污染問題日益嚴重。這種處理方式嚴重忽略了工業固廢可以作為原材料生產新型建材這一優點。

在我國的建筑行業固廢利用中，礦渣粉用在混凝土中具有工作性能好、后期強度高等優點，使其成為配制高強高性能混凝土的必要組分之一。但是由于我國商品混凝土產量逐年大幅上升，且礦渣的利用率達到85％以上，這導致礦渣的需求量太大，成本高，供不應求。

鎳渣是鎳金屬冶煉過程中，熔融態的鎳渣經自然風冷等方式而形成的粒化高爐廢渣，其在元素組成上具有SiO₂、FeO、CaO含量高等特點。其中水萃鎳渣具有大量的玻璃體，經過破碎機破碎后具有一定的膠凝活性，同時，鎳渣表面的多孔形貌能更好的與其他粉料相結合降低填充成本，具有良好的社會與經濟效益。根據我國目前的鎳生產工藝，每生產1t的鎳金屬約排出6～16t的鎳渣，目前對鎳渣的處理方式都是堆存閑置。而且這種方法不僅占用土地，造成環境污染，而且鎳渣中有價值的組分也得不到循環利用。所以鎳渣的資源化利用十分迫切。

磷石膏是磷化工企業濕法生產磷酸時排放出的固體廢棄物，每生產1t的磷酸將產生5t 的磷石膏。小型磷化工企業大多采用干法排渣，谷底堆放的方式，大型磷化工企業采用濕法排渣和堆存。這種堆放處理方式不但占用了大量土地，而且磷石膏中的可溶性磷和氟會在雨水的沖刷下轉移到周邊的土壤和地下水中，對周邊的生態環境造成嚴重污染。全世界范圍內，僅有15％的磷石膏被循環利用，剩下85％的磷石膏被當做固體廢料排放，我國的磷石膏利用率不足10％。所以，研究對磷石膏的有效利用方法刻不容緩。

因此，開發一種新型鎳渣基固廢凝膠材料，將高爐鎳渣和磷石膏作為原材料，不僅代替礦渣降低成本，提高這兩種固廢材料的利用率，而且對建材行業的發展和環境保護具有不可忽視的作用。

CN201410240137.4公開了一種鎳渣錳渣混凝土復合摻合料及其制備方法。它是由以下重量百分比的原料制成：鎳渣3～10％，錳渣25～45％，燒粘土10～30％，石灰石30～60％，黑石5～15％，磷石膏3～10％。這種復合摻合料用于混凝土中，在保證混凝土工作性能的前提下，提高了混凝土的強度。但其沒有有效去除磷石膏中的雜質和為鈣礬石提供一種適宜的堿性環境，從而無法進一步提高混凝土的強度。

CN201711014037.X公開了一種富硅鎂質鎳渣無熟料水泥及其制備方法。它的膠凝材料是由如下組分：富硅鎂質鎳渣、堿性激發劑、硫酸鹽激發劑，所述富硅鎂質鎳渣、堿性激發劑、硫酸鹽激發劑的質量百分比分別為30-70％、10-35％、5-30％。這種方法利用堿性激發、硫酸鈣激發以及水熱的共同作用，充分激發了富硅鎂質鎳渣的主要組分，使其成為膠結材料，將極大地發揮富硅鎂質鎳渣的膠結性潛能，為此大量利用提供途徑。但是它使用了多種激發劑，成本太高，操作復雜，并且會降低水泥試塊的耐久性。

發明內容