[發(fā)明專(zhuān)利]硫鋁酸鹽-鎂鋁尖晶石膠凝材料及制備方法、系統(tǒng)和應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111153590.8
• 申請(qǐng)日: 2021-09-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113772976A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-12-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任常在;華棟梁;李歡;王文龍;單光和;陳雷
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 齊魯工業(yè)大學(xué);山東省科學(xué)院能源研究所;新泰市工業(yè)技術(shù)研究院
• 主分類(lèi)號(hào): C04B7/32
• 分類(lèi)號(hào): C04B7/32;C04B7/36;C04B7/24;C04B7/153;E02D15/02;E04G21/02
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王磊

本發(fā)明屬于資源循環(huán)利用和先進(jìn)無(wú)機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及硫鋁酸鹽?鎂鋁尖晶石膠凝材料及制備方法、系統(tǒng)和應(yīng)用。主要由硫鋁酸四鈣、硅酸二鈣和鎂鋁尖晶石組成，鎂鋁尖晶石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于20％。采用富氧煅燒對(duì)二次鋁灰進(jìn)行脫氮、脫鹽、脫氟處理獲得煅燒鋁灰，將煅燒鋁灰與脫硫鎂渣、白云石尾礦、電石渣混合后煅燒，即得；所述富氧煅燒為外熱式的加熱方式。本發(fā)明提供的膠凝材料兼具有快硬、早強(qiáng)的水泥功能，同時(shí)在大體積澆筑中具有抗熱震性，在高溫下無(wú)裂紋產(chǎn)生。同時(shí)本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)電石渣、鎂法脫硫副產(chǎn)物、二次鋁灰向高值化硫鋁酸鹽?鎂鋁尖晶石特種膠凝材料轉(zhuǎn)化，大大降低特種膠凝材料的生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于資源循環(huán)利用和先進(jìn)無(wú)機(jī)非金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及硫鋁酸鹽-鎂鋁尖晶石膠凝材料及制備方法、系統(tǒng)和應(yīng)用。

背景技術(shù)

公開(kāi)該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

破解量大、面廣、害多的白云石尾礦、菱鎂礦尾礦、鎂渣、鎂法脫硫副產(chǎn)物等鎂資源在開(kāi)采-冶煉-利用整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的各類(lèi)含鎂廢渣資源化利用的難題，是推動(dòng)鎂資源綠色發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的重大任務(wù)。鎂產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)生的各類(lèi)固廢之所以難以完全蛻變?yōu)橘Y源，存在固廢本身和技術(shù)路徑兩方面的瓶頸：(1)固廢本身種類(lèi)多、成分雜、性狀劣，處置利用的成本高，衍生產(chǎn)品的性能差，因此固廢本身的屬性和價(jià)值有待突破；(2)常規(guī)固廢資源化路徑多是拘泥于單一固廢尋找價(jià)值挖掘途徑，技術(shù)束縛性強(qiáng)，亟待突破具有根本創(chuàng)新性的固廢資源化工藝技術(shù)。

含鎂廢渣低碳制備寬域成分特種膠凝材料或是其高值化、規(guī)模化、無(wú)害化利用的途徑之一。特種膠凝材料作為重點(diǎn)工程領(lǐng)域的“關(guān)鍵”材料，其中以硫(鐵)鋁酸鹽(SAC/FAC)、鋁酸鹽(CA)、磷酸鎂系(MPCs)為代表的特種膠凝材料，因其早強(qiáng)、高強(qiáng)、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)良特性，被視為重大特殊工程的首選材料。然而，傳統(tǒng)SAC/FAC、CA、MPCs材料對(duì)原材料鋁礬土、菱鎂礦的品位要求嚴(yán)格，同時(shí)磷酸鎂膠凝材料制備過(guò)程中能源消耗大、CO₂排放量高，上述問(wèn)題限制了傳統(tǒng)特種膠凝材料的大規(guī)模應(yīng)用。

另外，發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的硫鋁系膠凝材料水化產(chǎn)物主要是鈣凡石，該礦物在100～120℃條件下即分解，因此在進(jìn)行大體積澆筑過(guò)程中，硫鋁酸鹽熟料水化放熱過(guò)程中，熱量難以被釋放出來(lái)，而在澆筑體內(nèi)集中放熱，使?jié)仓w溫度升高，并易達(dá)到鈣凡石分解溫度，因此硫鋁酸鹽特種膠凝材料難以大體積澆筑。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供硫鋁酸鹽-鎂鋁尖晶石膠凝材料及制備方法、系統(tǒng)和應(yīng)用，本發(fā)明提供的膠凝材料兼具有快硬、早強(qiáng)的水泥功能，同時(shí)在大體積澆筑中具有抗熱震性，在高溫下無(wú)裂紋產(chǎn)生。同時(shí)本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)電石渣、鎂法脫硫副產(chǎn)物、二次鋁灰向高值化硫鋁酸鹽-鎂鋁尖晶石特種膠凝材料轉(zhuǎn)化，大大降低特種膠凝材料的生產(chǎn)成本。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一方面，一種硫鋁酸鹽-鎂鋁尖晶石膠凝材料，主要由硫鋁酸四鈣、硅酸二鈣和鎂鋁尖晶石組成，鎂鋁尖晶石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于20％。

為了解決硫鋁酸鹽特種膠凝材料難以大體積澆筑的問(wèn)題，本發(fā)明采用鎂鋁尖晶石與硫鋁酸四鈣、硅酸二鈣復(fù)合，由于鎂鋁尖晶石具有較高的抗熱震性、耐高溫性能、熱變形率低等優(yōu)點(diǎn)，因此在固廢基硫鋁酸鹽-鎂鋁尖晶石特種膠凝材料體系兼具有快硬、早強(qiáng)的水泥功能。同時(shí)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)膠凝材料中鎂鋁尖晶石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于10％時(shí)，形成的凝膠材料在大體積澆筑中不具有抗熱震性，而當(dāng)膠凝材料中鎂鋁尖晶石的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不低于20％時(shí)，在大體積澆筑中具有抗熱震性，在高溫下無(wú)裂紋產(chǎn)生。

硫鋁酸鹽-鎂鋁尖晶石膠凝材料可以通過(guò)硫鋁酸鹽水泥熟料與鎂鋁尖晶石進(jìn)行摻混獲得，但是需要將硫鋁酸鹽水泥熟料與鎂鋁尖晶石混合極為均勻，才能達(dá)到相應(yīng)效果。若混合不均勻，則會(huì)導(dǎo)致性能下降。