[发明专利]锰渣基地质聚合物胶凝材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机非金属类，涉及一种锰渣基地质聚合物胶凝材料的制备方法。

背景技术

现代建筑材料工业生产中，水泥是很重要的一类基础材料。水泥生产消耗大量的资源、能源，2005年水泥制造业能源消耗总量占建材工业能源消耗总量的75.5％。我国水泥产量多年占世界首位，2006年末统计水泥产量已经达到了12.4亿吨，而2006年世界其它各国水泥产量有13，28亿吨，可以说，几乎世界水泥的一半在中国。然而，水泥工业已经成为影响气候变化和坏境污染的重要因素，水泥生产过程排放的大量CO₂成为温室气体的罪魁祸首，同时产生的SO₂，NOx等有害气体也对空气质量产生了不利影响，中国是当今世界第二大消费国，对此问题不可忽视。

锰铁矿渣是一类特殊的矿渣，它是锰铁合金在高温冶炼过程中由所排放的熔渣经水急冷而成的粒状颗粒，因氧化亚锰含量较高又称锰渣。锰铁矿渣经过水淬急冷后具备潜在水硬性和火山灰性，是一种活性较高的材料，与矿渣、粉煤灰等工业废渣一样，具有应用开发的价值。锰渣数量约为锰铁合金产量的2-2.5倍，2004年全国锰铁合金产量865万吨，产生锰渣约为1700万吨，锰渣除30％左右用于水泥混合材和回炉冶炼外，其他70％作堆填处理，按此估计全国当年锰渣净排放量约为1200万吨。锰渣利用状况堪忧，广西作为全国锰矿资源最丰富的新兴锰业大省，铁合金冶炼过程中所产生锰渣大部分采用堆填处理。随着经济的发展，锰渣排放造成的系列社会、经济和环境问题开始凸现出来，一方面堆填占用大量的土地，增加企业成本，野外堆填则导致成片的“渣山”出现；另一方面，堆填锰渣中的Mn、Cr元素在雨水作用下很容易流失，污染水质。

地质聚合物是以铝硅酸盐矿物或者工业固体废弃物为主要原料，以高岭石作配料，以硅酸钠作结构模板剂，以氢氧化钠等碱类物质作激活剂，经配料、混匀、加水搅拌成型，并在一定时间内通过水化聚合、脱水硬化形成的一类无机非金属材料。自20世纪70年代以来，国内外大批学者对地质聚合物进行了研究，已在高炉矿渣、钢渣、粉煤灰等工业废渣的研究中取得成果。该物质形成过程为：铝硅酸盐固体组分的溶解络合，分散迁移，浓缩聚合和脱水硬化，由铝硅酸盐凝胶相形成的基体相，物理形态上呈三维网络结构，将未溶解的固体颗粒胶结为坚硬块体，是材料获得良好的力学性能和化学稳定性的结构基础。地质聚合物是一种非常好的材料，集高聚物、陶瓷、水泥等材料性质与一体，各项性能指标突出。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有锰渣利用率不高及水泥生产所造成的气候和环境问题，提供一种以锰渣、高岭土为主要原料的锰渣基地质聚合物材料的制备方法。

本发明具体步骤为：

(1)原料由固体组分和液体组分两部分组成，固体组分质量百分比含量如下：锰渣50～90％、高岭土10～50％；液体组分由激发剂、水玻璃和水组成，液体组分为固体组分质量百分比的25％～40％；液体组分按体积比含量如下：水玻璃20～60％、水40～80％，激发剂为固体组分质量百分比的0～4％；激发剂为KOH、NaOH、Na₂SO₄、CaSO₄中的一种；

(2)将锰渣烘干至含水率小于1％，放入球磨机中粉磨至比表面积400～600m²/Kg；取高岭土在650～900℃煅烧至偏高岭土，并粉磨至比表面积为500～700m²/Kg；

(3)将激发剂掺入水玻璃中，并将其与水混合均匀，得到水玻璃模数为1.5～2.5、波美度35～45°的水玻璃混合溶液；

(4)将步骤(3)配置好的混合溶液缓慢加入到锰渣与偏高岭土微粉的混合粉料中，搅拌60～90秒，混合、搅拌均匀后制备成型，经养护即可。

本发明采用水玻璃、KOH、NaOH等激发剂对锰渣、偏高岭土进行激发即可制得，强度等级达到62.5MPa以上，其安定性良好，凝结时间和强度合格。固体组分和液体组分各组分全部分别密封保存和运输，配制锰渣基地质聚合物材料以现场混合、搅拌形式进行。

其中，激发剂作用为：提供物料反应的碱性环境，加快偏高岭土在碱性溶液中的解聚-缩聚过程，提供OH^-使聚合物形成初始网络结构；偏高岭土的作用为：提供聚合物形成结构的原料；锰渣作用为：释放Ca²⁺，促进聚合物形成，同时水形成硅酸盐类矿物，提供OH^-。