[发明专利]一种高性能水泥混合材的制备方法

说明书

技术领域

本发明提供一种高性能水泥混合材的制备方法，属于工业固体废物资源化利用技术领域。

背景技术

锰渣是锰合金及高锰铁生产过程中排放的工业废渣，是以硅酸盐为主的熔融物、冷却粒状物。其化学成份主要是SiO₂、CaO、Al₂O₃、Fe₂O₃、MgO、MnO等，难以直接应用于水泥生产。目前利用锰渣的技术还不很全面成熟，冶炼过程中产生的大量锰渣多采取堆填处理，不仅占用大量土地，增加企业成本，并且堆填锰渣中的Mn、Cr元素在雨水的作用下很容易流失和污染水质。现有对锰渣的利用仅限于洗沙选锰、作为保温材料，且这些工艺落后，利用率太低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用锰渣制备高性能水泥混合材的方法，采用该方法处理锰渣得到的锰渣粉各项性能符合国家标准，可替代目前市场上常用的粉煤灰、矿粉等水泥混合材，具有较强的实用价值。

本发明的基本构思：

本发明采用物理激发和化学激发相结合对锰渣的活性进行激发，使锰渣的晶型发生改变。

1、物理激发

物理激发是指固体物质在机械力作用下被粉碎，颗粒尺寸减小的同时引起晶格缺陷、畸变、结晶度降低甚至变为无定型物质的过程。它导致固体物质的性质变化，化学活性提高，降低与其它物质反应的条件，甚至诱发新的化学反应。物理激发对废渣的作用可以归纳为：

(1)物理效应：颗粒和晶粒细化，产生裂纹，表观和真密度变化，比表面积增大；

(2)晶态物质：产生晶格缺陷，晶格畸变，结晶度降低甚至无定形化，晶型转变；

(3)化学变化：含结晶水或OH羟基的脱水，降低体系反应活化能，形成新化合物的晶核或结晶，形成合金或固溶体，化学键的断裂，体系发生化学变化。

2、化学激发

通过化学激发剂对废渣进行化学激发可使废渣的活性得到激发，使其水化后的强度得到提高。锰渣由于参与化学反应对水泥强度的贡献作用为锰渣的化学效应，包含玻璃体解体后自身发挥潜在水硬活性的水化反应和吸收熟料水化产物Ca(OH)₂发生的火山灰反应，即锰渣的化学效应包含潜在效应和火山灰效应。实际上锰渣水泥的水化过程并不像理论模型那么简单，即使锰渣玻璃体解体后发生自水化反应的产物也可能再与Ca(OH)₂继续反应，因此锰渣粉的这两种化学效应很难区分。再者，锰渣粉发挥潜在活性的水化作用也是在Ca(OH)₂这种碱性介质的环境下，习惯上将与Ca(OH)₂有关的反应统称为火山灰效应。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高性能水泥混合材的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)将锰渣经烘干机烘干，经球磨机或立式辊磨机磨至一定的细度，过0.08mm方孔筛筛余小于4.0；比表面积大于450m²/Kg；

(2)向过筛后的锰渣粉中加入沸石继续球磨得到水泥混合材，其中沸石的重量占混合物料重量的15％。

所述步骤(2)中锰渣粉与沸石混合球磨时间由产品的细度来决定，只要能使得到的水泥混合材的粒度达到过0.08mm方孔筛筛余小于4.0；比表面积大于450m²/Kg的目标即可。为了提高球磨效率，球磨的温度控制在40～90℃。

在本发明的方法中，采用烘干和球磨使得锰渣颗粒在强大机械力作用下受到剧烈的冲击，颗粒尺寸减小的同时内部结构发生破坏，产生晶格缺陷、晶格畸变，结晶度降低甚至无定形化；局部可能产生等离子体过程并伴随有受激电子发射，诱发物质间的化学反应，减低反应温度和活化能，因此提高了锰渣的活性。

在本发明的方法中，选择了沸石作为化学激发剂。沸石是一种活性较强的水泥混合材，其中含有大量的活性Al³⁺，这些离子吸附在锰渣颗粒表面，增加了胶砂体系中核的数量，使锰渣很容易与浆体中的Ca(OH)₂反应，这样就加速了熟料的水化过程及锰渣的火山灰反应。沸石结构非常疏散，内部物质结构重新调整，使得Al³⁺的释放能力改变，Al³⁺与锰渣水泥中的铝酸盐矿物迅速反应生成钙矾石，又使CH的浓度降下来，促进硅酸三钙、硅酸二钙的水化，进而保证火山灰活性的更完全激发，从而保证整个过程中胶砂体强度的稳定增长。

本发明具有以下优点：