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CN112624643B - 一种掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法 - Google Patents

一种掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法，技术方案步骤包括：90‑200份磷渣和50‑100份镍渣按0.3‑0.7的水料比进行协同湿磨，研磨至中值粒径为1‑4μm，得到浆料A；将光纤维废泥粉碎，过1.18mm的筛网，得到光纤维废泥干粉；取光纤维干粉按0.3‑0.7的水料比湿法研磨至中值粒径为100‑800nm，得到浆料B；取120份浆料A、35份光纤维废泥干粉、5‑50份浆料B、10‑40份磷石膏、20‑50份电石渣、20‑50份Na2CO3等材料混合搅拌，以胶砂比为1：3用砂浆搅拌机制得掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物。本发明操作简单，大幅降低生产成本，解决了固体废弃物堆存占地、污染环境等问题，具有较高的经济效益与环境效益。

Description

一种掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料技术领域，特别涉及一种掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法。
背景技术
随着经济的发展，环境问题日益严重。黄磷在近10多年来，产量逐年快速增长。但是生产黄磷的同时，也会产出大量的工业废渣，即磷渣。磷渣利用率较低，常年露天堆放，不仅占用土地，而且其中的磷、氟经雨水逐渐溶出、渗入地下，将会污染水源，影响植物生长，并危害人类健康。每年都要花费大量的财力和精力处理环境污染治理及相关社会问题。
随着气候变暖环境污染问题的日益加重，环境保护意识的捉升，人们对于绿色环保材料的要求与需求也与日剧增。碱激发胶凝材料，它是一种以硅铝质废弃物为原料的低碳胶凝材料。因其能耗低、排放少、强度高、耐久性好等优势性能，被许多研究学者一致认为是一种具有广阔应用前景的绿色胶凝材料。
地质聚合物是一种新型绿色建筑材料，以来源广泛的工业固体废弃物为原材料，能耗小，碳排放低、制备方便，并且抗压抗折强度，抗酸碱侵蚀性能、冻融性能，抗碳化性能优异，具有广阔的应用前景，是普通硅酸盐水泥基材料的最佳替代物之一。
光纤维废泥主要是制造光纤制造预制棒等光电子产品时，在工业制作过程中排出的一种工业废弃排放物。目前大部分的废泥作为废弃物，通过填埋法来处理。但是填埋法不仅会占用宝贵的土地资源，而且容易引起破坏生态、污染环境等严重问题。
专利CN105693118A公开了一种电导率可调控碱激发磷渣基胶凝材料制备方法。材料组分包括：磷渣、炭灰、以及九水硅酸钠和氢氧化钾，通过搅拌装置拌合，经过模具成型、养护，得到导电碱激发磷渣基半导体胶凝材料，该方法简单可行，过程中无三废排放，但是运用了强碱激发，不利于推广。
专利CN201810851330.X具体公开一种地质聚合物混凝土及其制备方法，材料组分包括：矿粉、粉煤灰、硅灰、复合激发剂、减水剂、缓凝剂等等，该方法为铝合金原料加工过程中产生的高含铝碱性废液的高效资源化应用提供一条新途径。但是运用了强碱激发，不利于推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单、成本低、能耗低的掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法。
本发明提供的一种掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法，包括：
(1)将90-200份磷渣、50-100份镍渣、75-125份水按0.3-0.7的水料比送入行星球磨机进行湿磨至中值粒径为1-4μm，得到浆料A，所述磷渣是黄磷制备过程中经1350℃-1400℃煅烧所得废弃物，其主要成分为CaO和SiO2，镍渣是镍金属冶炼过程中形成的熔体自然冷却或水淬形成的粒化渣，主要成分为FeO、SiO2、Al2O3和MgO；
(2)将光纤维废泥粉碎，过1.18mm的筛网，得到光纤维废泥干粉；
(3)将150-250份光纤维废泥干粉、75-125份水按0.3-0.7的水料比放入行星式球磨机进行研磨至100-800nm，得到浆料B，所述光纤维废泥是制造光纤维时的废料，其主要成分为SiO2；
将步骤(1)得到的120份浆料A、步骤(2)得到的35份光纤维废泥干粉、步骤(3)得到的5-50份浆料B、10-40份磷石膏、20-50份电石渣、20-50份Na2CO3等材料混合搅拌，以胶砂比为1：3用砂浆搅拌机制得掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物。
磷渣为黄磷制备过程中经1350℃-1400℃煅烧所得废弃物，镍渣是镍金属冶炼过程中形成的熔体自然冷却或水淬形成的粒化渣；磷渣与镍渣共同放入行星式球磨机内协同研磨40-60min，磨至中值粒径为1-4μm。
光纤维废泥粉碎后，过1.18mm的筛网，得到光纤维废泥干粉。
光纤维废泥干粉放入行星式球磨机内研磨40-60min，磨至中值粒径为100-800nm。
磷石膏为500℃煅烧后的无水磷石膏。
电石渣是电石水解获取乙炔时产生的工业废渣。
Na2CO3为无水碳酸钠。
所述步骤中行星式球磨机转速为100-400rad/s。
和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明涉及了湿法研磨工艺，利用湿磨研磨效率高，能耗低，经湿法研磨的胶凝材料，得以超细化处理，离子易溶出，水化速度更快，活性更高。避免了高能耗的干磨工艺，解决了细小颗粒易团聚的难题。
本发明以磷渣、磷石膏、光纤维废泥以及碱性工业废渣电石渣等为原材料，以湿磨过后离子溶出的P3-以及碱性工业废渣Ca2+和OH-反应生成羟基磷灰石，Na2CO3会使羟基磷灰石进一步的碳化，形成碳化羟基磷灰石，更进一步的提高强度，羟基磷灰石结构稳定，还具有很强的吸附能力。同时，羟基磷灰石可以作为晶核诱导水泥水化产物沉淀，促进反应的进行。
本发明中湿磨后的光纤维废泥粒径可以达到100-800nm，可以用来作为纳米材料使用，具有较好的诱导水化、促进早强、且无副作用的特性，具有纳米晶核效应，而且湿磨后使水化环境处于碱性状态下。光纤维废泥晶核有异质成核的特性，会促进二水石膏的形成，提升早期强度，随着时间的推移，纳米材料水化时，水化产物优先在纳米晶核上面水化生成水化硅酸钙凝胶，提高后期强度。
本发明中湿磨的镍渣作为部分胶凝材料，与磷渣一起进行协同湿磨，可以降低磷渣的细度，提高表面活性，其次镍渣在反应过程中会提供铝相跟硅相，以便反应生成水化硅酸钙凝胶和钙矾石，提高强度。
本发明中未湿磨的光纤维废泥干粉作为部分胶凝材料，可以提高试块的密实度，减小孔隙，提高强度。
本发明提供了一种全固废的绿色发明工艺，同时降低了水化硅酸钙的生产成本。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面将进一步提供本发明的具体实施方式及实施例。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的具体实施方式如下：
实施例1
(1)将140份磷渣、60份镍渣、100份水按0.5的水料比送入行星球磨机进行研磨，研磨时间为40min，行星式球磨机转速为100-400rad/s，得到浆料A。
(2)将光纤维废泥粉碎后，过1.18mm的筛网，得到光纤维废泥干粉。
(3)将200份光纤维废泥干粉、100份水按0.5的水料比送入行星球磨机进行湿法研磨，研磨时间为40min，行星式球磨机转速为400rad/s，得到浆料B。
(4)将步骤(1)得到的120份浆料A、步骤(2)得到的光纤维废泥干粉35份、步骤(3)得到的5份浆料B、磷石膏20份、电石渣45份、Na2CO338.5份、砂900份均匀混合搅拌，搅拌成型得到砂浆试块。参考标准GB8076-2008对拌合物进行力学性能测试，在湿度大于90％且温度为20±1℃的标养室中养护3d、7d、28d，测得砂浆试块强度见表1。
实施例2
(1)将140份磷渣、60份镍渣、100份水按0.5的水料比送入行星球磨机进行研磨，研磨时间为40min，行星式球磨机转速为400rad/s，得到浆料A。
(2)将光纤维废泥粉碎后，过1.18mm的筛网，得到光纤维废泥干粉。(3)将200份光纤维废泥干粉、100份水按0.5的水料比送入行星球磨机进行湿法研磨，研磨时间为40min，行星式球磨机转速为400rad/s，得到浆料B。
(4)将步骤(1)得到的120份浆料A、步骤(2)得到的光纤维废泥干粉35份、步骤(3)得到的15份浆料B、磷石膏20份、电石渣45份、、Na2CO338.5份、砂900份均匀混合搅拌，搅拌成型得到砂浆试块。参考标准GB8076-2008对拌合物进行力学性能测试，在湿度大于90％且温度为20±1℃的标养室中养护3d、7d、28d，测得砂浆试块强度见表1。
实施例3
(1)将140份磷渣、60份镍渣、100份水按0.5的水料比送入行星球磨机进行研磨，研磨时间为40min，行星式球磨机转速为400rad/s，得到浆料A。
(2)将光纤维废泥粉碎后，过1.18mm的筛网，得到光纤维废泥干粉。
(3)将200份光纤维废泥干粉、100份水按0.5的水料比送入行星球磨机进行湿法研磨，研磨时间为40min，行星式球磨机转速为400rad/s，得到浆料B。
(4)将步骤(1)得到的120份浆料A、步骤(2)得到的光纤维废泥干粉35份、步骤(3)得到的25份浆料B、磷石膏20份、电石渣45份、Na2CO338.5份、砂900份均匀混合搅拌，搅拌成型得到砂浆试块。参考标准GB8076-2008对拌合物进行力学性能测试，在湿度大于90％且温度为20±1℃的标养室中养护3d、7d、28d，测得砂浆试块强度见表1。
实施例4
(1)将140份磷渣、60份镍渣、100份水按0.5的水料比送入行星球磨机进行研磨，研磨时间为40min，行星式球磨机转速为400rad/s，得到浆料A。
(2)将光纤维废泥粉碎后，过1.18mm的筛网，得到光纤维废泥干粉。
(3)将200份光纤维废泥干粉、100份水按0.5的水料比送入行星球磨机进行湿法研磨，研磨时间为40min，行星式球磨机转速为400rad/s，得到浆料B。
(4)将步骤(1)得到的120份浆料A、步骤(2)得到的光纤维废泥干粉35份、步骤(3)得到的35份浆料B、磷石膏20份、电石渣45份、Na2CO338.5份、砂900份均匀混合搅拌，搅拌成型得到砂浆试块。参考标准GB8076-2008对拌合物进行力学性能测试，在湿度大于90％且温度为20±1℃的标养室中养护3d、7d、28d，测得砂浆试块强度见表1。
实施例5
(1)将140份磷渣、60份镍渣、100份水按0.5的水料比送入行星球磨机进行研磨，研磨时间为40min，行星式球磨机转速为400rad/s，得到浆料A。
(2)将光纤维废泥粉碎后，过1.18mm的筛网，得到光纤维废泥干粉。
(3)将200份光纤维废泥干粉、100份水按0.5的水料比送入行星球磨机进行湿法研磨，研磨时间为40min，行星式球磨机转速为400rad/s，得到浆料B。
(4)将步骤(1)得到的120份浆料A、步骤(2)得到的光纤维废泥干粉35份、步骤(3)得到的50份浆料B、磷石膏20份、电石渣45份、Na2CO338.5份、砂900份均匀混合搅拌，搅拌成型得到砂浆试块。参考标准GB8076-2008对拌合物进行力学性能测试，在湿度大于90％且温度为20±1℃的标养室中养护3d、7d、28d，测得砂浆试块强度见表1。
对比例1
对比例1为不加任何激发剂的砂浆空白组，测得砂浆试块强度见表1。
对比例2
对比例2为只加电石渣的砂浆对照组，测得砂浆试块强度见表1。
对比例3
对比例3加电石渣跟碳酸钠的砂浆对照组，测得砂浆试块强度见表1。
对比例4
对比例4不加光纤维浆料的砂浆对照组，测得砂浆试块强度见表1。
表1实施例所测得砂浆试块强度
Figure BDA0002862234520000071
由表1可知，只有浆料A跟磷石膏组成的地质聚合物强度很低，但是随着电石渣、Na2CO3和光纤维干粉等激发剂的内掺，强度有了一定的增长，但是随着浆料B的掺入，一天的强度就增长了250％，效果极其显著，并且随着掺量的增加，强度增长越多，7％的掺量为最佳掺量，超过了7％的掺量，强度略微下降。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用来限定本发明的实施范围，在本发明的精神和原则范围内，对本发明进行修改者等同替换、改进等，均应涵盖在本发明权利要求的范围之内。

Claims (9)

1.一种掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)将90-200份磷渣、50-100份镍渣、75-125份水按0.3-0.7的水料比送入行星球磨机进行湿磨至中值粒径为1-4 μm，得到浆料A；
(2) 将光纤维废泥粉碎，过1.18 mm的筛网，得到光纤维废泥干粉；
(3) 将150-250份光纤维废泥干粉、75-125份水按0.3-0.7的水料比送入行星式球磨机进行研磨至100-800 nm，得到浆料B；
(4)将步骤(1)得到的120份浆料A、步骤(2)得到的35份光纤维废泥干粉、步骤(3)得到的5-50份浆料B、10-40份磷石膏、20-50份电石渣、20-50份Na2CO3材料混合搅拌，以胶砂比为1：3用砂浆搅拌机制得掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物。
2.如权利要求1所述的掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，磷渣为黄磷制备过程中经过1350℃-1400℃煅烧中所得废弃物，其主要成分为CaO和SiO2，镍渣是镍金属冶炼过程中形成的熔体自然冷却或水淬形成的粒化渣，主要成分为FeO、SiO2、Al2O3和MgO。
3.如权利要求1所述的掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，磷渣和镍渣放入行星式球磨机内协同研磨40-60 min，磨成中值粒径为1-4μm。
4.如权利要求1所述的掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法，其特征在于，光纤维废泥中SiO2含量大于90%。
5.如权利要求1所述的掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，光纤维废泥干粉放入行星式球磨机内研磨40-60 min，粒径为100-800 nm。
6.如权利要求1所述的掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述的磷石膏为500℃煅烧后的无水磷石膏。
7.如权利要求1所述的掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述的电石渣是电石水解获取乙炔时产生的工业废渣。
8.如权利要求1所述的掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述的Na2CO3为无水碳酸钠。
9.如权利要求1所述的掺光纤维废泥碱激发磷渣地质聚合物的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中行星式球磨机转速为100-400rad/s。
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