一种无外加碱激发剂的机械活化锂渣免烧轻集料制备方法与流程

本发明涉及一种建筑材料与工业固废资源化利用技术，特别是涉及一种无外加碱激发剂的机械活化锂渣免烧轻集料制备方法。

背景技术：

1、锂渣是锂辉石或锂云母提锂过程中产生的大宗工业固体废弃物。随着新能源汽车和储能产业的快速发展，锂盐产品需求持续增长，锂渣的排放量逐年攀升。锂云母浸出渣中主要化学组成为sio2、al2o3和cao，质量分数分别为25.63%、18.55%和18.66%；物相组成主要为蓝方石（41%）、长石（20%）、石膏（17%）、白榴石（16%），以及少量浊沸石（5%）和萤石（1%）。锂渣中非晶态硅铝组分的存在使其具有潜在的火山灰活性，是一种潜在的辅助胶凝材料。然而，锂渣的天然活性较低，需通过物理活化及化学激发等手段提升其反应活性。

2、利用锂渣制备轻集料是实现其大宗资源化利用的有效途径之一。现有技术中，利用锂渣制备免烧轻集料通常需要添加碱性激发剂。例如，专利cn117185690b公开了一种锂渣基免烧轻陶粒，其原料包括锂渣60～80份、水泥10～20份、生石灰8～15份、碱激发剂3～8份、发泡剂1～6份和水12～20份。专利cn120309273a公开了一种高锂渣掺量的免烧轻集料，制备原料包括锂云母渣和锂辉石渣以及包括激发剂在内的功能性添加剂。上述专利均依赖于碱激发剂的使用。

3、此外，专利cn121850553a公开了一种全固废建筑材料及其制备方法，其采用钢渣、锂渣、电石渣和水为原料，经浇筑成型后通过碳化养护制备块状建筑材料。该方法以钢渣为主料（占固相总量55%以上），锂渣掺量仅为19%～26%，且必须依赖co2碳化养护才能获得足够的强度和安定性。该专利未涉及轻集料的造粒成型工艺，也未涉及机械活化技术，且其碳化养护工艺与免烧轻集料的常压养护工艺存在本质区别。

4、然而，现有技术存在以下技术问题：

5、（1）碱激发剂的使用增加了生产成本，且碱激发剂在生产、储存和运输过程中存在安全和环保风险；

6、（2）碱激发轻集料制品在使用过程中易产生泛碱现象，影响产品的外观质量和长期耐久性；

7、（3）碱激发剂对设备具有较强的腐蚀性，增加了设备的维护成本和更换频率；

8、（4）锂渣的天然活性未经充分激发时，制品强度难以满足要求，而过高的碱激发剂用量又会导致泛碱和耐久性问题；

9、（5）现有锂渣基免烧轻集料通常需要添加较高比例的水泥或其他胶凝材料，增加了生产成本和碳排放。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、锂渣掺量高、工艺简单、产品性能优良的一种无外加碱激发剂的机械活化锂渣免烧轻集料制备方法。

2、本发明的技术方案是：

3、一种无外加碱激发剂的机械活化锂渣免烧轻集料的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤s1：锂渣的干燥与预粉磨，将提锂工艺产生的锂渣在100～110℃下干燥至含水率小于1%，然后进行预粉磨，过100～200目筛，得到锂渣粉料。

5、步骤s2：锂渣的机械活化，将步骤s1得到的锂渣粉料置于球磨机中进行机械活化处理，所述机械活化处理采用行星式球磨机或振动式球磨机，球磨介质为氧化锆球或钢球，球料质量比为8:1～15:1，球磨转速为300～500r/min，球磨时间为1～4小时。机械活化后锂渣粉料的比表面积为800～2000m²/kg，优选为1200～1800 m²/kg。

6、步骤s3：无外加碱激发剂活化体系的构建，将步骤s2得到的机械活化锂渣粉料与含活性氧化钙的工业固废按质量比（65～85）:（15～35）混合均匀，得到无外加碱激发剂活化混合料。所述含活性氧化钙的工业固废选自电石渣、钢渣、或它们的任意比例混合物。其中电石渣中ca(oh)2含量不低于80%，钢渣中f-cao含量不低于3%。

7、需要说明的是，本发明的“无外加碱激发剂”系指在制备过程中不添加水玻璃（硅酸钠、硅酸钾）、氢氧化钠、氢氧化钾等常规碱金属盐类化学激发剂。本发明所用含活性氧化钙的工业固废（如电石渣）中的氢氧化钙，在本体系中作为钙质反应原料参与水化反应，与机械活化锂渣释放的活性硅铝组分及锂渣自身所含的硫酸盐矿物反应，生成水化硅酸钙（c-s-h）凝胶和钙矾石（aft），从而使体系获得强度。该水化硬化机理与依赖强碱解聚硅铝酸盐的碱激发地质聚合物机理有本质区别，因此本发明的技术方案不应被归入“碱激发”技术范畴。

8、步骤s4：混合料的均化处理，向步骤s3得到的无外加碱激发剂活化混合料中加入占混合料总质量15%～25%的水，搅拌混合均匀后静置陈化20～60分钟，使物料充分润湿并初步发生水化反应，得到均化湿料。

9、步骤s5：造粒成型，将步骤s4得到的均化湿料置于圆盘造粒机中进行造粒成型。圆盘造粒机的圆盘倾角为40°～55°，转速为20～50r/min，造粒过程中根据物料状态采用喷雾方式补加占步骤s4中混合料总质量1%～5%的水。造粒得到的生料球粒径控制在5～20mm，优选为8～15mm。

10、步骤s6：养护处理，将步骤s5得到的生料球进行养护处理。所述养护处理采用自然养护、蒸汽养护或蒸压养护中的任意一种或两种以上的组合方式，且所述养护处理在非碳化气氛下进行，即不进行二氧化碳碳化养护。养护完成后即得所述无外加碱激发剂的机械活化锂渣免烧轻集料。

11、作为优选，步骤s2中所述机械活化处理的球料质量比为10:1～12:1，球磨转速为350～450r/min，球磨时间为2～3小时。

12、作为优选，步骤s3中所述无外加碱激发剂活化混合料中机械活化锂渣粉料与含活性氧化钙的工业固废的质量比为（70～80）:（20～30）。

13、作为优选，所述锂渣为锂云母提锂渣或锂辉石提锂渣中的任意一种或两种的混合物。

14、作为优选，所述含活性氧化钙的工业固废为电石渣，电石渣中ca(oh)2含量不低于85%。

15、作为优选，所述养护处理采用自然养护与蒸汽养护的组合方式：先将生料球在15～30℃、相对湿度不低于90%的条件下自然养护12～36小时，然后在60～90℃下蒸汽养护12～48小时。

16、本发明还提供由上述方法制备得到的无外加碱激发剂的机械活化锂渣免烧轻集料，其料球直径为8～15mm，堆积密度为768～846kg/m³，筒压强度为5.4～7.1mpa。

17、本发明进一步提供所述无外加碱激发剂的机械活化锂渣免烧轻集料在轻质混凝土、轻质砌块、轻质保温材料、路基材料中的应用。

18、本发明的有益效果是：

19、1、本发明利用锂渣自身石膏与含钙固废协同，形成自激发水化体系，无需额外激发剂，彻底消除了泛碱风险，避免了设备腐蚀。。

20、2、本发明通过机械活化，在机械力作用下锂渣粉料的晶体结构发生晶格畸变，产生大量表面缺陷和非晶态硅铝相，从而显著提高锂渣的火山灰活性，并且锂渣掺量达65%～85%，实现大宗利用。

21、3、本发明通过高掺量、工艺控制及钙矾石微膨胀协同，不添加发泡剂即获得轻质高强产品，同时免烧造粒，非碳化养护，工艺简单，能耗低，碳排放少。

22、4、本发明产品满足gb/t 17431.1-2010技术要求，应用广泛，同时消纳两种工业固废，环境效益和社会效益显著。