一种机械活化增强铅冶炼水淬渣基胶凝材料抗压强度的方法

1.本发明属于固体废弃物资源化处理技术领域，具体涉及一种机械活化增强铅冶炼水淬渣基胶凝材料抗压强度的方法。


背景技术：

2.铅冶炼水淬渣是铅冶炼过程中经过高温熔融状态下遇水急冷后生成的冶炼废渣，在一定的物理、化学条件下可激发出其潜在水化活性作为胶凝材料。据统计，铅冶炼系统每生产万吨铅排放7100吨废渣。铅冶炼水淬渣的大量堆存不仅侵占土地，还会造成环境问题，威胁居民的生命安全。另一方面，如果未对铅冶炼水淬渣进行无害化处理，随意填埋，将会对环境造成不可挽回的危害，严重影响环境安全和人民健康。
3.因此，研究铅冶炼水淬渣大规模利用的方法势在必行，而铅冶炼水淬渣是经过水淬急冷产生的固体废弃物，是具有一定潜在活性的物质，因此近年来铅冶炼水淬渣在建材领域的应用得到广泛探索。另一方面值得注意的是，铅冶炼水淬渣中矿物晶相大且完整，导致其潜在活性较低，难以大规模应用。因此，亟需一种技术手段提高铅冶炼水淬渣潜在水化活性，进而提高以铅冶炼水淬渣为原料制备得到的材料的性能。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种机械活化增强铅冶炼水淬渣基胶凝材料抗压强度的方法，通过采用机械活化的方式，显著提高了铅冶炼水淬渣基胶凝材料的性能。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
6.本发明提供了一种机械活化增强铅冶炼水淬渣基胶凝材料抗压强度的方法，包括以下步骤：对铅冶炼水淬渣进行粉磨活化，之后与钙基固废、镁基固废、氧化镁、硅酸盐水泥和水混合，对得到的胶凝材料浆体进行蒸汽养护和常温养护，即得所述铅冶炼水淬渣基胶凝材料；
7.所述铅冶炼水淬渣粉磨至粒径为2.0～120μm，以d50表示铅冶炼水淬渣微粉粒径。
8.进一步地，所述铅冶炼水淬渣进行粉磨前在100～110℃下干燥22～24h。
9.进一步地，所述铅冶炼水淬渣、钙基固废、镁基固废、氧化镁、硅酸盐水泥和水的质量比为1000∶(50～70)∶(40～60)∶(60～80)∶(90～110)∶(230～250)。
10.进一步地，所述粉磨方式为球磨或立磨。
11.进一步地，所述钙基固废为水氯钙石，粒径为2.0～60μm。
12.进一步地，所述镁基固废为水氯镁石，粒径为2.0～60μm。
13.进一步地，所述硅酸盐水泥的强度为42.5，粒径为2.0～60μm。
14.进一步地，所述蒸汽养护的温度为58～62℃，时间为22-24h；所述常温养护时间为28-32天。
15.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
16.本发明通过对铅冶炼水淬渣进行粉磨至较小细度，原料颗粒越细，表面积越大，颗粒表面出现更多的断键，反应活性得到更好地激发；同时在粉磨过程中晶体结构得到破坏，导致晶体变形，结晶度降低，有助于水分子进入矿物内部，加速水化反应速率，加深水化反应程度，从而形成更多的水溶性无定形物质，提高铅冶炼水淬渣基胶凝材料的性能；颗粒之间通过激发剂激发得到的胶凝物质结合更加紧密，使得铅冶炼水淬渣基胶凝材料整体结构更加致密，增强胶凝材料的抗压强度。
17.本发明通过机械活化方式提升铅冶炼水淬渣活性，进而增强铅冶炼水淬渣基胶凝材料的抗压强度，可以实现铅锌冶炼废渣的大规模资源化利用，有效解决铅冶炼水淬渣对环境的污染问题，具有良好的环境和经济效益。
18.本发明应用多种固废协同激发大掺量铅冶炼水淬渣制备的试件抗压强度可达到50mpa，可用于房屋建造，道路建设等工程领域，可显著减少水泥用量，降低成本，同时促进固体废弃物的资源化利用，具有良好的环境和经济效益，便于大规模推广应用。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为实施例1，3与实施例5中制备得到的铅冶炼水淬渣基胶凝材料的xrd衍射图谱；
21.图2为实施例1，3与实施例5中制备得到的铅冶炼水淬渣基胶凝材料的mip图。
具体实施方式
22.现详细说明本发明的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本发明的限制，而应理解为是对本发明的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本发明中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本发明。
23.另外，对于本发明中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本发明内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。
24.除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本发明所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本发明仅描述了优选的方法和材料，但是在本发明的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。
25.在不背离本发明的范围或精神的情况下，可对本发明说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本发明的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见的。本发明说明书和实施例仅是示例性的。
26.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即
意指包含但不限于。
27.本发明中所述的“份”如无特别说明，均按质量份计。
28.以下实施例中，所采用的铅冶炼水淬渣是铅锌冶炼过程中在高温熔融状态下遇水急冷后生成的冶炼废渣，所含有的主要成分及质量百分含量为：二氧化硅18.1％，氧化钙9.97％，氧化铝4.74％，氧化铁53.51％，氧化镁2.09％，氧化锌4.85％。
29.所采用的水氯钙石的粒径为2.0～60μm；水氯镁石的粒径为2.0～60μm；所采用的氧化镁为市售轻烧氧化镁；所采用的水泥为强度等级为42.5的硅酸盐水泥，粒径为2.0～60μm；水为自来水。
30.以下不再重复描述。
31.实施例1
32.铅冶炼水淬渣基胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
33.(1)按重量份称取粒状铅冶炼水淬渣1000份、水氯钙石60份、水氯镁石50份、氧化镁70份、硅酸盐水泥100份和水240份；将粒状铅冶炼水淬渣在100℃下干燥24h，之后在球磨机中粉磨2.0h，得到粒径为19.04μm的铅冶炼水淬渣微粉；
34.(2)在净浆搅拌锅中加入上述铅冶炼水淬渣微粉，水氯钙石，水氯镁石，氧化镁，硅酸盐水泥及水，充分搅拌，使其混合均匀，得到胶凝材料浆体；
35.(3)将步骤(2)制备得到的胶凝材料浆体倒入模具内，充分插捣，在振实台上振实60s、表面抹平后，放入蒸汽养护箱中，设置养护箱温度为60℃，养护24h后，从养护箱中取出，拆模后常温养护至28天，取出试块，完成铅冶炼水淬渣基胶凝材料的制备。
36.实施例2～5、对比例1～2
37.实施例2～5、对比例1～2同实施例1，区别在于，步骤(1)中的粉磨时间不同，得到的铅冶炼水淬渣微粉的粒径不同，具体如表1所示：
38.表1
[0039][0040]
对实施例1～5、对比例1～2制备得到的胶凝材料的3d、7d及28d抗压强度进行检测，所得结果如表2所示：
[0041]
表2
[0042][0043]
进一步从微观结构上分析机械活化增强铅冶炼水淬渣基胶凝材料抗压强度的效果：
[0044]
利用x射线衍射(xrd)、压汞仪进一步分析大掺量铅冶炼水淬渣基生态胶凝材料的特性，分析机械活化增强胶凝材料抗压强度的机理。
[0045]
选取实施例1，3与实施例5中试件进行相关的测试分析：
[0046]
(1)不同细度的铅冶炼水淬渣基胶凝材料的xrd分析
[0047]
实施例1，3与实施例5中采用不同细度铅冶炼水淬渣经激发后所得胶凝材料的xrd如图1所示，可以看出，块体的衍射峰强度随着原料粒径的减小而减小，说明原料中的非晶相可能参与了与活化剂的水化反应。这再次证明了铅冶炼水淬渣具有化学反应性，并且铅冶炼水淬渣粒径的减小可以促进水化程度的提高。同时可以确定518相、方解石和镁铁闪石为生成的主要晶相。方解石的衍射峰随着原料粒径的减小在30
°
(2θ)附近减小，在45～55
°
(2θ)处甚至消失。原因可能是铅冶炼水淬渣粒度的减小使水化反应加深，生成更加致密的结构阻止了二氧化碳的侵入。激发过程中，氧化镁与水氯镁石反应产生的518相衍射峰随着粒径的减小而减小，说明随着粒径的减小，颗粒表面暴露出更多的断裂键与氧化镁发生反应。这一结果与试块抗压强度相符合。
[0048]
(2)不同细度的铅冶炼水淬渣基胶凝材料的mip分析
[0049]
铅冶炼水淬渣基胶凝材料28d龄期的孔径分布如图2所示，累积孔隙体积如表3所示。在硬化浆体中，孔径可分为凝胶孔(《10nm)、过渡孔(10-100nm)、毛细孔(100-1000nm)和大孔(》1000nm)。
[0050]
表3
[0051][0052][0053]
由图2及表3可以看出，随着铅冶炼水淬渣粒径的减小，孔隙结构逐渐向凝胶孔方向移动，说明块体的孔径减小。由表3还可以明显看出，随着铅冶炼水淬渣粒径的减小，凝胶
块的平均孔径从32nm减小到23.78nm和17.07nm，孔隙率分别从31.5％减小到29.9％和26.5％。xrd和ftir结果表明，粒径越小，凝胶化程度越高，致密度越高，导致凝胶块的总孔隙率降低。由于铅冶炼水淬渣基胶凝材料水化产物中凝胶对试块抗压强度起主要作用，因此孔径分布结果也印证了抗压强度结果。
[0054]
综上所述，可以看出本发明通过机械活化增强铅冶炼水淬渣基胶凝材料的方法，不仅能够大大提高铅冶炼水淬渣的通过率(铅冶炼水淬渣掺量70％)，还能有效提高铅冶炼水淬渣基胶凝材料的抗压性能，使其抗压强度可达到50mpa以上，可用于房屋建造，道路建设等对抗压强度要求更高的工程领域，具有良好的环境和经济效益。本发明创造性的发现机械活化对调控铅冶炼水淬渣基胶凝材料的抗压强度具有显著的影响，这一发现也可以使其更好的应用于对抗压强度要求不同的多个领域。
[0055]
实施例6
[0056]
铅冶炼水淬渣基胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
[0057]
(1)按重量份称取粒状铅冶炼水淬渣1000份、水氯钙石60份、水氯镁石50份、氧化镁70份、硅酸盐水泥100份和水240份；将粒状铅冶炼水淬渣在100℃下干燥24h，之后置于球磨机中，加入粒径为10～50μm的无水碳酸钠，加入量为粒状铅冶炼水淬渣重量的5％，粉磨4h，得到铅冶炼水淬渣微粉；
[0058]
(2)在净浆搅拌锅中加入上述铅冶炼水淬渣微粉，水氯钙石，水氯镁石，氧化镁，硅酸盐水泥及水，充分搅拌，使其混合均匀，得到胶凝材料浆体；
[0059]
(3)将步骤(2)制备得到的胶凝材料浆体倒入模具内，充分插捣，在振实台上振实60s、表面抹平后，放入蒸汽养护箱中，设置养护箱温度为60℃，养护24h后，从养护箱中取出，拆模后常温养护至28天，取出试块，完成铅冶炼水淬渣基胶凝材料的制备。
[0060]
对本实施例制备得到的铅冶炼水淬渣基胶凝材料的3d、7d及28d抗压强度进行测试，结果分别为：40.5mpa、45.3mpa和51.8mpa。
[0061]
实施例7
[0062]
铅冶炼水淬渣基胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
[0063]
(1)按重量份称取粒状铅冶炼水淬渣1000份、水氯钙石60份、水氯镁石50份、氧化镁70份、硅酸盐水泥100份、水240份及粒径为10～50μm的氧化钙50份；将粒状铅冶炼水淬渣在100℃下干燥24h，之后置于球磨机中，加入粒径为10～50μm的无水碳酸钠，加入量为粒状铅冶炼水淬渣重量的5％，粉磨4h，得到铅冶炼水淬渣微粉；
[0064]
(2)在净浆搅拌锅中加入上述铅冶炼水淬渣微粉，水氯钙石，水氯镁石，氧化镁，硅酸盐水泥、氧化钙及水，充分搅拌，使其混合均匀，得到胶凝材料浆体；
[0065]
(3)将步骤(2)制备得到的胶凝材料浆体倒入模具内，充分插捣，在振实台上振实60s、表面抹平后，放入蒸汽养护箱中，设置养护箱温度为60℃，养护24h后，从养护箱中取出，拆模后常温养护至28天，取出试块，完成铅冶炼水淬渣基胶凝材料的制备。
[0066]
对本实施例制备得到的铅冶炼水淬渣基胶凝材料的3d、7d及28d抗压强度进行测试，结果分别为：41.3mpa、46.0mpa和52.7mpa。
[0067]
由此可见，在对铅冶炼水淬渣粉磨过程中加入无水碳酸钠，以及在原料中加入氧化钙，能够进一步提高其后期激发效果，增强胶凝材料的抗压强度。
[0068]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任
何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。