工业冶渣复合矿物掺合料及其制备方法与流程

1.本发明涉及混凝土矿物掺合料技术领域，尤其是一种混凝土复合矿物掺合料。


背景技术：

2.工业冶渣是工业及城市发展的伴随物，具有来源广泛、种类繁多的特点，各类工业冶渣的来源、形态、物化性质等存在较大差别，需针对各类固废的特性进行处置及资源化利用。如工业冶渣未进行处置，其将通过不同途径对社会环境与生态环境造成危害。如工业冶渣在露天场所堆存，可能与空气发生氧化、分解及溶滤等作用，造成土体和水污染。
3.西南地区是我国主要黄磷、锂、钒钛资源的主要产区，同时也副产了大量粒化电炉磷渣、锂渣、钒钛矿渣，由于这些冶渣普遍存在性能缺陷，如粒化电炉磷渣普遍放射性偏高，锂渣so3含量高，需水量比高，钒钛矿渣活性差等，导致其建材资源化利用程度较低。如能够将工业冶渣资源化为建筑材料原材料，不仅可资源化绿色化处置工业冶渣，又可以满足建材工业对资源的需求，对减少自然环境与社会环境的破坏有显著的积极意义。
4.因此，如何克服工业冶渣作为矿物掺合料的缺陷，研发一种高性能复合矿物掺合料是本领域叩待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.为提高工业冶渣作为矿物掺合料的物化性能，本发明提供了一种工业冶渣复合矿物掺合料的制备方法。
6.本发明所采用的技术方案是：工业冶渣复合矿物掺合料的制备方法，其特征在于，生产原料包括复合工业冶渣，所述复合工业冶渣包括如下质量比例的各组分：粒化电炉磷渣50～60份，锂渣20～30份，钒钛矿渣20～25份。
7.本领域技术人员容易理解的，上述粒化电炉磷渣即指的是采用电炉法制取黄磷后排出并经水淬处理的废渣；上述钒钛矿渣指的是以钒钛磁铁矿进行高炉冶铁副产的粒化高炉矿渣。
8.作为本发明的进一步改进，生产原料配方包括如下质量比例的各组分：所述复合工业冶渣100份，减水剂0.15～0.2份、助磨剂0.03～0.05份。
9.作为本发明的进一步改进，所述粒化电炉磷渣满足：p2o5质量分数≤3.0％，质量系数k≥1.1，物相中玻璃相≥80％，内照指数i
ra
≤1.1，外照指数i
γ
≤1.1。
10.上述所述质量系数k按照如下公式计算：
[0011][0012]
式中，w
cao-磷渣中氧化钙质量分数，％；
[0013]wmgo-磷渣中氧化镁质量分数，％；
[0014]-磷渣中三氧化二铝质量分数，％；
[0015]-磷渣中二氧化硅质量分数，％；
[0016]-磷渣中五氧化二磷质量分数，％。
[0017]
作为本发明的进一步改进，所述锂渣为硫酸法炼锂副产的锂渣，且满足sio2 al2o3的质量分数≥65％，so3质量分数≤7.0％，需水量比≤110％，内照指数i
ra
≤0.8，外照指数i
γ
≤0.8。
[0018]
作为本发明的进一步改进，所述钒钛矿渣tio2质量分数≤20％，so3质量分数≤3.0％，内照指数i
ra
≤0.8，外照指数i
γ
≤0.8。
[0019]
作为本发明的进一步改进，所述减水剂为聚羧酸减水剂母液，其含固量≥40％，减水率≥35％。本方案可有效改善复合矿物掺合料的流动性。
[0020]
作为本发明的进一步改进，所述助磨剂为西卡早强型助磨剂，本方案可有效提升原料粉磨效率，节约生产成本。
[0021]
本发明具体可以按照如下步骤实施：
[0022]
s1、将粒化电炉磷渣、锂渣、钒钛矿渣分别烘干至含水率≤1％；
[0023]
s2、按照所述生产原料配方量取各原料；
[0024]
s3、将量取的原料混合磨至比表面积为550～650m2/kg，即得到工业冶渣复合矿物掺合料。
[0025]
本发明还公开了一种工业冶渣复合矿物掺合料，其即是由本发明的工业冶渣复合矿物掺合料的制备方法所制得。
[0026]
本发明的有益效果是：本发明首次提出采用由粒化电炉磷渣、锂渣、钒钛矿渣组成的复合工业冶渣作为高性能复合矿物掺合料的生产原料；实验表明，当作为水泥掺合料使用时，粒化电炉磷渣、锂渣、钒钛矿渣之间能够形成明显的协同激发促进的效果，显著提高混凝土材料的活性性能和流动性能，且放射性合格，原材料成本与工艺成本低廉，对工艺设备要求低。
具体实施方式
[0027]
下面结合实施例对本发明进一步说明。
[0028]
实施例一：
[0029]
按照如下步骤制备复合矿物掺合料：
[0030]
s1、按照如下质量比例的生产原料配方量取各原料：复合工业冶渣100份，减水剂(聚羧酸减水剂母液，其含固量为40％，减水率为35％)0.16份、助磨剂(西卡早强型助磨剂)0.05份；所述复合工业冶渣由粒化电炉磷渣(p2o5的质量分数为2.7％，质量系数k＝1.1，物相中玻璃相为82％，内照指数i
ra
＝1.1，外照指数i
γ
＝0.9)、锂渣(硫酸法炼锂工艺副产的锂渣，sio2 al2o3的质量分数为70％，so3质量分数为6.5％，需水量比为109％，内照指数i
ra
为0.6，外照指数i
γ
为0.6)、钒钛矿渣(tio2质量分数为15％，so3质量分数为1.6％，内照指数i
ra
为0.7，外照指数i
γ
为0.7)按照质量比50:30:20的比例组成；所述粒化电炉磷渣、锂渣、钒钛矿渣含水率分别为0.6％、0.7％、0.4％；
[0031]
s2、将上述各原料混合磨至比表面积为600m2/kg，即可得到复合矿物掺合料。
[0032]
实施例二：
[0033]
按照如下步骤制备复合矿物掺合料：
[0034]
s1、按照如下质量比例的生产原料配方量取各原料：复合工业冶渣100份，减水剂
(聚羧酸减水剂母液，其含固量为40％，减水率为35％)0.18份、助磨剂(西卡早强型助磨剂)0.05份；所述复合工业冶渣由粒化电炉磷渣(p2o5的质量分数为2.7％，质量系数k＝1.1，物相中玻璃相为82％，内照指数i
ra
＝1.1，外照指数i
γ
＝0.9)、锂渣(硫酸法炼锂工艺副产的锂渣，sio2 al2o3的质量分数为70％，so3质量分数为6.5％，需水量比为109％，内照指数i
ra
为0.6，外照指数i
γ
为0.6)、钒钛矿渣(tio2质量分数为15％，so3质量分数为1.6％，内照指数i
ra
为0.7，外照指数i
γ
为0.7)按照质量比55:20:25的比例组成；所述粒化电炉磷渣、锂渣、钒钛矿渣含水率分别为0.6％、0.7％、0.4％；
[0035]
s2、将上述各原料混合磨至比表面积为600m2/kg，即可得到复合矿物掺合料。
[0036]
实施例三：
[0037]
按照如下步骤制备复合矿物掺合料：
[0038]
s1、按照如下质量比例的生产原料配方量取各原料：复合工业冶渣100份，减水剂(聚羧酸减水剂母液，其含固量为40％，减水率为35％)0.15份、助磨剂(西卡早强型助磨剂)0.05份；所述复合工业冶渣由粒化电炉磷渣(p2o5的质量分数为2.7％，质量系数k＝1.1，物相中玻璃相为82％，内照指数i
ra
＝1.1，外照指数i
γ
＝0.9)、锂渣(硫酸法炼锂工艺副产的锂渣，sio2 al2o3的质量分数为70％，so3质量分数为6.5％，需水量比为109％，内照指数i
ra
为0.6，外照指数i
γ
为0.6)、钒钛矿渣(tio2质量分数为15％，so3质量分数为1.6％，内照指数i
ra
为0.7，外照指数i
γ
为0.7)按照质量比50:25:25的比例组成；所述粒化电炉磷渣、锂渣、钒钛矿渣含水率分别为0.6％、0.7％、0.4％；
[0039]
s2、将上述各原料混合磨至比表面积为600m2/kg，即可得到复合矿物掺合料。
[0040]
对比例一：
[0041]
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤、原料和条件实施，其区别仅在于：所述复合工业冶渣中仅有粒化电炉磷渣一种成分。生产原料配方为：复合工业冶渣100份(全部为粒化电炉磷渣)，减水剂0.16份、助磨剂0.05份。所有原料均与实施例一为同一批次。
[0042]
收集所得复合矿物掺合料待测。
[0043]
对比例二：
[0044]
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤、原料和条件实施，其区别仅在于：所述复合工业冶渣中仅有锂渣一种成分。生产原料配方为：复合工业冶渣100份(全部为锂渣)，减水剂0.16份、助磨剂0.05份。所有原料均与实施例一为同一批次。
[0045]
收集所得复合矿物掺合料待测。
[0046]
对比例三：
[0047]
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤、原料和条件实施，其区别仅在于：所述复合工业冶渣中仅有钒钛矿渣一种成分。生产原料配方为：复合工业冶渣100份(全部为钒钛矿渣)，减水剂0.16份、助磨剂0.05份。所有原料均与实施例一为同一批次。
[0048]
收集所得复合矿物掺合料待测。
[0049]
对比例四：
[0050]
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤、原料和条件实施，其区别在于：粒化电炉磷渣p2o5的质量分数为2.6％，物相中玻璃相为81％，内照指数i
ra
为
1.5，外照指数i
γ
为1.1；锂渣需水量比为116％。
[0051]
收集所得复合矿物掺合料待测。
[0052]
对比例五：
[0053]
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤、原料和条件实施，其区别仅在于：所述复合工业冶渣由粒化电炉磷渣、锂渣、钒钛矿渣按照质量比25:60:25的比例组成。
[0054]
收集所得复合矿物掺合料待测。
[0055]
对比例六：
[0056]
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤、原料和条件实施，其区别仅在于：所述复合工业冶渣由粒化电炉磷渣、锂渣、钒钛矿渣按照质量比30:20:50的比例组成。
[0057]
收集所得复合矿物掺合料待测。
[0058]
对比例七：
[0059]
该对比例为实施例一的对照实验，按照与实施例一相同的步骤、原料和条件实施，其区别仅在于：s2中将上述各原料混合磨至比表面积为450m2/k。
[0060]
收集所得复合矿物掺合料待测。
[0061]
复合矿物掺合料性能检测：
[0062]
根据《混凝土用复合掺合料》jg/t 486-2015附录a，按照水泥与高性能复合矿物掺合料质量比7:3比例进行检测，测试复合矿物掺合料的7d活性指数、28d活性指数以及流动度比，根据《建筑材料放射性核素限量》gb 6566-2010判断其放射性指标。结果见表1。
[0063]
表1复合矿物掺合料性能检测结果表
[0064]
编号7d活性指数/％28d活性指数/％流动度比/％放射性实施例一75103105合格实施例二73102106合格实施例三76105105合格对比例一7492101不合格对比例二8510286合格对比例三7278104合格对比例四75104101不合格对比例五7810092合格对比例六7591106合格对比例七6694101合格
[0065]
由表1的实施例一至实施例三可以看出，经本发明的复合矿物掺合料掺合的混凝体浆料7d/28d活性指数分别稳定在73％/102％以上，流动度比稳定在105％以上，可见其具有优异的活性性能和流动性能，且放射性符合要求，原材料成本低廉，且无需对每种原料分别粉磨加工处理，工艺成本低。
[0066]
由表1的实施例一与对比例一、对比例二、对比例三的比较可以看出，当工业冶渣分别仅使用粒化电炉磷渣、锂渣或钒钛矿渣时，胶砂的28d活性指数分别为92％，102％，78％；通过计算可知，在工业冶渣使用总量不变的前提下，将电炉磷渣、锂渣和钒钛矿渣按
照实施例一50:30:20的比例组合使用，混凝土浆料的28d活性指数理论值应为92％，而实施例一测得的实际值为103％，可见实际28d活性指数远远高于理论值，证明粒化电炉磷渣、锂渣、钒钛矿渣复合使用时具有明显的提高混凝土浆料活性性能的协同作用，其原因与成分间的相互激发作用有关。
[0067]
通过实施例一与对比例四可知，未按照本发明的要求的原料(粒化电炉磷渣放射高、锂渣需水量比高)制备复合矿物掺合料综合性能较差(流动度比有所降低，放射性检测不合格)。通过实施例一与对比例五、对比例六的比较可知，未按照本发明的配比配制的复合矿物掺合料，存在活性指数偏低，可能是工业冶渣之间未形成充分相互激发。通过实施例一与对比例七可知，低于本发明规定的比表面积制备的复合矿物掺合料，其存在活性指数低的问题。