專利名稱：磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用激發(fā)劑及其制備方法與應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用激發(fā)劑及其制備方法與應用。
背景技術：
磷礦渣是用磷礦石提取黃磷后排出的爐渣，每生產(chǎn)1噸磷要產(chǎn)生8 10噸的磷渣。我國磷資源量巨大，大量廢渣如不加利用，長年堆放在露天，風吹雨淋，其中含有的磷、 氟及有毒元素經(jīng)水淋后會滲透到土壤中而造成環(huán)境污染。減排磷礦渣，并使其無害化、資源化已勢在必行。磷礦渣在建筑材料領域發(fā)展相當迅速，開拓了多種利用途徑，發(fā)展了較成熟和較先進的技術。在水泥基材料中，磷礦渣主要將其用作水泥的混合材、混凝土的摻合料、混凝土骨料等，從磷礦渣的利用現(xiàn)狀來看，其總的利用率還是很低的。與其它固體廢棄物相比， 影響磷礦工業(yè)廢渣利用的關鍵是磷渣的活性不高，早期強度低及凝結(jié)時間較長，如何有效激發(fā)其潛在活性是制約磷礦渣工業(yè)廢渣利用的關鍵。利用磷礦工業(yè)廢渣，激發(fā)出潛在活性， 經(jīng)過一定的工藝處理后，廣泛、大量地應用于各類水泥基建筑材料，如大摻量磷礦渣復合水泥、混凝土摻合料等中，不僅可改善生態(tài)環(huán)境，符合了社會可持續(xù)發(fā)展原則，而且具有廣闊的市場應用前景與實際意義。磷礦渣的活性大小不僅取決于礦物成分，更取決于對其活性激發(fā)的途徑。從目前看來，有效激發(fā)磷礦的活性的途徑主要有以下幾種物理激發(fā)，如粉磨等；化學激發(fā)，摻加各類激發(fā)劑等；復摻其他礦物摻合料，如礦渣、粉煤灰、高鈣灰等；特種激發(fā)，如微波激發(fā)等。而化學激發(fā)是磷礦渣最有效的激發(fā)途徑之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對上述技術問題，提供一種高效的磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑，以使得磷礦渣的潛在活性得到充分發(fā)揮。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案是—種磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑，以所述激發(fā)劑的總重量為基準計，包括下列重量百分含量的組分膠凝成分 40-70%堿激發(fā)組分5-60% ；調(diào)凝組分 1-25%。較佳的，以所述激發(fā)劑的總重量為基準計，包括下列重量百分含量的組分膠凝成分 50-70%堿激發(fā)組分5-；35% ；調(diào)凝組分 5-25%。所述膠凝成分是一種能加速磷礦渣復合體系中水化生成的凝膠組分，并增強磷礦渣的強度，它使得磷礦渣的水化不完全依賴于水泥熟料等礦物水化產(chǎn)生的氫氧化鈣數(shù)量和
3速度。磷礦渣在水化初期，便在水化初期就開始以較快的速度參與水化反應，并產(chǎn)生強度， 使得磷礦渣的潛在水硬活性得以充分發(fā)揮。較佳的，所述膠凝成分為硫酸鹽或硫鋁酸鹽類材料，可以選自硫酸鈣、硫酸鈉或硫鋁酸鈣。所述堿激發(fā)組分是一種能為磷礦渣的活性發(fā)揮創(chuàng)造堿性環(huán)境的激發(fā)組分，并增強磷礦渣的強度。較佳的，所述堿激發(fā)組分選自氫氧化鈣、硅酸鈉或三乙醇胺。所述調(diào)凝組分是一種調(diào)節(jié)磷礦渣水化凝結(jié)時間的調(diào)凝組分。其在合適的摻量范圍內(nèi)，可以調(diào)整磷礦渣的水化速率，并參與磷礦渣的水化反應，從而可以調(diào)整大摻量磷礦渣復合水泥的凝結(jié)時間。較佳的，所述調(diào)凝組分選自二水石膏礦物或半水石膏礦物。本發(fā)明還進一步公開了上述磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑的制備方法，包括步驟先將所述膠凝成分、堿激發(fā)組分和調(diào)凝組分分別在球磨機中進行球磨，然后在混合機中按規(guī)定的比例進行混合而成。較佳的，所述球磨過程中，控制膠凝成分、堿激發(fā)組分和調(diào)凝組分的比表面積在 3400-3600m2/kgo使用時，所述磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑可在磷礦渣粉磨過程中或之后加入。本發(fā)明中所述的磷礦工業(yè)廢渣(簡稱磷礦渣)是一種輔助膠凝材料，具有一定的水硬活性，但這種活性是潛在的。磷渣粉(由磷礦渣粉磨成的粉體)生產(chǎn)工藝導致的晶體變化和磷礦渣晶體結(jié)構(gòu)對活化火山灰性能有很大影響。磷礦渣的活性主要由其煅燒脫水后所形成的非晶相含量決定的。本發(fā)明所提供的由三種組分組成的激發(fā)劑可以以兩種方式摻入磷礦渣中一是在磷礦渣粉磨過程中加入磷礦渣在激發(fā)劑存在下粉磨，其堿激發(fā)組分創(chuàng)造的堿性條件下，磷礦礦物顯示出很大的活性，堿的存在加速了磷礦渣中玻璃相的解聚與溶解，使得磷礦渣活性得到大大提高。二是在磷礦渣粉磨后摻入一般認為，磷礦渣在激發(fā)劑的組分作用下，提高了水泥水化過程中液相的堿度，促進了 Ca(OH)2的結(jié)晶成核和晶體發(fā)育，也提高了硅酸鹽礦物的早期水化速率，因而提高了早期強度，會加速磷礦物的下列水化反應進程3Ca (OH) 2+Al203+2Si02+mH20 = 3Ca0 · Al2O3 · 2Si02 · mH202A1 (OH) 3+3CaS04+3Ca (OH) 2+26H20 = C3A · 3CaS04 · 32H20Al2 (SO4) 3+6Ca (OH) 2+26H20 = C3A · 3CaS04 · 32H203CaS04+C3A+32H20 = C3A · 3CaS04 · 32H20這些激發(fā)組分具有很強的與水泥水化產(chǎn)物反應的能力，它們能較迅速地與石膏、 Ca(OH)2相互作用，生成鈣礬石，使得水泥石的結(jié)構(gòu)非常致密，從而加速和促進水泥的水化及硬化，提高了水泥硬化漿體的強度?；谏鲜龇治?，本發(fā)明還提供了一種活化磷渣粉，其特征在于，所述活化磷渣粉由磷渣粉和所述磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑直接混合制得；或者由磷礦工業(yè)廢渣和所述磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑混合后，再粉磨獲得。所述活化磷渣粉中化學激發(fā)劑的摻量可以根據(jù)其用途進行調(diào)整。較佳的，所述磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑的用量為所述磷渣粉或所述磷礦工業(yè)廢渣重量的 3-5%。
本發(fā)明中所述磷渣粉是由磷礦工業(yè)廢渣粉磨成的粉體；所述粉磨可采用球磨機進行。經(jīng)過激發(fā)劑激發(fā)的磷礦渣或摻入激發(fā)劑的活化礦渣粉，可以廣泛的用于各類水泥基建筑材料，如大摻量磷礦復合水泥、水泥混合材、混凝土摻合料等。本發(fā)明制備的磷礦渣活性激發(fā)用激發(fā)劑具有以下優(yōu)異的性能1.激發(fā)劑可在水化過程中對磷礦渣進行活性激發(fā)，使得磷礦渣潛在水化活性得到充分發(fā)揮；2.經(jīng)摻入激發(fā)劑的磷渣粉，可以廣泛的用做各類水泥基建筑材料，如大摻量磷礦渣復合水泥原材料、水泥混合材、混凝土摻合料等；3.激發(fā)劑的摻量可以根據(jù)磷礦渣的用途而調(diào)整。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的范圍。下面，將結(jié)合實例來說明本發(fā)明的實施方案。本發(fā)明所提供的激發(fā)劑的制備方法是先將膠凝成分、堿激發(fā)組分和調(diào)凝組分在球磨機粉磨至所要求的細度，比表面積控制在3500m2/kg左右，然后在混合機中按規(guī)定的比例進行混合而成。實施例1通過將下列成分按上述制備方法進行粉磨成粉體，然后按下述比例進行混合而成。膠凝成分硫鋁酸鈣 63%堿激發(fā)組分硅酸鈉 35%調(diào)凝組分二水石膏 2%上述比例制備的激發(fā)劑在磷礦渣粉磨前摻入，摻入量為磷礦渣的5wt %，使其在粉磨過程中可以充分混合，獲得活化磷渣粉。按GB12957-91《用作水泥混合材料的工業(yè)廢渣活性試驗方法》檢測，本實施例摻入 5 %激發(fā)劑的活化磷渣粉較未摻入激發(fā)劑的磷渣粉，其活性Id可提高30 %、28d提高20 %以上。實施例2通過將下列成分按上述制備方法進行粉磨成粉體，然后按下述比例進行混合而成。膠凝成分硫酸鈣 50%堿激發(fā)組分硅酸鈉25%調(diào)凝組分二水石膏25%上述比例制備的激發(fā)劑在磷礦渣粉磨前摻入，摻入量為磷礦渣的3wt%，使其在粉磨過程中可以充分混合，獲得活化磷渣粉。按GB12957-91《用作水泥混合材料的工業(yè)廢渣活性試驗方法》檢測，本實施例摻入 3 %激發(fā)劑的活化磷渣粉較未摻入激發(fā)劑的磷渣粉，其活性Id可提高20 %、28d提高20 %以上。
實施例3通過將下列成分按上述制備方法進行粉磨成粉體，然后按下述比例進行混合而成。膠凝成分硫鋁酸鈣 70%堿激發(fā)組分三乙醇胺5%調(diào)凝組分二水石膏 25%上述比例制備的激發(fā)劑在磷礦渣粉磨前摻入，摻入量為磷礦渣的3wt %，使其在粉磨過程中可以充分混合，獲得活化磷渣粉。按GB12957-91《用作水泥混合材料的工業(yè)廢渣活性試驗方法》檢測，本實施例摻入 3 %激發(fā)劑的活化磷渣粉較未摻入激發(fā)劑的磷渣粉，其活性Id可提高35 %、28d提高30 %以上。實施例4通過將下列成分按上述制備方法進行粉磨成粉體，然后按下述比例進行混合而成。膠凝成分硫鋁酸鈣 70%堿激發(fā)組分硅酸鈉 25%調(diào)凝組分半水石膏 5%上述比例制備的激發(fā)劑在磷礦渣粉磨前摻入，摻入量為磷礦渣的5wt %，使其在粉磨過程中可以充分混合，獲得活化磷渣粉。按GB12957-91《用作水泥混合材料的工業(yè)廢渣活性試驗方法》檢測，本實施例摻入 5 %激發(fā)劑的活化磷渣粉較未摻入激發(fā)劑的磷渣粉，其活性Id可提高25 %、28d提高20 %以上。實施例5通過將下列成分按上述制備方法進行粉磨成粉體，然后按下述比例進行混合而成。膠凝成分硫酸鈉 70%堿激發(fā)組分氫氧化鈣25%調(diào)凝組分半水石膏 5%上述比例制備的激發(fā)劑摻入磷礦渣粉磨后的磷渣粉中，摻入量為磷渣粉的3wt%， 獲得活化磷渣粉。按GB12957-91《用作水泥混合材料的工業(yè)廢渣活性試驗方法》檢測，本實施例摻入 5%激發(fā)劑的活化磷渣粉較未摻入激發(fā)劑的磷渣粉，其活性Id可提高20%、28d提高15%以上。實施例6通過將下列成分按上述制備方法進行粉磨成粉體，然后按下述比例進行混合而成。膠凝成分硫鋁酸鈣 40%堿激發(fā)組分硅酸鈉 60%調(diào)凝組分二水石膏 2%
上述比例制備的激發(fā)劑摻入磷礦渣粉磨后的磷渣粉中，摻入量為磷渣粉的5wt%， 獲得活化磷渣粉。按GB12957-91《用作水泥混合材料的工業(yè)廢渣活性試驗方法》檢測，本實施例摻入 5 %激發(fā)劑的活化磷渣粉較未摻入激發(fā)劑的磷渣粉，其活性Id可提高30 %、28d提高25 %以上。
權(quán)利要求
1.一種磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑，以所述激發(fā)劑的總重量為基準計，包括下列重量百分含量的組分膠凝成分 40-70% 堿激發(fā)組分5-60% ； 調(diào)凝組分 1_25%。
2.如權(quán)利要求1所述的磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑，其特征在于，所述膠凝成分選自硫酸鹽或硫鋁酸鹽材料。
3.如權(quán)利要求1所述的磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑，其特征在于，所述堿激發(fā)組分選自氫氧化鈣、硅酸鈉或三乙醇胺。
4.如權(quán)利要求1所述的磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑，其特征在于，所述調(diào)凝組分選自二水石膏或半水石膏。
5.如權(quán)利要求1-4中任一所述的磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑的制備方法，包括步驟先將所述膠凝成分、堿激發(fā)組分和調(diào)凝組分分別在球磨機中進行球磨，然后在混合機中按規(guī)定的比例進行混合而成。
6.如權(quán)利要求5所述的磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑的制備方法，其特征在于，所述球磨過程中，控制膠凝成分、堿激發(fā)組分和調(diào)凝組分的比表面積在;3400-3600m2/kg。
7.一種活化磷渣粉，其特征在于，所述活化磷渣粉由磷渣粉和如權(quán)利要求1-4中任一所述的磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑直接混合制得。
8.如權(quán)利要求7所述的活化磷渣粉，其特征在于，所述磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑的用量為所述磷渣粉重量的3-5%。
9.一種活化磷渣粉，其特征在于，所述活化磷渣粉由磷礦工業(yè)廢渣和如權(quán)利要求1-4 中任一所述的磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑混合后，再粉磨獲得。
10.如權(quán)利要求9所述的活化磷渣粉，其特征在于，所述磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑的用量為所述磷礦工業(yè)廢渣重量的3-5%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種磷礦工業(yè)廢渣活性激發(fā)用化學激發(fā)劑，以所述激發(fā)劑的總重量為基準計，包括下列重量百分含量的組分膠凝成分40-70％，堿激發(fā)組分5-60％，調(diào)凝組分0-25％。使用時，該化學激發(fā)劑可在磷礦渣粉磨過程中或之后加入。該激發(fā)劑可在水化過程中對磷礦渣進行活性激發(fā)，使得磷礦渣潛在水化活性得到充分發(fā)揮；經(jīng)摻入激發(fā)劑的磷渣粉，可以廣泛的用做各類水泥基建筑材料，如磷礦渣復合水泥、水泥混合材、混凝土摻合料等。
文檔編號C04B18/04GK102167558SQ201110001208
公開日2011年8月31日 申請日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月5日
發(fā)明者徐海源, 田潤竹, 蔣正武 申請人:同濟大學