專利名稱：一種綠輝石地質聚合物材料的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無機膠凝材料的制備方法，具體涉及一種綠輝石地質聚合物材料的制備方法。
背景技術：
綠輝石的成分為(Ca，Na) (Mg，Fe2+，Fe3+，Al) (Si2O6)，屬單斜晶系，完整晶體少見，常呈柱狀和柱粒狀集合體，綠色、暗綠色，有時呈藍綠、淺綠甚至灰白色，條痕無色或淡綠色，玻璃光澤，硬度5 6,密度3.29 3.37g/cm3,主要產于槽輝巖中，亦見于藍閃石片巖中。本發(fā)明所選用的綠輝石是榴輝巖型金紅石礦的伴生礦物，它是榴輝巖型金紅石礦初選出金紅石和石榴子石后剩余的礦物，根據選礦試驗綜合回收估算，榴輝巖型金紅石礦中，伴生石榴子石> 40%，儲量203.40萬噸，伴生綠輝石含量> 20%，儲量101.70萬噸。榴輝巖型金紅石礦中附加值高的金紅石和石榴子石被選出后，剩下的綠輝石的可利用率低，容易造成大量的堆積，不僅占地，還引起環(huán)境的污染和資源的浪費。因而實現綠輝石礦渣的資源化利用，是符合環(huán)保、資源綜合利用的一項值得實踐的工作。當前，綠輝石的應用主要集中在磨料、陶瓷原料、顏料、寶石等，但在這些方面的應用，都有成本高，工藝復雜，消耗量少的缺陷。 地質聚合物是一種無機聚合鋁硅酸鹽材料，又稱土壤聚合物、地聚物、土聚物、礦物鍵合材料、礦物聚合材料等。它主要是指一種或一種以上的礦物材料或經改性的礦物材料為原料，采用澆注或壓制的成型方法，在較低的溫度下發(fā)生地質聚合反應，形成以共價鍵、離子鍵為主的致密高強材料。合成地質聚合物的原料以無機非金屬礦物和工業(yè)廢渣為主，主要的有效成分為鋁硅酸鹽。地質聚合物的合成主要包括在堿激活條件下的溶解、水解、縮聚和固化過程，即無機原料在堿性條件下溶解而釋放出水合硅、鋁離子。這些離子通過水解而形成特定的硅、鋁氫氧離子，如[Al(OH)4]' [Si(OH)3]' [SiO2 (OH)2]2_等，縮聚形成三維的網絡狀結構，隨著網絡結構的不斷擴大而導致材料凝固，直至最終硬化成為有用的地質聚合物材料。地聚物的三維網絡狀結構與水泥以水化氧化硅為主的微纖維狀結構完全不同，而這種差別導致地質聚合物材料與水泥在性質上大不相同:如它比水泥有更高的機械強度，比水泥更耐化學腐蝕和環(huán)境的侵蝕，比水泥更耐高溫并具有水泥所沒有的防火性能等。目前國內已有部分研究采用偏高嶺土，粉煤灰，礦渣等有效成分為鋁硅酸鹽的材料為原料，合成地質聚合物，并將此用作建筑磚塊材料，建筑裝飾材料，防火涂料，鋪路材料，保溫材料等；中國地質大學(北京)的課題組利用富鉀板巖提鉀后的廢渣35%、細粉煤灰60%、Na0H5%(質量比)等原料合成了地質聚合物地面磚，制備出的地面磚樣品平均抗壓強度達到52.8MPa，單塊抗壓強度達到46.1MPa0檢索到的相關專利有，專利文獻200910092222.X中描述了一種赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料及其制備方法，采用河津赤泥、粉煤灰為主要基質原料，以建筑細沙和建筑碎石為主要基質原料，并以固體水玻璃粉作為堿激發(fā)劑制備赤泥粉煤灰免燒地質聚合物膠凝材料，在10-60MPa的壓力下加壓成型，40°C-280°C的溫度下養(yǎng)護，7d抗壓強度>25MPa。專利文獻200810094314.7中公開的是一種亞麻極短纖維地質聚合物復合藝術造型材料，采用偏高嶺土、廢棄亞麻極短纖維、粉煤灰或電石渣為固體原料，加入硅酸鈉、氫氧化鈉水溶液、顏料，攪拌混合后，成型養(yǎng)護得地質聚合物復合藝術造型材料。專利文獻201110143599.0中描述了一種稻殼灰和偏高嶺土基地聚物復合防火涂料及其制備方法，涂料主要由稻殼灰、堿激發(fā)的偏高嶺土基地質聚合物組成。專利文獻200910108182.3中描述了一種搶修、搶建用地質聚合物膠凝材料，用激發(fā)劑和高爐礦渣、鋼渣、粉煤灰和煤矸石等材料中一種或多種組合為原料，加水配制成地質聚合物膠凝材料，根據專利中的說明書可知，該專利中所用原料都需要研磨至表面積大于400m2/Kg。專利文獻200810074692.7中描述了一種錳渣基地質聚合物膠凝材料的制備方法，用錳渣和高嶺土為固體原料，水玻璃、水、激發(fā)劑為液體原料采用澆注成型的方法，成型養(yǎng)護后獲得錳渣基地質聚合物膠凝材料，該專利所論述實例部分樣品7d抗壓強度達60MPa。專利文獻200810110097.6描述了油頁巖灰渣基地質聚合物膠凝材料，用粒徑為200目的油頁巖灰渣、粒徑為200目的低溫煅燒高嶺土、細度為150目的生石灰、P32.5水泥，摻入模數為3.3的工業(yè)硅酸鈉與工業(yè)堿的混合液，攪拌成型后，養(yǎng)護得油頁巖灰渣基地質聚合物，從該專利的說明書中可知，養(yǎng)護28d的抗壓強度達28MPa。上述專利文獻公開的均是涉及了地質聚合物的相關應用領域，但相關發(fā)明中都并不是使用單一原料，且大部分都用到煅燒的偏高嶺土，或者是在較高溫度下養(yǎng)護，或要把樣品研磨到一定細度，且部分工藝相對復雜，這樣生產能耗提高，對于大量礦渣的資源化處理并不便利
發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種可以實現綠輝石礦渣的資源化利用，成本低，工藝簡單，消耗量大，無毒無污染的綠輝石地質聚合物材料的制備方法。本發(fā)明所要解決的技術問題是通過以下的技術方案來實現的。本發(fā)明是一種綠輝石地質聚合物材料的制備方法，其特點是，其步驟如下:
(1)取綠輝石礦渣原料進行研磨，得三種顆粒級別的礦渣原料:大顆粒A，其粒徑為20-40目；中顆粒B，其粒徑為50-100目，小顆粒C，其粒徑為200-300目；固體原料按100份重量份計:大顆粒A占30-40份，中顆粒B占20-30份，小顆粒C占30-45份，三顆粒混勻后得固體原料待用；
(2)按固體原料與減水劑重量體積比為50-100g/ml混勻，再按固體原料與水玻璃重量體積比為5-20g/ml，加入水玻璃混勻，將混合物造粒，過10-30目篩，得填料待用；水玻璃的模數為3.0-3.4，減水劑為木質磺酸鈉鹽減水劑；
(3)將填料裝入模具中，在30-90MPa下加壓成型，保壓3_5min，脫模；然后在溫度為25-900C、濕度為60-90%的條件下養(yǎng)護7_28天，即得到體積密度為2.4-2.6g/cm3,吸水率為8%-14%，抗壓強度為30-60MPa的綠輝石地質聚合物材料。本發(fā)明以經選礦后所得的綠輝石礦渣為原料，原料中含有40-50%的SiO2,8%-10%左右的Al2O3，此礦渣因其硅鋁含量高，可選作合成地聚物的原料。本發(fā)明方法采用低溫反應制備綠輝石地質聚合物材料，利用地聚物材料比水泥材料更優(yōu)異的機械性能，可以將這種材料用作建筑材料、裝飾面材、耐火材料，不僅解決了礦渣處理問題，以免造成堆積，更實現了礦渣的資源化利用。與現有技術相比，本發(fā)明方法工藝流程簡單，成本低，能耗少，無污染。
具體實施例方式以下進一步描述本發(fā)明的具體技術方案，以便于本領域的技術人員進一步地理解本發(fā)明，而不構成對其權利的限制。實施例1，一種綠輝石地質聚合物材料的制備方法，其步驟如下:
(1)取綠輝石礦渣原料進行研磨，得三種顆粒級別的礦渣原料:大顆粒A，其粒徑為20目；中顆粒B，其粒徑為50目，小顆粒C，其粒徑為200目；固體原料按100份重量份計:大顆粒A占30份，中顆粒B占30份，小顆粒C占40份，三種顆?；靹蚝蟮霉腆w原料待用；
(2)按固體原料與減水劑重量體積比為50g/ml混勻,再按固體原料與水玻璃重量體積比為5g/ml，加入水玻璃混勻，將混合物造粒，過10目篩，得填料待用；水玻璃的模數為3.0，減水劑為木質磺酸鈉鹽減水劑； (3)將填料裝入模具中，在30MPa下加壓成型，保壓3min，脫模；然后在溫度為25°C、濕度為60%的條件下養(yǎng)護7天，即得到體積密度為2.4-2.6g/cm3,吸水率為8%_14%，抗壓強度為30-60MPa的綠輝石地質聚合物材料。實施例2，一種綠輝石地質聚合物材料的制備方法，其步驟如下:
(1)取綠輝石礦渣原料進行研磨，得三種顆粒級別的礦渣原料:大顆粒A，其粒徑為40目；中顆粒B，其粒徑為100目，小顆粒C，其粒徑為300目；固體原料按100份重量份計 大顆粒A占40份，中顆粒B占30份，小顆粒C占30份，三種顆?；靹蚝蟮霉腆w原料待用；
(2)按固體原料與減水劑重量體積比為100g/ml混勻,再按固體原料與水玻璃重量體積比為20g/ml，加入水玻璃混勻，將混合物造粒，過30目篩，得填料待用；水玻璃的模數為3.4，減水劑為木質磺酸鈉鹽減水劑；
(3)將填料裝入模具中，在90MPa下加壓成型，保壓5min，脫模；然后在溫度為90°C、濕度為90%的條件下養(yǎng)護28天，即得到體積密度為2.4-2.6g/cm3,吸水率為8%_14%，抗壓強度為30-60MPa的綠輝石地質聚合物材料。實施例3，一種綠輝石地質聚合物材料的制備方法，其步驟如下:
(1)取綠輝石礦渣原料進行研磨，得三種顆粒級別的礦渣原料:大顆粒A，其粒徑為30目；中顆粒B，其粒徑為75目，小顆粒C，其粒徑為250目；固體原料按100份重量份計:大顆粒A占35份，中顆粒B占20份，小顆粒C占45份，三種顆?；靹蚝蟮霉腆w原料待用；
(2)按固體原料與減水劑重量體積比為75g/ml混勻，再按固體原料與水玻璃重量體積比為12g/ml，加入水玻璃混勻，將混合物造粒，過20目篩，得填料待用；水玻璃的模數為
3.2，減水劑為木質磺酸鈉鹽減水劑；
(3)將填料裝入模具中，在60MPa下加壓成型，保壓4min，脫模；然后在溫度為50°C、濕度為75%的條件下養(yǎng)護14天，即得到體積密度為2.4-2.6g/cm3,吸水率為8%_14%，抗壓強度為30-60MPa的綠輝石地質聚合物材料。實施例4，綠輝石地質聚合物材料的制備實驗一:將綠輝石的固體原料按照IOOg重量份計:大顆粒(A) 30g,中顆粒(B) 25g,小顆粒(C) 45g的比例混勻物料,加入Iml木質磺酸鈉鹽減水劑，IOml模數為3.0的水玻璃，混勻后，用20目的篩子造粒，填入模具中，在50MPa下加壓成型，保壓4min，脫模后，在25 °C室溫下養(yǎng)護28d，獲得綠輝石地質聚合物材料。參照GB/T 9966.3-2001《天然飾面石材試驗方法第3部分:體積密度、真密度、真氣孔率、吸收率試驗方法》測試樣品的體積密度及吸水率，測試結果:體積密度為2.53g/cm3,氣孔率為20%左右，吸水率為9.08% ;樣品力學性能測試結果如下:養(yǎng)護7d樣品的抗壓強度達36MPa;養(yǎng)護28d抗壓強度為41MPa。實施例5，綠輝石地質聚合物材料的制備實驗二:將綠輝石的固體原料按照IOOg重量份計:大顆粒(A) 35g,中顆粒(B) 30g,小顆粒(C) 35g的比例混勻物料,加入Iml木質磺酸鈉鹽減水劑，IOml模數為3.0的水玻璃，混勻后，用30目的篩子造粒，填入模具中，在50MPa下加壓成型，保壓4min，脫模后，在25 °C室溫下養(yǎng)護28d，獲得綠輝石地質聚合物材料。測試方法同實驗一，測試結果為:體積密度為2.517g/cm3,氣孔率為25%左右，吸水率為9.25% ;樣品力學性能測試結果如下:養(yǎng)護7d樣品的抗壓強度達34MPa;養(yǎng)護28d樣品抗壓強度為36MPa。實施例6，綠輝石地質聚合物材料的制備實驗三:將綠輝石的固體原料按照IOOg重量份計:大顆粒(A) 30g,中顆粒(B) 25g，小顆粒(C) 45g的比例混勻物料，加入0.5ml木質磺酸鈉鹽減水劑，15ml模數為3.0的水玻璃，混勻，用20目的篩子造粒，填入模具中，在50MPa下加壓成型，保壓4min，脫模，在80°C下養(yǎng)護7d，之后至于室溫下養(yǎng)護，獲得綠輝石地質聚合物材料。測試方法同實驗一，測試結果為:體積密度為2.56g/cm3，氣孔率為24%，吸水率為8.13%。樣品力學性能測試結果如下:養(yǎng)護7d樣品的抗壓強度達44MPa;養(yǎng)護28d樣品抗壓強度達55MPa。實施例7，綠輝石地質聚合物材料的制備實驗四:將綠輝石的固體原料按照IOOg重量份計:大顆粒(A) 30g,中顆粒(B) 25g，小顆粒(C) 45g的比例混勻物料，加入1.5ml木質磺酸鈉鹽減水劑，15ml模數為3.0的水玻璃，混勻，用20目的篩子造粒，填入模具中，在40MPa下加壓成型，保壓4m in，脫模，在60°C下養(yǎng)護28d，獲得綠輝石地質聚合物材料。測試方法同實驗一，測試結果為:體積密度為2.47g/cm3,氣孔率為24%，吸水率為9.13%。樣品力學性能測試結果如下:養(yǎng)護7d樣品的抗壓強度達30MPa;養(yǎng)護28d樣品強度達40MPa。
權利要求
1.一種綠輝石地質聚合物材料的制備方法，其特征在于，其步驟如下: (1)取綠輝石礦渣原料進行研磨，得三種顆粒級別的礦渣原料:大顆粒A，其粒徑為20-40目；中顆粒B，其粒徑為50-100目，小顆粒C，其粒徑為200-300目；固體原料按100份重量份計:大顆粒A占30-40份，中顆粒B占20-30份，小顆粒C占30-45份，三種顆粒混勻后得固體原料待用； (2)按固體原料與減水劑重量體積比為50-100g/ml混勻，再按固體原料與水玻璃重量體積比為5-20g/ml，加入水玻璃混勻，將混合物造粒，過10-30目篩，得填料待用；水玻璃的模數為3.0-3.4，減水劑為木質磺酸鈉鹽減水劑； (3)將填料裝入模具中，在30-90MPa下加壓成型，保壓3-5min，脫模；然后在溫度為25-900C、濕度為60-90%的條件下養(yǎng)護7_28天，即得到體積密度為2.4-2.6g/cm3,吸水率為8%-14%，抗壓強度為30-60MPa的綠輝石地質聚合物材料。
全文摘要
本發(fā)明是一種綠輝石地質聚合物的制備方法，主要步驟如下利用綠輝石為固體原料，固體原料按100份重量份計大顆粒A30-40份，中顆粒B20-30份，小顆粒C30-45份，混勻；向固體料中加入減水劑、水玻璃，混勻后用10-30目的篩子造粒；將造粒后的原料填入模具中，加壓成型，脫模；養(yǎng)護后即得綠輝石地質聚合物材料。本發(fā)明方法實現了綠輝石礦渣的資源化利用，工藝簡單，成本低，能耗少，并且獲得機械性能較為優(yōu)異的綠輝石地質聚合物材料，此綠輝石地質聚合物材料經進一步加工，可用作人造石材，裝飾面材。
文檔編號C04B7/14GK103073205SQ20131004306
公開日2013年5月1日 申請日期2013年2月4日 優(yōu)先權日2013年2月4日
發(fā)明者傅衛(wèi)東, 陳海彬, 許向陽, 魯立強, 栗海峰, 金成國, 高倩, 丁浩, 馬浩山 申請人:連云港金紅礦業(yè)有限公司