一種硫鋁酸鹽水泥促凝劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種硫鋁酸鹽水泥促凝劑及其制備方法。其特征在于所述促凝劑包含有以下組分，各組分按重量份計，鋰渣60?85份，吸波組分0.5?1份，無機組份5?20份，有機組份5?20份，各組分均為粉狀材料。本發(fā)明促凝劑的摻量為1％?5％，主要以快硬硫鋁酸鹽水泥用量為基數(shù)外摻，對快硬硫鋁酸鹽水泥具有很強的促凝作用，而且能夠適應不同溫度條件下施工，都能夠?qū)崿F(xiàn)快硬硫鋁酸鹽的快速凝結(jié)硬化，且不影響后期強度。
【專利說明】
一種硫鋁酸鹽水泥促凝劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于建筑材料領(lǐng)域，具體涉及一種水泥行業(yè)的促凝劑技術(shù)，提供了一種硫鋁酸鹽水泥促凝劑及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002] 鋰渣是鋰輝石礦石經(jīng)過1200°C高溫煅燒后用硫酸法生產(chǎn)碳酸鋰過程產(chǎn)生的副產(chǎn)品，即生產(chǎn)碳酸鋰過程中，碳酸鋰熟料經(jīng)過浸出、過濾、洗滌后排出的廢渣。其主要成分是氧化硅、氧化鋁、氧化鈣等，其中最主要的以無定型的二氧化硅存在，能和堿性物質(zhì)發(fā)生反應， 因此鋰渣具有較高的活性。目前其主要作為摻合料或者部分替代水泥應用在建筑行業(yè)。
[0003] 有研究表明，鋰鹽如Li0H，Li2C03，LiCl等能夠促進水泥混凝土的凝結(jié)硬化，縮短初凝時間，由于鋰渣為鋰輝石加酸提取鋰鹽后的殘渣。鋰渣中仍含有約千分之幾剩余的鋰，其主要以Li02或Li2C03形式，再加上鋰渣里面大部分的無定型Si02,具有潛在火山灰活性，所以鋰渣有可以作為水泥促凝劑的潛在可能性。但是就水泥促凝而言，目前最主要的應用方式主要是直接加入或者經(jīng)過簡單的物理或化學方式處理就直接使用，由于鋰鹽沒有充分激活，而且其含量也少，所以促凝效果有限。中國專利CN102775086A涉及一種水泥行業(yè)的促凝劑技術(shù)，具體的說是鋰渣作為促凝劑在低堿硫鋁酸鹽水泥中的應用，在低堿硫鋁酸鹽熟料中摻入1%-5%的鋰渣作促凝劑，鋰渣化學成分包含:31〇235-38%<&01〇-15%412〇33〇-35 % ;Fe2〇3〇 ? 4-0 ? 6 % ;MgOO ? 2-0 ? 4% ; Li〇2〇 ? 15-0 ? 25 %。鋰渣摻入量為3 % 時效果最佳。雖然此配方能夠降低水泥的凝結(jié)時間，但是其作用效果并不明顯，不能達到速凝的地步，而且在冬季施工的時候，會受到很大的限制。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供了一種硫鋁酸鹽水泥促凝劑及其制備方法，其不僅可以有效的利用鋰渣，而且其性能能夠有效的促進硫鋁酸鹽水泥的初凝時間和終凝時間，從而加快其早期強度發(fā)展，此外在冬季施工的時候， 能夠?qū)崿F(xiàn)快速凝結(jié)硬化。
[0005]本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為:一種硫鋁酸鹽水泥促凝劑， 其包含有以下組分，鋰渣60-85份，吸波組分0.5-1份，無機組份5-20份，有機組份5-20份，各組分均為粉狀，按重量份計。
[0006]按上述方案，所述的鋰渣為生產(chǎn)碳酸鋰所產(chǎn)生的廢渣，其中活性Si02、活性Al2〇3和活性CaO占鋰渣含量的80wt ? %以上，Li2〇占鋰渣含量的0 ? 15wt ? % -0 ? 25wt ? %，使用時需烘干磨細至粒徑<0.1mm。
[0007]按上述方案，所述的鋰渣需經(jīng)過微波激活，其微波激活處理的方式為:選用功率3-6KW，微波作用時間為5-10min即可。
[0008]按上述方案，所述的吸波組分為市售三氧化二鐵，其純度多99.0wt.%。[〇〇〇9]按上述方案，所述的無機組分為生石灰與NaCl的混合物，其中生石灰與NaCl的復摻比例為1:2，質(zhì)量比計。
[0010]按上述方案，所述的生石灰為快速生石灰，消化時間為7-9min，消化溫度為95°c-97°C ;所述的NaCl為市售分析純，純度彡99.0.wt %。
[0011]按上述方案，所述的有機組分為減水劑與甲酸鈣的混合物，其中減水劑與甲酸鈣的復摻比例為2:1，質(zhì)量比計。
[0012]按上述方案，所述的減水劑為三聚氰胺高效減水劑或者萘系減水劑。
[0013]所述的硫鋁酸鹽水泥促凝劑的制備方法，包括有以下步驟:
[0014]1)鋰渣烘干后，在球磨機中粉末至粒徑<0.1mm，加入市售三氧化二鐵作為吸波組分，混合均勾；
[0015]2)混合均勻的鋰渣與三氧化二鐵加入微波處理的儀器中，將微波功率調(diào)到3-6KW， 處理時間5-10min即可；[〇〇16]3)微波處理后的鋰渣、無機組分與有機組分按比例混合均勻后即可使用。
[0017]本發(fā)明促凝劑的摻量為1%-5%，主要以快硬硫鋁酸鹽水泥用量為基數(shù)外摻，對快硬硫鋁酸鹽水泥具有很強的促凝作用，而且能夠適應不同溫度條件下施工，都能夠?qū)崿F(xiàn)快硬硫鋁酸鹽的快速凝結(jié)硬化，且不影響后期強度。
[0018]采用上述原料和方法制備一種硫鋁酸鹽水泥促凝劑的技術(shù)原理主要如下:
[0019]1)本發(fā)明所用的鋰渣需要經(jīng)過微波激活處理，微波與常規(guī)的加熱方式由外部熱源通過熱輻射對物質(zhì)進行由表及里的傳導式加熱不同，微波加熱是通過電磁場中介質(zhì)損耗吸收微波而引起的體加熱，這種加熱意味著將微波電磁能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，其能量是通過空間和媒質(zhì)以電磁波形式來傳遞的。微波與物質(zhì)作用的原理與特性，使反應物可以通過吸收微波能使內(nèi)部分子或離子間產(chǎn)生摩擦而生熱，從而促進化學反應的發(fā)生;另外，材料內(nèi)部極性分子吸收微波時會改變分子排列等燴或嫡效應，從而降低了反應活化能，導致改變反應動力學，促進材料的內(nèi)部反應，從而達到激活鋰渣的目的，可以使鋰渣中的鋰鹽更容易溶出，達到更容易促凝的效果。為了達到更好激活鋰渣的目的，需要在鋰渣中摻加一些電導率和極化損耗適中的物質(zhì)，用于鋰渣內(nèi)部的吸波加熱，便于更有效的激活鋰渣，本發(fā)明需要在鋰渣中摻入三氧化二鐵粉末，摻入量在鋰渣含量的1 %左右。
[0020]2)本發(fā)明除了采用微波激活鋰渣以外，為了能夠在冬季環(huán)境溫度較低的情況下， 促凝劑能夠很好的使用情況，外摻了有機組分和無機組分的外加劑，其中無機組分摻入為生石灰，以及無機鹽氯化鈉，生石灰的主要成分為CaO,其中生石灰的快速水化放熱，能夠有效的提高反應速率，而且摻入水化生成的氫氧化鈣能夠與水泥中的礦物相反應生成鈣礬石，有利于其早期強度的提高，而且氯化鈉小分子鹽本身對水泥有促凝作用，可以彌補促凝劑在冬季施工的不足。而有機組分組分主要是由促凝部分甲酸鈣以及減水劑組成，不僅可以使水泥的能夠在冬季使用，而且可以使硫鋁酸鹽水泥的初凝時間在5分鐘以內(nèi)，而且在使用本發(fā)明作為促凝劑的時候，無需增加其他的外加劑，即能夠保證水泥的快凝早強，而且具有良好的使用性能。
[0021]本發(fā)明的有益效果為:(1)本發(fā)明材料主體部分是工業(yè)生產(chǎn)碳酸鋰產(chǎn)生的廢渣，利用其生產(chǎn)硫鋁酸鹽水泥促凝劑，不僅能夠變廢為寶，而且具有良好的經(jīng)濟效益。(2)相比于現(xiàn)在的技術(shù)，本發(fā)明的該材料具有優(yōu)良的工作性能，尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)硫鋁酸鹽水泥的快速凝結(jié)硬化，有很強的溫度適用性，在冬季施工的時候也能實現(xiàn)快速凝結(jié)硬化。(3)本發(fā)明可以很好的拓展硫鋁酸鹽水泥的應用范圍，不僅可以很好的應用在噴射水泥上面，而且對目前3D打印材料方向也具有較好的實用性。【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合實施例進一步說明本申請之發(fā)明，但實施例不應視作對本發(fā)明權(quán)利的限定。
[0023]下列實施例中采用的鋰渣為生產(chǎn)碳酸鋰產(chǎn)生的廢渣，其中活性Si02、活性A1203和活性CaO占鋰渣含量的80wt.%以上，Li20 0.15wt.%-0.25wt.%。三氧化二鐵，生石灰， NaCl，甲酸鈣以及減水劑均為市售材料，其中生石灰為快速石灰，消化時間為7-9min，消化溫度為95°C-97°C ; NaCl與三氧化二鐵為市售工業(yè)級，純度多99.0% ;甲酸鈣為白色粉末;減水劑為三聚氰胺高效減水劑或者萘系減水劑，前者為白色流動性粉末，后者為棕色流動性粉末。[〇〇24] 實施例1[〇〇25] 一種硫鋁酸鹽水泥促凝劑的制備方法，鋰渣85份，三氧化二鐵0.85份，生石灰與 NaCl組成的無機組份15份(生石灰與NaCl復摻比例為1:2)，甲酸鈣與三聚氰胺高效減水劑有機組份10份(三聚氰胺高效減水劑與甲酸鈣的復摻比例為2:1 )，各組分均為粉狀材料，鋰渣烘干后，在球磨機中粉末至粒徑<0.1_，加入三氧化二鐵作為吸波材料，混合均勻?；旌暇鶆虻匿囋c三氧化二鐵加入微波處理的儀器中，將微波功率調(diào)到3-6KW，處理時間5-lOmin即可。微波處理后的鋰渣無機組分與有機組分混合均勻后即可使用。[〇〇26]使用方法是:在硫鋁酸鹽水泥摻加1 %的該鋰渣促凝劑。混合均勻后，加入30 % -35 %的水，初凝時間為4min50s，終凝時間為6min。[〇〇27] 實施例2[〇〇28] 一種硫鋁酸鹽水泥促凝劑的制備方法，鋰渣85份，三氧化二鐵0.85份，生石灰與 NaCl組成的無機組份15份(生石灰與NaCl復摻比例為1:2)，甲酸鈣與萘系減水劑有機組份 10份(萘系減水劑與甲酸鈣的復摻比例為2:1)，各組分均為粉狀材料，鋰渣烘干后，在球磨機中粉末至粒徑< 0.1mm，加入三氧化二鐵作為吸波材料，混合均勾。混合均勾的鋰渣與三氧化二鐵加入微波處理的儀器中，將微波功率調(diào)到3-6KW，處理時間5-10min即可。微波處理后的鋰渣無機組分與有機組分按相應的比例混合均勻后即可使用。[〇〇29]使用方法是:在硫鋁酸鹽水泥摻加3 %的該鋰渣促凝劑。混合均勻后，加入30 % -35 %的水，初凝時間為2min50s，終凝時間為4min.
[0030] 實施例3[〇〇31] 一種硫鋁酸鹽水泥促凝劑的制備方法，鋰渣60份，三氧化二鐵0.6份，生石灰與 NaCl組成的無機組份15份(生石灰與NaCl復摻比例為1:2)，甲酸鈣與三聚氰胺高效減水劑有機組份15份(三聚氰胺高效減水劑與甲酸鈣的復摻比例為2:1 )，各組分均為粉狀材料，鋰渣烘干后，在球磨機中粉末至粒徑<0.1_，加入三氧化二鐵作為吸波材料，混合均勻。混合均勻的鋰渣與三氧化二鐵加入微波處理的儀器中，將微波功率調(diào)到3-6KW，處理時間5-lOmin即可。微波處理后的鋰渣無機組分與有機組分按相應的比例混合均勻后即可使用。 [〇〇32]使用方法是:在硫鋁酸鹽水泥摻加1 %的該鋰渣促凝劑。混合均勻后，加入30 % -35 %的水，初凝時間為3min50s，終凝時間為5min20s.
[0033] 實施例4[〇〇34] 一種硫鋁酸鹽水泥促凝劑的制備方法，鋰渣60份，三氧化二鐵0.6份，生石灰與 NaCl組成的無機組份15份(生石灰與NaCl復摻比例為1:2)，甲酸鈣與萘系減水劑有機組份 15份(萘系減水劑與甲酸鈣的復摻比例為2:1)，各組分均為粉狀材料，鋰渣烘干后，在球磨機中粉末至粒徑< 0.1mm，加入三氧化二鐵作為吸波材料，混合均勾?；旌暇吹匿囋c三氧化二鐵加入微波處理的儀器中，將微波功率調(diào)到3-6KW，處理時間5-10min即可。微波處理后的鋰渣無機組分與有機組分按相應的比例混合均勻后即可使用。[〇〇35]使用方法是:在硫鋁酸鹽水泥摻加4 %的該鋰渣促凝劑?；旌暇鶆蚝?，加入30 % -35 %的水，初凝時間為2min30s，終凝時間為3min20s.
[0036] 實施例5[〇〇37] 一種硫鋁酸鹽水泥促凝劑的制備方法，鋰渣70份，三氧化二鐵0.7份，生石灰與 NaCl組成的無機組份15份(生石灰與NaCl復摻比例為1:2)，甲酸鈣與萘系減水劑有機組份 15份(萘系減水劑與甲酸鈣的復摻比例為2:1)，各組分均為粉狀材料，鋰渣烘干后，在球磨機中粉末至粒徑< 0.1mm，加入三氧化二鐵作為吸波材料，混合均勾?；旌暇吹匿囋c三氧化二鐵加入微波處理的儀器中，將微波功率調(diào)到3-6KW，處理時間5-10min即可。微波處理后的鋰渣無機組分與有機組分按相應的比例混合均勻后即可使用。[〇〇38]使用方法是:在硫鋁酸鹽水泥摻加2 %的該鋰渣促凝劑?；旌暇鶆蚝螅尤?0 % -35 %的水，初凝時間為2min50s，終凝時間為3min40s.
[0039]實施例6
[0040]—種硫鋁酸鹽水泥促凝劑的制備方法，鋰渣70份，三氧化二鐵0.7份，生石灰與 NaCl組成的無機組份20份(生石灰與NaCl復摻比例為1: 2)，甲酸鈣與萘系減水劑有機組份 20份(萘系減水劑與甲酸鈣的復摻比例為2:1)，各組分均為粉狀材料，鋰渣烘干后，在球磨機中粉末至粒徑< 0.1mm，加入三氧化二鐵作為吸波材料，混合均勾?；旌暇吹匿囋c三氧化二鐵加入微波處理的儀器中，將微波功率調(diào)到3-6KW，處理時間5-10min即可。微波處理后的鋰渣無機組分與有機組分按相應的比例混合均勻后即可使用。[0041 ]使用方法是:在硫鋁酸鹽水泥摻加1 %的該鋰渣促凝劑?；旌暇鶆蚝螅尤?0 % -35 %的水，初凝時間為2min20s，終凝時間為3minl0s.[〇〇42] 實施例7[〇〇43] 一種硫鋁酸鹽水泥促凝劑的制備方法，鋰渣80份，吸波組分0.8份，生石灰與NaCl 組成的無機組份20份(生石灰與NaCl復摻比例為1:2)，甲酸鈣與三聚氰胺高效減水劑有機組份20份(三聚氰胺高效減水劑與甲酸鈣的復摻比例為2:1 )，各組分均為粉狀材料，鋰渣烘干后，在球磨機中粉末至粒徑<0.1mm，加入三氧化二鐵作為吸波材料，混合均勻?；旌暇鶆虻匿囋c三氧化二鐵加入微波處理的儀器中，將微波功率調(diào)到3-6KW，處理時間5-10min即可。微波處理后的鋰渣無機組分與有機組分按相應的比例混合均勻后即可使用。
[0044]使用方法是:在硫鋁酸鹽水泥摻加4 %的該鋰渣促凝劑?；旌暇鶆蚝?，加入30 % -35 %的水，初凝時間為lmin50s，終凝時間為2min40s.
[0045]本發(fā)明所列舉的各原料，以及本發(fā)明各原料的上下限、區(qū)間取值，以及工藝參數(shù)的上下限、區(qū)間取值都能實現(xiàn)本發(fā)明，在此不一一列舉實施例。
【主權(quán)項】
1.一種硫鋁酸鹽水泥促凝劑，其包含有以下組分，鋰渣60-85份，吸波組分0.5-1份，無 機組份5-20份，有機組份5-20份，各組分均為粉狀，按重量份計。2.根據(jù)權(quán)利要求1的硫鋁酸鹽水泥促凝劑，其特征在于所述的鋰渣為生產(chǎn)碳酸鋰所產(chǎn) 生的廢渣，其中活性Si02、活性Al2〇3和活性CaO占鋰渣含量的80wt.%以上，Li20占鋰渣含量 的0? 15wt.%-〇.25wt.%，使用時需烘干磨細至粒徑<0? 1謹。3.根據(jù)權(quán)利要求2的硫鋁酸鹽水泥促凝劑，其特征在于所述的鋰渣需經(jīng)過微波激活，其 微波激活處理的方式為:選用功率3-6KW，微波作用時間為5-1 Omin即可。4.根據(jù)權(quán)利要求1的硫鋁酸鹽水泥促凝劑，其特征在于所述的吸波組分為市售三氧化 二鐵，其純度彡99.0wt.%。5.根據(jù)權(quán)利要求1的硫鋁酸鹽水泥促凝劑，其特征在于所述的無機組分為生石灰與 NaCl的混合物，其中生石灰與NaCl的復摻比例為1:2，質(zhì)量比計。6.根據(jù)權(quán)利要求5的硫鋁酸鹽水泥促凝劑，其特征在于所述的生石灰為快速生石灰，消 化時間為7-9min，消化溫度為95 °C -97 °C ;所述的NaCl為市售分析純，純度彡99.0.wt %。7.根據(jù)權(quán)利要求1的硫鋁酸鹽水泥促凝劑，其特征在于所述的有機組分為減水劑與甲 酸鈣的混合物，其中減水劑與甲酸鈣的復摻比例為2:1，質(zhì)量比計。8.根據(jù)權(quán)利要求7的硫鋁酸鹽水泥促凝劑，其特征在于所述的減水劑為三聚氰胺高效 減水劑或者萘系減水劑。9.權(quán)利要求1所述的硫鋁酸鹽水泥促凝劑的制備方法，包括有以下步驟:1)鋰渣烘干后，在球磨機中粉末至粒徑<0.1mm，加入市售三氧化二鐵作為吸波組分， 混合均勻；2)混合均勻的鋰渣與三氧化二鐵加入微波處理的儀器中，將微波功率調(diào)到3-6KW，處理 時間5-10min即可；3)微波處理后的鋰渣、無機組分與有機組分按比例混合均勻后即可使用。
【文檔編號】C04B24/12GK105967541SQ201610307057
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月11日
【發(fā)明人】蹇守衛(wèi), 孫孟琪, 何桂海, 馬保國, 郅真真, 余后梁, 吳世明
【申請人】武漢理工大學