一種硅鋁聚合材料及其制備方法

專利名稱：：一種硅鋁聚合材料及其制備方法
技術領域：
：本發明涉及一種建筑材料，特別是涉及一種硅鋁聚合材料，本發明還涉及這種硅鋁聚合材料的制備方法。
背景技術：
：在材料技術發展領域，開發能源資源消耗低，環境負荷低、節能減排效果顯著的材料及制備技術備受關注。以土聚水泥、堿激發水泥等為主要種類的硅鋁聚合材料就是這樣一種能源資源環境負荷低的材料。與硅酸鹽水泥相比，這種材料在制備工藝上具有利用工業廢物，合成溫度低等特點，而在性能上具有較強優勢，同時在耐酸、耐高溫、固結有毒有害廢物等方面具有特殊優勢。因此國內外目前熱衷于硅鋁聚合材料新技術的研發及其應用領域的開拓。關于硅鋁聚合材料，專利200510077649公開了一種以粉煤灰為原料的硅鋁聚合材料的制備方法，專利200510034445公開了一種堿激發碳酸鹽/礦渣復合膠凝材料及其制備方法。上述兩專利所用粉料主要為粉煤灰和礦渣，而粉煤灰、礦渣早已成為水泥混凝土工業的重要原料，使得二者成為具有較高經濟價值的二次資源。因此，以上述兩種原料制備硅鋁聚合材料具有原料成本偏高的不足。
發明內容本發明要解決的技術問題是提供一種硅鋁聚合材料，具有優異的力學性能、耐化學腐蝕性及體積穩定性。本發明還提供了該硅鋁聚合材料的制備方法，制備方法簡單，采用工業廢棄物作為原料，成本低廉，不僅可以解決廢棄物的堆存問題，而且實現了資源綜合利用。為解決上述技術問題，本發明提供了一種硅鋁聚合材料，其包括60~90%重量的煅燒鋁土礦選尾礦4分末和40~10%重量的礦渣4分末，以及占煅燒鋁土礦選尾礦和礦渣總重量20~80%的水玻璃。所用的鋁土礦選尾礦中含有20~60%重量的活性礦物高嶺石，所用水玻璃為液態，固含量可以為50%重量。上述硅鋁聚合材料，其中，所述煅燒的鋁土礦選尾礦粉末為鋁土礦選尾礦和占鋁土礦選尾礦重量1~10%的石灰或10~30%的粉煤灰的混合物煅燒后的煅燒物。上述硅鋁聚合材料，其中，所述煅燒鋁土礦選尾礦粉末為80iim篩余小于10.0%(即將粉末過80um篩，80um以下的粉末占總重量的90%以上)。上述硅鋁聚合材料，其中，所述的礦渣為鋼渣，礦渣粉末為80um篩余小于10.0%。本發明還提供了一種硅鋁聚合材料的制備方法，其包括如下步驟a將鋁土礦選尾礦煅燒，煅燒后粉磨得到煅燒鋁土礦選尾礦粉末；b將40~10%重量的礦渣粉末與60~90%重量的煅燒鋁土礦選尾礦粉末混合均勻，制得粉料；c加入占步驟b中粉料重量20~80%的水玻璃，制得硅鋁聚合材料。上述硅鋁聚合材料的制備方法，其中，所述步驟a中在鋁土礦選尾礦中加入占鋁土礦選尾礦重量1~10%的石灰或10~30%的粉煤灰。上述硅鋁聚合材料的制備方法，其中，所述步驟a中鋁土礦選尾礦的煅燒溫度為800~1000°C。上述硅鋁聚合材料的制備方法，其中，所述步驟a中鋁土礦選尾礦的煅燒時間為0.5-10小時，優選煅燒時間為1~2小時。本發明的硅鋁聚合材料，以煅燒鋁土礦選尾礦粉末為主要原料，并與礦渣粉末混合，以水玻璃為激發劑，無需蒸壓養護在常溫下就可制備出硅鋁聚合材料。該硅鋁聚合材料釆用的原材料主要是工業廢棄物，資源能源消耗低、環境負荷低，同時其原料來源方便，成本低廉；而且其膠妙、具有優異的力學性能、耐化學腐蝕性及體積穩定性。另一方面，這種材^F在應用過程中，在很多領域能夠代替資源能源消耗高，環境負荷重的以硅酸鹽水泥為主要成分的膠凝材料(例如抗碌u酸鹽硅酸鹽水泥、耐酸水泥以及雙快水泥等)，從而間接降低普通硅酸鹽水泥的生產數量，進而降低了水泥工業的資源能源消耗水平，或者可以代替有機高分子或陶瓷等產品，提升該材料的附加價值，因此，本發明的硅鋁聚合材料具有良好的應用前景。具體實施例方式下面結合實施例詳細描述本發明。實施例1將鋁土礦選尾礦在球磨機內粉磨，過80um篩，篩余小于IO.0%，所得粉末A-l。將鋁土礦選尾礦分別在800。C下煅燒1.0、1.5和2.O小時，自然降溫到室溫后，取出并在球磨機內粉磨，過80um篩，篩余小于IO.0%,分別得到粉末A-2、粉末A-3和4分末A-4。為了驗證本例煅燒鋁土礦選尾礦粉末的活性，以85。/。重量的粉末A-1、粉末A-2、粉末A-3、粉末A-4為原料，分別摻入15y。重量的過80um篩篩余小于10.0y。的礦渣4分末，在水灰比為0.45、膠砂比為1:2.5及水玻璃摻量為60%重量(水玻璃加入量以其占鋁土礦粉末和礦渣粉末的總重量計)的條件下制備硅鋁聚合砂漿，并參照國家標準GB/T17671-1999規定進行強度試驗。測試結果如表l所示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>從表l數據得知，鋁土礦選尾礦是否煅燒，對硅鋁聚合砂漿的力學性能有顯著影響。樣品A-2的28天抗壓強度比A-l的高27.2MPa,達到了54.lMPa;樣品A-3的28天抗壓強度比A-1的高30.4MPa，達到了57.3MPa;樣品A-4的28天抗壓強度比A-1的高31.lMPa，達到了58.OMPa。由此可見，煅燒是提高鋁土礦選尾礦聚合反應活性的有效手段，以本例煅燒鋁土礦選尾礦粉末為主要原料制備得到的硅鋁聚合砂漿具有優良的力學性能。從表1數據得知，鋁土礦選尾礦在800。C下經1小時至2小時煅燒后，硅鋁聚合砂漿的3天抗壓強度超過了30MPa,28天抗壓強度超過了50Mpa。煅燒時間可以增加，但是如果煅燒時間過長，會增加成本。實施例2在鋁土礦選尾礦中加入占鋁土礦選尾礦重量1%的石灰，將其分別在800。C、850°C、900°C、950。C和IOO(TC下煅燒1.5小時，自然降溫到室溫后，取出并在球磨機內粉磨，過80um篩，篩余在IO.0%范圍內，得到粉末B-1、粉末B-2、粉末B-3、粉末B-4和粉末B-5。以75。/。重量的粉末B-1、粉末B-2、粉末B-3、粉末B-4、粉末B-5為原料，分別摻入25y。重量的過80um篩篩余小于10.0%的礦渣粉末，在水灰比為0.45、膠砂比為1:2.5及水玻璃摻量為70°/。重量(水玻璃加入量以其占上述粉末的總重量計)的條件下制備硅鋁聚合砂漿，并參照國家標準GB/T17671-1999規定進行強度試驗。測試結果如表2所示。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>從表2數據得知，鋁土礦選尾礦在800°C~100(TC下煅燒1.5小時后，硅鋁聚合砂漿的3天抗壓強度都超過了30MPa,28天抗壓強度都超過了50MPa，說明800°C~IOO(TC的煅燒溫度是適宜的。實施例3向鋁土礦選尾礦中加入占其重量20%的粉煤灰，在850。C下煅燒5小時，自然降溫到室溫后，取出并在球磨機內粉磨，過80um篩，篩余小于10.0%，得到粉末。取上述制得的粉末60千克、礦渣粉末40千克，二者混合均勻得到粉料C-l。取上述制得的粉末70千克、礦渣粉末30千克，二者混合均勻得到粉料C-2。取上述制得的粉末80千克、礦渣粉末20千克，二者混合均勻得到粉料C-3。取上述制得的粉末90千克、礦渣粉末10千克，二者混合均勻得到粉料C-4。其中礦渣粉末過80um篩篩余小于10.0%。在水玻璃摻量為50%重量(水玻璃加入量以其占上述粉料的重量計)的條件下，設定水灰比為0.45、膠砂比為1:2.5,以粉料B-1、B-2、B-3、B-4為原料成型砂漿，并參照國家標準GB/T17671-1999規定進行強度試驗。測試結果如表3所示。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表C數據得知，本例煅燒鋁土礦選尾礦粉末與適量礦渣粉末(10%至40%重量)混合后，在水玻璃激發下，所得硅鋁聚合材料試樣的28天抗壓強度均超過了50MPa,說明制備得到的本例硅鋁聚合材料具有很好的力學性能。實施例4向鋁土礦選尾礦中加入占其重量30%的粉煤灰，在900°C下煅燒10小時，自然降溫到室溫后，取出并在球磨機內粉磨，過80um篩，篩余小于IO.0%,得到粉末。取上述制得的并分末70千克、過80um篩篩余小于10.0%的礦渣粉末30千克，二者混合均勻得到粉料D。設定水灰比為0.45、膠砂比為1:2.5，參照國家標準GB/T17671-1999規定進行強度試驗。樣品D-l、D-2、D-3、D-4為水玻璃摻量(水玻璃加入量以占粉料D重量計)分別為50°/重量、60%重量、70%重量、80%重量。測試結果如表3所示。表4<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由表4知，以本例煅燒鋁土礦選尾礦粉末為主要原料，在50°/。~80%重量的水玻璃激發下，所得硅鋁聚合材料的力學性能優良，其28天抗壓強度均超過了5QMPa。實施例5向鋁土礦選尾礦中加入占其重量10%的粉煤灰，將其在950。C下煅燒1小時，自然降溫到室溫后，取出并在球磨機內粉磨，過80um篩，篩余小于10.0%,得到粉末。取上述制得的粉末60千克、過80um篩篩余小于10.0%的礦渣粉末40千克，二者混合均勻得到粉料E。設定水灰比為0.45、膠^>、比為1:2.5，成型標準養護1天后拆摸，將兩組試塊分別置入水中和3%硫酸鈉溶液中常溫養護，養護至28天時進行強度實驗，以驗證硅鋁聚合材料的抗疏酸鹽侵蝕性能。試樣的抗硫酸鹽侵蝕性能以抗蝕系數k表征，抗蝕系數k等于3。/。硫酸鈉溶液養護的28天抗折強度與水養的28天抗折強度之比。樣品E-l，E-2為以本例煅燒鋁土礦選尾礦粉末為主要原料制備得到的硅鋁聚合材料，其水玻璃摻量分別為20%、40y。重量(水玻璃的加入量以占粉料E的重量計)；樣品E-3為強度等級為52.5的抗疏酸鹽硅酸鹽水泥試樣。測試結果如表5所示。表5<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表5數據表明，E-l、E-2樣品的抗蝕系數k均很高，甚至高于抗硫酸鹽硅酸鹽水泥(E-3)的抗蝕系數，且經3%硫酸鈉溶液浸泡28天后其抗壓強度不降反升，這說明本發明所得的硅鋁聚合材料具有優異的抗疏酸鹽侵蝕性能。實施例6向鋁土礦選尾礦中加入占其重量5%的石灰，將其在1000。C下煅燒0.5小時，自然降溫到室溫后，取出并在球磨機內粉磨，過80um篩，篩余小于10.0%,得到粉末。取上述制得的粉末80千克、過80um篩篩余小于10.0%的礦渣粉末20千克，二者混合均勻得到粉料F。設定水灰比為0.45、膠砂比為1:2.5，分別摻入40%、50y。重量的水玻璃(水玻璃加入量以占粉料F的重量計)，成型后標準養護1天后拆纟莫，試樣分四組各6塊分別置入pH為7.0的水中和pH分別為5.0、3.0、1.0的碌u酸溶液中浸泡。在浸泡過程中，每天用0.5mol/L的硫酸溶液中和試樣析出的堿，使pH值保持在設定值。浸泡至28天后，取出試樣，觀察外觀，然后以清水仔細洗滌各試樣表面，拭干后稱重并進行強度測試，以驗證試樣的耐酸性能。以在pH值為7.0的水中養護的試樣的強度和重量為100%，計算在其它酸性條件下浸泡試樣的重量及強度剩余率。樣品F-1、F-2分別指水玻璃摻量為40%、50°/重量的試樣。實驗結果如表6所示。表6<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>由表6知，樣品即使在pH值為1的強酸溶液中浸泡28天，其抗折、抗壓強度和試塊質量均沒有明顯下降，這說明本發明制得的硅鋁聚合材料具有優異的耐酸性能。實施例7向鋁土礦選尾礦中加入占其重量10%的石灰，將其在850。C下煅燒1.5小時，自然降溫到室溫后，取出并在球磨機內粉磨，過80um篩，篩余小于10.0%,得到粉末。取上述制得的粉末70千克、過80um篩篩余小于10.0%的礦渣粉末30千克，二者混合均勻得到粉料G。設定水灰比為0.45、膠砂比為1:2.5，分別摻入20%、30%重量的水玻璃(水玻璃加入量以占粉料G的重量計)，參照JC/T603-1995測定試樣的干縮，以驗證所制備得到的材料的體積穩定性。樣品G-1、G-2分別指水玻璃摻量為20%、30°/。重量的試樣，樣品G-3是普通硅酸鹽水泥對照樣。實驗結果如表7所示。表7<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從表7可以看出，樣品G-1、G-2的28天累積收縮與普通硅酸鹽水泥(G-3)差不多，均小于O.lwt%,滿足工程要求。因此，用本發明得到硅鋁聚合材料具有較好的體積穩定性。權利要求1、一種硅鋁聚合材料，其包括60～90％重量的煅燒鋁土礦選尾礦粉末和40～10％重量的礦渣粉末，以及占煅燒鋁土礦選尾礦和礦渣總重量20～80％的水玻璃。2、如權利要求1所述的硅鋁聚合材料，其中，所述煅燒的鋁土礦選尾礦粉末為鋁土礦選尾礦和占鋁土礦選尾礦重量1~10%的石灰或10~30%的粉煤灰的混合物煅燒后的煅燒物。3、如權利要求1或2所述的硅鋁聚合材料，其中，所述煅燒鋁土礦選尾礦粉末為80um篩余小于10.0%。4、如權利要求1或2所述的硅鋁聚合材料，其中，所述的礦渣為鋼渣。5、如權利要求1或2所述的硅鋁聚合材料，其中，所述的礦渣粉末為80um篩余小于10.0%。6、一種權利要求1所述的硅鋁聚合材料的制備方法，其包括如下步驟a將鋁土礦選尾礦煅燒，煅燒后粉磨得到煅燒鋁土礦選尾礦粉末；b將40~10%重量的礦渣粉末與60~90%重量的煅燒鋁土礦選尾礦粉末混合均勻，制得粉料；c加入占步驟b中粉料重量20~80%的水玻璃，制得硅鋁聚合材料。7、如權利要求6所述的制備方法，其中，所述步驟a中在鋁土礦選尾礦中加入占鋁土礦選尾礦重量1~10%的石灰或10~30%的粉煤灰，之后進行煅燒。8、如權利要求6或7所述的硅鋁聚合材料，其中，所述步驟a中鋁土礦選尾礦的煅燒溫度為800~1000°C。9、如權利要求6或7所述的硅鋁聚合材料，其中，所述步驟a中鋁土礦選尾礦的煅燒時間為0.5~10小時。10、如權利要求9所述的硅鋁聚合材料，其中，所述步驟a中鋁土礦選尾礦的煅燒時間為1~2小時。全文摘要本發明公開了一種硅鋁聚合材料，包括60～90％重量的煅燒鋁土礦選尾礦粉末和40～10％重量的礦渣粉末，以及占煅燒鋁土礦選尾礦和礦渣總重量20～80％的水玻璃。本發明還公開了該材料的制備方法，包括a將鋁土礦選尾礦煅燒，煅燒后粉磨得到煅燒鋁土礦選尾礦粉末；b將40～10％重量的礦渣粉末與60～90％重量的煅燒鋁土礦選尾礦粉末混合均勻，制得粉料；c加入占步驟b中粉料重量20～80％的水玻璃，制得硅鋁聚合材料。其中，煅燒溫度為800～1000℃，煅燒時間為0.5～10小時。本發明的材料具有優異的力學性能、耐化學腐蝕性及體積穩定性，而且制備方法簡單，采用工業廢棄物作為原料，成本低廉，不僅可以解決廢棄物的堆存問題，而且實現了資源綜合利用。文檔編號C04B18/12GK101412596SQ20081022498公開日2009年4月22日申請日期2008年10月29日優先權日2008年10月29日發明者輝劉,葉家元,張衛東,張文生,鹿中科申請人:中國鋁業股份有限公司