一种电解锰渣生态水泥及其制备方法

1.本发明涉及建筑材料技术领域，尤其涉及一种电解锰渣生态水泥及其制备方法。


背景技术：

2.进入21世纪后，电解金属行业有了飞速的发展，尤其是电解金属锰行业。但是，在电解锰过程中会产生大量的固体废渣，固体废渣中还有很多可利用资源，如果直接将电解锰渣堆积搁置，不仅会造成环境的污染，还会造成资源的浪费，所以，需要对电解锰渣进行无害化处理。
3.目前，常用的对电解锰渣处理技术包括电解锰渣固化/稳定化技术，电解锰渣电动修复技术，电解锰渣分选处理技术，电解锰渣水洗处理技术，电解锰渣生物处理技术和电解锰渣资源化利用技术。其中，电解锰渣固化/稳定化技术是指在电解锰渣中添加稳定化剂或固化剂，使其达到无害化的目的，但是此方法处理效果不佳，添加的药剂也会增加锰渣的量，且固化稳定后也只能是堆积搁置，长期搁置会再次污染环境。电解锰渣电动修复技术是利用电场去除电解锰渣中的锰和氨氮，此方法存在着步骤复杂、成本偏高的问题。电解锰渣分选处理技术是利用电解锰渣中各组分的性质差异，采用选矿的方法分离出电解锰渣中可利用的组分，但是此方法选别的效率低，对锰渣处理量少。电解锰渣水洗处理技术主要是回收渣中的水溶性锰和硫酸铵，此技术方案需要严格控制洗涤的水量。电解锰渣生物处理技术是利用微生物对电解锰渣的组分进行氧化或分解，但此方法所使用的细菌培养难度大，且处理效果并不好。电解锰渣资源化利用技术是近年来研究的热点，常用电解锰渣制备水泥、混凝土、铺路材料等等，但是在水泥的实际应用中，在不影响水泥性能的情况下，电解锰渣最高掺入量只有5％，较合适的掺入量为3％，无法有效解决电解锰渣堆积搁置的问题。
4.因此，如何提供一种高掺量的电解锰渣生态水泥的技术方案成为了本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种电解锰渣生态水泥及其制备方法，其目的是解决现有方法利用电解锰渣制备水泥所存在的电解锰渣利用率低的技术问题。
6.为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.本发明提供了一种电解锰渣生态水泥，包括以下重量份的组分：
8.水泥熟料50～60份，钢渣10～20份，电解锰渣10～15份，石膏1～5份，助剂1～5份。
9.进一步的，所述水泥熟料包括石灰石、玻璃纤维、粉煤灰、粘土和稳定剂，所述石灰石、玻璃纤维、粉煤灰、粘土和稳定剂的质量比为80～120：1～15：1～5：1～5：1～5。
10.进一步的，所述助剂为三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、硫酸钠、铝酸钠和硅灰中的一种或几种。
11.进一步的，所述稳定剂为聚丙烯酰胺、羟甲基丙基纤维素醚和甘露醇中的一种或几种。
12.进一步的，所述石膏为天然石膏、二水石膏、半水石膏、无水石膏、脱硫石膏和磷石膏中的一种或几种。
13.本发明提供了上述电解锰渣生态水泥的制备方法，包括以下步骤：
14.s1、将电解锰渣进行煅烧处理得到预处理电解锰渣；
15.s2、将水泥熟料、钢渣、预处理电解锰渣、石膏和助剂混合后进行研磨得到混合粉料；
16.s3、将混合粉料进行煅烧处理即得电解锰渣生态水泥。
17.进一步的，所述步骤s1中的煅烧处理的温度为800～1200℃，煅烧处理的时间为5～10h。
18.进一步的，所述步骤s2中的混合粉料的粒径≥100目。
19.进一步的，所述步骤s3中的煅烧处理分为三个阶段，第一阶段的升温时间为10～30min，升温后的温度为200～300℃，保温时间为30～60min；第二阶段的升温时间为20～40min，升温后的温度为600～800℃，保温时间为30～60min；第三阶段的降温时间为10～20min，降温后的温度为400～500℃，保温时间为30～60min。
20.经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
21.本发明的制备方法简单，产品质量高，在保证水泥性能的前提下，提高了电解锰渣的利用率，使大量堆积的电解锰渣得到了大宗循环利用，有效解决了电解锰渣堆置后带来的各种问题；且还对钢渣进行了资源化利用，具有良好的经济、环境和社会效益。
具体实施方式
22.本发明提供了一种电解锰渣生态水泥，包括以下重量份的组分：
23.水泥熟料50～60份，钢渣10～20份，电解锰渣10～15份，石膏1～5份，助剂1～5份。
24.在本发明中，水泥熟料的用量优选为52～58份，进一步优选为54～56份。
25.在本发明中，钢渣的用量优选为12～18份，进一步优选为14～16份。
26.在本发明中，电解锰渣的用量优选为11～14份，进一步优选为12～13份。
27.在本发明中，石膏的用量优选为2～4份，进一步优选为3份。
28.在本发明中，助剂的用量优选为2～4份，进一步优选为3份。
29.在本发明中，所述水泥熟料包括石灰石、玻璃纤维、粉煤灰、粘土和稳定剂，所述石灰石、玻璃纤维、粉煤灰、粘土和稳定剂的质量比为80～120：1～15：1～5：1～5：1～5，优选为85～115：3～12：2～4：2～4：2～4，进一步优选为90～100：5～10：3：3：3。
30.在本发明中，所述助剂为三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、硫酸钠、铝酸钠和硅灰中的一种或几种，优选为三乙醇胺、丙二醇、硫酸钠、铝酸钠和硅灰中的一种或几种，进一步优选为三乙醇胺、铝酸钠和硅灰中的一种或几种。
31.在本发明中，助剂可以激发钢渣的活性，使其能充分发挥出其水化活性，从而提高生态水泥的性能；助剂还可以显著提高粉磨效率、降低能耗以及增强生态水泥的强度。
32.在本发明中，所述稳定剂为聚丙烯酰胺、羟甲基丙基纤维素醚和甘露醇中的一种或几种，优选为聚丙烯酰胺和/或羟甲基丙基纤维素醚，进一步优选为聚丙烯酰胺。
33.在本发明中，所述石膏为天然石膏、二水石膏、半水石膏、无水石膏、脱硫石膏和磷石膏中的一种或几种，优选为天然石膏、二水石膏、无水石膏、脱硫石膏和磷石膏中的一种
或几种，进一步优选为天然石膏、二水石膏和磷石膏中的一种或几种。
34.本发明提供了上述电解锰渣生态水泥的制备方法，包括以下步骤：
35.s1、将电解锰渣进行煅烧处理得到预处理电解锰渣；
36.s2、将水泥熟料、钢渣、预处理电解锰渣、石膏和助剂混合后进行研磨得到混合粉料；
37.s3、将混合粉料进行煅烧处理即得电解锰渣生态水泥。
38.在本发明中，所述步骤s1中的煅烧处理的温度为800～1200℃，优选为900～1150℃，进一步优选为1000～1100℃；煅烧处理的时间为5～10h，优选为6～9h，进一步优选为7～8h。步骤s1中的煅烧处理可以使电解锰渣具有较好的脱水石膏活性和火山灰活性，对电解锰渣水泥体系有很好的强度激发作用。
39.在本发明中，所述步骤s2中的混合粉料的粒径≥100目，优选为≥120目，进一步优选为≥150目。
40.在本发明中，所述步骤s3中的煅烧处理分为三个阶段，第一阶段的升温时间为10～30min，优选为15～25min，进一步优选为20min；升温后的温度为200～300℃，优选为220～280℃，进一步优选为240～260℃；保温时间为30～60min，优选为35～55min，进一步优选为40～50min；
41.第二阶段的升温时间为20～40min，优选为25～35min，进一步优选为30min；升温后的温度为600～800℃，优选为650～750℃，进一步优选为700℃；保温时间为30～60min，优选为35～55min，进一步优选为40～50min；
42.第三阶段的降温时间为10～20min，优选为12～18min，进一步优选为14～16min；降温后的温度为400～500℃，优选为420～480℃，进一步优选为440～460℃；保温时间为30～60min，优选为35～55min，进一步优选为40～50min。
43.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.实施例1
45.将15份电解锰渣在1000℃下煅烧8h得到预处理电解锰渣；然后将55份水泥熟料、20份钢渣、预处理电解锰渣、5份天然石膏和5份助剂混合后进行研磨得到混合粉料，过100目筛；最后将混合粉料进行煅烧处理即得电解锰渣生态水泥。
46.本实施例所使用的水泥熟料包括质量比为80：10：2：3：5的石灰石、玻璃纤维、粉煤灰、粘土和稳定剂。
47.本实施例所使用的助剂同等质量的三乙醇胺、乙二醇、硫酸钠、铝酸钠和硅灰。
48.本实施例所使用的稳定剂为质量比为2：3的聚丙烯酰胺和羟甲基丙基纤维素醚。
49.本实施例最后一步的煅烧处理的参数如表1所示。
50.表1煅烧处理的参数
51.煅烧阶段升温/降温的时间温度(℃)保温时间(min)一20min22030二30min62040
三10min45050
52.实施例2
53.将12份电解锰渣在1200℃下煅烧7h得到预处理电解锰渣；然后将60份水泥熟料、18份钢渣、预处理电解锰渣、5份天然石膏和5份助剂混合后进行研磨得到混合粉料，过100目筛；最后将混合粉料进行煅烧处理即得电解锰渣生态水泥。
54.本实施例所使用的水泥熟料包括质量比为85：8：3：2：2的石灰石、玻璃纤维、粉煤灰、粘土和稳定剂。
55.本实施例所使用的助剂同等质量的三乙醇胺、丙二醇、硫酸钠、铝酸钠和硅灰。
56.本实施例所使用的稳定剂为质量比为1：1的聚丙烯酰胺和甘露醇。
57.本实施例最后一步的煅烧处理的参数如表2所示。
58.表2煅烧处理的参数
[0059][0060][0061]
实施例3
[0062]
将10份电解锰渣在850℃下煅烧10h得到预处理电解锰渣；然后将60份水泥熟料、20份钢渣、预处理电解锰渣、5份天然石膏和5份助剂混合后进行研磨得到混合粉料，过100目筛；最后将混合粉料进行煅烧处理即得电解锰渣生态水泥。
[0063]
本实施例所使用的水泥熟料包括质量比为90：4：2：1：3的石灰石、玻璃纤维、粉煤灰、粘土和稳定剂。
[0064]
本实施例所使用的助剂同等质量的三乙醇胺、丙二醇、乙二醇、铝酸钠和硅灰。
[0065]
本实施例所使用的稳定剂为质量比为1：1：1的聚丙烯酰胺、羟甲基丙基纤维素醚和甘露醇。
[0066]
本实施例最后一步的煅烧处理的参数如表3所示。
[0067]
表3煅烧处理的参数
[0068][0069]
[0070]
对比例1
[0071]
将电解锰渣在600℃下煅烧8h得到预处理电解锰渣，其余步骤和参数与实施例1相同。
[0072]
对比例2
[0073]
将电解锰渣在1500℃下煅烧8h得到预处理电解锰渣，其余步骤和参数与实施例1相同。
[0074]
对比例3
[0075]
本对比例使用20份的电解锰渣，55份的水泥熟料，15份的钢渣，5份天然石膏和5份助剂，其余步骤和参数与实施例1相同。
[0076]
性能测试
[0077]
将实施例1～3和对比例1～3制备的水泥制成水泥成品，采用《水泥胶砂强度检验方法》gb177-85进行试块制作养护和强度测试，性能测试结果如表4所示。
[0078]
表4水泥成品的性能测试结果
[0079][0080][0081]
由表4可得，对电解锰渣煅烧处理的参数、以及电解锰渣的用量最终影响了水泥的性能，上述结果表明，在本发明给出的技术参数范围内所制备的水泥具有更佳优异的性能。而且，根据《水泥胶砂强度检验方法》进行试块强度测试时，只要抗压强度达到32.5就达到了一般使用标准，所以，本发明制备的水泥完全达到了使用标准。
[0082]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0083]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种电解锰渣生态水泥，其特征在于，包括以下重量份的组分：水泥熟料50～60份，钢渣10～20份，电解锰渣10～15份，石膏1～5份，助剂1～5份。2.根据权利要求1所述的电解锰渣生态水泥，其特征在于，所述水泥熟料包括石灰石、玻璃纤维、粉煤灰、粘土和稳定剂，所述石灰石、玻璃纤维、粉煤灰、粘土和稳定剂的质量比为80～120：1～15：1～5：1～5：1～5。3.根据权利要求1所述的电解锰渣生态水泥，其特征在于，所述助剂为三乙醇胺、乙二醇、丙二醇、硫酸钠、铝酸钠和硅灰中的一种或几种。4.根据权利要求2所述的电解锰渣生态水泥，其特征在于，所述稳定剂为聚丙烯酰胺、羟甲基丙基纤维素醚和甘露醇中的一种或几种。5.根据权利要求1、3或4所述的电解锰渣生态水泥，其特征在于，所述石膏为天然石膏、二水石膏、半水石膏、无水石膏、脱硫石膏和磷石膏中的一种或几种。6.权利要求1～5任一项所述电解锰渣生态水泥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将电解锰渣进行煅烧处理得到预处理电解锰渣；s2、将水泥熟料、钢渣、预处理电解锰渣、石膏和助剂混合后进行研磨得到混合粉料；s3、将混合粉料进行煅烧处理即得电解锰渣生态水泥。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中的煅烧处理的温度为800～1200℃，煅烧处理的时间为5～10h。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中的混合粉料的粒径≥100目。9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中的煅烧处理分为三个阶段，第一阶段的升温时间为10～30min，升温后的温度为200～300℃，保温时间为30～60min；第二阶段的升温时间为20～40min，升温后的温度为600～800℃，保温时间为30～60min；第三阶段的降温时间为10～20min，降温后的温度为400～500℃，保温时间为30～60min。

技术总结
本发明属于建筑材料技术领域，本发明提供了一种电解锰渣生态水泥及其制备方法。该电解锰渣生态水泥包括以下重量份的组分：水泥熟料50～60份，钢渣10～20份，电解锰渣10～15份，石膏1～5份，助剂1～5份。该电解锰渣生态水泥的制备方法，包括以下步骤：将电解锰渣进行煅烧处理得到预处理电解锰渣；将水泥熟料、钢渣、预处理电解锰渣、石膏和助剂混合后进行研磨得到混合粉料；将混合粉料进行煅烧处理即得电解锰渣生态水泥。本发明的制备方法简单，产品质量高，使大量堆积的电解锰渣得到了大宗循环利用，减轻了电解锰渣对环境的严重破坏，并具有良好的经济、环境和社会效益。环境和社会效益。


技术研发人员：王海峰 王家伟
受保护的技术使用者：贵州大学
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/7/25