一种地质聚合物的制备方法与流程

1.本发明属于无机材料领域，具体涉及一种地质聚合物的制备方法。


背景技术：

2.地聚物网络由[sio4]和[a1o4]-四面体组成，它们通过共享所有的氧来交替连接。此外，骨架腔内必须存在阳离子(na
+
、k
+
、li
+
、ca 2+
、ba
2+
、nh
4+
、h3o
+
)，以平衡a1
3+
在四次配位形成[a1o4]-四面体时的负电荷。因此，地聚物有以下表达方式：mn[-(sio2)z-(a1o2)]n
·
wh2o其中m表示碱金属阳离子；w表示化学结合水的数目；z表示硅铝摩尔比；n表示缩聚度；z为1、2或3。通常依据z数值的不同将地聚物分为单聚体(ps)、二聚体(pss)和多聚体(psds)三型种类。研究发现，水热状态下单聚体(mn-(-si-o-al-o-)n)和二聚体(mn-(-si-o-al-o-si-o-)n)为晶体相，而在自然环境温度下单聚体和二聚体会形成非晶或玻璃状结构。
[0003]
地质聚合物是近年来发展的新型无机非金属胶凝材料，是由铝硅酸盐胶凝成分固结的化学键合的一种新型胶凝材料。它是通过铝硅酸盐组分的溶解、分散、聚合和脱水硬化而成。其矿物组成与沸石相近，物理形态上呈三维网络结构，因此其具有有机聚合物、陶瓷、水泥的优良性能。许多固体废弃物均可作为它的原料，这将为充分利用工业固体废弃物开辟一条新的途径。
[0004]
目前影响地质聚合物性能的因素很多，各因素对性能的影响规律虽已有一些研究成果，但尚缺乏系统性，特别是采用建筑垃圾淤泥结合的原材料进行综合资源利用方面时，由于化学组成、微观结构和活性成分波动很大，很难得到性能稳定的地质聚合物料，因此，如何提高碱地质聚合物的性能稳定性是实现其工程应用需要进一步解决的关键问题。


技术实现要素：

[0005]
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种地质聚合物的制备方法。
[0006]
为了达到上述目的，本发明采用如下技术手段：
[0007]
一种地质聚合物的制备方法，原材料包括尾砂、水泥、复合微粉、水玻璃、硅灰、水、复合碱性激发剂、减水剂、低粘度纤维素醚和有机改性材料，将原材料粉碎后搅拌均匀、压制成型、养护。
[0008]
优选地，所述尾砂为金矿选矿后排出的粉砂状废渣。
[0009]
优选地，所述原材料还包括颜料，所述颜料为无机颜料。
[0010]
优选地，所述水玻璃为钠基水玻璃，模数为1.0-1.2；所述低粘度纤维素醚为400s纤维素醚；所述水泥为42.5po普通硅酸盐水泥。
[0011]
优选地，所述复合微粉为建筑垃圾微粉或干化淤泥中的一种，或者为两者以任意比例混合的混合物；其中，所述建筑垃圾微粉为混凝土块、砂浆块、砖块和瓦片中的一种或多种破碎后粒径小于0.075mm的颗粒，经复合外加剂及激发剂经高压雷蒙磨加工，用超微磨细工艺物理和化学激发的共同作用下处理以后得到的微粉；所述干化淤泥为矿山和城市建
筑基础建设时产生的淤泥经脱水干化，含水率《10％，在进行破碎加工时研磨得到；其中，复合外加剂为水玻璃、明矾或两者的混合物；激发剂选自水泥、钠盐、强碱和石膏中的一种或几种。
[0012]
优选地，所述原材料的重量份数组成如下：尾砂250-300份、水泥150-250份、复合微粉200-300份、水玻璃30-80份、硅灰5-20份、水130-180份、复合碱性激发剂40-50份、减水剂1-3份、低粘度纤维素醚0.3-1份、有机改性材料0.5-2份。
[0013]
优选地，所述复合碱性激发剂由koh和k2sio3按质量比为4:1混合得到。
[0014]
优选地，所述有机改性材料为水性环氧树脂或9mm增强纤维中的一种，或为两者按5:1比列的混合物。
[0015]
优选地，所述减水剂为聚羧酸减水剂。
[0016]
一种地质聚合物的制备方法，具体包括如下步骤：
[0017]
s1，将尾矿砂、水泥、复合微粉按配比称取后投入球磨机，将物料逐渐粉碎混匀得到细度在3000-4000目的微粉混合物，即组份a；其中，球磨机的转速40～60r/min；
[0018]
s2，将硅灰、减水剂、复合碱性激发剂按配比称取后投入球磨机，将物料逐渐粉碎混匀得到细度在3000-4000目的微粉混合物，即组份b；
[0019]
s3，将水玻璃、低粘度纤维素醚、有机改性材料按配比加入水中，并搅拌均匀，后倾倒入旋流器中进一步混匀即得到组份c；
[0020]
s4，将组份a、组份b和组份c倾倒入强制式搅拌机中搅拌均匀，以180r/min转速旋转常温共混聚合反应大于2小时制得地质聚合物浆料，并将其注入模具中，密封放入养护箱中保持恒温养护24小时后进行脱模，即可得到地质聚合物。
[0021]
优选地，所述s4还包括将颜料倾倒入强制式搅拌机中搅拌均匀的步骤。
[0022]
本发明的有益效果
[0023]
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0024]
利用建筑垃圾处理后和污泥结合在碱激发状态下制备地质聚合物，是为促进污泥资源化处置而开展的研究，将固体废弃物与制备建筑材料深度结合，在提升地聚物的力学性能的同时，实现建筑固体废弃物的充分资源化利用，对新型建筑材料的研发具有推动作用。利用未烧结污泥或建筑固废制备地质聚合物，不仅可以提升建筑固废利用率，解决天然砂石资源匮乏，建筑固废产量逐年增多等难题，还能减少水泥使用量，降低水泥生产过程中的碳排放，发展绿色循环经济，符合国家产业导向与政策扶持范围。本发明实现减少环境污染、减少能源浪费，并使污泥得以实现建材化利用的目的，同时也实现“以废治废”的循环可持续发展，得到环境与经济的双重效益的目的。
附图说明
[0025]
图1示出了实施例3所制备的地质聚合物的浇筑得到的装饰构造线条；
[0026]
图2示出了实施例3所制备的地质聚合物的浇筑得到的仿纹地板。
具体实施方式
[0027]
除非另有说明、从上下文暗示或属于现有技术的惯例，否则本技术中所有的份数和百分比都基于重量，且所用的测试和表征方法都是与本技术的提交日期同步的。在适用
的情况下，本技术中涉及的任何专利、专利申请或公开的内容全部结合于此作为参考，且其等价的同族专利也引入作为参考，特别这些文献所披露的关于本领域中的合成技术、产物和加工设计、聚合物、共聚单体、引发剂或催化剂等的定义。如果现有技术中披露的具体术语的定义与本技术中提供的任何定义不一致，则以本技术中提供的术语定义为准。
[0028]
本技术中的数字范围是近似值，因此除非另有说明，否则其可包括范围以外的数值。数值范围包括以1个单位增加的从下限值到上限值的所有数值，条件是在任意较低值与任意较高值之间存在至少2个单位的间隔。例如，如果记载组分、物理或其它性质(如分子量，熔体指数等)是100至1000，意味着明确列举了所有的单个数值，例如100，101，102等，以及所有的子范围，例如100到166，155到170，198到200等。对于包含小于1的数值或者包含大于1的分数(例如1.1，1.5等)的范围，则适当地将1个单位看作0.0001，0.001，0.01或者0.1。对于包含小于10(例如1到5)的个位数的范围，通常将1个单位看作0.1。这些仅仅是想要表达的内容的具体示例，并且所列举的最低值与最高值之间的数值的所有可能的组合都被认为清楚记载在本技术中。
[0029]
关于化学化合物使用时，除非明确地说明，否则单数包括所有的异构形式，反之亦然(例如，“己烷”单独地或共同地包括己烷的全部异构体)。另外，除非明确地说明，否则用“一个”，“一种”或“该”形容的名词也包括其复数形式。
[0030]
术语“包含”，“包括”，“具有”以及它们的派生词不排除任何其它的组分、步骤或过程的存在，且与这些其它的组分、步骤或过程是否在本技术中披露无关。为消除任何疑问，除非明确说明，否则本技术中所有使用术语“包含”，“包括”，或“具有”的组合物可以包含任何附加的添加剂、辅料或化合物。相反，出来对操作性能所必要的那些，术语“基本上由
……
组成”将任何其他组分、步骤或过程排除在任何该术语下文叙述的范围之外。术语“由
……
组成”不包括未具体描述或列出的任何组分、步骤或过程。除非明确说明，否则术语“或”指列出的单独成员或其任何组合。
[0031]
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。
[0032]
实施例
[0033]
以下例子在此用于示范本发明的优选实施方案。本领域内的技术人员会明白，下述例子中披露的技术代表发明人发现的可以用于实施本发明的技术，因此可以视为实施本发明的优选方案。但是本领域内的技术人员根据本说明书应该明白，这里所公开的特定实施例可以做很多修改，仍然能得到相同的或者类似的结果，而非背离本发明的精神或范围。
[0034]
除非另有定义，所有在此使用的技术和科学的术语，和本发明所属领域内的技术人员所通常理解的意思相同，在此公开引用及他们引用的材料都将以引用的方式被并入。
[0035]
那些本领域内的技术人员将意识到或者通过常规试验就能了解许多这里所描述的发明的特定实施方案的许多等同技术。这些等同将被包含在权利要求书中。
[0036]
复合微粉选自建筑垃圾微粉、干化淤泥中的一种或两者以任意比例混合的混合物；其中，所述建筑垃圾微粉为混凝土块、砂浆块、砖块和瓦片中的一种或多种经高压雷蒙磨加工破碎后粒径小于0.075mm的颗粒，经添加水玻璃、钠盐、强碱和石膏进行化学激发处理以后得到的微粉；所述干化淤泥为矿山和城市建筑基础建设时产生的淤泥经脱水干化，含水率《10％，在进行破碎加工时研磨得到。
[0037]
实施例1
[0038]
一种地质聚合物的制备方法，原材料的重量份数组成如下：尾砂250份、水泥150份、复合微粉200份、水玻璃30份、硅灰5份、水180份、复合碱性激发剂40份、减水剂2份、400s纤维素醚0.3份、水性环氧树脂0.5份。
[0039]
其中，复合微粉为建筑垃圾微粉，复合碱性激发剂由koh和k2sio3按质量比为4:1混合得到。
[0040]
所述制备方法具体包括如下步骤：
[0041]
s1，将尾矿砂、水泥、复合微粉按配比称取后投入球磨机，将物料逐渐粉碎混匀得到细度在3500目的微粉混合物，即组份a；其中，球磨机的转速50r/min；
[0042]
s2，将硅灰、减水剂、复合碱性激发剂按配比称取后投入球磨机，将物料逐渐粉碎混匀得到细度在3500目的微粉混合物，即组份b；
[0043]
s3，将水玻璃、400s纤维素醚、水性环氧树脂按配比加入水中，并搅拌均匀，后倾倒入旋流器中进一步混匀即得到组份c；
[0044]
s4，将组份a、组份b和组份c倾倒入强制式搅拌机中搅拌均匀，以180r/min转速旋转常温共混聚合反应大于2小时制得地质聚合物浆料，并将其注入模具中，密封放入养护箱中保持恒温养护24小时后进行脱模，即可得到地质聚合物。
[0045]
实施例2
[0046]
一种地质聚合物的制备方法，原材料的重量份数组成如下：尾砂280份、水泥200份、复合微粉250份、水玻璃60份、硅灰13份、水180份、复合碱性激发剂45份、减水剂2份、400s纤维素醚0.6份、水性环氧树脂1.2份。
[0047]
其中，复合微粉为干化淤泥，复合碱性激发剂由koh和k2sio3按质量比为4:1混合得到。
[0048]
所述制备方法具体包括如下步骤：
[0049]
s1，将尾矿砂、水泥、复合微粉按配比称取后投入球磨机，将物料逐渐粉碎混匀得到细度在3500目的微粉混合物，即组份a；其中，球磨机的转速50r/min；
[0050]
s2，将硅灰、减水剂、复合碱性激发剂按配比称取后投入球磨机，将物料逐渐粉碎混匀得到细度在3500目的微粉混合物，即组份b；
[0051]
s3，将水玻璃、400s纤维素醚、水性环氧树脂按配比加入水中，并搅拌均匀，后倾倒入旋流器中进一步混匀即得到组份c；
[0052]
s4，将组份a、组份b和组份c倾倒入强制式搅拌机中搅拌均匀，以180r/min转速旋转常温共混聚合反应大于2小时制得地质聚合物浆料，并将其注入模具中，密封放入养护箱中保持恒温养护24小时后进行脱模，即可得到地质聚合物。
[0053]
实施例3
[0054]
一种地质聚合物的制备方法，原材料的重量份数组成如下：尾砂300份、水泥250份、复合微粉300份、水玻璃80份、硅灰20份、水180份、复合碱性激发剂50份、减水剂2份、400s纤维素醚1份、9mm增强纤维2份。
[0055]
其中，复合微粉为建筑垃圾微粉和干化淤泥的混合物，复合碱性激发剂由koh和k2sio3按质量比为4:1混合得到。
[0056]
所述制备方法具体包括如下步骤：
[0057]
s1，将尾矿砂、水泥、复合微粉按配比称取后投入球磨机，将物料逐渐粉碎混匀得到细度在3500目的微粉混合物，即组份a；其中，球磨机的转速50r/min；
[0058]
s2，将硅灰、减水剂、复合碱性激发剂按配比称取后投入球磨机，将物料逐渐粉碎混匀得到细度在3500目的微粉混合物，即组份b；
[0059]
s3，将水玻璃、400s纤维素醚、9mm增强纤维按配比加入水中，并搅拌均匀，后倾倒入旋流器中进一步混匀即得到组份c；
[0060]
s4，将组份a、组份b和组份c倾倒入强制式搅拌机中搅拌均匀，以180r/min转速旋转常温共混聚合反应大于2小时制得地质聚合物浆料，并将其注入模具中，密封放入养护箱中保持恒温养护24小时后进行脱模，即可得到地质聚合物。
[0061]
应用实验
[0062]
根据实施例3的制备方法，制备得到的地质聚合物浇筑于各种模具内造型，得到各种工艺材料，如图1和图2所示，由图可知，利用本发明的地质聚合物所制备仿纹地板与装饰构造线条具有精美的外观和优异的性能。
[0063]
对比例1
[0064]
对比例1与实施例1的区别在于，对比例1的原材料中以粉煤灰代替复合微粉。
[0065]
对比例2
[0066]
对比例2与实施例1的区别在于，对比例2的原材料中碱性激发剂为氢氧化钠和石膏；
[0067]
对比例3
[0068]
对比例3与实施例1的区别在于，对比例3的原材料中不含有机改性材料；
[0069]
对比例4
[0070]
对比例4与实施例1的区别在于，对比例4的原材料中不含硅灰；
[0071]
对比例5
[0072]
对比例5与实施例1的区别在于，对比例5的原材料中不含复合微粉；
[0073]
将实施例1-3和对比例1-5制备得到的地质聚合物进行性能测试，结果如表1所示；
[0074]
表1，性能测定结果表
[0075]
[0076][0077]
本发明所制备的地质聚合物具有优异的抗压强度。
[0078]
在本发明提及的所有文献都在本技术中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。