一种矿粉助磨剂及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于建筑用材料技术领域，具体涉及一种矿粉助磨剂及其制备方法和应用。


背景技术：

[0002]“矿渣”的全称是“粒化高炉矿渣”，它是钢铁厂冶炼生铁时产生的废渣。矿渣的产生途径为：在高炉炼铁过程中，除了铁矿石和燃料(焦炭)之外，为降低冶炼温度，还要加入适当数量的石灰石和白云石作为助熔剂。助溶剂的分解产物(氧化钙和氧化镁)，会和铁矿石中的废矿，以及焦炭中的灰分发生相熔化，生成以硅酸盐、硅铝酸盐为主要成分的熔融物，浮在铁水表面，定期从排渣口排出，经空气或水急冷处理后形成的粒状颗粒物就是矿渣。
[0003]
矿渣是一种工业废弃物，但因为其中的cao、sio2和al2o3的质量占比之和在85％以上，与水泥熟料的成分较为相似，其具有潜在活性，是绿色环保、价格低廉的建筑材料，有望用作水泥的替代品。
[0004]
矿粉指矿渣粉，是粒化高炉矿渣粉的简称，是由符合gb/t203标准的粒化高炉矿渣，经干燥、粉磨，达到相当细度且符合一定活性指数的粉体，是一种混凝土掺合料。
[0005]
用矿粉替代水泥，既减少水泥生产所带来的污染，同时也降低了混凝土生产成本。根据环保要求和质量控制提出要求，矿粉统一由矿粉生产企业生产，且规定s95矿渣粉7d活性指标大于75％，28天活性指标大于95％。但与水泥相比，矿粉在前期水化过程中的强度较低，又由于矿渣的低活性、粉磨性能差、安定性不良等因素的限制，矿粉的使用并没有达到预期使用效果。
[0006]
通常提升矿粉粉磨性能、提升活性、降低能耗的手段是在研磨过程中添加助磨剂，但是现有助磨剂暂不能满足矿粉的各项性能要求。


技术实现要素：

[0007]
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种矿粉助磨剂，能够与矿渣中的成分发生反应，提升所得矿粉的活性、强度。
[0008]
本发明还提出一种上述矿粉助磨剂的制备方法。
[0009]
本发明还提出一种具有上述矿粉助磨剂在制备矿粉中的应用。
[0010]
根据本发明的一个方面，提出了一种矿粉助磨剂，制备原料包括：硫酸盐、铝酸盐、碱金属氢氧化物和衣康酸。
[0011]
根据本发明的一种优选的实施方式，至少具有以下有益效果：
[0012]
(1)矿粉由矿渣粉磨而成，矿渣与传统使用的水泥熟料成分不尽相同，具体的，矿渣的主要成分为钙长石、钙镁黄长石、钙铝黄长石和硅酸二钙，其中还含有大量的cao、sio2和a2o3；矿渣中的玻璃相具有一定的潜在活性，具体的，玻璃相主要形态有硅相和钙相两种，其中具有潜在活性的是钙相；
[0013]
通过对矿粉成分及组成研究，在矿粉内部水化过程中，针对其中的钙相固化过程，硫酸盐能显现出它较好的激发效果(激活钙相的潜在活性)；铝酸钠也可提升矿粉的早期强度；
[0014]
相较于单纯的铝酸盐和硫酸盐，本发明将铝酸钠与硫酸盐组合，可协同激发、提高矿粉的强度；具体的，硫酸盐、铝酸盐遇水电离成硫酸根离子、铝酸根离子及相应的阳离子，在碱性环境下(由碱金属氢氧化物营造)，可与矿渣(矿粉的制备原料)中的氧化铝，氧化钙等反应生成水化硫铝酸钙，使水化产物增加，可提高所得矿粉的早期强度。
[0015]
(2)传统矿粉助磨剂中常添加氯盐以提升研磨所得矿粉的强度，其中的氯离子会在矿粉的后续应用中，腐蚀钢筋等金属基材料。
[0016]
本发明提供的矿粉助磨剂中，采用的盐是铝酸钠与硫酸盐的组合，能避免氯离子的(过量)添加，防止混凝土对钢筋的锈蚀。
[0017]
(3)碱金属氢氧化物可调节体系ph值，为所得矿粉活性的激发提供环境支撑，具体的，碱中的氢氧根离子会使矿粉中的钙相解体，发生如下反应≡si
‑
o
‑
ca
‑
o
‑
si≡+2naoh
→
2≡si
‑
o
‑
na+ca(oh)2，进而提升所得矿粉的活性。
[0018]
(4)在矿粉的研磨过程中，所述矿粉助磨剂中的衣康酸，含有少量羧基(
‑
cooh)可以提高助磨剂吸附能力和水泥颗粒间静电斥力，能够分散矿粉颗粒，增强研磨效率。
[0019]
在本发明的一些实施方式中，所述硫酸盐包括硫酸钠和硫酸钾中的至少一种。
[0020]
在本发明的一些优选的实施方式中，所述硫酸盐为硫酸钠。
[0021]
在本发明的一些实施方式中，按重量份计，所述硫酸盐的添加量为6～8份。
[0022]
在本发明的一些实施方式中，所述铝酸盐包括铝酸钠和铝酸钾中的至少一种。
[0023]
在本发明的一些优选的实施方式中，所述硫酸盐为铝酸钠。
[0024]
结合硫酸盐和铝酸盐的溶解性、成本和使用效果，当硫酸钠与铝酸钠搭配时效果最优。
[0025]
在本发明的一些实施方式中，按重量份计，所述铝酸盐的添加量为8
‑
10份。
[0026]
在本发明的一些实施方式中，按重量份计，述碱金属氢氧化物的添加量为2～3份。
[0027]
在本发明的一些实施方式中，按重量份计，所述衣康酸的添加量为2
‑
3份。
[0028]
在本发明的一些实施方式中，所述碱金属氢氧化物包括氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种。
[0029]
在本发明的一些实施方式中，所述矿粉助磨剂的制备原料还包括聚合多元醇。
[0030]
在本发明的一些实施方式中，按重量份计，所述聚合多元醇的添加量为7
‑
9份。
[0031]
在本发明的一些实施方式中，所述聚合多元醇的每个单体中，羟基数量≥2个。
[0032]
在本发明的一些实施方式中，所述聚合多元醇的单体为乙二醇、二乙二醇、丙三醇中的至少一种。
[0033]
在本发明的一些优选的实施方式中，所述聚合多元醇为乙二醇、二乙二醇和丙三醇聚合形成的。
[0034]
在本发明的一些优选的实施方式中，所述矿粉助磨剂中，所述聚合多元醇的种类≥2。
[0035]
所述聚合多元醇由于含有较多的醇羟基，因此在矿粉的研磨过程中能够吸附在矿渣表面，产生静电斥力，从而对矿渣的粉磨产生较好的助磨效果，能够获得粒径更小(活性
更强)的矿粉，还能提高矿粉的研磨效率、降低矿粉的生产成本。
[0036]
在本发明的一些实施方式中，所述矿粉助磨剂的制备原料还包括聚羧酸减水剂和复合醇胺中的至少一种。
[0037]
在本发明的一些实施方式中，按重量份计，所述聚羧酸减水剂的添加量为3～5份。
[0038]
所述聚羧酸减水剂可与所述复合醇胺协同，降低矿渣的破碎难度，获取粒度更小、活性更高的矿粉；
[0039]
此外，所述聚羧酸减水剂本身具有大量羧基(
‑
cooh)，因此可以提高所述矿粉助磨剂对矿渣颗粒的吸附能力，进一步的提升矿渣颗粒间静电斥力，避免生成的小颗粒矿粉重新团聚，提升破碎效率；
[0040]
所述聚羧酸减水剂还可降低所得矿粉水化过程的需水量，增强矿粉早期活性，兼具粉磨能力和活性增强效果。
[0041]
在本发明的一些实施方式中，按重量份计，所述复合醇胺的添加量为18
‑
20份。
[0042]
在本发明的一些实施方式中，所述复合醇胺为改性二乙醇胺和改性三乙醇胺中的至少一种。
[0043]
在本发明的一些实施方式中，所述改性二乙醇胺和改性三乙醇胺，改性基团为环氧基团。
[0044]
在本发明的一些实施方式中，所述改性二乙醇胺和改性三乙醇胺中，改性剂为环氧乙烷和环氧丙烷中的至少一种。
[0045]
所述复合醇胺中含有丰富的醇羟基和胺基团，因此可以吸附在矿渣颗粒表面，降低其硬度、同时提高其脆性，降低矿渣颗粒的破碎难度，增加研磨效率，进而提升所得矿粉的活性；
[0046]
所述复合醇胺主要包括二乙醇胺和三乙醇胺中的至少一种，其中醇胺是一种较好的络合剂，所得矿粉水化过程中，能与在碱性溶液中的ca
2+
、al
3+
等离子形成比较稳定的络离子，进一步的，络离子可与所得矿粉的水化产物作用生成溶解度很小的络盐，因此对矿粉的活性激发有较好的催化作用。
[0047]
在本发明的一些实施方式中，所述矿粉助磨剂的制备原料还包括水。
[0048]
在本发明的一些实施方式中，按重量份计，所述水的添加量为45～50份。
[0049]
根据本发明的再一个方面，提出了一种所述矿粉助磨剂的制备方法，包括按照顺序，将所述硫酸盐、铝酸盐、衣康酸和碱金属氢氧化物依次溶解于水中后搅拌。
[0050]
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法还包括在所述铝酸盐和衣康酸之间溶解所述聚合多元醇。
[0051]
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法还包括在所述衣康酸和碱金属氧化物之间溶解所述聚羧酸减水剂。
[0052]
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法还包括在所述碱金属氧化物之后溶解所述复合醇胺。
[0053]
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法中，所述搅拌的时间为15～30min。
[0054]
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法中，所述搅拌的时间约为20min。
[0055]
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法中，需保证前一原料完全溶解再添加后一原料，避免未溶解完全的沉淀影响所得矿粉助磨剂的效果。
[0056]
所述制备方法中，添加制备原料的顺序，按照溶解度由小到大的顺序进行，以节约制备时间，提高样品的制备速率。
[0057]
在本发明的一些实施方式中，所述制备方法还包括在所述搅拌后封闭保存，保证产品固含量和总质量不变。
[0058]
根据本发明的再一个方面，提出了一种所述矿粉助磨剂在制备矿粉中的应用。
[0059]
在本发明的一些实施方式中，所述应用中，所述矿粉的制备原料为矿渣。
[0060]
在本发明的一些实施方式中，所述矿粉是所述矿渣在所述矿粉用助磨剂作用下研磨而成。
[0061]
在本发明的一些实施方式中，所述矿渣的矿物相组成成分包括钙长石、钙镁黄长石、钙铝黄长石和硅酸二钙。
[0062]
在本发明的一些实施方式中，所述矿渣的化学成分包括cao、sio2和a2o3。
具体实施方式
[0063]
以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
[0064]
实施例1
[0065]
本实施例提供了一种矿粉助磨剂，具体配方如表1所示，具体制备方法是，常温常压下，按顺序，将硫酸钠、铝酸钠、聚合多元醇、衣康酸、聚羧酸减水剂、naoh和复合醇胺依次溶解至水中，之后继续搅拌20min；溶解过程中，需前一原料溶解完全后再添加后一原料。
[0066]
其中，本实施例中，聚羧酸减水剂为产自湖南中岩建材科技有限公司，型号为hl
‑
700的聚羧酸减水剂；
[0067]
复合醇胺为环氧乙烷改性的二乙醇胺、环氧乙烷改性三乙醇胺混合物，组成比例为1：1；
[0068]
聚合多元醇为乙二醇、二乙二醇、丙三醇按照1：1：2的比例聚合而成。
[0069]
表1具体实施方式中矿粉助磨剂的配比
[0070][0071][0072]
实施例2～实施例4以及对比例1～4分别提供了一种矿粉助磨剂，与实施例1的不同为，原料配比不同，具体配比如表1所示。
[0073]
试验例
[0074]
本试验例测试了实施例和对比例制备的矿粉助磨剂的性能。具体的测试方法为：
[0075]
采用5kg实验球磨机，将2.5g具体实施方式得到的矿粉助磨剂加入5kg矿渣材料中(添加量0.05wt％)，在球磨机中粉末35min得到试验所需矿粉，然后检测不同组所得矿粉的物理性能，包括细度、比表面积、活性指数。
[0076]
同时，设置空白例，即不加矿粉助磨剂直接研磨得到的矿粉。
[0077]
其中细度测试：采用45μm细度筛，测试矿粉的筛余率(筛余重量与总重之比)；
[0078]
比表面积测试：依照gb/t 8074
‑
2008《水泥比表面积测定方法》进行；
[0079]
活性指数测定：
[0080]
依照gb/t 18046
‑
2000《用于水泥和混凝土中粒化高炉矿渣粉》(该国标里面包含有gb/t17671)，测试实验样品和对比样品在相应龄期的抗压强度，两者之比即为活性指数；
[0081]
矿粉3d活性指数的计算公式为：a3＝r3
×
100/r03；式中：a3—矿粉3d活性指数；r3—实验样品3d抗压强度；r03—对比样品3d抗压强度；
[0082]
矿粉7d活性指数的计算公式为：a7＝r7
×
100/r07；式中：a7—矿粉7d活性指数；r7—实验样品7d抗压强度；r07—对比样品7d抗压强度；
[0083]
矿粉28d活性指数的计算方法为：a28＝r28
×
100/r028；式中：a28—矿粉28d活性指数；r28—实验样品28d抗压强度；r028—对比样品28d抗压强度。
[0084]
在活性指数测定中，对比样品是符合gb/t17671所规定的po42.5水泥，实验样品是由对比水泥和矿粉按照1：1质量比混合组成；在gb/t17671规定下进行试验，得到相应样品不同龄期的抗压强度。
[0085]
各性能的测试结果如表2所示。
[0086]
表2在不同具体实施方式所得矿粉助磨剂协助下所得矿粉的性能
[0087][0088]
从表2结果可知，本发明所提供的矿粉助磨剂，不仅能具有明显降低矿粉筛余率，增加比表面积，还能增加3天、7天、28天的活性指数。说明了本发明提供的矿粉助磨剂，在矿渣的粉磨过程，既能增大粉磨效率，还能激发矿粉活性，提高矿粉抗压强度。同时，其中效果最好的实施例4。
[0089]
从实施例4和对比例1
‑
2的检测结果中可以看出，在使用单一盐时，样品对矿渣的助磨性能和激活性能明显降低，其原因是：硫酸盐和铝酸盐遇水即电离成硫酸根离子、铝酸根离子及相应的阳离子，在碱性环境下，可与矿渣体系液相中的氧化铝，氧化钙等反应生成水化硫铝酸钙，使水化产物增加，提高强度。说明组合的硫酸盐、铝酸盐能够有效增强矿渣的活性激发效果。
[0090]
从实施例4和对比例3的结果中可以看出，缺少聚羧酸减水剂也会降低矿渣的粉磨效率和激活效果，其原因是聚羧酸减水剂，其高分子链上有大量羧基(
‑
cooh)可以吸附矿渣表面，可以提高助磨剂吸附能力和矿粉颗粒间静电斥力，增强矿渣之间的物理研磨过程。同时，羧基附着在矿粉颗粒上后，能增强矿粉的亲水性，加速了水分子侵入矿粉的过程，进而加速矿粉的水化过程，激发活性增长。因此，从物理研磨和化学激发两方面来提高矿粉助磨剂的使用效果。
[0091]
上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。