專利名稱：一種利用低品位高嶺土制備地質(zhì)聚合材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新型水泥材料領(lǐng)域，具體涉及一種利用低品位高嶺土制備地質(zhì)聚合材料的方法。
背景技術(shù)：
地質(zhì)聚合材料(簡稱為地聚物)，也稱為礦物聚合材料、土聚水泥、堿激發(fā)水泥等，是近年來發(fā)展起來的一種可望替代波特蘭水泥的生態(tài)環(huán)保型硅鋁質(zhì)無機膠凝材料。它主要是指含有多種非晶質(zhì)至半晶質(zhì)的類沸石三維鋁硅酸鹽礦物聚合物。其典型制備程序是硅鋁質(zhì)原料一煅燒激活一可溶性堿金屬硅鋁酸鹽溶解激發(fā)一20 120 °C保溫養(yǎng)護。地聚物原料來源豐富，碳排放低，膨縮率低，滲透率低，早期強度上升快，最終強度高，耐酸性強，耐熱性好，堿骨料反應(yīng)遠低于常規(guī)波特蘭水泥，耐久性能良好，被認為是逐步取代能耗物耗高、碳排放高、環(huán)境污染嚴重、耐酸性和耐久性差的波特蘭水泥的新型無機膠凝材料。Davidovits最早使用高嶺石和煅燒高嶺石制備地質(zhì)聚合物并申請專利。近年來，作為最有市場應(yīng)用價值的產(chǎn)品，粉煤灰基地聚物的研究相對集中。在國內(nèi)，對地質(zhì)聚合材料的真正研究開始于本世紀(jì)并持續(xù)升溫，以中國地質(zhì)大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)和東南大學(xué)發(fā)表的研究較多。專利CN1634795A提供了一種鋁硅酸鹽礦物聚合物材料的制備方法，即使用堿性的混合溶液激發(fā)粘土類鋁硅酸鹽原料制備聚合物材料的方法。利用常見的粘土類鋁硅酸鹽，即高嶺土，或者含有鋁硅酸鹽的粉煤灰、礦渣等工業(yè)廢料原料，使用化學(xué)激發(fā)劑，在 5-10MPa壓力下壓制成型，通過反應(yīng)制備礦物聚合材料。CN1882516提供一種形成地質(zhì)聚合物模塑制品的方法，其包括形成含堿金屬或堿土金屬硅酸鹽組分、堿金屬或堿土金屬氫氧化物、骨料和水的地質(zhì)聚合物混凝土組合物，其中水的含量不足以提供坍落的混凝土，SiO2 與M2O的比例為至少0.8。將混凝土澆鑄到模具中，使模塑的混凝土在模具中進行固結(jié)。然而，地質(zhì)聚合材料用來替代波特蘭水泥仍面臨一些主要問題①原料限制，從成分上看，地殼中含量最豐富的鋁硅酸鹽原料均可用作地聚物天然原料，但實際研究最多且能制備出足夠強度地聚物的仍只有高嶺土 ；硅鋁質(zhì)固體廢棄物則組成與結(jié)構(gòu)差異大，難以大規(guī)模利用。 ②制備成本偏高，天然原料制備地聚物時，煅燒預(yù)處理的優(yōu)質(zhì)高嶺土及堿硅酸鹽激發(fā)劑均是成本較高的原料；用工業(yè)固體廢物制備地聚物時，雖不需要預(yù)煅燒，但所用的激發(fā)劑與天然礦物原料相同，其成本仍需降低。③以吸濕性與反應(yīng)性強的強堿性鹽為激發(fā)劑和雙組分體系使其存貯使用不便，且環(huán)境風(fēng)險較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有制備地質(zhì)聚合材料技術(shù)中所存在的缺陷，提供一種新的利用低品位高嶺土制備地質(zhì)聚合材料的方法。本發(fā)明方法包括如下順序的步驟
(1)將低品位高嶺土與激發(fā)劑I混合均勻，其混合物中固相的粒度為200目篩余物的質(zhì)量比含10% ；激發(fā)劑I中含CaO與Na2O的摩爾數(shù)之比即Ii(CaO)Ai(Na2O)為0-1. 0 ；激發(fā)劑I的摻量按激發(fā)劑I中的Nii2O的含量換算，滿足Na2O質(zhì)量/高嶺土質(zhì)量為0. 07-0. 20；
(2)將步驟(1)所得混合物在750°C_950°C的高溫保溫煅燒2_4小時后再將煅燒產(chǎn)物重新磨細得到熟料粉，熟料粉粒度為200目篩余物的質(zhì)量比=10% ；
(3)在步驟(2)所得熟料粉中摻入激發(fā)劑II的水溶液，混合均勻、振動密實后在 60-90°C保濕養(yǎng)護2-4天得到地質(zhì)聚合材料；其中，水灰比即激發(fā)劑II的水溶液與熟料粉的質(zhì)量比為0. 2-0. 4，激發(fā)劑II中固相與煅燒后熟料粉的質(zhì)量比為0-0. 07。所述激發(fā)劑I或是NaOH，或是無水碳酸鈉NaCO3，或是無水碳酸鈉NaCO3加石灰；所述激發(fā)劑II或是NaOH，或是Κ0Η。步驟(1)所述低品位高嶺土與激發(fā)劑I的混合方式第一種是低品位高嶺土與激發(fā)劑I固相混合，以一起研磨的方式混合均勻；第二種是研磨后的高嶺土粉與溶解在水中的激發(fā)劑I進行固液混合，攪拌達到均勻混合；其中，優(yōu)選為第二種混合方式。本發(fā)明所述低品位高嶺土是指高嶺土中高嶺石礦物的含量較低，含有較多雜質(zhì)的高嶺土，且通常高嶺土中含雜質(zhì)最多的是石英，其次是長石、云母和鐵質(zhì)礦物等。為了改善地質(zhì)聚合材料的性能還可以在上述步驟(3)的物料中加入各種集料和惰性增強料。本發(fā)明通過調(diào)整地聚物制備工藝，在原料煅燒階段加入本應(yīng)在后續(xù)工藝中加入的強堿和其它助劑鹽與原料一起煅燒(下文簡稱為堿熔)，以提高煅燒產(chǎn)物的地質(zhì)聚合活性， 解決了現(xiàn)有地聚物制備技術(shù)中存在的問題。本發(fā)明的堿熔方法激發(fā)低品位高嶺土的地質(zhì)聚合活性的意義在于①提高了低品位高嶺土制備的地質(zhì)聚合材料的強度性能，從而擴展了地質(zhì)聚合材料的原料范圍。②可望降低地聚物成本與能耗且方便其使用。
具體實施例方式下面通過具體實驗實例對本發(fā)明作進一步詳細的描述。本發(fā)明實施例中所用設(shè)備為常規(guī)設(shè)備，所用原料為常規(guī)原料。本發(fā)明實施例中所用低品位高嶺土的化學(xué)組成如表1所示。研磨后的高嶺土粉經(jīng) X射線衍射分析表明其物相組成為α -石英、高嶺石、鉀長石和白云母。通過化學(xué)組成綜合計算出各礦物相的質(zhì)量百分含量分別為α -石英37. 05、高嶺石33. 05、鉀長石24. 65和白云母3. 85。對比實驗是在650_950°C直接煅燒該高嶺土粉(細度為200目篩余物質(zhì)量比7%) 3小時后球磨至粒徑為200目篩余物質(zhì)量比8%，然后以燒堿改性的鈉水玻璃溶液混合成漿液，澆注到40X40X40的鋼模中成型，振動密實后在嘗90%的濕度和80°C的溫度下養(yǎng)護3 天制得地質(zhì)聚合材料。通過對煅燒溫度、液固比、水玻璃模數(shù)及水玻璃濃度等四因素進行兩輪正交實驗優(yōu)化得到的最大抗壓強度為16. 3MPa (見表2的對比實驗)。表1低品位高嶺土的化學(xué)組成與礦物組成
權(quán)利要求
1.一種利用低品位高嶺土制備地質(zhì)聚合材料的方法，其特征在于包括如下順序的步驟(1)將低品位高嶺土與激發(fā)劑I混合均勻，其混合物中固相的粒度為200目篩余物的質(zhì)量比含10% ；激發(fā)劑I中含CaO與Na2O的摩爾數(shù)之比即Ii(CaO)Ai(Na2O)為0-1. 0 ；激發(fā)劑I的摻量按激發(fā)劑I中的Nii2O的含量換算，滿足Na2O質(zhì)量/高嶺土質(zhì)量為0. 07-0. 20；(2)將步驟(1)所得混合物在750°C_950°C的高溫保溫煅燒2_4小時后再將煅燒產(chǎn)物重新磨細得到熟料粉，熟料粉粒度為200目篩余物的質(zhì)量比=10% ；(3)在步驟(2)所得熟料粉中摻入激發(fā)劑II的水溶液，混合均勻、振動密實后在 60-90°C保濕養(yǎng)護2-4天得到地質(zhì)聚合材料；其中，水灰比即激發(fā)劑II水溶液與熟料粉的質(zhì)量比為0. 2-0. 4，激發(fā)劑II中固相與煅燒后熟料粉的質(zhì)量比為0-0. 07。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用低品位高嶺土制備地質(zhì)聚合材料的方法，其特征在于 所述激發(fā)劑I或是NaOH，或是無水碳酸鈉NaCO3，或是無水碳酸鈉NaCO3加石灰；所述激發(fā)劑 II或是NaOH，或是Κ0Η。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用低品位高嶺土制備地質(zhì)聚合材料的方法，其特征在于步驟(1)所述低品位高嶺土與激發(fā)劑I的混合方式第一種是低品位高嶺土與激發(fā)劑 I固相混合，以一起研磨的方式混合均勻；第二種是研磨后的高嶺土粉與溶解在水中的激發(fā)劑I進行固液混合，攪拌達到均勻混合；其中，優(yōu)選為第二種混合方式。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用低品位高嶺土制備地質(zhì)聚合材料的方法。本發(fā)明方法是(1)將低品位高嶺土與激發(fā)劑Ⅰ按一定比例混合均勻，其混合物中固相的粒度為200目篩余的質(zhì)量比≦10%；(2)將步驟(1)所得混合物在750℃-950℃的高溫保溫煅燒2-4小時后再將煅燒產(chǎn)物重新磨細得到熟料粉，熟料粉粒度為200目篩余的質(zhì)量比≦10%；(3)在步驟(2)所得熟料粉中摻入激發(fā)劑Ⅱ的水溶液，混合均勻、振動密實后在60-90℃保濕養(yǎng)護2-4天得到地質(zhì)聚合材料；其中，水灰比即激發(fā)劑Ⅱ水溶液與熟料粉的質(zhì)量比為0.2-0.4，激發(fā)劑Ⅱ中固相與煅燒后熟料粉的質(zhì)量比為0-0.07。本發(fā)明對擴大原料來源、降低成本、提高使用便利性等具有明顯意義。
文檔編號C04B7/42GK102515579SQ201110405630
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者彭美勛, 王正紅 申請人:湖南科技大學(xué)