一种利用低品位高岭土制备地质聚合材料的方法

摘要

本发明公开了一种利用低品位高岭土制备地质聚合材料的方法。本发明方法是：（1）将低品位高岭土与激发剂Ⅰ按一定比例混合均匀，其混合物中固相的粒度为200目筛余的质量比≦10%；（2）将步骤（1）所得混合物在750℃-950℃的高温保温煅烧2-4小时后再将煅烧产物重新磨细得到熟料粉，熟料粉粒度为200目筛余的质量比≦10%；（3）在步骤（2）所得熟料粉中掺入激发剂Ⅱ的水溶液，混合均匀、振动密实后在60-90℃保湿养护2-4天得到地质聚合材料；其中，水灰比即激发剂Ⅱ水溶液与熟料粉的质量比为0.2-0.4，激发剂Ⅱ中固相与煅烧后熟料粉的质量比为0-0.07。本发明对扩大原料来源、降低成本、提高使用便利性等具有明显意义。

权利要求

1.一种利用低品位高岭土制备地质聚合材料的方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：

（1）将低品位高岭土与激发剂Ⅰ混合均匀，其混合物中固相的粒度为200目筛余物的质量比≦10%；激发剂Ⅰ中含CaO与Na2O的摩尔数之比即n(CaO)/n(Na2O)为0-1.0；激发剂Ⅰ的掺量按激发剂Ⅰ中的Na2O的含量换算，满足Na2O质量/高岭土质量为0.07-0.20；所述激发剂Ⅰ或是NaOH，或是无水碳酸钠NaCO3，或是无水碳酸钠NaCO3加石灰；

（2）将步骤（1）所得混合物在750℃-950℃的高温保温煅烧2-4小时后再将煅烧产物重新磨细得到熟料粉，熟料粉粒度为200目筛余物的质量比≦10%；

（3）在步骤（2）所得熟料粉中掺入激发剂Ⅱ的水溶液，混合均匀、振动密实后在

60-90℃保湿养护2-4天得到地质聚合材料；其中，水灰比即激发剂Ⅱ水溶液与熟料粉的质量比为0.2-0.4，激发剂Ⅱ中固相与煅烧后熟料粉的质量比为0-0.07；所述激发剂Ⅱ或是NaOH，或是KOH。

2.根据权利要求1所述的利用低品位高岭土制备地质聚合材料的方法，其特征在于：

步骤（1）所述低品位高岭土与激发剂Ⅰ的混合方式第一种是：低品位高岭土与激发剂Ⅰ固相混合，以一起研磨的方式混合均匀；第二种是：研磨后的高岭土粉与溶解在水中的激发剂Ⅰ进行固液混合，搅拌达到均匀混合。

说明书

一种利用低品位高岭土制备地质聚合材料的方法

技术领域

[0001] 本发明属于新型水泥材料领域，具体涉及一种利用低品位高岭土制备地质聚合材料的方法。

背景技术

[0002] 地质聚合材料（简称为地聚物），也称为矿物聚合材料、土聚水泥、碱激发水泥等，是近年来发展起来的一种可望替代波特兰水泥的生态环保型硅铝质无机胶凝材料。它主要是指含有多种非晶质至半晶质的类沸石三维铝硅酸盐矿物聚合物。其典型制备程序是：硅铝质原料→煅烧激活→可溶性碱金属硅铝酸盐溶解激发→20～120 ℃保温养护。地聚物原料来源丰富，碳排放低，膨缩率低，渗透率低，早期强度上升快，最终强度高，耐酸性强，耐热性好，碱骨料反应远低于常规波特兰水泥，耐久性能良好，被认为是逐步取代能耗物耗高、碳排放高、环境污染严重、耐酸性和耐久性差的波特兰水泥的新型无机胶凝材料。
Davidovits最早使用高岭石和煅烧高岭石制备地质聚合物并申请专利。近年来，作为最有市场应用价值的产品，粉煤灰基地聚物的研究相对集中。在国内，对地质聚合材料的真正研究开始于本世纪并持续升温，以中国地质大学、中国矿业大学和东南大学发表的研究较多。

[0003] 专利CN1634795A提供了一种铝硅酸盐矿物聚合物材料的制备方法，即使用碱性的混合溶液激发粘土类铝硅酸盐原料制备聚合物材料的方法。利用常见的粘土类铝硅酸盐，即高岭土，或者含有铝硅酸盐的粉煤灰、矿渣等工业废料原料，使用化学激发剂，在5-10MPa 压力下压制成型，通过反应制备矿物聚合材料。CN1882516提供一种形成地质聚合物模塑制品的方法，其包括：形成含碱金属或碱土金属硅酸盐组分、碱金属或碱土金属氢氧化物、骨料和水的地质聚合物混凝土组合物，其中水的含量不足以提供坍落的混凝土，SiO2 与M2O的比例为至少0.8。将混凝土浇铸到模具中，使模塑的混凝土在模具中进行固结。然而，地质聚合材料用来替代波特兰水泥仍面临一些主要问题：①原料限制，从成分上看，地壳中含量最丰富的铝硅酸盐原料均可用作地聚物天然原料，但实际研究最多且能制备出足够强度地聚物的仍只有高岭土；硅铝质固体废弃物则组成与结构差异大，难以大规模利用。
②制备成本偏高，天然原料制备地聚物时，煅烧预处理的优质高岭土及碱硅酸盐激发剂均是成本较高的原料；用工业固体废物制备地聚物时，虽不需要预煅烧，但所用的激发剂与天然矿物原料相同，其成本仍需降低。③以吸湿性与反应性强的强碱性盐为激发剂和双组分体系使其存贮使用不便，且环境风险较大。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对现有制备地质聚合材料技术中所存在的缺陷，提供一种新的利用低品位高岭土制备地质聚合材料的方法。

[0005] 本发明方法包括如下顺序的步骤：

[0006] （1）将低品位高岭土与激发剂Ⅰ混合均匀，其混合物中固相的粒度为200目筛余物的质量比≦10%；激发剂Ⅰ中含CaO与Na2O的摩尔数之比即n(CaO)/n(Na2O)为0-1.0；激发剂Ⅰ的掺量按激发剂Ⅰ中的Na2O的含量换算，满足Na2O质量/高岭土质量为0.07-0.20；

[0007] （2）将步骤（1）所得混合物在750℃-950℃的高温保温煅烧2-4小时后再将煅烧产物重新磨细得到熟料粉，熟料粉粒度为200目筛余物的质量比≦10%；

[0008] （3）在步骤（2）所得熟料粉中掺入激发剂Ⅱ的水溶液，混合均匀、振动密实后在60-90℃保湿养护2-4天得到地质聚合材料；其中，水灰比即激发剂Ⅱ的水溶液与熟料粉的质量比为0.2-0.4，激发剂Ⅱ中固相与煅烧后熟料粉的质量比为0-0.07。

[0009] 所述激发剂Ⅰ或是NaOH，或是无水碳酸钠NaCO3，或是无水碳酸钠NaCO3加石灰；所述激发剂Ⅱ或是NaOH，或是KOH。

[0010] 步骤（1）所述低品位高岭土与激发剂Ⅰ的混合方式第一种是：低品位高岭土与激发剂Ⅰ固相混合，以一起研磨的方式混合均匀；第二种是：研磨后的高岭土粉与溶解在水中的激发剂Ⅰ进行固液混合，搅拌达到均匀混合；其中，优选为第二种混合方式。

[0011] 本发明所述低品位高岭土是指高岭土中高岭石矿物的含量较低，含有较多杂质的高岭土，且通常高岭土中含杂质最多的是石英，其次是长石、云母和铁质矿物等。为了改善地质聚合材料的性能还可以在上述步骤（3）的物料中加入各种集料和惰性增强料。

[0012] 本发明通过调整地聚物制备工艺，在原料煅烧阶段加入本应在后续工艺中加入的强碱和其它助剂盐与原料一起煅烧（下文简称为碱熔），以提高煅烧产物的地质聚合活性，解决了现有地聚物制备技术中存在的问题。本发明的碱熔方法激发低品位高岭土的地质聚合活性的意义在于：①提高了低品位高岭土制备的地质聚合材料的强度性能，从而扩展了地质聚合材料的原料范围。②可望降低地聚物成本与能耗且方便其使用。

具体实施方式

[0013] 下面通过具体实验实例对本发明作进一步详细的描述。本发明实施例中所用设备为常规设备，所用原料为常规原料。

[0014] 本发明实施例中所用低品位高岭土的化学组成如表1所示。研磨后的高岭土粉经X射线衍射分析表明其物相组成为：α-石英、高岭石、钾长石和白云母。通过化学组成综合计算出各矿物相的质量百分含量分别为：α-石英37.05 、高岭石33.05、钾长石24.65和白云母3.85。

[0015] 对比实验是：在650-950℃直接煅烧该高岭土粉（细度为200目筛余物质量比7%）3小时后球磨至粒径为200目筛余物质量比8%，然后以烧碱改性的钠水玻璃溶液混合成浆液，浇注到40×40×40的钢模中成型，振动密实后在≧90%的湿度和80℃的温度下养护3天制得地质聚合材料。通过对煅烧温度、液固比、水玻璃模数及水玻璃浓度等四因素进行两轮正交实验优化得到的最大抗压强度为16.3MPa（见表2的对比实验）。

[0016] 表1 低品位高岭土的化学组成与矿物组成

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[0018] 表2低品位高岭土碱熔激发制备地质聚合材料实例的制备工艺参数及强度一览表

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[0020] 养护后泡水1天测出的饱水抗压强度; 激发剂为模数为1.1的改性钠水玻璃。

[0021] 本发明实施例是，加适量水将激发剂Ⅰ配成溶液或悬浊液（当激发剂中含石灰时），激发剂Ⅰ包括烧碱、无水碳酸钠和石灰的一种或二种的混合物。将该激发剂液浆与已球磨至粒径为200目筛余物质量比≦10%的上述高岭土粉均匀混合成泥浆状，在750-950℃煅烧2-4小时得到熟料，再将冷却的熟料粉球磨至细度为200目筛余物质量比≦10%的熟