类聚合物水泥.docx

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1、 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 102180606 A (43)申请公布日 2011. 09. 14 (21)申请号 201110050194. 2 (22)申请日 2011. 03. 02 (71)申请人 武汉理工大学 地址 430081湖北省武汉市洪山区珞狮路 122号 (72)发明人张一 敏 焦 向 科 陈 铁 军 刘 涛 (74)专利代理机构 武汉开元知识产权代理有限 公司 42104 代理人樊戎 (51) Int. CI. C04B 7/(2006.01) C04B 7/J(?(2006. 01) 权 利 要 求 书 1 页 说

2、 明 书 5 页 (54)发明名称 一种类地聚合物水泥及其制备方法 (57)摘要 本发明涉及一种类地聚合物水泥及其制备 方法。其方案是按下述各组分制备：石煤提钒尾 矿为62 73wt%、固体碱金属氢氧化物为 5 10wt%、 固体铝酸钠为 7 llwt%、 超细活性微硅 粉为 8 16wt%和偏高岭土为 6 13wt%。 制备 步骤是：先向石煤提钒尾矿中加固体碱金属氢氧 化物，搅拌，干法球磨和煅烧；再向其中加入固体 铝酸钠、超细活性微硅粉和偏高岭土，搅拌，干法 球磨后制得类地聚合物水泥成品；使用时向该水 泥成品中加水，边搅拌边注浆，室温下形成硬化浆 体。本发明具有操作简单、成本低和对容器及人体

3、 的化学腐蚀程度低的特点，所制备的类地聚合物 水泥的硬化浆体抗压强度和抗折强度高，对硫酸 盐浸蚀、水浸蚀、碱 -集料反应抵抗力强，抗干缩 性好。 CN 102180606 A 权 利 要 求 书 1/1页 1. 一种类地聚合物水泥的制备方法，其特征在于该类地聚合物水泥的组分及其含量 该类地聚合物水泥的制备步骤是，按上述组分及其含量： 第一步、向石煤提钒尾矿中添加固体碱金属氢氧化物，机械搅拌 5 10分钟，再置于球 磨机中干法球磨 10 15分钟，制得球磨料； 第二步、将球磨料放入马弗炉中煅烧，温度为 300 60(TC ;保温 2 4小时，制得煅烧 料； 第三步、将煅烧料置于室温下冷却，然后向

4、其中加入固体铝酸钠、超细活性微硅粉和偏 高岭土，机械搅拌 5 10分钟 ,制得混合料； 第四步、将混合料放入球磨机中千法球磨 10 15分钟，制得类地聚合物水泥。 2. 根据权利要求 1所述的类地聚合物水泥的制备方法，其特征在于所述的石煤提钒尾 矿中Si02的含量为 65 85wt%， A1203的含量为 5 20wt% ;粒径小于 0 074mm。 3. 根据权利要求 1所述的类地聚合物水泥的制备方法，其特征在于所述的固体碱金属 氢氧化物为氢氧化钠、或为氢氧化钾、或为氢氧化钠和氢氧化钾的混合物。 4. 根据权利要求 1所述的类地聚合物水泥的制备方法，其特征在于所述的超细活性微 硅粉中 Si0

5、2的含量为 95%以上， BET比表面积为 20 40m2/g。 5. 根据权利要求 1所述的类地聚合物水泥的制备方法，其特征在于所述的偏高岭土中 Si02的含量为 50 55wt %， A1203的含量为 42 47wt %。 6. 根据权利要求 1 5项中的任一项所述的类地聚合物水泥的制备方法所制备的类地 聚合物水泥。 7. 如权利要求 1所述的一种类地聚合物水泥的硬化浆体制备方法，其特征在于向所制 得的类地聚合物水泥中加入水，水与类地聚合物水泥的质量比例为 1 : (2 3)，边搅拌，边 注浆，在室温下形成硬化浆体。 石煤提钒尾矿 固体碱金属氢氧化物 固体铝酸钠 超细活性微硅粉 偏 _岭

6、土 62 73wt% ; 5 10wt% 7 llwt% 8 16wt% 6 13wt% 2 CN 102180606 A 说明书 1/5页 一种类地聚合物水泥及其制备方法 技术领域 1 本发明属于地聚合物技术领域，具体涉及一种类地聚合物水泥及其制备方法。 背景技术 2 随着人类对资源的不断开发以及环保意识的不断强化，未来材料总的发展趋势为 逐步由非金属材料部分地替代金属材料，而在非金属材料中，无机材料在许多领域中将越 来越多地取代有机材料。由蕴藏量极其丰富而价廉的无机矿物制备无毒、耐高温、高强度的 无机材料是当今世界材料学研究的重要方向之一。地聚合物是一类新型的高性能无机聚合 物材料，是碱激

7、活胶凝材料中最具前途的一类。地聚合物的性能独特，在建筑材料、固废材 料、密封材料和耐高温材料等方面均显示出巨大的应用前景。 3 在国内外制备地聚合物的工艺中，一般是通过偏高岭土、粉煤灰等活性 Si-Al质 原材料在溶液状态的碱性激发剂 （ 例如氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钠、硅酸钾等）作用下形 成具有一定强度、且具有三维网状结构的无机聚合物 （ 徐宇晴，齐季，于溴 .一种新的制备 地聚合物材料的方法 P.CN 200710003404. 6, 2007 ;S.Andini， R.Cioffi， F.Colangelo, et al. Coal fly ashas raw material for

8、the manufacture of geopolymer-based products J Waste Management， 2008, 28 :416 423)，即为 “ 地聚合物 ” 。由于其生产过程 避开了生产普通硅酸盐水泥那样需要大量消耗资源和能源，基本不排放，而且可以以工 业生产中废弃的固体硅铝质材料为原料，因而地聚合物材料已经引起越来越多的材料研究 者的关注。但在传统的制备地聚合物工艺中包含 “ 配制碱激发剂溶液 ” 这一步骤，由于具有 粘稠性和强碱性的碱激发剂溶液对盛装容器以及人体均易造成化学腐 蚀，且临时配制碱激 发剂溶液过程繁琐，又加上针对不同的硅铝原材料，水和固体碱激发

9、剂的加入量无统一标 准，所以，这无形中给地聚合物的大面积推广应用带来极大困难。 发明内容 4 本发明旨在克服现有技术缺陷，目的是提供一种工艺简单、成本低的类地聚合物 水泥及其硬化浆体的制备方法；用该方法制备的类地聚合物水泥可大大降低生产和使用过 程中对容器和人体造成的化学腐蚀程度，且硬化浆体的抗压强度和抗折强度高，对硫酸盐 浸蚀、水浸蚀、碱-集料反应抵抗力强，抗干缩性好。 0005 为： 0006 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，类地聚合物水泥的组分及其含量 石煤提钒尾矿 62 73wt% ; 0007 固体碱金属氢氧化物 5 10wt % ; 0008 固体铝酸钠 7 llwt% ;

10、 0009 超细活性微硅粉 8 16wt % ; 0010 偏商岭土 6 13wt % ; 0011 按上述组分及其含量，该类地聚合物水泥的制备步骤是： 3 CN 102180606 A 说明书 2/5页 12 第一步、向石煤提钒尾矿中添加固体碱金属氢氧化物，机械搅拌 5 10分钟，再置 于球磨机中干法球磨 10 15分钟，制得球磨料； 13 第二步、将球磨料放入马弗炉中煅烧，温度为 300 600C ;保温 2 4小时，制得 锻烧料； 14 第三步、将煅烧料置于室温下冷却，然后向其中加入固体铝酸钠、超细活性微硅粉 和偏高岭土，机械搅拌 5 10分钟，制得混合料； 15 第四步、将混合料放入球

11、磨机中干法球磨 10 15分钟，制得类地聚合物水泥。 16 在上述技术方案中：石煤提钒尾矿中 Si02的含量为 65 85wt%， A1203的含量为 5 20wt % ;粒径小于 0. 074mm ;固体碱金属氢氧化物为氧氧化钠、或为氢氧化钾、或为氢 氧化钠和氢氧化钾的混合物；超细活性微硅粉中 Si02的含量为 95%以上， BET比表面积为 20 40m2/g ;偏高岭土中 Si02的含量为 50 55wt%， A1203的含量为 42 47wt%。 17 所述的类地聚合物水泥的硬化浆体的制备方法是，向所制得的类地聚合物水泥中 加入水，水与类地聚合物水泥的质量比例为 1 : (2 3)，边

12、搅拌，边注浆，在室温下形成硬 化浆体。 18 由于采用上述技术方案，本发明在原料的使用上采用废弃的石煤提钒 尾矿为主要 原料，不仅解决了石煤提钒尾矿的堆放问题，而且拓宽了制备地聚合物水泥的原料来源。本 发明工艺简单，在制备过程中省去 “ 配制碱激发剂溶液 ” 这一步骤，因而对盛装容器和人体 造成的化学腐蚀程度大大降低。 19 本发明所制备的类地聚合物水泥在使用前可像普通硅酸盐水泥一样存放；在使用 时只需添加一定量的水便可形成结构类似于地聚合物的硬化浆体，操作简单，硬化浆体的 3 天抗压强度可达到 30MPa以上， 3天抗折强度可达 4. 5MPa以上， 28天抗压强度可达到 50MPa 以上，

13、 28天抗折强度可达到 8. 5MPa以上，且对硫酸盐浸蚀、水浸蚀、碱 -集料反应抵抗力强， 抗干缩性好。 20 因此，本发明具有操作简单、成本低和对盛装容器和人体造成的化学腐蚀程度低 的特点，所制备的类地聚合物水泥的硬化浆体不仅抗压强度和抗折强度高，而且对硫酸盐 浸蚀、水浸蚀、碱 -集料反应抵抗力强，抗干缩性好。 具体实施方式 21 下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制： 22 为避免重复，先将本具体实施方式所要涉及到的原料统一描述如下：石煤提钒尾 矿中Si02的含量为 65 85wt%， Al203的含量为 5 20wt%， 粒径小于 0. 074mm ;超细

14、活性 微硅粉中 Si02的含量为 95%以上， BET比表面积为 20 40m2/g ;偏高岭土中 Si02的含量 为 50 55wt%, A1203的含量为 42 47wt%。 具体实施例中不再赘述。 0023 实施例 1 0024 一种类地聚合物水泥及其制备方法。类地聚合物水泥的组分及其含量为 0025 石煤提钒尾矿 62 68wt% ; 0026 固体氢氧化钠 5 7wt % ; 0027 固体铝酸钠 9 llwt% ; 0028 超细活性微硅粉 8 12wt % ; 4 CN 102180606 A 说明书 3/5页 29 偏高岭土 6 9wt% ; 30 按上述组分及其含量，该类地聚

15、合物水泥的制备步骤是 ： 31 第一步、向石煤提钒尾矿中添加固体氢氧化钠，机械搅拌 5 10分钟，再置于球磨 机中干法球磨 10 15分钟，制得球磨料； 32 第二步、将球磨料放入马弗炉中煅烧，温度为 300 400C ;保温 3 4小时，制得 锻烧料； 33 第三步、将煅烧料置于室温下冷却，然后向其中加入固体铝酸钠、超细活性微硅粉 和偏高岭土，机械搅拌 5 10分钟，制得混合料； 34 第四步、将混合料放入球磨机中干法球磨 10 15分钟，制得类地聚合物水泥。 35 所述的类地聚合物水泥的硬化浆体的制备方法是，向所制得的类地聚合物水泥中 加入水，水与类地聚合物水泥的质量比例为 1 : (2

16、3)，边搅拌，边注浆，在室温下形成硬 化浆体。 36 本实施例在操作过程中对盛装容器和人体造成的化学腐蚀程度低，硬化浆体的 3 天抗压强度可达到 30MPa以上， 3天抗折强度可达 4. 5MPa以上， 28天抗压强度可达到 50MPa 以上， 28天抗折强度可达到 8. 5MPa以上， 且对硫酸盐浸蚀、水浸蚀、碱 -集料反应抵抗力强， 抗干缩性好。 37 实施例 2 38 一种类地聚合物水泥及其制备方法。类地聚合物水泥的组分及其含量为： 39 石煤提 f凡尾矿 68 73wt% ; 40 固体氢氧化钾 5 7wt%; 41 固体错酸钠 7 9wt% ; 42 超细活性微硅粉 8 12wt%

17、; 43 偏高岭土 6 9wt% ; 44 按上述组分及其含量，该类地聚合物水泥的制备步骤是 ： 45 第一步、向石煤提钒尾矿中添加固体氢氧化钾，机械搅拌 5 10分钟，再置于球磨 机中干法球磨 10 15分钟，制得球磨料； 46 第二步、将球磨料放入马弗炉中煅烧，温度为 400 500C ;保温 3 4小时，制得 锻烧料； 47 第三步、将煅烧料置于室温下冷却，然后向其中加入固体铝酸钠、超细活性微硅粉 和偏高岭土，机械搅拌 5 10分钟，制得混合料； 48 第四步、将混合料放入球磨机中干法球磨 10 15分钟，制得类地聚合物水泥。 49 所述的类地聚合物水泥的硬化浆体的制备方法是，向所制得的

18、类地聚合物水泥中 加入水，水与类地聚合物水泥的质量比例为 1 : (2 3)，边搅拌，边注浆，在室温下形成硬 化浆体。 50 本实施例在操作过程中对盛装容器和人体造成的化学腐蚀程度低，硬化浆体的 3 天抗压强度可达到 33MPa以上， 3天抗折强度可达 5MPa以上， 28天抗压强度可达到 55MPa 以上， 28天抗折强度可达到 9MPa以上，且对硫酸盐浸蚀、水浸蚀、碱 -集料反应抵抗力强，抗 干缩性好。 51 实施例 3 5 CN 102180606 A 说明书 4/5页 52 一种类地聚合物水泥及其制备方法。类地聚合物水泥的组分及其含量为： 53 石煤提 f凡尾矿 62 68wt%; 5

19、4 固体氢氧化钠和固体氢氧化钾的混合物 5 55 固体铝酸钠 7 9wt%; 56 超细活性微硅粉 12 16wt% ; 57 偏高岭土 6 9wt% ; 58 按上述组分及其含量，该类地聚合物水泥的制备步骤是： 59 第一步、向石煤提钒尾矿中添加固体氢氧化钠和固体氢氧化钾的混合物，机械搅 拌 510分钟，再置于球磨机中干法球磨 10 15分钟，制得球磨料； 60 第二步、将球磨料放入马弗炉中煅烧，温度为 500 600C ;保温 2 3小时，制得 煅烧料； 61 第三步、将煅烧料置于室温下冷却，然后向其中加入固体铝酸钠、超细活性微硅粉 和偏高岭土，机械搅拌 5 10分钟，制得混合料； 62

20、第 四步、将混合料放入球磨机中干法球磨 10 15分钟，制得类地聚合物水泥。 63 所述的类地聚合物水泥的硬化浆体的制备方法是，向所制得的类地聚合物水泥中 加入水，水与类地聚合物水泥的质量比例为 1 : (2 3)，边搅拌，边注浆，在室温下形成硬 化浆体。 64 本实施例在操作过程中对盛装容器和人体造成的化学腐蚀程度低，硬化浆体的 3 天抗压强度可达到 35MPa以上， 3天抗折强度可达 5. 5MPa以上， 28天抗压强度可达到 57MPa 以上， 28天抗折强度可达到 9. 5MPa以上，且对硫酸盐浸蚀、水浸蚀、碱 -集料反应抵抗力强， 抗 干缩性好。 65 实施例 4 66 一种类地聚合

21、物水泥及其制备方法。类地聚合物水泥的组分及其含量为： 67 石煤提 f凡尾矿 62 68wt%; 68 固体氢氧化钠和固体氢氧化钾的混合物 7 10wt%; 69 固体铝酸钠 7 9wt % ; 70 超细活性微硅粉 8 12wt% ; 71 偏高岭土 9 13wt% ; 72 按上述组分及其含量，本实施例中类地聚合物水泥的制备步骤及其硬化浆体的制 备方法同实施例 3 73 本实施例在操作过程中对盛装容器和人体造成的化学腐蚀程度低，硬化浆体的 3 天抗压强度可达到 35MPa以上， 3天抗折强度可达 5MPa以上， 28天抗压强度可达到 55MPa 以上， 28天抗折强度可达到 9. 5MPa

22、以上，且对硫酸盐浸蚀、水浸蚀、碱 -集料反应抵抗力强， 抗干缩性好。 74 实施例 5 75 种类地聚合物水泥及其制备方法。类地聚合物水泥的组分及其含量为： 76 石煤提 f凡尾矿 68 73wt% ; 77 固体氢氧化钠和固体氢氧化钾的混合物 5 7wt % ; 78 固体铝酸钠 7 9wt%; 6 CN 102180606 A 说明书 5/5页 79 超细活性微硅粉 8 12wt% ; 80 偏高岭土 6 9wt%。 81 按上述组分及其含量，本实施例中类地聚合物水泥的制备步骤及其硬化浆体的制 备方法同实施例 3。 82 本实施例在操作过程中对盛装容器和人体造成的化学腐蚀程度低，硬化浆体的

23、 3 天抗压强度可达到 30MPa以上， 3天抗折强度可达 4. 5MPa以上， 28天抗压强度可达到 50MPa 以上， 28天抗折强度可达到 8. 5MPa以上，且对硫酸盐浸蚀、水浸蚀、碱 -集料反应抵抗力强， 抗干缩性好。 83 本具体实施方式在原料的使用上采用废弃的石煤提钒尾矿为主要原料，不仅解决 了石煤提钒尾矿的堆放问题，而且拓宽了制备地聚合物水泥的原料来源。 本具体实施方式 工艺简单，在制备过程中省去 “ 配制碱激发剂溶液 ” 这一步骤，因而对盛装容器和人体造成 的化学腐蚀程度大大降低。 84 本具体实施方式所制备的类地聚合物水泥在使用前可像普通硅酸盐水泥一样存 放；在使用时只需添加一定量的水便可形成结构类似于地聚合物的硬化浆体，操作简单，硬 化浆体的 3天抗压强度可达到 30MPa以上， 3天抗折强度可达 4. 5MPa以上， 28天抗压强度 可达到 50MPa以上， 28天抗折强度可达到 8. 5MPa以上，且对硫酸盐浸蚀、水浸蚀、碱 -集料 反应抵抗力强，抗干缩性好。 0085 因此，本具体实施方式具有操作简单、成本低和对盛装容器和人体造成的化学腐 蚀程度低的特点，所制备的类地聚合物水泥的硬化浆体不仅抗压强度和抗折强度高，而且 对硫酸盐浸蚀、水浸蚀、碱 -集料反应抵抗力强，抗干缩性好。 7