1.本发明涉及固废资源化技术领域，具体涉及一种高强度胶凝材料及其制备方法和应用。
背景技术：2.铅锌冶炼渣是冶炼金属铅和锌时在高温熔融状态下经水淬急冷后形成的工业废渣，含有pb、zn、cu、cr、cd和ni等多种重金属。大量的铅锌冶炼渣露天堆放不仅占用土地资源，还会对周围环境产生负面影响。随着雨水冲刷等自然条件的作用，铅锌冶炼渣中的重金属随着雨水等迁移，扩大对环境的污染。同时，重金属有渗入地表水、地下水的风险，进而通过食物链危及人类健康，因此，铅锌冶炼渣的资源化和无害化处理迫在眉睫。
3.碱激发胶凝材料作为一种绿色环保材料可用于危险废弃物的无害化处理。含重金属的废渣通过固化剂使其重金属被包裹在固化体中，使重金属不易迁移，达到相对稳定的状态，实现对含重金属的废渣无害化处理，同时提高了对废弃物的资源利用率。碱矿渣胶凝材料用于重金属的固化/稳定化处置，可以解决矿渣和危险废弃物的堆放。同时使用碱矿渣胶凝材料固化铅锌冶炼渣充分利用了固体废弃物，符合现代社会的发展需求，最终实现以废治废的目的。但是目前碱激发铅锌冶炼渣胶凝材料存在着内部孔隙较大，金属离子有析出的风险，同时也导致了其力学性能较低，应用场景受到了一定的限制。
技术实现要素：4.为了克服现有技术存在无法有效激发铅锌冶炼渣中的胶凝活性的问题，本发明的目的之一在于提供一种高强度胶凝材料，本发明的目的之二在于提供这种高强度胶凝材料的制备方法，本发明的目的之三在于提供这种高强度胶凝材料的应用。
5.为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
6.本发明第一方面提供了一种高强度胶凝材料，包括以下组分：铅锌冶炼渣、水泥熟料、粉煤灰、膨润土、芒硝、十二烷基硫酸钠、水玻璃。
7.膨润土，其主要矿物成分为蒙脱石和石英，蒙脱石结构为2：1型晶体结构，是由两个硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体组成的。由于蒙脱石的这种层状结构其中间层存在某些阳离子，如na、k、ca和mg等，且这些阳离子与蒙脱石晶胞的之间的相互作用不稳定，决定了这些阳离子易被其它阳离子交换，如一些重金属阳离子，因此膨润土具有良好的离子交换性。发明人发现，将膨润土用于激发铅锌冶炼渣，不仅可以显著提高胶凝材料的强度，同时，使得胶凝固化体中的孔隙更小，固化体内部结构更致密，进一步降低了重金属离子的析出。
8.优选的，这种高强度胶凝材料，包括以下质量份的组分：40-65份铅锌冶炼渣、6-20份水泥熟料、5-12份粉煤灰、4-15份膨润土、5-15份芒硝、3-8份十二烷基硫酸钠、1-5份水玻璃；进一步优选的，包括以下质量份的组分：45-60份铅锌冶炼渣、8-20份水泥熟料、5-12份粉煤灰、4-15份膨润土、5-15份芒硝、3-8份十二烷基硫酸钠、1-5份水玻璃。
9.优选的，这种高强度胶凝材料，铅锌冶炼渣包括以下质量百分比的成分：15-26％sio2、35-50％fe2o3、5-12％al2o3、12-21％cao、0.5-4.5％mgo、0.4-7％pbo2、0.5-7％zno、0.1-2.5％so3；进一步优选的，铅锌冶炼渣包括以下质量百分比的成分：16-25％sio2、38-48％fe2o3、6-11％al2o3、13-20％cao、0.7-4.0％mgo、0.5-6.5％pbo2、1.0-6.5％zno、0.2-2.0％so3；再进一步优选的，铅锌冶炼渣包括以下质量百分比的成分：17-24％sio2、39-47％fe2o3、7-10％al2o3、14-19％cao、0.9-3.0％mgo、0.5-6.0％pbo2、1.0-6.0％zno、0.25-1.3％so3；更进一步优选的，铅锌冶炼渣包括以下质量百分比的成分：18-23％sio2、40-46％fe2o3、7-9％al2o3、15-18％cao、1.0-2.6％mgo、0.5-5.5％pbo2、1.0-5.5％zno、0.25-1.3％so3。
10.优选的，这种高强度胶凝材料，铅锌冶炼渣粒径＜75μm占比大于95％。
11.优选的，这种高强度胶凝材料，铅锌冶炼渣的硅酸盐玻璃体含量为86-90wt％；进一步优选的，铅锌冶炼渣的硅酸盐玻璃体含量为87-89wt％；再进一步优选的，铅锌冶炼渣的硅酸盐玻璃体含量为87.5-88.5wt％；更进一步优选的，铅锌冶炼渣的硅酸盐玻璃体含量为88.1wt％。
12.优选的，这种高强度胶凝材料，铅锌冶炼渣的锌尖晶石含量为2-3wt％；进一步优选的，铅锌冶炼渣的锌尖晶石含量为2.5-2.8wt％；再进一步优选的，铅锌冶炼渣的锌尖晶石含量为2.5-2.7wt％；更进一步优选的，铅锌冶炼渣的锌尖晶石含量为2.61wt％。
13.优选的，这种高强度胶凝材料，铅锌冶炼渣的褐铁矿含量为0.4-0.6wt％；进一步优选的，铅锌冶炼渣的褐铁矿含量为0.45-0.5wt％；再进一步优选的，铅锌冶炼渣的褐铁矿含量为0.48wt％。
14.优选的，这种高强度胶凝材料，水泥熟料粒径＜2.67μm的质量百分比为8-12wt％；进一步优选的，水泥熟料粒径＜2.67μm的质量百分比为9-11wt％；再进一步优选的，水泥熟料粒径＜2.67μm的质量百分比为10wt％。
15.优选的，这种高强度胶凝材料，水泥熟料粒径＜5.29μm的质量百分比为25-35wt％；进一步优选的，水泥熟料粒径＜5.29μm的质量百分比为28-32wt％；再进一步优选的，水泥熟料粒径＜5.29μm的质量百分比为30wt％。
16.优选的，这种高强度胶凝材料，水泥熟料粒径＜7.57μm的质量百分比为40-60wt％；进一步优选的，水泥熟料粒径＜7.57μm的质量百分比为45-55wt％；再进一步优选的，水泥熟料粒径＜7.57μm的质量百分比为50wt％。
17.优选的，这种高强度胶凝材料，水泥熟料粒径＜11.18μm的质量百分比为50-70wt％；进一步优选的，水泥熟料粒径＜11.18μm的质量百分比为55-65wt％；再进一步优选的，水泥熟料粒径＜11.18μm的质量百分比为60wt％。
18.优选的，这种高强度胶凝材料，水泥熟料粒径＜31.09μm的质量百分比≥85wt％；进一步优选的，水泥熟料粒径＜31.09μm的质量百分比≥88wt％；再进一步优选的，水泥熟料粒径＜31.09μm的质量百分比为90wt％。
19.优选的，这种高强度胶凝材料，水泥熟料包括以下质量百分比的成分：62-76％cao，20-25％sio2、3-7％al2o3、3-6％fe2o3。
20.优选的，这种高强度胶凝材料，粉煤灰为ⅱ级f类粉煤灰。
21.优选的，这种高强度胶凝材料，膨润土包括以下质量百分比的成分：65-75％sio2、
12-18％al2o3、2-6％na2o、3-4.5％fe2o3、1.5-3％cao、1.5-2.5％mgo、0.5-1.5％k2o、0.4-0.8％tio2；进一步优选的，膨润土包括以下质量百分比的成分：66-74％sio2、13-17％al2o3、3-5％na2o、3-4％fe2o3、1.5-3％cao、1.5-2.5％mgo、1-1.5％k2o、0.5-0.8％tio2；再进一步优选的，膨润土包括以下质量百分比的成分：68-72％sio2、14-16％al2o3、3.5-4.5％na2o、3-4％fe2o3、1.5-3％cao、1.5-2.5％mgo、1-1.5％k2o、0.5-0.8％tio2；在本发明的一些优选实施例中，膨润土包括以下质量百分比的成分：68.51-71.37％sio2、14.58-15.85％al2o3、3.61-4.18％na2o、3.29-3.91％fe2o3、1.93-2.68％cao、1.92-2.16％mgo、1.00-1.24％k2o、0.50-0.67％tio2，其它氧化物占比≤2％。
22.优选的，这种高强度胶凝材料，膨润土的粒径为1-100μm。
23.优选的，这种高强度胶凝材料，膨润土的d50粒径为12-14μm；进一步优选的，膨润土的d50粒径为12.5-13.5μm；再进一步优选的，膨润土的d50粒径为13.17μm。
24.优选的，这种高强度胶凝材料，膨润土的d90粒径为30-35μm；进一步优选的，膨润土的d90粒径为31-34μm；再进一步优选的，膨润土的d90粒径为32-33μm；更进一步优选的，膨润土的d90粒径为32.8μm。
25.优选的，这种高强度胶凝材料，芒硝为工业芒硝，其中na2so4含量≥99％，其粒径分布为：粒径＜2.75μm的颗粒占10wt％；粒径＜5.54μm的颗粒占30wt％；粒径＜8.61μm的颗粒占50wt％；粒径＜13.46μm的颗粒占60wt％；粒径＜35.94μm的颗粒占90wt％。
26.优选的，这种高强度胶凝材料，十二烷基硫酸钠为工业级固体，其活性物质的含量≥90wt％，石油醚可溶物≤2.1％，以硫酸钠和氯化钠计的无机盐含量≤5.0％，白度＞75，水分含量为3％。
27.优选的，这种高强度胶凝材料，水玻璃为工业固体水玻璃，其可溶性固体≥98wt％，fe含量≤0.12wt％，其模数为3.21-4.55。
28.优选的，这种高强度胶凝材料，3d抗压强度≥15mpa；进一步优选的，3d抗压强度为15-20mpa。
29.优选的，这种高强度胶凝材料，7d抗压强度≥28mpa；进一步优选的，7d抗压强度为28-35mpa。
30.优选的，这种高强度胶凝材料，28d抗压强度≥42.6mpa；进一步优选的，28d抗压强度为42.6-70mpa。
31.本发明第二方面提供了上述高强度胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
32.将各组分混合，得到高强度胶凝材料。
33.优选的，这种高强度胶凝材料的制备方法，各组分混合后进行搅拌；进一步优选的，搅拌的转速为80-120rpm，搅拌的时间为8-12min；再进一步优选的，搅拌的转速为100rpm，搅拌的时间为10min。
34.本发明第三方面提供了上述高强度胶凝材料在废弃物的处理中的应用。
35.优选的，这种高强度胶凝材料在危险固体废弃物的无害化处理中的应用；危险固体废弃物，是指列入国家危险废物名录或根据国家规定的危险废物鉴定标准和鉴定方法认定的具有危险废物特性的废物。
36.进一步优选的，这种高强度胶凝材料在铅锌冶炼渣的无害化处理中的应用；再进一步优选的，这种高强度胶凝材料在铅锌冶炼渣的固化无害化处理中的应用。
37.本发明的有益效果是：
38.本发明的胶凝材料，将膨润土作为添加剂，通过与其他激发剂的协同配合作用，充分激发了铅锌冶炼渣的胶凝活性，填充胶凝固化体中的孔隙，使胶凝固化体的内部结构更致密，得到比现行p.o 42.5水泥强度更高的胶凝材料。
具体实施方式
39.以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例和对比例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
40.以下实施例和对比例中，铅锌冶炼渣包括以下质量百分比的成分：20.46％sio2、44.90％fe2o3、8.18％al2o3、17.76％cao、2.23％mgo、1.28％pbo2、3.94％zno、1.25％so3。
41.以下实施例和对比例中，膨润土包括以下质量百分比的成分：68.51-71.37％sio2、14.58-15.85％al2o3、3.61-4.18％na2o、3.29-3.91％fe2o3、1.93-2.68％cao、1.92-2.16％mgo、1.00-1.24％k2o、0.50-0.67％tio2，其它氧化物占比≤2％。
42.实施例1
43.本例高强度胶凝材料的组分质量份如表1所示。
44.表1本例的高强度胶凝材料组分
45.组分质量份铅锌冶炼渣45水泥熟料15粉煤灰12膨润土12芒硝8十二烷基硫酸钠6水玻璃2
46.实施例1高强度胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
47.1)按表1的配方的用量，称量适量的铅锌冶炼渣颗粒加入高速行星式球磨机的球磨罐中，然后在行星式球磨机中以转速300r/min的速度球磨搅拌120min，然后反向以相同的速度球磨120min，得到200目筛下物大于95％的铅锌冶炼渣粉体。
48.2)将制备的铅锌冶炼渣粉体、水泥熟料、粉煤灰、膨润土、芒硝、十二烷基硫酸钠及水玻璃按配方用量依次加入球磨机中，以100r/min的速度搅拌10min，使其混合均匀及得到高强度铅锌冶炼渣基胶凝材料。
49.实施例2
50.本例高强度胶凝材料的组分质量份如表2所示。
51.表2本例的高强度胶凝材料组分
[0052][0053][0054]
参照实施例1的制备方法，按照表2的配方组成制备本例的高强度胶凝材料。
[0055]
实施例3
[0056]
本例高强度胶凝材料的组分质量份如表3所示。
[0057]
表3本例的高强度胶凝材料组分
[0058]
组分质量份铅锌冶炼渣50水泥熟料13粉煤灰10膨润土13芒硝10十二烷基硫酸钠3水玻璃1
[0059]
参照实施例1的制备方法，按照表3的配方组成制备本例的高强度胶凝材料。
[0060]
实施例4
[0061]
本例高强度胶凝材料的组分质量份如表4所示。
[0062]
表4本例的高强度胶凝材料组分
[0063]
组分质量份铅锌冶炼渣50水泥熟料13粉煤灰10膨润土13芒硝10十二烷基硫酸钠3水玻璃1
[0064]
参照实施例1的制备方法，按照表4的配方组成制备本例的高强度胶凝材料。
[0065]
实施例5
[0066]
本例高强度胶凝材料的组分质量份如表5所示。
[0067]
表5本例的高强度胶凝材料组分
[0068]
组分质量份铅锌冶炼渣58水泥熟料8粉煤灰6膨润土10芒硝13十二烷基硫酸钠3水玻璃2
[0069]
参照实施例1的制备方法，按照表5的配方组成制备本例的高强度胶凝材料。
[0070]
实施例6
[0071]
本例高强度胶凝材料的组分质量份如表6所示。
[0072]
表6本例的高强度胶凝材料组分
[0073]
组分质量份铅锌冶炼渣58水泥熟料10粉煤灰5膨润土6芒硝12十二烷基硫酸钠5水玻璃4
[0074]
参照实施例1的制备方法，按照表6的配方组成制备本例的高强度胶凝材料。
[0075]
对比例1
[0076]
对比例1为市售的国标普通硅酸盐p.o 42.5水泥。
[0077]
性能测试
[0078]
将实施例1-6制得的高强度胶凝材料和对比例1的p.o 42.5水泥，按标准gb/t 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(iso法)》测试的3d、7d与28d抗压试验，具体测试结果见下表7：
[0079]
表7实施例与对比例的性能测试结果
[0080]
[0081][0082]
从上表测试结果可以看出，胶凝材料早期强度较低，但其7d及28d抗压强度明显较p.o42.5水泥高，后期强度成长快，且其3d强度达到p.o 42.5水泥的90％左右，工程适用性较高。因此，本发明的一种高强度胶凝材料完全可以替代市售的p.o 42.5水泥，可以应用在铅锌冶炼渣的固化无害化处理。
[0083]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种高强度胶凝材料，其特征在于，包括以下组分：铅锌冶炼渣、水泥熟料、粉煤灰、膨润土、芒硝、十二烷基硫酸钠、水玻璃。2.根据权利要求1所述的高强度胶凝材料，其特征在于，包括以下质量份的组分：40-65份铅锌冶炼渣、6-20份水泥熟料、5-12份粉煤灰、4-15份膨润土、5-15份芒硝、3-8份十二烷基硫酸钠、1-5份水玻璃。3.根据权利要求1或2所述的高强度胶凝材料，其特征在于，所述铅锌冶炼渣包括以下质量百分比的成分：15-26％sio2、35-50％fe2o3、5-12％al2o3、12-21％cao、0.5-4.5％mgo、0.4-7％pbo2、0.5-7％zno、0.1-2.5％so3。4.根据权利要求3所述的高强度胶凝材料，其特征在于，所述铅锌冶炼渣粒径＜75μm占比大于95％。5.根据权利要求1或2所述的高强度胶凝材料，其特征在于，所述粉煤灰为ⅱ级f类粉煤灰。6.根据权利要求1或2所述的高强度胶凝材料，其特征在于，所述膨润土包括以下质量百分比的成分：65-75％sio2、12-18％al2o3、2-6％na2o、3-4.5％fe2o3、1.5-3％cao、1.5-2.5％mgo、0.5-1.5％k2o、0.4-0.8％tio2。7.根据权利要求6所述的高强度胶凝材料，其特征在于，所述膨润土的粒径为1-100μm。8.根据权利要求1或2所述的高强度胶凝材料，其特征在于，所述高强度胶凝材料的28d抗压强度≥42.6mpa。9.一种权利要求1-8任一项所述的高强度胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将各组分混合，得到所述的高强度胶凝材料。10.权利要求1-8任一项所述的高强度胶凝材料在废弃物处理中的应用。
技术总结本发明公开了一种高强度胶凝材料及其制备方法和应用。一种高强度胶凝材料包括以下组分：铅锌冶炼渣、水泥熟料、粉煤灰、膨润土、芒硝、十二烷基硫酸钠、水玻璃。本发明的胶凝材料，将膨润土作为添加剂，通过与其他激发剂的协同配合作用，充分激发了铅锌冶炼渣的胶凝活性，填充胶凝固化体中的孔隙，使胶凝固化体的内部结构更致密，得到比现行P.O 42.5水泥强度更高的胶凝材料。更高的胶凝材料。
技术研发人员：田志刚 陈忠平 黄沛生 欧阳仕元 杜向红 邓波 江皇义 周科华 梁德义 钟杰 崔国伟 郑国雄 卢海珠 陈锡麟 冯波宇 余匡迪
受保护的技术使用者：深圳市中金岭南有色金属股份有限公司 固岩科技发展有限公司
技术研发日：2022.05.18
技术公布日：2022/11/1
