一种基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料及其制备方法与流程

本发明属于建筑环保材料领域，涉及水泥基材料相关，具体涉及一种基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料及其制备方法。

背景技术：

1、机制砂是由岩石通过机械破碎、筛分制成的砂，其颗粒级配和物理性能可以通过生产过程控制和优化，具有粒型好、稳定性高的特点，已替代天然砂广泛应用于混凝土、砂浆等建筑材料。机制砂生产主要分干法和湿法两种，其中湿法生产在洗砂过程中能去除机制砂颗粒表面的泥土和杂质，生产出的机制砂更加洁净。此外，湿法生产能更好的控制粉尘污染，因此湿法应用更为常见。但是，在洗砂过程中，机制砂中细小的颗粒和泥土被水流带走，形成尾泥。尾泥成分复杂，主要由石粉、泥土、矿物颗粒和水组成，其颗粒尺寸通常小于75微米。这些细小颗粒由于粒径小、比表面积大，难以通过常规机械方法进行处理，导致大量尾泥难以被有效回收利用。

2、目前，机制砂尾泥处理方法均是利用其中含有一定量的泥粉，用于烧制陶粒、砖、陶瓷等材料，实现了机制砂尾泥的资源化利用，但是上述方法均需高温烧结或养护，能源消耗和碳排放高，且难以大批量消纳机制砂尾泥，无法实现其高效利用。此外，cn110922074a介绍了一种利用机制砂厂淤泥代替粘土作为生料的原料制备了水泥熟料的方法，此种方法机制砂尾泥用量可较大，但是仍需升温至1350-1450℃，能耗较高。cn116177974a提出了一种基于磷石膏的机制砂尾泥自密实回填料制备方法，主要使用石膏基胶结料作为固化剂，回填料抗压强度较低，应用范围有限。

3、因此，激发机制砂尾泥的反应活性，改善机制砂尾泥的反应产物性能，为其能用于水泥砂浆和混凝土制备奠定基础，可实现机制砂尾泥的大批量资源化利用，具有显著的经济效益和环保意义。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的机制砂尾泥资源化利用率低、处置效率低、处置成本高等问题，本发明提供一种基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料及其制备方法，本发明可实现机制砂尾泥的大批量低能耗处置，有助于机制砂尾泥在水泥砂浆和混凝土中的应用，实现资源化利用。

2、本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料及其制备方法，具体分为以下步骤：

3、（1）将机制砂尾泥、化学活化剂按质量比100:5-10混合，使用高速搅拌机进行搅拌；

4、（2）将混合物放置于干燥环境中，加入表面活性剂搅拌均匀，然后应用超声波作用6-24小时，促进和催化活化反应，得到活化机制砂尾泥；

5、（3）使用恒温干燥箱将活化的机制砂尾泥进行干燥，并加入干燥剂加快干燥，干燥温度控制在60℃-80℃，直至完全干燥；

6、（4）将干燥后的物料用粉碎机进行初步粉碎，使其颗粒粒径达到1毫米以下,将初步粉碎后的物料中添加助磨剂，然后放入球磨机或振动磨中进行进一步粉碎，使其颗粒粒径达到100目以下，得到活化机制砂尾泥粉末；

7、（5）将活化机制砂尾泥粉末、高活性石灰粉、纳米二氧化硅、化学改性剂按质量比100:1-5: 2-4: 1-5混合，经搅拌后制得水泥基材料掺合料。

8、优选的，步骤（1）中，化学活化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钙、偏铝酸钙、磷酸钙、硅铝酸钙等材料中的一种。

9、优选的，步骤（1）中，搅拌速度控制在300-500转/分钟，搅拌时间控制在5-10分钟。

10、优选的，步骤（2）中，表面活性剂为十二烷基硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇油酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚等材料中的一种，用量为机制砂尾泥质量的2%-4%。

11、优选的，步骤（2）中，超声波的频率控制在20 khz至100 khz。

12、优选的，步骤（3）中，干燥剂为无水硫酸钙，用量为机制砂尾泥质量的0.5%-1%。

13、优选的，步骤（4）中，助磨剂为硬脂酸钠、聚合醇胺中的一种，用量为机制砂尾泥质量的0.01%-0.1%。

14、优选的，步骤（5）中，高活性石灰粉的氧化钙含量90wt%以上，粒径100 μm以下。

15、优选的，步骤（5）中，纳米二氧化硅的sio2含量99wt%以上，粒径100 nm以下。

16、优选的，步骤（5）中，化学改性剂为三乙醇胺、三异甲醇胺、二甲基乙醇胺等材料中的一种。

17、本发明有益的效果是：

18、（1）本发明采用了化学活化的方法，实现了机制砂尾泥化学反应活性的提升，使机制砂尾泥应用于水泥砂浆和混凝土等建筑材料的制备和生产成为可能，有助于实现机制砂尾泥大批量资源化利用。

19、（2）本发明应用了表面活性剂和超声波制得活化机制砂尾泥，能够降低机制砂尾泥颗粒表面的张力，使机制砂尾泥在烘干阶段颗粒分散性增强，活化反应速率提升，有利于机制砂活化反应的充分发生。同时，一定程度上也可以改善机制砂尾泥化学反应活性。

20、（3）本发明将活化机制砂尾泥粉末与高活性石灰粉、纳米二氧化硅、化学改性剂混合搅拌，制得水泥基材料掺合料。高活性石灰粉、纳米二氧化硅和化学改性剂进一步改善了制得水泥基材料掺合料的反应活性，提升制备所得水泥基材料的力学性能和耐久性。

21、（4）本发明烘干温度在60-80℃，显著降低机制砂尾泥资源化利用的能源消耗及污染排放，且材料制备方法简单易操作，具有很好的经济效益和环保意义。

技术特征：

1.一种基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料的制备方法，其特征在于：所述化学活化剂为氢氧化钠、氢氧化钾、硅酸钙、偏铝酸钙、磷酸钙、硅铝酸钙等材料中的一种。

3.如权利要求1所述的基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料的制备方法，其特征在于：所述高速搅拌机的搅拌速度控制在300-500转/分钟，搅拌时间为5-10分钟。

4.如权利要求1所述的基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基硫酸钠、壬基酚聚氧乙烯醚、聚乙二醇油酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚等材料中的一种，用量为机制砂尾泥质量的2%-4%。

5.如权利要求1所述的基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料的制备方法，其特征在于：所述超声波的频率控制在20 khz至100 khz。

6.如权利要求1所述的基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料的制备方法，其特征在于：所述干燥剂为无水硫酸钙，用量为机制砂尾泥质量的0.5%-1%。

7.如权利要求1所述的基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料的制备方法，其特征在于：所述助磨剂为硬脂酸钠、聚合醇胺中的一种，用量为机制砂尾泥质量的0.01%-0.1%。

8.如权利要求1所述的基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料的制备方法，其特征在于：所述高活性石灰粉的氧化钙含量90wt%以上，粒径100 μm以下。

9.如权利要求1所述的基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料的制备方法，其特征在于：所述纳米二氧化硅的sio2含量99wt%以上，粒径100 nm以下。

10.如权利要求1所述的基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料的制备方法，其特征在于：所述化学改性剂为三乙醇胺、三异甲醇胺、二甲基乙醇胺等材料中的一种。

技术总结本发明提供了一种基于机制砂尾泥的水泥基材料掺合料及其制备方法，有助于实现机制砂尾泥的大批量资源化利用。本发明的水泥基材料掺合料按以下方式制备：将机制砂尾泥和化学活化剂混合后快速搅拌，而后将混合物置于干燥环境中，加入表面活性剂并搅拌均匀，超声波作用6‑24小时，使其充分反应，实现机制砂尾泥的活化。机制砂尾泥活化后进行干燥处理，直至完全干燥。然后，对机制砂尾泥进行初步粉碎和进一步细化，得到活化机制砂尾泥粉末。最后，将活化机制砂尾泥粉末、高活性石灰粉、纳米二氧化硅、化学改性剂混合搅拌，制得水泥基材料掺合料。本发明为机制砂尾泥的资源化利用奠定基础，有助于解决机制砂尾泥造成的环境污染和土地占用问题。技术研发人员：聂海波,聂小络,李季,刘敏,张天翔,史林果,张皓受保护的技术使用者：浙江天造环保科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12