【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水泥熟料制备，还涉及废弃物再生利用领域，尤其涉及一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料及其制备方法。
技术介绍
1、掘进废石为矿岩石煤巷道掘进时产生的白色巷道掘进废石，在煤矿长年累月地开采过程中，废弃的掘进废石堆积如山。近年来，由于采掘机械化的发展和煤层开采条件的逐渐恶化，煤矿排出的掘进废石和煤矸石逐年增加。掘进废石的堆积不但占用大量土地，而且其所含的硫化物散发后会污染大气和水源，造成严重的后果，不仅使附近居民慢性气管炎和气喘病患者增多，还造成周围树木落叶，庄稼减产；掘进废石堆受雨水冲刷，易发生滑坡事故，并造成附近河流的河床淤积。因此，如何处理和再生利用掘进废石是煤矿开采和环境保护部门的重要课题。
2、在采矿过程中，产生的黑色煤矸石经过筛选大部分用于生产高岭土，而大量的白色掘进废石堆积成山，严重污染环境。目前，掘进废石主要用于开发利用提铝、选铁、制保温或耐火材料等方面，亦有作膏料中骨料，如申请号为cn202211107052.x的专利技术专利，公开一种矿用低泌水膏体充填材料的制备方法，其中的掘进废石作粗骨料使用，如申请号为cn202310457346.3的专利技术专利，公开一种高强度易泵送的全尾砂废石膏体的制备方法，其中的井下掘进废石作废石破碎集料使用。但是，罕有以掘进废石为原料制备水泥熟料，若将其用于水泥生产中，一座水泥厂年消耗约20万吨掘进废石。因此，需要寻找一种能够使掘进废石废渣资源实现综合利用，降低煤矿排废压力，利用掘进废石制备水泥熟料的方法。
3、此外，有关于超支化聚羧酸减水剂的开发和研
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料及其制备方法，一方面，以掘进废石为原料制备硅酸盐水泥熟料，以解决掘进废石资源化再生利用的问题，另一方面，研制一种新型超支化聚羧酸减水剂以提升硅酸盐水泥熟料的可塑性和流变性。
2、基于上述目的，本专利技术提供了一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料，包括以下质量百分比原料：铁矿污泥3-6％、石灰石35-45％、超支化聚羧酸减水剂0.1-0.3％、早强剂0.5-1.2％、掘进废石补足余量；
3、按质量份计数，所述超支化聚羧酸减水剂，包括以下反应原料：均苯四甲酸5-8份、3-丁烯-1-胺6-10份、haut缩合剂0.5-1份、聚醚大单体60-80份、乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯8-10份、丙烯酸20-30份、l-烯丙基甘氨酸10-15份、引发剂2-3份、链转移剂0.5-1份。
4、进一步地，所述掘进废石为煤矿巷道掘进时产生的掘进废石，粒度≤30mm。
5、进一步地，所述超支化聚羧酸减水剂的制备方法，包括以下步骤：
6、a1：按以下质量份进行备料：均苯四甲酸5-8份、3-丁烯-1-胺6-10份、haut缩合剂0.5-1份、聚醚大单体60-80份、乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯8-10份、丙烯酸20-30份、l-烯丙基甘氨酸10-15份、引发剂2-3份、链转移剂0.5-1份、无水乙醇40-50份、去离子水100份；
7、a2：将均苯四甲酸加入无水乙醇中，搅拌溶解后，加入3-丁烯-1-胺、haut缩合剂，45-55℃搅拌反应2-3h，得中间体溶液；
8、该中间体的合成路线如下：
9、
10、a3：向中间体溶液加入去离子水中，充分搅拌后，加入聚醚大单体、乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯、丙烯酸、l-烯丙基甘氨酸，搅拌均匀后，加入引发剂、链转移剂，60-70℃搅拌反应3-5h后，冷却至室温并调节ph＝6.8，旋转蒸发除去乙醇，得超支化聚羧酸减水剂。
11、本申请首次利用均苯四甲酸、3-丁烯-1-胺通过酰化反应合成端乙烯基的四臂支化剂，并进一步与聚醚大单体、乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯、丙烯酸、l-烯丙基甘氨酸等乙烯基单体进行反应，合成超支化聚羧酸减水剂，相比于传统链状聚羧酸减水剂，增强了空间立体位阻效应和静电斥力作用，具有更好的流动性和分散性，在硅酸盐水泥中的黏度较低，表现出更优越的减水、保坍性能，并克服了链状聚羧酸减水剂易发生分子链缠绕现象，同时以端乙烯基的四臂支化剂为苯环刚性结构，结构不易压缩、发生构象改变，发挥刚性效应，保持了超支化结构的稳定性，一定程度上增强了分散性和保坍性能，增强混凝土的密实性和强度。
12、与此同时，该超支化聚羧酸减水剂结构中含有大量磷酸酯、酰胺基等基团，能有效控制水泥颗粒的分散作用进程，改善水泥熟料的缓释性能和保坍性能，具有更高的减水效果(在相同用量下达到更好的减水效果)。
13、进一步地，所述聚醚大单体至少包括异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚、乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚中一种，所述聚醚大单体的分子量为2000-3000。
14、进一步地，所述引发剂至少包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种。
15、进一步地，所述链转移剂至少包括巯基乙酸、巯基丙酸、3-巯基丙酸中的一种。
16、进一步地，所述早强剂至少包括硅酸钠、硫酸铝钾、硅酸钾中的一种。
17、本专利技术还进一步提供所述的基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料，包括以下步骤：
18、c1：按质量百分比依次称取铁矿污泥、石灰石、超支化聚羧酸减水剂、早强剂、掘进废石；
19、c2：将铁矿污泥、石灰石、掘进废石混合均匀后，粉磨至80μm筛余为13-17％，得到生料；
20、c3：于1300-1500℃煅烧生料15-30min，再冷却至25℃室温后，与超支化聚羧酸减水剂、早强剂混合均匀后，即得所述的硅酸盐水泥熟料。
21、本专利技术的有益效果：
22、本专利技术利用掘进废石制备硅酸盐水泥熟料，原料成本低廉，资源化综合利用巷道掘进废石，减少了环境污染，降低了煤矿的排废压力，具有显著的经济效益，可在周边有掘进废石的水泥厂进行广泛推广和应用，具有很强的实用性。专利技术人经过严谨设计研发，科学配比铁矿污泥、石灰石、掘进废石等原料，成功制备出优质硅酸盐水泥熟料，符合绿色环保、节能减排的环保理念。
23、本专利技术制备出的硅酸盐水泥熟料强度高，流动性、抗冻性和耐久性良好，收缩率低，具有较高的密实度。
24、本申请首次利用均苯四甲酸、3-丁烯-1-胺通过酰化反应合成端乙烯基的四臂支化剂，并进一步与聚醚大单体、乙二醇甲基丙烯酸磷酸酯、丙烯酸、l-烯丙基甘氨酸等乙烯基单体进行反应，合成超支化聚羧酸减水剂，相比于传统链状聚羧酸减水剂，增强了空间立体位阻效应和静电斥力作用，具有更好的流动性和分散性，在硅酸盐水泥中的黏度较低，表现出更优越的减水、保坍性能，还提高了硅酸盐水泥的强度和抗冻性能，并克服了链状聚羧酸减水剂易发生分子链缠绕现象，同时以端乙烯基的四臂支化剂为苯环刚性结构，结构不易压缩、发生构象改变，发挥刚性效应，保持了超支化结构的稳定性，一定程度上增强了分散性和保坍性能，增强本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，包括以下质量百分比原料：铁矿污泥3-6％、石灰石35-45％、超支化聚羧酸减水剂0.1-0.3％、早强剂0.5-1.2％、掘进废石补足余量；
2.根据权利要求1所述的一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述掘进废石为煤矿巷道掘进时产生的掘进废石，粒度≤30mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述超支化聚羧酸减水剂的制备方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述聚醚大单体至少包括异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚、乙二醇单乙烯基聚乙二醇醚中一种，所述聚醚大单体的分子量为2000-3000。
5.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述引发剂至少包括过硫酸铵、过硫酸钾、过硫酸钠中的一种。
6.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述链转移剂至少包括巯基乙酸、巯基丙酸、3-巯基丙
7.根据权利要求1所述的一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述早强剂至少包括硅酸钠、硫酸铝钾、硅酸钾中的一种。
8.一种根据权利要求1-3、7任一项所述的一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，包括以下质量百分比原料：铁矿污泥3-6％、石灰石35-45％、超支化聚羧酸减水剂0.1-0.3％、早强剂0.5-1.2％、掘进废石补足余量；
2.根据权利要求1所述的一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述掘进废石为煤矿巷道掘进时产生的掘进废石，粒度≤30mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述超支化聚羧酸减水剂的制备方法，包括以下步骤：
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于掘进废石的硅酸盐水泥熟料，其特征在于，所述聚醚大单体至少包括异戊烯醇聚氧乙烯醚、甲基烯丙基聚氧乙烯醚、乙二醇...
【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆海，吴存根，赵绪宗，杨忠荣，庞继平，安志峰，马春生，常海平，李长青，贾琦，张宇，
申请(专利权)人：大同冀东水泥有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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