一種赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料及其製備方法
2023-06-26 23:05:46 1
專利名稱：一種赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種赤泥粉煤灰地質聚合物材料及其製備方法，屬於無機非金屬材料
及工業固體廢棄物回收利用技術領域。
背景技術：
赤泥是氧化鋁生產中用鹼浸出鋁土礦以後的浸出渣。隨著國內鋁工業規模的不斷 發展，我國每年赤泥排放量越來越大，赤泥的堆存會佔用土地。赤泥若隨雨水進入土壤會引 起土壤的鹽鹼化，同時還會汙染地下水，對生態環境造成一定影響；露天堆放的赤泥在乾燥 的天氣隨風吹散在空氣中會導致空氣汙染而且容易引起沙塵天氣。因此如何高效利用赤泥 並減少其對環境的汙染，近年來愈來愈引起人們的高度重視。在國外，赤泥在作為生產水泥 的原料和利用高鐵含量的赤泥煉鐵的技術方面都有相關的報導，然而這些技術對赤泥的回 收利用量是有限的，且對赤泥的種類也有要求和限制，回收的成本也相對較高。我國近幾年 來也在加強對赤泥利用的研究，但目前還較少見相對成熟和能夠規模化利用赤泥的技術應 用。現階段我國對赤泥的利用主要集中在用赤泥作為水泥配料方面，但大量的赤泥因鹼含 量高而限制了在水泥生料中的配比，使得國內產生的赤泥能夠被資源化的程度較低，大量 的赤泥目前仍採用溼法堆存。利用赤泥製備地質聚合物材料可以避免赤泥的強鹼性的負面 影響，很大程度上提高赤泥的利用率，同時使所製得地聚物材料獲得良好的強度性能。
粉煤灰也稱飛灰，是燃煤電廠或城市集中供熱鍋爐中煤燃燒後由煙氣帶出並經除 塵器收集的粉塵，也是一種工業固體廢棄物。粉煤灰中含有大量的Si02、 A1203和玻璃體等 具有火山灰活性的顆粒，具有潛在的化學活性。我國目前在粉煤灰的綜合利用方面研究相 對較多，其主要集中在水泥和混凝土等建築材料行業，經濟發達地區的粉煤灰大部分都被 應用於建材等行業。但我國邊遠地區的粉煤灰的利用率還是比較低的，大部分粉煤灰被堆 積，尤其是溼排灰幾乎沒有得到充分的利用，這對粉煤灰來說是潛在資源的浪費。如何解決 大量的灰渣排放，消除其潛在的危害，把粉煤灰經過再加工後增值利用，已經成為電力、環 保和材料行業的一個重要課題。可見，開展赤泥和粉煤灰的綜合利用具有重要的環境保護 和經濟意義。 目前雖然有研究報導通過生產赤泥粉煤灰燒結磚可以提高對赤泥和粉煤灰的利
用率，然而該生產過程中對能耗的需求量較高，這樣會加大燒結過程中的生產成本。 本發明是採用以赤泥和粉煤灰等工業固體廢棄物為主要原料而製備的赤泥粉煤
灰地質聚合物材料， 一方面本發明對原料的品質要求相對不高，另一方面該製備過程不需
要經過高溫燒成，不僅減少礦物材料製備過程中的能量消耗，而且實現了對赤泥和粉煤灰
等工業固體廢棄物的有效利用，充分體現出為我國"節能減排"戰略發展需求做貢獻的重要意義。
發明內容
本發明的目的主要是針對目前國內氧化鋁生產規模的擴大，赤泥的排放量愈來愈大，為了實現對赤泥的利用，提出一種赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料及其製備方法，來實
現對工業固體廢棄物的有效利用，同時達到製備高效節能、綠色環保、具有優良強度性能無
機聚合物材料的目的。為實現上述目的，本發明的內容和技術方案如下 本發明是一種赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料，其技術思想為利用赤泥中的高
含量的矽酸二鈣以及粉煤灰中的玻璃相矽酸鹽，通過水玻璃的鹼激發作用使其發生解聚和
縮聚進而形成具有較高強度的網絡凝膠結構的地質聚合物材料。同時，還使得粉煤灰潛在
的火山灰活性成分得到激發，粉煤灰中的矽鋁玻璃體發生矽氧鍵和鋁氧鍵的斷裂形成低聚
態的四面體單元，這些四面體單元與赤泥的水化產物作用形成C-S-H和C-A-H凝膠，隨著養
護過程不斷脫水縮聚，最終形成了具有較高強度的地質聚合物膠凝材料。 本發明提出一種赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料，其特徵在於配料時各原料的 加入量及質量要求如下河津赤泥5 98%，粉煤灰1 65%，建築細沙和建築碎石1 96%，固體水玻璃粉1 20%，並以河津赤泥+粉煤灰+建築細沙和建築碎石為100%計， 外加5 45%的水和0. 1 10%的木質素磺酸鈣粉。 本發明提出一種赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料，其特徵在於所選赤泥是山西 河津氧化鋁廠生產氧化鋁過程浸出後的固體廢棄物赤泥。其化學成分按重量百分比計，各 組分的含量分別為^1203 5 15%，Si02 15 25%，Fe203 5 12%，Ca0 44 48%，Na20 1 3%， Ti02 1 5%。 本發明提出一種赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料的製備方法，其特徵在於首先 是將所述的粉狀原料(河津赤泥，粉煤灰，固體水玻璃粉，木質素磺酸鈣粉)按比例稱重 後混合磨細到顆粒小於0. 088mm之後，再按上述比例加入建築細沙(0. 5 2mm比例大於 35% ， 0. 25mm以上比例大於50% ， 0. 074mm以上比例大於75% )和建築碎石(25 40mm比 例大於50% ， 10 25mm比例大於75% )並混合均勻，加適量水在強制式攪拌機中混料至半 幹狀態，然後在室溫下密封陳化3 30小時，在10 60MPa的壓力下振動加壓成形，成形 後的坯體在室溫下自然養護3天或者7天，然後在40 28(TC乾燥6 38h。乾燥之後即 得到該赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料，其相關強度性能達到3天後抗壓強度> 20MPa，7 天后抗壓強度^ 25MPa。 本發明的優點在於採用赤泥、粉煤灰為主要原料製備地質聚合物材料，實現對工 業固體廢棄物的有效回收利用，減少製備過程中原料對粘土等礦物原料的依賴，同時製備 該種地質聚合物材料無需經過高溫煅燒處理，從而降低了能耗，節省了成本消耗；採用該種 方法製備的赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料表現出良好的強度性能，尤其是具有良好的早 期抗壓強度；該發明製得的赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料的優良的強度性能適合應用於 建築材料中，特別是可以大量應用到牆體材料中，從而減少建築材料的生產成本和對礦物 原料(如建築石料和水泥)的大量消耗，減少建築石料和水泥礦物原料的開採，保護了耕地 和大自然環境。
具體實施例方式
下面結合實施例對本發明的技術方案做進一步說明 本發明的原料和配方為按重量百分數計，配料時各組分的含量分別為，河津赤泥 5 98%，粉煤灰1 65%，建築細沙(0. 5 2mm比例大於35%，0. 25mm以上比例大於50%，0. 074mm以上比例大於75% )和建築碎石(25 40mm比例大於50%， 10 25mm比 例大於75% ) 1 96% ，固體水玻璃粉1 20% ，並以河津赤泥+粉煤灰+建築細沙和建築 碎石為100%計，外加5 45%的水和0. 1 10%的木質素磺酸鈣粉。
本發明提出的赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料及其製備方法，其特徵在於其方 法首先是將所述的粉狀原料(河津赤泥，粉煤灰，固體水玻璃粉，木質素磺酸鈣粉)按比例 稱重後並混合磨細到顆粒小於0. 088mm之後，再按上述的比例加入建築細沙(0. 5 2mm比 例大於35%，0. 25mm以上比例大於50%，0. 074mm以上比例大於75% )和建築碎石(25 40mm比例大於50% ， 10 25mm比例大於75% )並混合均勻，再加水在強制式攪拌機中混料 至半乾狀態，然後在室溫下密封陳化3 30小時，在10 60MPa的壓力下振動加壓成形，成 形後的坯體在室溫下自然養護3天或者7天，然後在40 28(TC乾燥6 38h。乾燥之後即 得到該赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料，其相關強度性能達到3天後抗壓強度^ 20MPa，7 天后抗壓強度^ 25MPa。 該種赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料的製備工藝流程為 原料一磨細一配料一加水混料一陳化一半乾法高壓振動加壓成形密實一養護一 乾燥一赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料
具體實施例l 本發明具體實施例1的原料和配方為按重量百分數計，配料時各組分的含量分 別為河津赤泥70% ，粉煤灰5% ，建築細沙和建築碎石25% ，固體水玻璃粉4% ，並以河津赤 泥+粉煤灰+建築細沙和建築碎石為100%計，外加15%的水和3%的木質素磺酸鈣粉。
本發明提出的赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料及其製備方法，其特徵在於其方 法首先是將所述的粉狀原料(河津赤泥70%，粉煤灰5%，固體水玻璃粉4%，木質素磺酸 鈣粉1% )按比例稱重後並混合磨細到顆粒小於O. 088mm之後，再按上述比例加入建築細 沙10%和建築碎石15%並混合均勻，再加水在強制式攪拌機中混料至半乾狀態，之後出料 並室溫下密封陳化10小時後，在25MPa的壓力下振動加壓成形為240X 115X53mm的坯體， 成形後的坯體在室溫下自然養護3天和7天，然後在85t:下乾燥20h。烘乾之後即得到該 赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料。 該實施例1配方的赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料的相關強度性能達到3天養護 後的抗壓強度為21. 38MPa，7天養護後的抗壓強度25. 22MPa。
具體實施例2 本發明具體實施例2的原料和配方為按重量百分數計，配料時各組分的含量分 別為河津赤泥36%，粉煤灰24%，建築細沙和碎石40%，固體水玻璃粉6%，並以河津赤泥 +粉煤灰+建築細沙和建築碎石為100%計，外加10%的水和2. 5%的木質素磺酸鈣粉。
本發明提出的赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料及其製備方法，其特徵在於所述 方法首先是將所述的粉狀原料(河津赤泥36%，粉煤灰24%，固體水玻璃粉6%，木質素磺 酸鈣粉2. 5% )按比例稱重並混合磨細到顆粒小於O. 088mm之後，再按上述比例加入建築細 沙20%和建築碎石20%並混合均勻，再加水在強制式攪拌機中混料至半乾狀態，之後出料 並室溫下密封陳化15小時後，在50MPa的壓力下振動加壓成形為240X 115X53mm的坯體， 成形後的坯體在室溫下自然養護3天和7天，然後在IO(TC下乾燥15h。烘乾之後即得到該 赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料。
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該實施例2配方的赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料的相關強度性能達到3天養護 後的抗壓強度為41. 63MPa， 7天養護後的抗壓強度45. 85MPa。
具體實施例3 本發明具體實施例3的原料和配方為按重量百分數計，配料時各組分的含量分 別為河津赤泥15 % ，粉煤灰40 % ，建築細沙和建築碎石45 % ，固體水玻璃粉8 % ，並以河津 赤泥+粉煤灰+建築細沙和建築碎石為100%計，外加7%的水和2%的木質素磺酸鈣粉。
本發明提出的赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料及其製備方法，其特徵在於所述 方法首先是將所述的粉狀原料(河津赤泥15%，粉煤灰40%，固體水玻璃粉8%，木質素磺 酸鈣粉2% )按比例稱重並混合磨細到顆粒小於0. 088mm之後，再按上述比例加入建築細 沙25%和建築碎石20%並混合均勻，再加水在強制式攪拌機中混料至半乾狀態，之後出料 並室溫下密封陳化8小時後，在40MPa的壓力下振動加壓成形為240X 115X53mm的坯體， 成形後的坯體在室溫下自然養護3天和7天，然後在8(TC下乾燥25h。烘乾之後即得到該 赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料。 該實施例3配方的赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料的相關強度性能達到3天養護 後的抗壓強度為51. 67MPa，7天養護後的抗壓強度53. 42MPa。
權利要求
本發明是一種赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料，其特徵在於按重量百分數計，配料時各組分的含量分別為，河津赤泥5～98％，粉煤灰1～65％，建築細沙和建築碎石1～96％，固體水玻璃粉1～20％，並以河津赤泥+粉煤灰+建築細沙和建築碎石為100％計，外加5～45％的水和0.1～10％的木質素磺酸鈣粉。
2. 根據權利要求1所述的赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料，其特徵在於所選赤泥是 山西河津氧化鋁廠生產氧化鋁過程浸出後的固體廢棄物赤泥。其化學成分按重量百分比 計，各組分的含量分別為^1203 5 15%，Si02 15 25%，Fe203 5 12%，Ca0 44 48%， Na20 1 3%， Ti02 1 5%。
3. 根據權利要求1所述的赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料的製備方法，其特徵在於 所有原料加水混料至半乾狀態並在室溫下密封陳化後進行成形，其成形密實技術採用的是 半乾法高壓振動加壓成形密實技術，振動成形時壓力在10 60MPa ;然後經過養護和乾燥 等工藝過程即得到本發明所製備的赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料。
全文摘要
本發明涉及一種赤泥粉煤灰免燒地質聚合物材料及其製備方法，屬於無機非金屬材料及工業固體廢棄物回收利用技術領域。它包括採用河津赤泥、粉煤灰為主要基質原料，以建築細沙和建築碎石作為骨料，並以固體水玻璃粉作為鹼激發劑製備赤泥粉煤灰免燒地質聚合物膠凝材料。按重量百分數計，原料分別為河津赤泥5～98％，粉煤灰1～65％，建築細沙和建築碎石1～96％，固體水玻璃粉1～20％，並以赤泥+粉煤灰+建築細沙和建築碎石為100％計，外加5～45％的水和0.1～10％的木質素磺酸鈣粉，經過配料、混合、陳化、成形、養護和乾燥等工藝過程製備而成。本發明具有對工業固體廢棄物的利用率高、汙染少、能耗低、製備工藝操作簡單的優勢，體現了綠色環保和節能減排的重要意義。
文檔編號B28B3/00GK101708983SQ20091009222
公開日2010年5月19日 申請日期2009年9月7日 優先權日2009年9月7日
發明者劉豔改, 房明浩, 李文娟, 楊林, 錢忠俊, 黃朝暉, 龔猛 申請人:中國地質大學(北京)