CN105837067B - 一种赤泥和粉煤灰地质聚合物材料配方及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种赤泥和粉煤灰地质聚合物材料配方，属于废弃物综合利用和无机非金属材料制备领域。以赤泥和粉煤灰为基本原材料，以氢氧化钠溶液为激发剂，制备出赤泥和粉煤灰地质聚合物材料。材料配比按质量比，赤泥：粉煤灰：氢氧化钠溶液=1:1:（0.8~1）。根据加入不同浓度的氢氧化钠溶液，获得不同强度的聚合物材料。本发明50‑80℃养护24‑36小时可使聚合反应更充分，得到较高的地质聚合物材料强度，28d最高强度达32MPa以上，可广泛用于建筑工程材料中。本发明的地质聚合物材料利用赤泥和粉煤灰，制备方法简单，无需消耗大量能源，赤泥的消耗量大，可解决赤泥的再利用问题，节约能源和土地，消除赤泥对环境的污染。

Description

一种赤泥和粉煤灰地质聚合物材料配方及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种地质聚合物材料配方，特别是一种赤泥和粉煤灰地质聚合物材料配方，属于废弃物综合利用和建材制备技术领域。

背景技术

赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性废渣，具有强碱性，一般平均每生产1吨氧化铝，则产生1.0-2.0吨赤泥。全世界每年产生的赤泥约7000万吨，我国每年产生的赤泥为3000万吨以上。目前，我国赤泥综合利用率很低，仅为4%，累积储量已达几亿吨，随着我国氧化铝产量的逐年上涨以及矿石品位的下降，我国赤泥的存储量还将不断增加。大量的赤泥只能依靠大面积的堆场堆放，占用大量土地的同时又对环境造成严重的污染，实现赤泥多渠道的资源化利用已迫在眉睫。粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物，其一般作为辅助材料应用于土木工程材料中，随着我国经济转型，粉煤灰在现有工程中的应用会呈现递减趋势，为避免出现粉煤灰的堆存问题，拓展其应用领域也是建筑材料的研究课题之一。现有技术中，关于赤泥综合利用集中在回收提取有价金属，利用赤泥生产水泥应用于混凝土，制作工程建筑用砖，陶瓷材料，玻璃等，用于环境修复等。由于赤泥特殊的物理化学性质，赤泥的综合利用存在一定问题；如提取有价金属过程存在成本高或是后续处理困难的问题、采用赤泥制备建筑材料时需处理赤泥碱含量、在混凝土中的掺加量很少，且影响混凝土强度，或是生产强度较低的建筑用砖。由于技术、经济方面的原因，关于赤泥综合利用，国内外学者所进行的研究工作大多还处于实验室阶段，处理成本较高，赤泥的消耗能力及二次利用量不足。为此，寻求一种污染小，赤泥用量大，强度较高的新型建筑材料，对于解决赤泥和粉煤灰的存放和处理具有积极的社会和经济意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种赤泥和粉煤灰地质聚合物材料配方。

本发明的目的还在于提供一种赤泥和粉煤灰地质聚合物材料的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：利用赤泥中高含量的碱及硅铝酸盐，以及粉煤灰中的SiO₂、Al₂O₃和玻璃相硅酸盐，通过碱激发剂的激发作用使其发生聚合反应，形成具有较高强度的网络胶凝结构。根据所选材料，改变碱激发剂的浓度，并通过适当加温，就可以获得不同强度的地质聚合物。本发明中赤泥的强碱性高分散矿渣特性，煤灰比表面能大、渗透性高、压缩性低等优点，均为制备较高强度的地质聚合物材料提供了有利条件。

具体的，一种赤泥和粉煤灰地质聚合物材料配方，以赤泥和粉煤灰为基本材料，配以合理浓度和掺量的碱溶液用于激发作用，配方组成按质量kg比表示如下：

赤泥 100

粉煤灰 100

碱溶液 80~100

本发明中的碱溶液为氢氧化钠溶液，碱溶液的最佳浓度是7.5mol/L。

本发明的一种赤泥和粉煤灰地质聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）将赤泥、粉煤灰自然风干，至含水量30%-35%，过0.3mm～0.6mm圆孔筛，装袋，防潮；按要求配制不同摩尔浓度的氢氧化钠溶液；

（2）按质量比分别称量赤泥、粉煤灰和氢氧化钠溶液，根据拌制实际情况，适度调节；

（3）将赤泥和粉煤灰加入搅拌机搅拌均匀，再倒入相应浓度的碱溶液搅拌5～10分钟；

（4）将拌制均匀的赤泥/粉煤灰+碱液拌合物倒入已涂有脱模剂的试模中，用钢制捣棒捣制均匀，放于振动台上振动约10S至砂浆表面出浆，用油灰刀刮平；

（5）置于烘箱50~80℃养护24-36小时后取出，脱模，常温下养护至设计龄期；

（6）对不同龄期的试件进行抗压强度测试，根据强度测试结果选取最佳配方。

本发明取得的有益效果在于：以赤泥和粉煤灰作为基本原材料，得到的地质聚合物材料强度较高，50-80℃养护24小时可使聚合反应更充分，使地质聚合物材料28d强度可达32 MPa以上，制备方法简单，不消耗能源，赤泥的消耗量大，所制备的地质聚合物材料可广泛用于建筑工程材料中，能解决大量赤泥的堆存问题和污染问题。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明。

实施例

1、原材料包括山东铝电厂的原状赤泥(RM)、C级粉煤灰(FC)和不同浓度的NaOH溶液。RM和FC的化学组成见表1所示。

2、按照步骤(1)准备足量的赤泥、粉煤灰和氢氧化钠溶液；

3、按质量比赤泥：粉煤灰：氢氧化钠溶液=1:1:（0.8~1），称取足量原材料，其中氢氧化钠溶液摩尔浓度包括2.5、5、7.5和10mol/L。

4、根据步骤(3)和步骤(4)完成试件的制作；

5、在烘箱50~80℃养护24-36小时后取出，脱模，常温条件下养护至设计龄期，包括3d、7d、14d和28d几个不同龄期；

6、按0.3mm/min的应变速率，测试各龄期试件的抗压强度，测试结果见表2。

7、由表2发现，加入不同浓度氢氧化钠溶液，可得到不同强度的赤泥地质聚合物材料。在7.5mol/L氢氧化钠溶液的激发下，赤泥+粉煤灰地质聚合物的28d强度最高，可达32MPa以上，充分发挥赤泥的碱性潜能，可选为最优配比。

Claims (4)

1.一种赤泥和粉煤灰地质聚合物材料，其特征在于以赤泥和C级粉煤灰为基本材料，配以碱溶液用于激发作用，配方组成按质量kg比表示如下：

赤泥 100

C级粉煤灰 100

碱溶液 80~100 。

2.根据权利要求1所述的地质聚合物材料，其特征在于碱溶液为氢氧化钠溶液。

3.根据权利要求1所述的地质聚合物材料，其特征在于碱溶液的浓度为7.5mol/L。

4.一种如权利要求2所述的赤泥和粉煤灰地质聚合物材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将赤泥、粉煤灰自然风干，至含水量30%-35%，过0.3mm～0.6mm圆孔筛，装袋，防潮；按要求配制不同摩尔浓度的氢氧化钠溶液；

（2）按质量比分别称量赤泥、粉煤灰和氢氧化钠溶液，根据拌制实际情况，适度调节；

（3）将赤泥和粉煤灰加入搅拌机搅拌均匀，再倒入相应浓度的碱溶液搅拌5～10分钟；

（4）将拌制均匀的赤泥/粉煤灰和碱液拌合物倒入已涂有脱模剂的试模中，用钢制捣棒捣制均匀，放于振动台上振动10s至砂浆表面出浆，用油灰刀刮平；

（5）置于烘箱50~80℃养护24-36小时后取出，脱模，常温下养护至设计龄期；

（6）对不同龄期的试件进行抗压强度测试，确定最佳配比。