CN107056163A - 一种氧化铝工业废料制备混凝土的方法 - Google Patents

一种氧化铝工业废料制备混凝土的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种氧化铝工业废料制备混凝土的方法，其技术要点在于，所述方法是在普通混凝土各基准配合比的基础上，用经活化后的赤泥混合料以质量比等量替换0~40%水泥，所述赤泥混合料包括赤泥和菱镁矿粉，其中添加菱镁矿粉比例占赤泥混合料的0~10%；所述方法的工艺步骤如下：干燥、称量原料、粉磨混合、煅烧、赤泥混凝土配制等。本发明具有制备的混凝土高强度，高替换率，无毒副作用和良好的耐久性；配制方法简单有利于工业化生产和推广；原材料成本低廉；广泛的适用性；具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。

Description

一种氧化铝工业废料制备混凝土的方法
技术领域
本发明涉及工业废料后处理技术领域，特别是指一种氧化铝工业废料制备混凝土的方法。
背景技术
众所周知，制铝工业提取氧化铝后排出的污染性固体废物是赤泥，每生产一吨氧化铝，将产生1~2吨赤泥。随着铝工业的发展，全世界每年产生的赤泥约7000万吨以上，我国是铝工业大国，每年产生的赤泥在3000万吨以上。赤泥按氧化铝的生产工艺不同分为拜耳法赤泥、烧结法赤泥、联合法赤泥，其化学成分见表1。
表1 不同工艺赤泥的化学成分（%）
赤泥名称 SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O TiO2
拜耳法赤泥 12.41 31 2.52 23.73 0.69 0.54 4.27 5.7
烧结法赤泥 20.97 8.1 6.24 45.06 — 0.06 2.76 5.19
联合法赤泥 20.4 7.6 8.2 44.7 — — 2.23 3.4
由于赤泥排放量大，大量的赤泥不能得到充分的利用，只能依靠堆场堆放，占用大量的土地，对环境造成污染，近年来，赤泥的有效利用率仅为15%左右，急需对赤泥进行多渠道、大数量的资源化利用。由于赤泥的化学成分与水泥相近见表1，使得将赤泥应用在水泥生产和混凝土生产方面有着天然的优势。
水泥制造业属于高能耗、重污染的行业。水泥制造业二氧化硫排放量100万吨以上，占建材工业二氧化硫排放量的62%左右，占全国工业二氧化硫排放总量的5 %左右。水泥制造业烟、粉尘排放量500万吨以上，占建材工业烟、粉尘排放量的82%左右，占全国工业烟、粉尘排放总量的30%左右。原煤和电力消耗折合标准煤占水泥制造业能源消耗总量的97%左右，其中原煤消耗折合标准煤占水泥制造业能源消耗总量的87%左右，水泥制造业万元增加值综合能耗15吨标准煤。基于此，混凝土的制造也必将伴随着高能耗、重污染。因此，急需提供一种低能耗、污染小、加工过程简单、造价低、性能优良且使用效果好，能对氧化铝工业废弃物赤泥进行有效利用的赤泥混凝土的制备方法。
现有技术中已有的利用赤泥加粉煤灰替换水泥配制混凝土的技术中，由于粉煤灰的加入，存在一些技术缺陷，如下：
1、当混凝土塌落度过大时，粉煤灰颗粒易上浮发生泌浆。
2、混凝土早期强度较低，低温时，大掺量可能导致凝结缓慢。
3、混凝土早期孔隙率大，碳化问题较为突出。
4、对水敏感，在无保湿条件下，由于内部粘结增加，阻碍持续泌水而加剧塑性开裂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明专利的目的是提供一种氧化铝工业废料制备混凝土的方法，它能有效提高氧化铝工业废弃物赤泥利用率、保护环境、降低混凝土拌制过程中水泥用量，最终实现提高经济效益和环境效益。
本发明提供一种氧化铝工业废料制备混凝土的方法，所述方法是在普通混凝土各基准配合比的基础上，用经活化后的赤泥混合料以质量比等量替换0~40%水泥，所述赤泥混合料包括赤泥和菱镁矿粉，其中添加菱镁矿粉比例占赤泥混合料的0~10%；所述方法的工艺步骤如下：（1）材料制备：首先将氧化铝工业废弃物赤泥在烘干箱中以100℃-150℃烘干至恒重，将烘干破碎后的赤泥与菱镁矿粉混合并在球磨机中粉磨至200目~300目，用0.045mm筛子过筛，得到处理好的赤泥混合粉；（2）煅烧：将赤泥混合粉进行低温煅烧，煅烧温度600℃-800℃，在室温下冷却得到活化的赤泥混合料；（3）赤泥混凝土配制：首先按不同级别的混凝土基准配合比确定水泥、细骨料、粗骨料、水、外加剂的掺合量，在将活化处理后的赤泥混合粉按质量等量替换0~40%水泥；在上述搅拌干料中加入水及混凝土外加剂，进行机械搅拌5~10min。
优选的，普通混凝土基准配合比中的水泥为所有水泥品种的一种或几种的复合物。
优选的，混凝土制备所用外加剂为所有外加剂品种的一种或几种的复合物。
优选的，所用赤泥包括拜耳法赤泥、烧结法赤泥、联合法赤泥。
优选的，所述活化后的赤泥与菱镁矿粉混合料替换水泥的优选比例为15%~20%。
本发明具有以下有益效果：（1）高强度，高替换率：用赤泥混合粉按质量比等量替换0~40%的水泥，配制的混凝土各龄期强度均高于或相当于按基准配合比配制的混凝土强度，对水泥的质量替换率越小，混凝土强度越高，混凝土强度最高提高30%左右。（2）配制方法简单：制备活化的赤泥混合粉过程简单，有利于工业化生产和推广。（3）原材料成本低廉，赤泥作为氧化铝工业的生产废弃物，对于氧化铝厂来说是企业负担，急需处理，因此，材料获得容易且费用极低。（4）无毒副作用和良好的耐久性：本发明专利配制的混凝土环境辐射满足国家标准，对土壤及地下水不会造成污染，且抗冻、抗渗、抗腐蚀效果好，耐久性强，对混凝土性能无碱集料反应的不良影响。（5）广泛的适用性：可适应各种水泥，并可与符合国家及行业标准的各种外加剂配合使用。（6）显著的经济效益、环境效益和社会效益：采用氧化铝工业废弃物赤泥替代部分水泥，可以减缓对不可再生资源的过快消耗，并逐步消耗堆存的赤泥带来的环境污染。本发明专利的原材料成本低廉，按拌制C30混凝土，替换20%水泥计算，每立方米混凝土可节约成本5%~10%，若每年处理赤泥2000万~3000万吨，那么所带来的经济效益、环境效益和社会效益将是非常显著的。
附图说明
图1为本发明制备混凝土的3d龄期抗压强度与掺量关系图；
图2为本发明制备混凝土的28d龄期抗压强度与掺量关系图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明以赤泥为主要原料，辅以菱镁矿粉通过对混合料进行热力活化得到高活性赤泥混合料，在拌制混凝土过程中按质量比替换30%的水泥。
该方法原料质量比如下：水泥13.86，砂子42.9，碎石59.3，水8.91，外加剂0.198，赤泥混合粉5.94。制备方法具体过程如下：（1）材料制备：首先将氧化铝工业废弃物赤泥在烘干箱中以100℃-150℃烘干至恒重，将烘干破碎后的赤泥和菱镁矿粉混合并在球磨机中粉磨至200目~300目，用0.045mm筛子过筛，得到处理好的赤泥混合粉；（2）煅烧：将赤泥混合粉进行低温煅烧，煅烧温度600℃-800℃，在室温下冷却得到活化的赤泥基混合料；（3）赤泥混凝土配制：按上述原料配合比进行混凝土配制，进行机械搅拌5~10min。
对比例1：原料质量比如下：水泥19.8，砂子42.9，碎石59.3，水8.91，外加剂0.198。制备方法具体过程如下：将干料装入搅拌机中机械搅拌5min，加入水8.91，加入外加剂0.198后，机械搅拌7min，形成基准配合比下的混凝土。
将实施例和对比例所得的混凝土试块进行测试并进行性能对比，其性能均满足相应标准要求，性能对比见表2及图1-2。
表2 实施例和对比例测试数据对比(MPa)
抗压强度（28d） 劈裂抗拉强度（28d）
实施例 35.4 3.75
对比例 29.8 3.17
由表2可见，本发明专利提高了混凝土的强度。由图1-2可见，本专利提高了混凝土的短龄期强度。
本发明的工作原理是：
1.机械活化
赤泥在粉磨过程中在机械力作用下碎成小颗粒，使颗粒表面产生缺陷及网络中键的断裂，有利于网络结构解体；同时颗粒细度降低，比表面积增大，使赤泥与溶液之间的反应加速，反应程度提高，这些因素均使赤泥活性被激发。赤泥的水化过程是一个复杂和缓慢的过程，它涉及到赤泥的结构离解、离子溶出、参与反应等过程，而这种反应又必须从表面开始进行，因此赤泥颗粒细小，比表面积大，则反应活性增加。其次，磨细的赤泥还可以作为填料填充混凝土的空隙，增大混凝土的密实度，相应地由于密度增大，其强度、耐久性、抗侵蚀能力等都会有所改善。
2.化学活化
碱性物质或盐类对激发赤泥的活性具有显著作用。利用化学物质活化赤泥，采用Mgo作为激发剂，Mgo吸收周围水分并与其反应生成Mg(OH)2。一般来说，碱性水溶液是激发赤泥活性的首要条件，另外，OH一离子比水分子更易进入赤泥的内部，与活性阳离子作用促进赤泥的分解和溶解。
3.热活化
锻烧处理后赤泥中一些含水矿物脱水，原有结构发生破坏，形成无定形态的亚稳结构，从而使赤泥活性增加。
通过以上三种活化反应，赤泥混凝土经水化反应，最终主要水化产物有水化硅酸钙凝胶(C-S-H)、钙矾石、Ca(OH)2和C4ACH11，从而产生了胶凝性。 克服了参加粉煤灰的赤泥混凝土早期强度低，碳化严重，泌浆问题。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求以及等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种氧化铝工业废料制备混凝土的方法，其特征在于，所述方法是在普通混凝土各基准配合比的基础上，用经活化后的赤泥混合料以质量比等量替换0~40%水泥，所述赤泥混合料包括赤泥和菱镁矿粉，其中添加菱镁矿粉比例占赤泥混合料的0~10%；所述方法的工艺步骤如下：（1）材料制备：首先将氧化铝工业废弃物赤泥在烘干箱中以100℃-150℃烘干至恒重，将烘干破碎后的赤泥与菱镁矿粉混合并在球磨机中粉磨至200目~300目，用0.045mm筛子过筛，得到处理好的赤泥混合粉；（2）煅烧：将赤泥混合粉进行低温煅烧，煅烧温度600℃-800℃，在室温下冷却得到活化的赤泥混合料；（3）赤泥混凝土配制：首先按不同级别的混凝土基准配合比确定水泥、细骨料、粗骨料、水、外加剂的掺合量，在将活化处理后的赤泥混合粉按质量等量替换0~40%水泥；在上述搅拌干料中加入水及混凝土外加剂，进行机械搅拌5~10min。
2.根据权利要求1所述的氧化铝工业废料制备混凝土的方法，其特征在于，普通混凝土基准配合比中的水泥为所有水泥品种的一种或几种的复合物。
3.根据权利要求1所述的氧化铝工业废料制备混凝土的方法，其特征在于，混凝土制备所用外加剂为所有外加剂品种的一种或几种的复合物。
4.根据权利要求1所述的氧化铝工业废料制备混凝土的方法，其特征在于，所用赤泥包括拜耳法赤泥、烧结法赤泥、联合法赤泥。
5.根据权利要求1所述的氧化铝工业废料制备混凝土的方法，其特征在于，所述活化后的赤泥与菱镁矿粉混合料替换水泥的优选比例为15%~20%。
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