CN107382253B - 一种绿色地质聚合物胶凝材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环保技术领域，公开了一种绿色地质聚合物胶凝材料，由以下重量份数的原料组成：硅铝渣30‑50份、铝型材废渣40‑60份、助磨分散剂0.05‑0.2份、水玻璃10‑25份、有机碱0.02‑0.5份、缓凝剂0.05‑0.1份、水25‑40份。本发明以水处理行业产生的硅铝渣和铝型材行业的铝型材废渣为主要原料制备地质聚合物胶凝材料，可有效处理工业固体废弃物，节约了大量的能源和资源，减少了环境污染，为硅铝渣和铝型材废渣的综合利用开辟了一条有效途径。
Description
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种绿色地质聚合物胶凝材料及其制备方法。
技术背景
20世纪70年代末，Joseph Davidovits教授用碱液与偏高岭土反应制备出一种具有从无定型到半结晶状态的三维立体结构的新型硅铝酸盐材料，称为Geopolymer，即地质聚合物。该类材料具有优良的力学性能、耐久性、固结重金属离子、低能耗、绿色、消耗废料、低有害气体排放等优点，因此，目前国内外针对地质聚合物的研究非常活跃。但是目前地质聚合物大多都由粉煤灰、矿渣及偏高领土作为硅铝质原料，缺少以其它工业固废为原料制备地质聚合物的技术。
硅铝渣是水处理生产企业，采用低品位铝土矿，经常温加压浸出，制取聚合硫酸铝、氯化铝等水处理剂时，分离产生的工业废渣，主要成分为二氧化硅和氧化铝，还含有部分有害元素。铝型材废渣是铝型材在表面脱脂、酸洗、碱洗、阳极氧化、封孔、着色等表面加工处理过程中产生的废液，经污水处理、沉淀、压滤等工艺所得到的固体废弃物，主要成分为氧化铝。废渣的堆放处理不仅浪费资源，还会占用土地、污染环境，影响生态平衡。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种以硅铝渣和铝型材废渣为主要原料的地质聚合物胶凝材料，为硅铝渣和铝型材废渣的开发利用提供一条有效的途径，减少对环境的危害。为达到上述目的，本发明采用以下技术方案。
一种绿色地质聚合物胶凝材料，由以下重量份数的原料组成：硅铝渣30-50份、铝型材废渣40-60份、助磨分散剂0.05-0.2份、水玻璃10-25份、有机碱0.02-0.5份、缓凝剂0.05-0.1份、水25-40份。
所述助磨分散剂由二乙二醇和正丁醇组成。
优选的，所述助磨分散剂由二乙二醇和正丁醇按重量比2:1组成。
所述水玻璃模数在1.2-2.2间。
优选的，所述水玻璃模数为1.7。
所述有机碱为四甲基氢氧化铵、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇和二乙醇单异丙醇胺中的一种。
优选的，所述有机碱为二乙醇单异丙醇胺。
所述缓凝剂为羟基亚乙基二膦酸四钠或氨基三甲叉磷酸五钠。
所述地质聚合物胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅铝渣和铝型材废渣在600-700℃范围煅烧0.2-0.8h后冷却至常温，加入助磨分散剂用球磨机粉磨至大于45um细度颗粒含量不大于4％，得粉料；
(2)将水玻璃于水混合后，再依次加入有机碱和缓凝剂，搅拌均匀，得液料；
(3)将粉料和液料混合、搅拌均匀，既得所述的地质聚合物胶凝材料。
本发明中硅铝渣和铝型材废渣含有丰富的氧化硅和氧化铝，废渣煅烧有利于有机杂质的去除，另外在废渣煅烧过程中，随着水分及其中杂质的挥发，结构产生膨胀，成为多微孔、多断键的无定形态结构，增加废渣的活性。助磨分散剂吸附在粉体颗粒表面，减少各粉体颗粒之间的吸引力，起到分散、助磨的作用。在水玻璃和有机碱的作用下，生成[SiO4]四面体和[AlO4]四面体构成的非晶态的三维网状聚合硅铝酸盐。有机碱可提高体系碱度，促进体系反应，且不含金属离子，可防止地质聚合物材料表面盐析。缓凝剂可延长凝结时间，保证有足够的施工操作时间。
本发明有益效果
(1)本发明以水处理行业产生的硅铝渣和铝型材行业的铝型材废渣为主要原料制备地质聚合物胶凝材料，可有效处理工业固体废弃物，节约了大量的能源和资源，减少了环境污染，为硅铝渣和铝型材废渣的综合利用开辟了一条有效途径。
(2)本发明制备工艺简单，易于操作，不需要高温煅烧，所得地质聚合物强度高，耐久性好，废弃物利用率高，可以有效解决经济发展和环境保护的矛盾。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种绿色地质聚合物胶凝材料，由以下重量份数的原料组成：硅铝渣30份、铝型材废渣60份、助磨分散剂0.2份、水玻璃10份、有机碱0.5份、缓凝剂0.05份、水40份。
所述助磨分散剂由二乙二醇和正丁醇按重量比1:1组成。
所述水玻璃模数为1.2。
所述有机碱为四甲基氢氧化铵。
所述缓凝剂为羟基亚乙基二膦酸四钠。
所述地质聚合物胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅铝渣和铝型材废渣在600℃煅烧0.8h后冷却至常温，加入助磨分散剂用球磨机粉磨至大于45um细度颗粒含量不大于4％，得粉料；
(2)将水玻璃于水混合后，再依次加入有机碱和缓凝剂，搅拌均匀，得液料；
(3)将粉料和液料混合、搅拌均匀，既得所述的地质聚合物胶凝材料。
实施例2
一种绿色地质聚合物胶凝材料，由以下重量份数的原料组成：硅铝渣50份、铝型材废渣40份、助磨分散剂0.05份、水玻璃25份、有机碱0.02份、缓凝剂0.1份、水25份。
所述助磨分散剂由二乙二醇和正丁醇按重量比1:2组成。
所述水玻璃模数为1.2。
所述有机碱为2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇。
所述缓凝剂为氨基三甲叉磷酸五钠。
所述地质聚合物胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅铝渣和铝型材废渣在700℃煅烧0.2h后冷却至常温，加入助磨分散剂用球磨机粉磨至大于45um细度颗粒含量不大于4％，得粉料；
(2)将水玻璃于水混合后，再依次加入有机碱和缓凝剂，搅拌均匀，得液料；
(3)将粉料和液料混合、搅拌均匀，既得所述的地质聚合物胶凝材料。
实施例3
一种绿色地质聚合物胶凝材料，由以下重量份数的原料组成：硅铝渣40份、铝型材废渣50份、助磨分散剂0.1份、水玻璃19份、有机碱0.3份、缓凝剂0.8份、水31份。
所述助磨分散剂由二乙二醇和正丁醇按重量比2:1组成。
所述水玻璃模数为1.7。
所述有机碱为二乙醇单异丙醇胺。
所述缓凝剂为氨基三甲叉磷酸五钠。
所述地质聚合物胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅铝渣和铝型材废渣在670℃煅烧0.5h后冷却至常温，加入助磨分散剂用球磨机粉磨至大于45um细度颗粒含量不大于4％，得粉料；
(2)将水玻璃于水混合后，再依次加入有机碱和缓凝剂，搅拌均匀，得液料；
(3)将粉料和液料混合、搅拌均匀，既得所述的地质聚合物胶凝材料。
实施例4
一种绿色地质聚合物胶凝材料，由以下重量份数的原料组成：硅铝渣38份、铝型材废渣54份、助磨分散剂0.12份、水玻璃18份、有机碱0.2份、缓凝剂0.07份、水33份。
所述助磨分散剂由二乙二醇和正丁醇按重量比5:1组成。
所述水玻璃模数为2。
所述有机碱为四甲基氢氧化铵。
所述缓凝剂为羟基亚乙基二膦酸四钠。
所述地质聚合物胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅铝渣和铝型材废渣在640℃范围煅烧0.7h后冷却至常温，加入助磨分散剂用球磨机粉磨至大于45um细度颗粒含量不大于4％，得粉料；
(2)将水玻璃于水混合后，再依次加入有机碱和缓凝剂，搅拌均匀，得液料；
(3)将粉料和液料混合、搅拌均匀，既得所述的地质聚合物胶凝材料。
实施例5
一种绿色地质聚合物胶凝材料，由以下重量份数的原料组成：硅铝渣49份、铝型材废渣33份、助磨分散剂0.14份、水玻璃15份、有机碱0.25份、缓凝剂0.09份、水35份。
所述地质聚合物胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅铝渣和铝型材废渣在600-700℃范围煅烧0.2-0.8h后冷却至常温，加入助磨分散剂用球磨机粉磨至大于45um细度颗粒含量不大于4％，得粉料；
(2)将水玻璃于水混合后，再依次加入有机碱和缓凝剂，搅拌均匀，得液料；
(3)将粉料和液料混合、搅拌均匀，既得所述的地质聚合物胶凝材料。
对比例1
一种绿色地质聚合物胶凝材料，由以下重量份数的原料组成：粉煤灰90份、水玻璃19份、有机碱0.3份、缓凝剂0.8份、水31份。
所述水玻璃模数为1.7。
所述有机碱为二乙醇单异丙醇胺。
所述缓凝剂为氨基三甲叉磷酸五钠。
所述地质聚合物胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将水玻璃于水混合后，再依次加入有机碱和缓凝剂，搅拌均匀，得液料；
(2)将粉煤灰和液料混合、搅拌均匀，既得所述的地质聚合物胶凝材料。
对比例2
一种绿色地质聚合物胶凝材料，由以下重量份数的原料组成：硅铝渣40份、铝型材废渣50份、助磨分散剂0.1份、水玻璃19份、缓凝剂0.8份、水31份。
所述助磨分散剂由二乙二醇和正丁醇按重量比2:1组成。
所述水玻璃模数为1.7。
所述缓凝剂为氨基三甲叉磷酸五钠。
所述地质聚合物胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将硅铝渣和铝型材废渣在670℃煅烧0.5h后冷却至常温，加入助磨分散剂用球磨机粉磨至大于45um细度颗粒含量不大于4％，得粉料；
(2)将水玻璃于水混合后，再加入缓凝剂，搅拌均匀，得液料；
(3)将粉料和液料混合、搅拌均匀，既得所述的地质聚合物胶凝材料。
性能测试
将实施例1-5和对比例1-2的浆体注入20mm×20mm×20mm的模具中在震实台震实40s，放在常温养护箱中养护1d后脱模，脱模后自然养护至规定龄期，测其抗压强度，结果见下表1。
表1性能测试结果
应当说明的是，上述实施例仅为本发明的优选实施方式，并不用于限定本发明，依照实施例所记载的技术方案进行的修改，以及对其中部分技术特征进行等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种绿色地质聚合物胶凝材料，其特征在于，由以下重量份数的原料组成：硅铝渣30-50份、铝型材废渣40-60份、助磨分散剂0.05-0.2份、水玻璃10-25份、有机碱0.02-0.5份、缓凝剂0.05-0.1份、水25-40份；所述有机碱为四甲基氢氧化铵、2-氨基-2-甲基-1,3-丙二醇和二乙醇单异丙醇胺中的一种；所述缓凝剂为羟基亚乙基二膦酸四钠或氨基三甲叉磷酸五钠。
2.根据权利要求1所述的绿色地质聚合物胶凝材料，其特征在于，所述助磨分散剂由二乙二醇和正丁醇组成。
3.根据权利要求2所述的绿色地质聚合物胶凝材料，其特征在于，所述助磨分散剂由二乙二醇和正丁醇按重量比2:1组成。
4.根据权利要求1所述的绿色地质聚合物胶凝材料，其特征在于，所述水玻璃模数在1.2-2.2间。
5.根据权利要求4所述的绿色地质聚合物胶凝材料，其特征在于，所述水玻璃模数为1.7。
6.根据权利要求1所述的绿色地质聚合物胶凝材料，其特征在于，所述有机碱为二乙醇单异丙醇胺。
7.根据权利要求1-6所述的绿色地质聚合物胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将硅铝渣和铝型材废渣在600-700℃范围煅烧0.2-0.8h后冷却至常温，加入助磨分散剂用球磨机粉磨至大于45um细度颗粒含量不大于4％，得粉料；
(2)将水玻璃与水混合后，再依次加入有机碱和缓凝剂，搅拌均匀，得液料；
(3)将粉料和液料混合、搅拌均匀，既得所述的地质聚合物胶凝材料。
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