CN107572920A

CN107572920A - 一种赤泥地聚物泡沫砌块及其制备方法

Info

Publication number: CN107572920A
Application number: CN201710844050.1A
Authority: CN
Inventors: 韦菲; 黄映恒; 农毅; 覃丽勤; 李燕
Original assignee: GUANGXI JINGZHENG SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd; Nanning Wosen Ecological Biological Science & Technology Co Ltd
Current assignee: GUANGXI JINGZHENG SCIENCE & TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd; Nanning Wosen Ecological Biological Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2017-09-19
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2018-01-12

Abstract

本发明提供一种赤泥地聚物泡沫砌块及其制备方法，按质量百分比，包括：活化赤泥预地聚物30‑50%，细骨料6‑15%，脱硫石膏10‑20%，掺和料10‑25%，调凝剂2‑8%，雪硅钙石5‑10%，耐碱纤维5‑8%，双氧水3‑5%。采用本发明的技术方案，在解决赤泥轻质墙体砌块泛碱的问题，同时加入具有优异保温性能的雪硅钙石，显著的提高了赤泥及泡沫砌块的保温隔热性能。

Description

一种赤泥地聚物泡沫砌块及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种赤泥地聚物泡沫砌块及其制备方法。

背景技术

随着国家节能减排政策向纵深的不断推进，发展节能环保等战略性新兴产业对无机保温材料的需求将大幅度增加。

赤泥是制铝工业提取氧化铝过程中排出的污染性废渣，一般平均每生产1吨氧化铝，附带产生1.0～2.0吨赤泥。中国作为世界第4大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达上千万吨，大量的赤泥不能充分有效利用，靠大面积堆场堆放，不仅浪费人力物力，且污染环境。其次，我国是废弃黏土砖等建筑垃圾产生大国，每年产生的废弃黏土砖为主的建筑垃圾可达5-8亿吨，其中大部分处理方式都为焚烧、掩埋，不仅占用大量土地，而且对环境造成了相当严重的污染。因此，若可以对赤泥及工程垃圾进行合理利用，不仅可以缓解处理工程垃圾带来的压力，还可以节约天然资源。

我国拥有丰富的非水溶性钾矿资源，如钾长石、明矾石等。这些钾矿资源几乎遍布全国各地，而且储量巨大。目前我国利用非水溶性钾矿提钾的工艺多为土法生产，没有形成规模化工艺生产。近年来，虽有一定的新的研究成果，但还是存在综合效益差，技术和产品质量缺乏市场竞争力。因此，研究综合利用钾长石的各种主要组分，开发出工艺路线简单，能耗低，资源利用率高的高附加值的产品迫在眉睫。利用钾长石为原料合成雪硅钙石，雪硅钙石具有优异的导热系数和热学性能，可广泛应用于保温材料领域中。

目前，有人研究采用废弃的赤泥制备泡沫砌块，但是以赤泥为原料制备的泡沫砌块往往需要蒸压养护才能获得高的强度，导致工艺路线设备成本高，能耗大，生产过程安全风险高。而未经过蒸压养护的赤泥泡沫砌块，存在泛碱、强度偏低及导热系数高的问题。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种赤泥地聚物泡沫砌块，对此，本发明的技术方案为：

一种赤泥地聚物泡沫砌块，按质量百分比，包括：活化赤泥预地聚物30-50％，细骨料6-15％，脱硫石膏10-20％，聚羧酸高效减水剂0.3％-1.0％，掺和料10-25％，调凝剂2-8％，雪硅钙石5-10％，耐碱纤维5-8％，双氧水2-5％。

本发明采用以上技术方案，其优点在于，一种赤泥地聚物泡沫砌块及其制备方法，在解决赤泥轻质墙体砌块泛碱的问题的同时，提高了赤泥轻质墙体砌块的抗压、抗折强度，并可与废弃泡沫玻璃牢固结合而起到减重、隔热的作用。

优选的，所述细骨料按质量百分比为：废弃黏土砖砂60-80％，细石砂20-40％；其中，所述的废弃黏土砖砂按质量百分比为：建筑废弃黏土砖粉30-40％，粉煤灰10-20％，矿渣10-20％，硅灰5-15％，硅微粉5-10％，高岭土10-25％，钾长石粉15-25％，硅酸钠粉体10-15％。

其中建筑废弃黏土砖粉经干燥粉碎后过100-200目筛。

优选的，所述活化赤泥预地聚物的制备方法如下：

其中，碱活化赤泥是指赤泥与氧化钠混合煅烧后得到的产物。

所述步骤A1中，蒸煮的溶液采用0.5-1mol/L盐酸溶液，蒸煮时间为1.5-3小时。

所述步骤A2中，转速为450-550r/min，搅拌时间为30-60min。

所述步骤A3中，升温速率为10-20K/min，温度为500～800℃，煅烧时间为1-3h，球磨机球磨时间为3-6h。

优选的，所述雪硅钙石的制备方法如下：

步骤B1：将钾长石粉、氧化钙按n(CaO)/n(SiO₂+AlO_1.5:的摩尔比0.7-1.0：1配料，蒸馏水的加入量按1:15-20的水固比配料，加入到反应釜中，搅拌，将反应釜小心放入腔体中，密封，使反应釜内形成密闭的环境；

步骤B2：待动态水热反应完成后，将料浆洗涤，然后将产物置抽滤机上进行固液分离，用水洗涤滤饼至pH＝8-9，滤液回收利用；

步骤B3：将抽滤所得的固体物料在100-120℃下干燥24小时，得干燥白色粉体产品。

所述步骤B1中，密闭的环境中升温速率为2-5℃/min，分别加热到200-250℃，搅拌速度为400-500r/min，保温6-10h，保温后半阶段的反应搅拌速度降为100-115r/min，然后使反应釜自然冷却至室温；

其中，钾长石粉、氧化钙按n(CaO)/n(SiO₂+AlO_1.5:的摩尔比0.7-1.0：1配料意思就是n(CaO)/n(SiO₂+AlO_1.5)的摩尔配比为1：0.7-1.0，即CaO：钾长石粉的摩尔比的范围为1：0.7-1.0。

优选的，所述耐碱纤维的制备方法为：在质量浓度5-50％浓度的硅烷偶联剂(β-甲氧基乙氧基硅烷)溶液中浸泡30-120min后取出，浸泡温度为20-30℃，再晾干后获得经表面改性的耐碱纤维。

优选的，所述调凝剂包括按质量百分比：硅藻土20-40％，硅酸钠粉末20-30％，氯化钙15-30％，无水碳酸钠5-20％，无水硫酸镁5-20％，硬脂酸钙5-15％。

优选的，所述掺和料包括按质量百分比为：生石灰5-10％、硅灰15-30％、粉煤灰30-45％、矿渣30-45％。

优选的，所述赤泥地聚物泡沫砌块的制备方法如下：

步骤C1：将赤泥烘干，粉碎后过筛，得到赤泥粉料；

步骤C2：按重量百分比，将无水碳酸钠20-40％、硅酸钠20-30％、氯化钙15-30％、无水碳酸镁10-20％、硬脂酸钙5-15％混合后得到调凝剂；

步骤C3：在活化赤泥预地聚物中加入脱硫石膏，然后加水与聚羧酸系高效减水剂混合搅拌10-20min，再加入生石灰、硅灰、粉煤灰、矿渣、调凝剂、细骨料、雪硅钙石及表面处理后的耐碱纤维，并加水搅拌3-8min，最后加入双氧水搅拌30s-120s，得到料浆；

步骤C4：将搅拌好的料浆，浇注入模进行发泡，待发泡完全后带模在25-40℃下保温1-2h；脱模，自然养护，得到赤泥泡沫砌块。

聚羧酸系高效减水剂是减水剂，聚羧酸系是其中的一种，购买于市场。水的加入量为[水：(活化赤泥预地聚物+脱硫石膏+掺和料)质量比＝0.3-0.48：1]。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

第一，采用本发明的技术方案，在解决赤泥轻质墙体砌块泛碱的问题，同时加入具有优异保温性能的雪硅钙石，显著地提高了赤泥及泡沫砌块的保温隔热性能。

第二、经硅烷欧偶联剂表面处理后的耐碱纤维有利于改善其与活化赤泥预地聚物和矿物掺和料水化产物的界面粘结，使基体材料与预处理后的耐碱纤维产生嵌合作用，显著地增强了赤泥基泡沫砌块的抗折韧性。

第三，本发明的砌块，不需要高温蒸压养护或高温煅烧，可大幅度减少能源消耗。

具体实施方式

下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：

实施例1

赤泥地聚物泡沫砌块，按质量百分比，包括：活化赤泥预地聚物32％，细骨料11.4％，脱硫石膏12％，聚羧酸高效减水剂0.6％，掺和料22％，调凝剂3％，雪硅钙石10％，耐碱纤维6％，双氧水3％。所述双氧水的质量浓度为30％。

调凝剂包含的组分以及质量分数为：硅藻土25％，硅酸钠粉末25％，氯化钙18％，无水碳酸钠12％，无水硫酸镁12％，硬脂酸钙8％。

采用以下步骤制备得到：

步骤A1：将赤泥烘干，粉碎后过筛，得到赤泥粉料；

步骤A2：加入无水碳酸钠、无水碳酸镁、硬脂酸钙、硅酸钠、氯化钙混合后得到调凝剂；

步骤A3：在活化赤泥预地聚物中加入脱硫石膏，然后加水与聚羧酸系高效减水剂混合搅拌10min，再加入掺和料质量分数22％(其中，生石灰5％、硅灰30％、粉煤灰35％、矿渣30％)、调凝剂3％、细骨料15％(其中，废弃砖黏土砂60％、细石砂40％)、雪硅钙石10％及表面处理后的耐碱纤维6％，并加水搅拌3min，最后加入双氧水搅拌30s，得到料浆；其中，水的加入量为[水：(活化赤泥预地聚物+脱硫石膏+掺和料)质量比＝0.3：1]。所述双氧水的质量浓度为30％；

步骤A4：将搅拌好的料浆，浇注入模进行发泡，待发泡完全后带模在25-40℃下保温1-2h；24h脱模，自然养护28d，得到赤泥泡沫砌块。

所述活化赤泥预地聚物的制备方法如下：

步骤B1：步骤S1：取适量的稻壳放入2L烧杯中，向烧杯中加入预先配制好的0.5mol/L盐酸溶液，蒸煮2小时后取出稻壳；

步骤B2：将稻壳转移到装有蒸馏水的烧杯中，利用电动搅拌器充分搅拌(转速为500r/min，搅拌时间30min)浸洗，使稻壳充分得到浸洗，反复3-4次后在70-85℃烘干；

步骤B3：将处理后的稻壳(占10％-40％)与赤泥(占50-70％)、氧化钠(占10-20％)混合料分别单独装入坩埚中，然后以10-20K/min的升温速率升至500～800℃下煅烧1-3h，然后球磨机球磨3-6h；

步骤B4：将步骤B3中获得的稻壳灰作为硅源，与赤泥+氧化钠热-碱活化赤泥按1:2-5的比例混合均匀，搅拌10-30min后获得活化赤泥预地聚物；

雪硅钙石采用以下步骤合成得到：

步骤C1：将钾长石粉、氧化钙按n(CaO)/n(SiO₂+AlO1.5)的摩尔比0.7-1.0：1配料，蒸馏水的加入量按1:15-20的水固比配料，加入到反应釜中，用玻璃棒进行适当搅拌(控制原料总量不超过釜体的2/3)，将反应釜小心放入腔体中，密封，使反应釜内形成密闭的环境。升温速率为2℃/min，分别加热到200-250℃，搅拌速度为400r/min，保温6-10h，保温后半阶段的反应搅拌速度降为100-115r/min，然后使反应釜自然冷却至室温；

步骤C2：待动态水热反应完成后，将料浆转入塑料桶中，用少量蒸馏水洗涤反应釜壁，洗涤物同样转入塑料桶，重复洗涤操作2-3次，将反应釜内壁洗涤干净，使产物充分转移，然后将产物置抽滤机上进行固液分离，少量水洗涤滤饼3-4次，至pH＝9，滤液回收利用；

步骤C3：将抽滤所得的固体物料置于干燥箱中，空气气氛，在100-120℃下干燥24小时，脱除吸附水后，得干燥白色粉体产品。

步骤C4：所述的耐碱纤维经在5-50％浓度的硅烷偶联剂(β-甲氧基乙氧基硅烷)溶液中浸泡30-120min后取出，浸泡温度为20-30℃，在40-50℃烘箱中晾干后获得经表面改性的耐碱纤维。

步骤C5：将搅拌好的料浆，浇注入模进行发泡，待发泡完全后带模在25℃下保温2h；24h脱模，自然养护28d，得到赤泥地聚物泡沫砌块。

实施例2

赤泥地聚物泡沫砌块，按质量百分比，包括：活化赤泥预地聚物40％，细骨料9.4％，脱硫石膏12％，掺和料15％，调凝剂4％，聚羧酸系高效减水剂0.6％,雪硅钙石8％，耐碱纤8％，双氧水3％。所述双氧水的质量浓度为30％。

调凝剂包含的组分以及质量分数为：硅藻土40％，硅酸钠粉末20％，氯化钙15％，无水碳酸钠5％，无水硫酸镁10％，硬脂酸钙10％。

采用以下步骤制备得到：

步骤A1：将赤泥烘干，粉碎后过筛，得到赤泥粉料；

步骤A3：在活化赤泥预地聚物中加入脱硫石膏，然后加水与聚羧酸系高效减水剂(占水和总质量的0.8％)混合搅拌10min，再加入掺和料质量分数22％(其中，生石灰5％、硅灰30％、粉煤灰35％、矿渣30％)、调凝剂3％、细骨料15％(其中，废弃砖黏土砂60％、细石砂40％)、雪硅钙石6％及表面处理后的耐碱纤维10％，并加水搅拌3min，最后加入双氧水搅拌30s，得到料浆；其中，水的加入量为：[水：(活化赤泥预地聚物+脱硫石膏+掺和料)质量比＝0.48：1]所述双氧水的质量浓度为30％；

所述活化赤泥预地聚物的制备方法如下：

步骤B4：将步骤S3中获得的稻壳灰作为硅源，与赤泥+氧化钠热-碱活化赤泥按1:2-5的比例混合均匀，搅拌10-30min后获得活化赤泥预地聚物；

雪硅钙石采用以下步骤合成得到：

步骤C1：将钾长石粉、氧化钙按n(CaO)/n(SiO2+AlO1.5)的摩尔比0.7-1.0：1配料，蒸馏水的加入量按1:15-20的水固比配料，加入到反应釜中，用玻璃棒进行适当搅拌(控制原料总量不超过釜体的2/3)，将反应釜小心放入腔体中，密封，使反应釜内形成密闭的环境。升温速率为2℃/min，分别加热到200-250℃，搅拌速度为400r/min，保温6-10h，保温后半阶段的反应搅拌速度降为100-115r/min，然后使反应釜自然冷却至室温；

实施例3

赤泥地聚物泡沫砌块，按质量百分比，包括：活化赤泥预地聚物45％，细骨料6.4％(其中，废弃砖黏土砂70％、细石砂30％)，脱硫石膏10％，掺和料14％(其中，生石灰8％、硅灰20％、粉煤灰32％、矿渣40％)，调凝剂5％，聚羧酸系高效减水剂0.6％,雪硅钙石6％，耐碱纤维10％，双氧水3％。所述双氧水的质量浓度为30％。

调凝剂包含的组分以及质量分数为：硅藻土20％，硅酸钠粉末30％，氯化钙30％，无水碳酸钠5％，无水硫酸镁10％，硬脂酸钙5％。

采用以下步骤制备得到：

步骤A1：将赤泥烘干，粉碎后过筛，得到赤泥粉料；

步骤A3：在活化赤泥预地聚物中加入脱硫石膏，然后加水与聚羧酸系高效减水剂混合搅拌10min，再加入掺和料、调凝剂、细骨料、雪硅钙石及表面处理后的耐碱纤维，并加水搅拌3min，最后加入双氧水搅拌30s，得到料浆；其中，所述双氧水的质量浓度为30％；

所述活化赤泥预地聚物的制备方法如下：

雪硅钙石采用以下步骤合成得到：

实施例4

在实施例1的基础上，将细骨料中的废弃砖黏土砂，全部用细石砂替代，材料配比详见表1。

实施例5

在实施例2的基础上，不加入雪硅钙石，材料配比详见表1。

实施例6

在实施例3的基础上，不加入耐碱纤维，材料配比详见表1。

表1赤泥泡沫砌块实施例1-6的原料配比表

对比例1

以现有技术的水泥基砌块作为对比实施例，本例所用的材料及其重量百分比为：普通硅酸盐水泥35％，脱硫石膏27％，矿渣10％，粉煤灰10％，硅灰5％，生石灰5％，硬脂酸钙2％，细石砂12％，聚丙烯纤维3％。采用以下步骤制备：

(1)将上述粉体混合搅拌，然后加入适量水及聚羧酸减水剂0.6％(灰料比)混合搅拌，得到混合浆料；

(2)在上述混合浆料中加入氯化钙2％、无水碳酸钠1％，混合继续搅拌5min，最后加入总料比的3％双氧水搅拌30-60s；

(3)将搅拌好的料浆，浇注入涂好涂膜剂的试模，待发泡完全后带模在40℃下保温1h；24h脱模，自然养护28d。

对比例2

以未改性赤泥作为基料制备一种赤泥地聚物泡沫砌块，采用以下步骤制备而成：

步骤S1：将赤泥烘干至恒重，用球磨机球磨后过300目筛，得到赤泥粉料；

步骤S2：在赤泥中加入脱硫石膏，然后加水搅拌15min，再加入生石灰、硅灰、粉煤灰、矿渣、聚丙烯纤维，并加水搅拌5min，最后加入双氧水搅拌30s-120s，得到料浆；上述材料的用量以重量份数计为：赤泥30％，脱硫石膏20％，生石灰5％，硅灰15％，粉煤灰15％份，矿渣10％份，细石砂12％，聚丙烯纤维5％，双氧水(灰料总量)3％。

步骤S3：将搅拌好的料浆，浇注入模进行发泡，待发泡完全后带模在40℃下保温1h；24h脱模，自然养护28d，得到赤泥泡沫砌块。

对实施例1-6以及对比例1-2的砌块进行观察和性能测试，性能测试结果详见表2所示。实施例1-6的砌块气孔封闭均匀，容重控制在700-900kg/m³，经改性活化后的赤泥，不会出现泛碱掉渣现象。采用本发明的技术方案，赤泥地聚物泡沫砌块28天的抗压强度可达5.0～7MPa，抗折强度可达1.7～2.2MPa。由表2的数据，通过实施例1与实施例4的对比可见，为未添加废弃黏土砖砂的赤泥地聚物泡沫砌块与添加废弃黏土砖砂的赤泥地聚物泡沫砌块的抗压抗折强度相差不大，说明采用本发明的废弃黏土砖砂的性能与细石砂的效果相似。实施例2与实施例4对比可见，未添加雪硅钙石的砌块28天抗压强度有所降低，导热系数相应增大，即其隔热性能有所降低。实施例3与实施例6对比可见，未添加表面改性的耐碱纤维的砌块的28天抗折强度和抗压强度均有所降低。

表2不同组分原料制备赤泥地聚物泡沫砌块部分性能指标测试结果

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种赤泥地聚物泡沫砌块，其特征在于，包括：按质量百分比，包括：活化赤泥预地聚物30-50%，细骨料6-15%，脱硫石膏10-20%，聚羧酸高效减水剂0.3%-1.0%，掺和料10-25%，调凝剂2-8%，雪硅钙石5-10%，耐碱纤维5-8%，双氧水3-5%。

2.如权利要求1所述的赤泥地聚物泡沫砌块，其特征在于，所述细骨料按质量百分比为：废弃黏土砖砂60-80%，细石砂20-40%；其中，所述的废弃黏土砖砂按质量百分比为：建筑废弃黏土砖粉30-40%，粉煤灰10-20%，矿渣10-20%，硅灰5-15%，硅微粉5-10%，高岭土10-25%，钾长石粉15-25%，硅酸钠粉体10-15%。

3.如权利要求1所述的赤泥地聚物泡沫砌块，其特征在于，所述活化赤泥预地聚物的制备方法如下：

步骤A1：取稻壳放入蒸煮后取出稻壳；

步骤A2：将稻壳浸入蒸馏水中，搅拌浸洗，再烘干；

步骤A3：将处理后的稻壳与赤泥按重量百分比50-70%、氧化钠10-20%混合料分别单独装入坩埚中，然后煅烧后球磨；

步骤A4：将步骤S3中获得的稻壳灰作为硅源，与碱活化赤泥按重量比1:2-5的比例混合均匀，搅拌后获得活化赤泥预地聚物。

4.如权利要求1所述的赤泥地聚物泡沫砌块，其特征在于，所述雪硅钙石的制备方法如下：

步骤B1：将钾长石粉、氧化钙按n(CaO)/n(SiO₂+AlO_1.5:的摩尔比0.7-1.0：1配料，蒸馏水的加入量按1:15-20的水固比配料，加入到反应釜中，搅拌，将反应釜小心放入腔体中，密封，使反应釜内形成密闭的环境;

步骤B2：待动态水热反应完成后，将料浆洗涤，然后将产物置抽滤机上进行固液分离，用水洗涤滤饼至pH=8-9，滤液回收利用；

步骤B3：将抽滤所得的固体物料在 100-120 ℃下干燥，得干燥白色粉体产品。

5.如权利要求1所述的赤泥地聚物泡沫砌块，其特征在于，所述耐碱纤维的制备方法为：在质量浓度5-50%的硅烷偶联剂溶液中浸泡30-120 min后取出，浸泡温度为20-30℃，再晾干后获得经表面改性的耐碱纤维。

6.如权利要求1所述的赤泥地聚物泡沫砌块，其特征在于，所述调凝剂按质量百分比，包括：硅藻土20-40%，硅酸钠粉末20-30%，氯化钙15-30%，无水碳酸钠5-20%，无水硫酸镁5-20%，硬脂酸钙5-15%。

7.如权利要求1所述的赤泥地聚物泡沫砌块，其特征在于，所述掺和料包括近质量百分比为：生石灰5-10%、硅灰15-30%、粉煤灰30-45%、矿渣30-45%。

8.如权利要求1所述的赤泥地聚物泡沫砌块，其特征在于，所述赤泥地聚物泡沫砌块的制备方法如下：

步骤C1：将赤泥烘干，粉碎后过筛，得到赤泥粉料；

步骤C2：按重量百分比，将无水碳酸钠20-40%、硅酸钠20-30%、氯化钙15-30%、无水碳酸镁10-20%、硬脂酸钙5-15%混合后得到调凝剂；

步骤C3：在活化赤泥预地聚物中加入脱硫石膏，然后加水与聚羧酸系高效减水剂混合搅拌10-20 min，再加入生石灰、硅灰、粉煤灰、矿渣、调凝剂、细骨料、雪硅钙石及表面处理后的耐碱纤维，并加水搅拌3-8min，最后加入双氧水搅拌30 s-120s，得到料浆；

9.如权利要求3所述的赤泥地聚物泡沫砌块，其特征在于，所述步骤A1中，蒸煮的溶液采用0.5-1 mol/L盐酸溶液，蒸煮时间为1.5-3小时；所述步骤A2中，转速为450-550 r/min，搅拌时间为30-60min。

10.如权利要求3所述的赤泥地聚物泡沫砌块，其特征在于，所述步骤A3中，升温速率为10-20K/min，温度为500～800 ℃，煅烧时间为1-3 h，球磨机球磨时间为3-6 h。