CN108675762B - 一种赤泥透水砖的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种赤泥透水砖的制备方法，属于建筑材料技术领域。按重量份数计，将60～80份改性赤泥，10～20份聚丙烯酸锌树脂，10～20份水玻璃，10～20份改性海泡石，5～8份硅烷偶联剂，5～8份尿素，10～20份巴氏芽孢杆菌菌液，10～20份硝酸钙溶液搅拌混合，困料，压制成型，干燥，得砖坯；将砖坯置于盐水中浸泡，取出，干燥，炭化，充氮烧结，煅烧，降温，得预处理砖坯；将预处理砖坯浸泡于水中，取出，干燥，即得赤泥透水砖。本发明提供的赤泥透水砖具有优异的透水性能。

Description

一种赤泥透水砖的制备方法
技术领域
本发明公开了一种赤泥透水砖的制备方法，属于建筑材料技术领域。
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。亦称红泥，从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物。一般含氧化铁量大，外观与赤色泥土相似，因而得名。但有的因含氧化铁较少而呈棕色，甚至灰白色。一般平均每生产1t氧化铝，附带产生1.0～2.0t赤泥。自1954年建成第1个氧化铝厂至今，累计排放赤泥已超过5000万t，目前每年排放的赤泥高达数百万吨。除少部分得到利用外，大量的赤泥只能采用堆场堆放，占用了大片土地，也对环境造成了严重的污染。大量赤泥的产生已经对人类的生产、生活造成多方面的直接和间接的影响，所以最大限度的减少赤泥的产量和危害，实现多渠道、大数量的资源化，最大限度地减少赤泥的危害已迫在眉睫。
另一方面，现代城市的地表越来越多地被建筑物和混凝土等所覆盖。这种地表的“硬化”使得大气降水难以及时渗入地下，地表径流增多，形成“热岛效应”以及排水不足，引起内涝、城市地表沉降等环境问题。而多孔透水砖作为一种环境材料，应用于道路、广场的铺设，可以使部分降水渗入地下，减少地表径流，从而较好地解决上述问题。通过试验, 利用赤泥及其他辅助原料制备出了性能良好的多孔透水砖，为赤泥的综合利用提供了一条新途径。但是，目前传统的透水砖还存在透水性能不佳的问题，因此还需对其进行研究。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是：针对传统透水砖透水性能不佳的问题，提供了一种赤泥透水砖的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）按重量份数计，将60～80份改性赤泥，10～20份聚丙烯酸锌树脂，10～20份水玻璃，10～20份改性海泡石，5～8份硅烷偶联剂，5～8份尿素，10～20份巴氏芽孢杆菌菌液，10～20份硝酸钙溶液搅拌混合，困料，压制成型，干燥，得砖坯；
（2）将砖坯置于盐水中浸泡，取出，干燥，炭化，充氮烧结，煅烧，降温，得预处理砖坯；
（3）将预处理砖坯浸泡于水中，取出，干燥，即得赤泥透水砖。
步骤（1）所述改性赤泥的制备过程为：将壳聚糖与水按质量比1：50～1：100混合，静置溶胀后，加热搅拌混合，得壳聚糖液，按重量份数计，依次取20～30份赤泥，80～100份氢氧化钠溶液，20～30份壳聚糖液，先将赤泥与氢氧化钠溶液搅拌混合，随后加入壳聚糖液，搅拌混合，过滤，即得改性赤泥。
步骤（1）所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
步骤（1）所述改性海泡石的制备过程为：将海泡石用盐酸恒温浸泡后，过滤，洗涤，干燥，焙烧，得改性海泡石。
步骤（1）所述巴氏芽孢杆菌菌液是由以下重量份数的原料配置而成：80～100份去离子水，4～6份巴氏芽孢杆菌，10～15份甘油，8～10份乙二醇，8～10份葡萄糖溶液。
本发明的有益效果是：
（1）本发明技术方案，在制备过程中，首先，赤泥经过氢氧化钠溶液浸泡，赤泥中的氧化铝可与氢氧化钠反应，从而使得赤泥颗粒内部形成通孔，再经过壳聚糖液浸泡，在浸泡过程中，体系的中的金属离子可促使壳聚糖交联，在赤泥表面形成壳聚糖膜，避免混料过程中杂质堵塞赤泥中的通孔，其次，预处理砖坯经过盐水浸泡，在浸泡过程中，聚丙烯酸锌树脂中的锌离子可与盐水中的钠离子进行离子交换，从而使得聚丙烯酸锌树脂主链上的丙烯酸锌酯健发生水解，聚合物主链水解时会产生亲水基团使其具有水溶性，从而使得经过离子交换后聚丙烯酸锌树脂溶解到水中，在体系中形成通孔，从而提升体系的孔隙率，再次，砖坯经过炭化，从而使得赤泥表面形成炭质保护层，在烧结过程中，由于炭质层的保护作用，表面融化后的二氧化硅堵塞赤泥颗粒，再经煅烧，去除赤泥表面炭质层，从而使得体系中的形成大量通孔，从而提升产品的透水率；
（2）本发明通过添加巴氏芽孢杆菌菌液，在制备过程中，巴氏芽孢杆菌在新陈代谢过程中产生脲酶，脲酶可将体系中的尿素分解生成碳酸根离子，由于巴氏芽孢杆菌细胞壁表面带负电荷，体系中的钙离子会被巴氏芽孢杆菌细胞壁吸附，从而以细胞为晶核，在细菌周围会生成纳米碳酸钙，从而形成纳米碳酸钙微球，在高温烧结过程中，碳酸钙反应生成氧化钙，后期进行水浸，氧化钙与水反应，增加体系中通孔的数量，从而进一步提升体系的孔隙率，从而进一步提升产品的透水率。
具体实施方式
将壳聚糖与水按质量比1：50～1：100置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌10～20min，静置溶胀3～4h后，并将1号烧杯置于数显测速中，于温度为80～85℃，转速为300～500r/min条件下，加热搅拌混合30～50min，得壳聚糖液，按重量份数计，依次取20～30份赤泥，80～100份质量分数为20～30%的氢氧化钠溶液，20～30份壳聚糖液，先将赤泥与质量分数为20～30%的氢氧化钠溶液置于2号烧杯中，于转速为400～600r/min条件下，搅拌混合30～50min，随后向2号烧杯中加入壳聚糖液，于转速为400～600r/min条件下，搅拌混合30～50min，得混合液，再将混合液过滤，即得改性赤泥；按质量比为1：10～1：12将海泡石和质量分数为10～20%盐酸混合倒入3号烧杯中，并将3号烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为45～50℃，转速为300～500r/min条件下，恒温浸泡2～4h，再经过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼3～5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为105～110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼，再将所得干燥滤饼转入管式炉，于温度为220～240℃条件下，保温焙烧1～3h后，随炉冷却至室温，出料，得改性海泡石；80～100份去离子水，4～6份巴氏芽孢杆菌，10～15份甘油，8～10份乙二醇，8～10份质量分数为0.3～0.5%的葡萄糖溶液置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为28～32℃条件下，转速为300～500r/min条件下，搅拌混合40～60min，即得巴氏芽孢杆菌菌液；按重量份数计，将60～80份改性赤泥，10～20份聚丙烯酸锌树脂，10～20份水玻璃，10～20份改性海泡石，5～8份硅烷偶联剂，5～8份尿素，10～20份巴氏芽孢杆菌菌液，10～20份质量分数为10～20%的硝酸钙溶液置于混料机中，于转速为200～300r/min条件下，搅拌混合30～50min后，得混合浆料，随后困料，再将经过困料后的混合浆料置于成型机中压制成型，得成型砖坯，接着将成型砖坯置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得砖坯；将砖坯置于质量分数为3～5%的盐水中浸泡后，取出，再将浸泡后的砖坯置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，得干燥砖坯，接着将干燥砖坯置于烧结炉中，并以60～90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为400～500℃条件下，炭化1～2h，随后以8～10℃/min升温速率，将炉内温度为升至1000～1100℃，于氮气保护条件下，烧结3～5h，再以8～10℃/min降温速率，将炉内温度为降至400～450℃，并以60～90mL/min速率向炉内充入氧气，煅烧1～2h后，随炉降至室温，得预处理砖坯；将预处理砖坯浸泡于水中，取出，接着将浸泡后的预处理砖坯置于烘箱中，于温度为105～110℃条件下，干燥至恒重，即得赤泥透水砖。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
将壳聚糖与水按质量比1：100置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌20min，静置溶胀4h后，并将1号烧杯置于数显测速中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合50min，得壳聚糖液，按重量份数计，依次取30份赤泥，100份质量分数为30%的氢氧化钠溶液，30份壳聚糖液，先将赤泥与质量分数为30%的氢氧化钠溶液置于2号烧杯中，于转速为600r/min条件下，搅拌混合50min，随后向2号烧杯中加入壳聚糖液，于转速为600r/min条件下，搅拌混合50min，得混合液，再将混合液过滤，即得改性赤泥；按质量比为1：12将海泡石和质量分数为20%盐酸混合倒入3号烧杯中，并将3号烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为50℃，转速为500r/min条件下，恒温浸泡4h，再经过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼，再将所得干燥滤饼转入管式炉，于温度为240℃条件下，保温焙烧3h后，随炉冷却至室温，出料，得改性海泡石；100份去离子水，6份巴氏芽孢杆菌，15份甘油，10份乙二醇，10份质量分数为0.5%的葡萄糖溶液置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为32℃条件下，转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，即得巴氏芽孢杆菌菌液；按重量份数计，将80份改性赤泥，20份聚丙烯酸锌树脂，20份水玻璃，20份改性海泡石，8份硅烷偶联剂，8份尿素，20份巴氏芽孢杆菌菌液，20份质量分数为20%的硝酸钙溶液置于混料机中，于转速为300r/min条件下，搅拌混合50min后，得混合浆料，随后困料，再将经过困料后的混合浆料置于成型机中压制成型，得成型砖坯，接着将成型砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得砖坯；将砖坯置于质量分数为5%的盐水中浸泡后，取出，再将浸泡后的砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥砖坯，接着将干燥砖坯置于烧结炉中，并以90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为500℃条件下，炭化2h，随后以10℃/min升温速率，将炉内温度为升至1100℃，于氮气保护条件下，烧结5h，再以10℃/min降温速率，将炉内温度为降至450℃，并以90mL/min速率向炉内充入氧气，煅烧2h后，随炉降至室温，得预处理砖坯；将预处理砖坯浸泡于水中，取出，接着将浸泡后的预处理砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得赤泥透水砖。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。
按质量比为1：12将海泡石和质量分数为20%盐酸混合倒入3号烧杯中，并将3号烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为50℃，转速为500r/min条件下，恒温浸泡4h，再经过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼，再将所得干燥滤饼转入管式炉，于温度为240℃条件下，保温焙烧3h后，随炉冷却至室温，出料，得改性海泡石；100份去离子水，6份巴氏芽孢杆菌，15份甘油，10份乙二醇，10份质量分数为0.5%的葡萄糖溶液置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为32℃条件下，转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，即得巴氏芽孢杆菌菌液；按重量份数计，将80份赤泥，20份聚丙烯酸锌树脂，20份水玻璃，20份改性海泡石，8份硅烷偶联剂，8份尿素，20份巴氏芽孢杆菌菌液，20份质量分数为20%的硝酸钙溶液置于混料机中，于转速为300r/min条件下，搅拌混合50min后，得混合浆料，随后困料，再将经过困料后的混合浆料置于成型机中压制成型，得成型砖坯，接着将成型砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得砖坯；将砖坯置于质量分数为5%的盐水中浸泡后，取出，再将浸泡后的砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥砖坯，接着将干燥砖坯置于烧结炉中，并以90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为500℃条件下，炭化2h，随后以10℃/min升温速率，将炉内温度为升至1100℃，于氮气保护条件下，烧结5h，再以10℃/min降温速率，将炉内温度为降至450℃，并以90mL/min速率向炉内充入氧气，煅烧2h后，随炉降至室温，得预处理砖坯；将预处理砖坯浸泡于水中，取出，接着将浸泡后的预处理砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得赤泥透水砖。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。
将壳聚糖与水按质量比1：100置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌20min，静置溶胀4h后，并将1号烧杯置于数显测速中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合50min，得壳聚糖液，按重量份数计，依次取30份赤泥，100份质量分数为30%的氢氧化钠溶液，30份壳聚糖液，先将赤泥与质量分数为30%的氢氧化钠溶液置于2号烧杯中，于转速为600r/min条件下，搅拌混合50min，随后向2号烧杯中加入壳聚糖液，于转速为600r/min条件下，搅拌混合50min，得混合液，再将混合液过滤，即得改性赤泥；按质量比为1：12将海泡石和质量分数为20%盐酸混合倒入3号烧杯中，并将3号烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为50℃，转速为500r/min条件下，恒温浸泡4h，再经过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼，再将所得干燥滤饼转入管式炉，于温度为240℃条件下，保温焙烧3h后，随炉冷却至室温，出料，得改性海泡石；100份去离子水，6份巴氏芽孢杆菌，15份甘油，10份乙二醇，10份质量分数为0.5%的葡萄糖溶液置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为32℃条件下，转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，即得巴氏芽孢杆菌菌液；按重量份数计，将80份改性赤泥，20份水玻璃，20份改性海泡石，8份硅烷偶联剂，8份尿素，20份巴氏芽孢杆菌菌液，20份质量分数为20%的硝酸钙溶液置于混料机中，于转速为300r/min条件下，搅拌混合50min后，得混合浆料，随后困料，再将经过困料后的混合浆料置于成型机中压制成型，得成型砖坯，接着将成型砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得砖坯；将砖坯置于质量分数为5%的盐水中浸泡后，取出，再将浸泡后的砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥砖坯，接着将干燥砖坯置于烧结炉中，并以90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为500℃条件下，炭化2h，随后以10℃/min升温速率，将炉内温度为升至1100℃，于氮气保护条件下，烧结5h，再以10℃/min降温速率，将炉内温度为降至450℃，并以90mL/min速率向炉内充入氧气，煅烧2h后，随炉降至室温，得预处理砖坯；将预处理砖坯浸泡于水中，取出，接着将浸泡后的预处理砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得赤泥透水砖。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。
将壳聚糖与水按质量比1：100置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌20min，静置溶胀4h后，并将1号烧杯置于数显测速中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合50min，得壳聚糖液，按重量份数计，依次取30份赤泥，100份质量分数为30%的氢氧化钠溶液，30份壳聚糖液，先将赤泥与质量分数为30%的氢氧化钠溶液置于2号烧杯中，于转速为600r/min条件下，搅拌混合50min，随后向2号烧杯中加入壳聚糖液，于转速为600r/min条件下，搅拌混合50min，得混合液，再将混合液过滤，即得改性赤泥；100份去离子水，6份巴氏芽孢杆菌，15份甘油，10份乙二醇，10份质量分数为0.5%的葡萄糖溶液置于单口烧瓶中，并将单口烧瓶置于数显测速恒温磁力搅拌器中，于温度为32℃条件下，转速为500r/min条件下，搅拌混合60min，即得巴氏芽孢杆菌菌液；按重量份数计，将80份改性赤泥，20份聚丙烯酸锌树脂，20份水玻璃，8份硅烷偶联剂，8份尿素，20份巴氏芽孢杆菌菌液，20份质量分数为20%的硝酸钙溶液置于混料机中，于转速为300r/min条件下，搅拌混合50min后，得混合浆料，随后困料，再将经过困料后的混合浆料置于成型机中压制成型，得成型砖坯，接着将成型砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得砖坯；将砖坯置于质量分数为5%的盐水中浸泡后，取出，再将浸泡后的砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥砖坯，接着将干燥砖坯置于烧结炉中，并以90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为500℃条件下，炭化2h，随后以10℃/min升温速率，将炉内温度为升至1100℃，于氮气保护条件下，烧结5h，再以10℃/min降温速率，将炉内温度为降至450℃，并以90mL/min速率向炉内充入氧气，煅烧2h后，随炉降至室温，得预处理砖坯；将预处理砖坯浸泡于水中，取出，接着将浸泡后的预处理砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得赤泥透水砖。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。
将壳聚糖与水按质量比1：100置于1号烧杯中，用玻璃棒搅拌20min，静置溶胀4h后，并将1号烧杯置于数显测速中，于温度为85℃，转速为500r/min条件下，加热搅拌混合50min，得壳聚糖液，按重量份数计，依次取30份赤泥，100份质量分数为30%的氢氧化钠溶液，30份壳聚糖液，先将赤泥与质量分数为30%的氢氧化钠溶液置于2号烧杯中，于转速为600r/min条件下，搅拌混合50min，随后向2号烧杯中加入壳聚糖液，于转速为600r/min条件下，搅拌混合50min，得混合液，再将混合液过滤，即得改性赤泥；按质量比为1：12将海泡石和质量分数为20%盐酸混合倒入3号烧杯中，并将3号烧杯移入数显测速恒温磁力搅拌器，于温度为50℃，转速为500r/min条件下，恒温浸泡4h，再经过滤，得滤饼，并用去离子水洗涤滤饼5次，再将洗涤后的滤饼转入烘箱中，于温度为110℃条件下干燥至恒重，得干燥滤饼，再将所得干燥滤饼转入管式炉，于温度为240℃条件下，保温焙烧3h后，随炉冷却至室温，出料，得改性海泡石；按重量份数计，将80份改性赤泥，20份聚丙烯酸锌树脂，20份水玻璃，20份改性海泡石，8份硅烷偶联剂，8份尿素，20份质量分数为20%的硝酸钙溶液置于混料机中，于转速为300r/min条件下，搅拌混合50min后，得混合浆料，随后困料，再将经过困料后的混合浆料置于成型机中压制成型，得成型砖坯，接着将成型砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得砖坯；将砖坯置于质量分数为5%的盐水中浸泡后，取出，再将浸泡后的砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，得干燥砖坯，接着将干燥砖坯置于烧结炉中，并以90mL/min速率向炉内充入氮气，于温度为500℃条件下，炭化2h，随后以10℃/min升温速率，将炉内温度为升至1100℃，于氮气保护条件下，烧结5h，再以10℃/min降温速率，将炉内温度为降至450℃，并以90mL/min速率向炉内充入氧气，煅烧2h后，随炉降至室温，得预处理砖坯；将预处理砖坯浸泡于水中，取出，接着将浸泡后的预处理砖坯置于烘箱中，于温度为110℃条件下，干燥至恒重，即得赤泥透水砖。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。
对比例：山东某建材有限公司生产的赤泥透水砖。
将实例1至5所得透水砖和对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：
透水系数测试按JC/T945的规定进行，试验用水为蒸馏水。
具体检测结果如表1所示：
表1：性能检测表
检测内容 实例1 实例2 实例3 实例4 实例5 对比例
透水系数/cm/s 0.035 0.025 0.028 0.026 0.025 0.021
由表1检测结果可知，本发明所得赤泥透水砖具有优异的透水性能。

Claims (4)

1.一种赤泥透水砖的制备方法，其特征在于具体制备步骤如下：
（1）按重量份数计，将60～80份改性赤泥，10～20份聚丙烯酸锌树脂，10～20份水玻璃，10～20份改性海泡石，5～8份硅烷偶联剂，5～8份尿素，10～20份巴氏芽孢杆菌菌液，10～20份硝酸钙溶液搅拌混合，困料，压制成型，干燥，得砖坯；所述改性赤泥的制备过程为：将壳聚糖与水按质量比1：50～1：100混合，静置溶胀后，加热搅拌混合，得壳聚糖液，按重量份数计，依次取20～30份赤泥，80～100份氢氧化钠溶液，20～30份壳聚糖液，先将赤泥与氢氧化钠溶液搅拌混合，随后加入壳聚糖液，搅拌混合，过滤，即得改性赤泥；
（2）将砖坯置于盐水中浸泡，取出，干燥，炭化，充氮烧结，煅烧，降温，得预处理砖坯；
（3）将预处理砖坯浸泡于水中，取出，干燥，即得赤泥透水砖。
2.根据权利要求1所述一种赤泥透水砖的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂KH-550，硅烷偶联剂KH-560或硅烷偶联剂KH-570中的任意一种。
3.根据权利要求1所述一种赤泥透水砖的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述改性海泡石的制备过程为：将海泡石用盐酸恒温浸泡后，过滤，洗涤，干燥，焙烧，得改性海泡石。
4.根据权利要求1所述一种赤泥透水砖的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述巴氏芽孢杆菌菌液是由以下重量份数的原料配置而成：80～100份去离子水，4～6份巴氏芽孢杆菌，10～15份甘油，8～10份乙二醇，8～10份葡萄糖溶液。
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