CN108726926A - 一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法 - Google Patents

一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合水泥砂浆的方法，按下述各组分制备：拜耳法赤泥为30～55wt％、烧结法赤泥为10～15wt％；铝土矿选矿尾矿为15～20wt％；钢渣粉为15～25wt％、砂子为32～35wt％、苛性碱为4～6wt％、硅粉为8～16wt％。其制备步骤：在拜耳法赤泥、烧结法赤泥、铝土矿选矿尾矿中添加苛性碱，置于球磨机制得球磨料；将球磨料放入中温窑炉改性，得改性料；在改性料中加入钢渣粉和硅粉，制得混合料；将混合料放入球磨机制得赤泥及铝土矿选矿尾矿地聚合物水泥；将该聚合物水泥与砂子混合均匀，加入水，边搅拌，边注浆，该地聚合物水泥砂浆具有较宽的流动范围，在室温下形成硬化浆体，无碱‑集料反应，是一种新型的低成本、高性能绿色建材。

Description

一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法
[技术领域]
本发明属于有色冶金化工、环保建材和工业废渣的综合利用技术领域，涉及铝行业生产企业拜耳法氧化铝、烧结法氧化铝生产工艺所排放的拜耳法赤泥、烧结法赤泥和铝土矿选矿尾矿的综合利用方法。具体地说是以拜尔法赤泥、烧结法赤泥、铝土矿选矿尾矿为原料制备的一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法。
[背景技术]
目前，在有色冶金工业领域，仍然采用拜耳法和烧结法两大工艺技术或两大工艺技术的串联(混联)生产氧化铝。
铝土矿选矿是在除杂的同时解决一水硬铝石与高岭土的分离，产出的尾矿中除少部分未分离的一水硬铝石外，主要为高岭土矿物。此类高岭土即铝土矿选矿尾矿，其化学组分中氧化铝(35～50％)，二氧化硅(31～46％)，这部分氧化铝无法用物理选矿方法回收，如果不再利用，将不可避免地造成这部分氧化铝的损失。铝土矿选矿尾矿中的氧化铝和二氧化硅都是生产地聚合物水泥砂浆的优质原料。故此，类似于中铝股份河南中州分公司堆积如山的铝土矿选矿尾矿应进行综合利用。
赤泥是铝土矿经过冶炼氧化铝过程中排出的一种工业废料，一般含有较多的氧化铁，其外观与赤色泥土相似，因而得名。但有的因氧化铁较少而呈棕色，甚至灰白色，并且随生产工艺的不同和时间变化，其组成也发生一定变化。根据氧化铝生产工艺的不同，赤泥分拜耳法赤泥和烧结法赤泥，赤泥是氧化铝厂最大的污染物，属危险固体废弃物。赤泥结合的化学碱难以脱除且含量大，又加之国内大部分赤泥放射性超标等原因，对于赤泥的无害化利用一直难以进行。世界各国专家对赤泥的综合利用进行了大量的科学研究，但此类研究进展不大。因此，赤泥废渣的处理和综合利用成为一个世界性的大难题。
我国是氧化铝生产大国，2015年我国氧化铝产能已经达到7,160.27万吨，占全球总产能的51.98％，产生的赤泥上亿吨。目前我国赤泥综合利用率仅为5％，累积堆存量达到10亿吨。赤泥大量堆存，既占用土地，浪费资源，又易造成环境污染和安全隐患。
赤泥分拜耳法赤泥和烧结法赤泥。拜耳法赤泥所含的氧化铝(15～25％)，氧化钠(4～12％)，二氧化硅(4～12％)；烧结法赤泥所含的氧化铝(6～15％)，氧化钠(1～5％)，氧化钙(30～45％)。这些铝工业固废都是制备地聚合物水泥砂浆的理想原料。
水泥砂浆分为两种，分水凝水泥砂浆和地聚合物水泥砂浆。地聚合物水泥砂浆是由碱活化造成矿物缩聚作用产生的，即矿物合成反应，这与传统水泥砂浆相反，传统水凝水泥砂浆中铝酸钙和硅酸钙的水合作用导致硬化。水泥生产具有严重的高耗能和高污染问题，另外我国每年产生大量的铝工业废渣得不到充分利用，利用铝工业废渣赤泥及铝土矿选矿尾矿制备地聚合物水泥砂浆部分替代传统水泥砂浆，对于我国这样一个能源紧缺和环境污染比较严重的国家具有重要意义。
地聚合物水泥砂浆，是含铝硅酸盐的天然矿物或固体废弃物在碱性环境中解聚生成硅氧四面体与铝氧四面体单体，再经过缩聚凝结的反应过程，聚合成具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体材料，与传统的水泥砂浆相比，在性能和功能上，具有高强(抗压强度可达15～74MPa)、耐高温(耐火度＞1000℃)、耐酸碱盐腐蚀(在碱性溶液和盐水中稳定，耐酸性优于普通水泥)、渗透率低(与波特兰水泥接近)、流动范围较宽等优点；在生产工艺上，不需要高温煅烧或烧结。相对于硅酸盐水泥砂浆，地聚合物水泥砂浆原料资源丰富，能耗低，几乎无污染，而且不消耗石灰石资源，是一种环保型绿色建筑材料。根据预测，以地聚合物材料为基础的水泥砂浆，有望成为二十一世纪商品砂浆混凝土的主流，这不仅因为该类混凝土砂浆具有十分优良的物理力学性能和耐久性能，而且还由于该类混凝土砂浆原材料来源广泛、节约能源、减少环境污染、工艺简便，具有突出的社会经济效益。
根据拜耳法赤泥、烧结法赤泥及铝土矿选矿尾矿中的氧化铝、二氧化硅、含碱金属的苛性碱(铝硅酸盐)和氧化钙含量高的特点，混合制备地聚合物水泥砂浆，不仅可以实现铝工业企业大宗固体废弃物的资源化利用，变废为宝，还可部分代替传统水泥砂浆，这对于我国铝工业的可持续发展有特别重要的意义。
[发明内容]
本发明提供了一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法，是由拜耳法赤泥、烧结法赤泥、铝土矿选矿尾矿、钢渣粉、硅灰、砂子、苛性碱等原料制成，经过中温改性、物理改性、化学改性等过程，实现了铝硅酸盐在碱性环境中的缩聚反应，聚合成具有非晶态和准晶态特征的三维网络凝胶体材料，与传统的硅酸盐水泥砂浆相比，在性能和功能上，具有高强、耐高温、耐酸碱盐腐蚀、渗透率低、流动范围较宽、无碱-集料反应等优点，是一种新型的低成本、高性能的绿色建材。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的组分及其含量是
按上述组分及其含量，该地聚合物水泥砂浆的制备步骤是：
第一步、在拜耳法赤泥、烧结法赤泥、铝土矿选矿尾矿中添加苛性碱，机械搅拌10～15分钟，再置于球磨机中干法球磨25～35分钟，制得球磨料；
第二步、将球磨料放入中温窑炉改性，改性温度为500～650℃，保温2～3小时，制得改性料；
第三步、将改性料置于室温下冷却，然后向其中加入钢渣粉和硅粉，然后搅拌10～15分钟，制得混合料；
第四步、将混合料放入球磨机中干法球磨25～30分钟，制得赤泥及铝土矿选矿尾矿地聚合物水泥；
第五部、将该地聚合物水泥与砂子按照比例混合均匀，然后加入水，水与该地聚合物水泥的质量比例为1∶(1.5～3)，边搅拌，边注浆，在室温下形成硬化浆体。
在上述技术方案中：拜耳法赤泥所含的氧化铝15～25％，氧化钠4～12％，二氧化硅4～12％，粒径小于0.075mm；烧结法赤泥所含的氧化铝6～15％，氧化钠1～5％，氧化钙30～45％，粒径小于0.075mm；铝土矿选矿尾矿中所含的二氧化硅31～46％，氧化铝32～50％，粒径小于0.01mm；固体苛性碱为氧氧化钠、或为氢氧化钾、或为氢氧化钠和氢氧化钾的混合物；硅粉中二氧化硅的含量为85％以上；钢渣粉BET比表面积为10～30m2/g。
本发明所能产生的有益效果如下：
本发明解决了在生产工艺上，不需要高温煅烧或烧结。相对于硅酸盐水泥砂浆，赤泥及铝土矿选矿尾矿地聚合物水泥砂浆是废渣综合利用，能耗低，几乎无污染，而且不消耗石灰石资源，提供了一种成本低廉、环保利废的新型碱激发赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法，该砂浆满足28天抗压强度大于25MPa，3天抗压强度亦大于10MPa，是一种环保低碳绿色新型建材。
[附图说明]
图1为本发明一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的生产方法流程示意图
图2为本发明一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆自然养护成型后的样品图
[具体实施方式]
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法进行说明，本发明的保护范围不受以下实施例限制。
为避免重复，先将本具体实施方式所要涉及到的原料统一描述如下，在具体实施例中不再重复：拜耳法赤泥所含的氧化铝15～25％，氧化钠4～12％，二氧化硅4～12％，粒径小于0.075mm；烧结法赤泥所含的氧化铝6～15％，氧化钠1～5％，氧化钙30～45％，粒径小于0.075mm；铝土矿选矿尾矿中所含的二氧化硅31～46％，氧化铝32～50％，粒径小于0.01mm；固体苛性碱为氧氧化钠、或为氢氧化钾、或为氢氧化钠和氢氧化钾的混合物；硅粉中二氧化硅的含量为85％以上；钢渣粉BET比表面积为10～30m2/g。
实施实例1
一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法，该地聚合物水泥砂浆的组分及其含量为：
按上述组分及其含量，该地聚合物水泥砂浆的制备步骤是：
第一步、在拜耳法赤泥、烧结法赤泥、铝土矿选矿尾矿中添加苛性碱，机械搅拌10～15分钟，再置于球磨机中干法球磨25～35分钟，制得球磨料；
第二步、将球磨料放入中温窑炉改性，改性温度为600～650℃；保温2～3小时，制得改性料；
第三步、将改性料置于室温下冷却，然后向其中加入钢渣粉和硅粉，然后搅拌10～15分钟，制得混合料；
第四步、将混合料放入球磨机中干法球磨25～30分钟，制得赤泥及铝土矿选矿尾矿地聚合物水泥；
第五部、将该聚合物水泥与砂子按照比例混合均匀，然后加入水，水与该地聚合物水泥的质量比例为1∶2.5，边搅拌，在室温下形成硬化浆体。
本实施例硬化浆体的3天抗压强度可达到10.5MPa，3天抗折强度可达3.5MPa，28天抗压强度可达到26MPa，28天抗折强度可达到12.4MPa，无碱-集料反应，抗干缩性好。
实施实例2
一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法，该地聚合物水泥砂浆的组分及其含量为：
按上述组分及其含量，该地聚合物水泥砂浆的制备步骤是：
第一步、在拜耳法赤泥、烧结法赤泥、铝土矿选矿尾矿中添加苛性碱添加苛性碱，机械搅拌10～15分钟，再置于球磨机中干法球磨25～35分钟，制得球磨料；
第二步、将球磨料放入中温窑炉改性，改性温度为550～600℃；保温2～3小时，制得改性料；
第三步、将改性料置于室温下冷却，然后向其中加入钢渣粉和硅粉，然后搅拌10～15分钟，制得混合料；
第四步、将混合料放入球磨机中干法球磨25～30分钟，制得赤泥及铝土矿选矿尾矿地聚合物水泥。
第五部、将该聚合物水泥与砂子按照比例混合均匀，然后加入水，水与该地聚合物水泥的质量比例为1∶2，边搅拌，在室温下形成硬化浆体。
本实施例硬化浆体的3天抗压强度可达到12MPa，3天抗折强度可达3.5MPa，28天抗压强度可达到27MPa，28天抗折强度可达到13MPa，无碱-集料反应，抗干缩性好。
实施实例3
一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法，该地聚合物水泥砂浆的组分及其含量为：
按上述组分及其含量，该地聚合物水泥砂浆的制备步骤是：
第一步、将拜耳法赤泥、烧结法赤泥、铝土矿选矿尾矿中添加苛性碱，机械搅拌10～15分钟，再置于球磨机中干法球磨25～35分钟，制得球磨料；
第二步、将球磨料放入中温窑炉改性，改性温度为500～550℃；保温2～3小时，制得改性料；
第三步、将改性料置于室温下冷却，然后向其中加入钢渣粉和硅粉，然后搅拌10～15分钟，制得混合料；
第四步、将混合料放入球磨机中干法球磨25～30分钟，制得赤泥及铝土矿选矿尾矿地聚合物水泥。
第五部、将该聚合物水泥与砂子按照比例混合均匀，然后加入水，水与该地聚合物水泥的质量比例为1∶3，边搅拌，在室温下形成硬化浆体。
本实施例硬化浆体的3天抗压强度可达到16MPa，3天抗折强度可达8.8MPa，28天抗压强度可达到35MPa以上，28天抗折强度可达到14.2MPa，无碱-集料反应，抗干缩性好。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述，但是，很显然仍可以做出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (9)

1.一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法，其特征在于该类地聚合物水泥砂浆的组分及其含量是：
该类地聚合物水泥砂浆的制备步骤是，按以上组分及其含量：
第一步、在拜耳法赤泥、烧结法赤泥、铝土矿选矿尾矿中添加苛性碱，机械搅拌10～15分钟，再置于球磨机中干法球磨25～35分钟，制得球磨料；
第二步、将球磨料放入中温窑炉改性，改性温度为500～650℃；保温2～3小时，制得改性料；
第三步、将改性料置于室温下冷却，然后向其中加入钢渣粉和硅粉，然后搅拌10～15分钟，制得混合料；
第四步、将混合料放入球磨机中干法球磨25～30分钟，制得赤泥及铝土矿选矿尾矿地聚合物水泥；
第五部、将该聚合物水泥与砂子按照比例混合均匀，然后加入水，水与该地聚合物水泥的质量比例为1∶(1.5～3)，边搅拌，边注浆，在室温下形成硬化浆体。
2.根据权利要求1所述的一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法，其特征在于：铝土矿选矿尾矿中所含的二氧化硅31～46％，氧化铝32～50％；粒径小于0.01mm。
3.根据权利要求1所述的一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法，其特征在于：拜耳法赤泥所含的氧化铝15～25％，氧化钠4～12％，二氧化硅4～12％；粒径小于0.075mm。
4.根据权利要求1所述的一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法，其特征在于：烧结法赤泥所含的氧化铝6～15％，氧化钠1～5％，氧化钙30～45％；粒径小于0.075mm。
5.根据权利要求1所述的一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法，其特征在于：固体苛性碱为氧氧化钠，或为氢氧化钾，或为氢氧化钠和氢氧化钾的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法，其特征在于：硅粉中SiO2的含量为85％以上。
7.根据权利要求1所述的一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法，其特征在于：钢渣粉BET比表面积为10～30m2/g。
8.根据权利要求1所述的一种赤泥及铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法，其特征在于：砂子为粒径小于3.0mm的干砂。
9.根据权利要求1～8项中的任何一项所述的拜耳法赤泥，烧结法赤泥，铝土矿选矿尾矿生产地聚合物水泥砂浆的方法。
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