CN110204258B - 一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土及其制备方法和应用 - Google Patents

一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于全固废免烧发泡混凝土技术领域，具体涉及一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土及其制备方法和应用。所述发泡混凝土包括以下重量百分数的原料：赤泥35‑62％、电石渣25‑50％、粉煤灰2‑12％、工业石膏2‑18％、碱激发剂4‑15％、发泡剂0.5‑2％、减水剂0.5‑1％、余量为温水。利用化工废料作为碱激发剂，与赤泥、电石渣、粉煤灰及工业石膏制备成具有保温功能的发泡混凝土，实现多固废的综合利用，解决固废在资源化利用率低与工业尾气的利用问题，更加的经济、环保，制备工艺更加简便。

Description

一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土及其制备方法和 应用
技术领域
本发明属于全固废免烧发泡混凝土技术领域，具体涉及一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土及其制备方法和应用。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着我国经济的快速发展，在消耗了大量资源的同时，也产生了大量的废弃物，制约其大规模利用的关键瓶颈是产品性价矛盾、附加值低等难题，亟待利用方式和产品形式的创新。目前，我国工业固废排放量超过30亿吨/年，有效处置率只有60％左右。工业固废制备建材已得到了一定的发展，但是，利用种类仅局限于矿粉、粉煤灰、炉渣等高活性固废。因此，存在利用种类单一、利用量有限等缺点。解决这一问题，顺应市场需求而研究开发的全固废基发泡混凝土材料的应用是行之有效的途径之一。使用全工业固废制备墙体保温材料，极大的提升了固废利用率，具有广阔的应用前景。
目前，发泡混凝土制备原料包含胶凝材料、掺合料或骨料和专用外加剂。其中，传统的胶凝材料主要以水泥和石灰为主，辅以一定量的矿物掺合料。但是，上述方法需消耗大量的石灰石等天然矿物，不利于行业的可持续发展而且固废掺量较低，对固废处理的意义不大。因此，开发以全工业固废为原料的高强度发泡混凝土材料对建设节约型社会有重要的实践意义。全固废基高强度发泡混凝土材料是由各种固废为原料，通过工业尾气处理提高固废胶凝活性，加入化工废料制成，有利于解决传统发泡混凝土对天然矿物资源消耗的问题，同时为满足发泡混凝土的高强度和保温功能要求提供一种技术方案。
国内外相关学者在利用固废制备发泡混凝土材料方面开展了部分研究工作。例如，专利CN 108821671 A中公开了一种全工业固废高强度即用型发泡混凝土材料及制备方法；专利CN 108911600 A及CN 108975797 A都公开了关于轻质泡沫混凝土及其制备方法；专利CN 108975810 A中公开了一种耐火泡沫混凝土材料及其制备方法；专利CN 108996964A中公开了一种防水泡沫混凝土材料及其制备方法。
发明内容
发明人认为，尽管上述的研究对固废在发泡混凝土领域的应用取得了一定进展，但都未利用化工废料作为碱激发剂，未使用工业尾气处理固废，没有以废制废的效果。因此，本发明提供一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土及其制备方法和应用。本发明发泡混凝土的所有成分均为固体废弃物，成本低廉，易于制备而且免煅烧。
本发明第一目的：提供一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土。
本发明第二目的：提供一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土的制备方法。
本发明第三目的：提供所述基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土及其制备方法的应用。
为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：
首先，本发明公开一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土，其由固体混合料和助剂复配而成，所述固体混合料包括以下重量百分数的原料：赤泥35-62％、电石渣25-50％、粉煤灰2-12％、工业石膏2-18％；所述助剂包括：碱激发剂、发泡剂和减水剂，其中，所述碱激发剂的添加量为固体混合料质量的4-15％、所述发泡剂的添加量为固体混合料质量的0.5-2％，所述减水剂的添加量为固体混合料质量的0.5-1％。
作为进一步的技术方案，所述发泡混凝土还包括温水，所述温水是指20-50℃的水，所述固体混合料与温水的水灰比为0.18-0.36。
作为进一步的技术方案，所述赤泥为拜耳法、烧结法或联合法产生的赤泥中的任意一种或多种。
作为进一步的技术方案，所述赤泥、电石渣、粉煤灰、工业石膏各自粉磨后进行碳化处理，然后再次进行粉末，完成后经过120-180目方孔筛，即得。
作为进一步的技术方案，所述粉煤灰为粉体，且经过了碳化处理。碳化处理既提高了粉煤灰自身的体积安定性，又可以提升混凝土的强度。
作为进一步的技术方案，所述碱激发剂为化工废料，包括：纯碱行业中的蒸馏废液、盐泥或苛化泥中的任意一种。
作为进一步的技术方案，所述工业石膏包括：脱硫石膏、磷石膏、天然石膏或氟石膏中的任意一种。
作为进一步的技术方案，所述发泡剂包括：过氧化氢、自烷烃和氟碳类复配物理发泡剂中的任意一种。
作为进一步的技术方案，所述全固废免烧发泡混凝土还可以包括其他的组分，如钢渣粉体、矿渣微粉等。
本发明中对减水剂的类型不作特殊的要求，只要能够满足本申请透水混凝土的减水目的即可。在一些实施例中，所述减水剂为萘系减水剂、聚羧酸系减水剂、氨基磺酸减水剂和脂肪族减水剂中的任意一种。
本发明全固废免烧发泡混凝土的特点之一是：协同利用赤泥、电石渣、粉煤灰、化工废料及工业石膏等多种固废，制备的产品属于具有保温功能的固废基发泡混凝土材料，并且通过对固废原料的预碳化处理，在发泡混凝土制作过程中无需对发泡混凝土进行煅烧加热，使得发泡混凝土的生产更加节能环保。
本发明全固废免烧发泡混凝土的特点之二是：化工行业中苛化泥、盐泥等废料中含有大量CaCO3、Ca(OH)2等碱性钙盐，既可以作为碱激发剂，又可以为胶凝体系提供钙源，进而提高产品力学强度。利用化工废料、与赤泥、电石渣、粉煤灰及工业石膏制备成具有保温功能的发泡混凝土，实现多固废的综合利用，解决固废在资源化利用率低与工业尾气的利用问题，更加的经济、环保，制备工艺更加简便。
其次，本发明公开一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)通过工业废气对赤泥、电石渣、粉煤灰、工业石膏进行碳化，然后将上述组分混合后进行粉磨，得到固体混合料；
(2)在步骤(1)的固体混合料中加入温水，混合均匀后再加入发泡剂、减水剂继续搅拌，然后将料浆成型，待料浆硬化后脱模，常温常压下养护，即可得到发泡混凝土。
作为进一步的技术方案，步骤(1)中，所述工业废气为钢厂或电厂尾气，其含有的二氧化碳与二氧化硫等酸性气体含量浓度在15-25％之间。
作为进一步的技术方案，步骤(1)中，所述碳化的温度为75-95℃，时间为2-3.5h。
作为进一步的技术方案，步骤(2)中，所述固体混合料和温水的水灰比为0.18-0.36。
最后，本发明公开所述基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土及其制备方法在建筑领域中的应用。
与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：
(1)本发明所得发泡混凝土属于固废基发泡混凝土材料，对各种固废的使用比例大，能够有效利用现有资源，降低生产成本，同时，也解决了尾气利用问题，起到保护环境，节能减排的作用。
(2)本发明的优势在于利用化工废料作为碱激发剂，无需化学试剂，成本低，利用碳化技术，提升材料的强度性能，具有显著的经济效益和环境效益。
(3)本发明发泡混凝土所使用的主要原料赤泥、电石渣、粉煤灰、化工废料及工业石膏均为数量巨大的废弃资源，因此原料成本低廉。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如前文所述，尽管现有一些研究对固废在发泡混凝土领域的应用取得了一定进展，但都未利用化工废料作为碱激发剂，未使用工业尾气处理固废，没有以废制废的效果。。因此，本发明提出一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土及其制备方法；现结合具体实施方式对本发明进一步进行说明。
下列实施例中，所述蒸馏废液来自于济南德桥化工科技有限公司。所述盐泥来自于济南盐业公司。所述苛化泥来自于山东海化有限公司。所述赤泥来自于魏桥创业集团有限公司。所述电石渣来自于山东鲁中气体有限公司。所述粉煤灰来自于济南黄台电厂公司。
实施例1
一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥、电石渣、粉煤灰、脱硫石膏先放入碳化装置中，通入电厂尾气(二氧化碳与二氧化硫等酸性气体含量浓度在15-25％之间)，在温度80℃，湿度50％，气体压力为0.1MPa的条件下碳化处理3h；
(2)将步骤(1)中碳化后的赤泥、电石渣、粉煤灰、脱硫石膏与化工废料按照45％，35％，8％，2％，10％混合均匀、粉磨，得到固体混合料，将固体混合料加入搅拌池中，按照0.2的水灰比加入40℃的温水，在温水中加入所占固体质量为0.5％的过氧化氢发泡剂与0.5％的聚羧酸系减水剂搅拌均匀后与固体粉末混合，搅拌均匀后将料浆浇筑制成型；待料浆硬化后脱模，常温常压下养护28d后，即可得到发泡混凝土。
实施例1
一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥、电石渣、粉煤灰、脱硫石膏先放入碳化装置中，通入电厂尾气(二氧化碳与二氧化硫等酸性气体含量浓度在15-25％之间)，在温度80℃，湿度50％，气体压力为0.1MPa的条件下碳化处理3h；
(2)将步骤(1)中碳化后的赤泥、电石渣、粉煤灰、脱硫石膏与化工废料(纯碱行业中的蒸馏废液，其主要成分为：水、Ca2+、Na+及SO4 2-等)按照45％，35％，8％，2％，10％的比例混合均匀、粉磨，然后经过180目方孔筛，得到固体混合料，将固体混合料加入搅拌池中，按照0.2的水灰比加入40℃的温水，在温水中加入所占固体质量为0.5％的过氧化氢发泡剂与0.5％的聚羧酸系减水剂搅拌均匀后与固体粉末混合，搅拌均匀后将料浆浇筑制成型；待料浆硬化后脱模，常温常压下养护28d后，即可得到发泡混凝土。
实施例2
一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥、电石渣、粉煤灰、磷石膏先放入碳化装置中，通入电厂尾气(二氧化碳与二氧化硫等酸性气体含量浓度在15-25％之间)，在温度75℃，湿度50％，气体压力为0.13MPa的条件下碳化处理2h；
(2)将步骤(1)中碳化后的赤泥、电石渣、粉煤灰、磷石膏与化工废料(盐泥，其主要成分为：Mg(OH)2、CaCO3、BaSO4及泥砂等)按照35％，50％，6％，2％，4％的比例混合均匀、粉磨，然后经过180目方孔筛，得到固体混合料，将固体混合料加入搅拌池中，按照0.18的水灰比加入20℃的温水，在温水中加入所占固体质量为1.5％的过氧化氢发泡剂与1.0％的聚羧酸系减水剂搅拌均匀后与固体粉末混合，搅拌均匀后将料浆浇筑制成型；待料浆硬化后脱模，常温常压下养护28d后，即可得到发泡混凝土。
实施例3
一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥、电石渣、粉煤灰、氟石膏先放入碳化装置中，通入电厂尾气(二氧化碳与二氧化硫等酸性气体含量浓度在15-25％之间)，在温度95℃，湿度55％，气体压力为0.18MPa的条件下碳化处理3.5h；
(2)将步骤(1)中碳化后的赤泥、电石渣、粉煤灰、氟石膏与化工废料(盐泥，其主要成分为：Mg(OH)2、CaCO3、BaSO4及泥砂等)按照62％，25％，2％，11％，10％的比例混合均匀、粉磨，然后经过150目方孔筛，得到固体混合料，将固体混合料加入搅拌池中，按照0.3的水灰比加入50℃的温水，在温水中加入所占固体质量为2.0％的过氧化氢发泡剂与1.0％的萘系减水剂搅拌均匀后与固体粉末混合，搅拌均匀后将料浆浇筑制成型；待料浆硬化后脱模，常温常压下养护28d后，即可得到发泡混凝土。
实施例4
一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥、电石渣、粉煤灰、天然石膏先放入碳化装置中，通入电厂尾气(二氧化碳与二氧化硫等酸性气体含量浓度在15-25％之间)，在温度80℃，湿度53％，气体压力为0.14MPa的条件下碳化处理3.0h；
(2)将步骤(1)中碳化后的赤泥、电石渣、粉煤灰、天然石膏与化工废料(苛化泥，其主要成分为：NaOH、MgO、CaO和CaCO3等)按照40％，30％，12％，18％，15％混合均匀、粉磨，然后经过120目方孔筛，得到固体混合料，将固体混合料加入搅拌池中，按照0.36的水灰比加入35℃的温水，在温水中加入所占固体质量为1.0％的过氧化氢发泡剂与1.0％的氨基磺酸减水剂搅拌均匀后与固体粉末混合，搅拌均匀后将料浆浇筑制成型；待料浆硬化后脱模，常温常压下养护28d后，即可得到发泡混凝土。
实施例5
一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥、电石渣、粉煤灰、脱硫石膏先放入碳化装置中，通入电厂尾气(二氧化碳与二氧化硫等酸性气体含量浓度在15-25％之间)，在温度80℃，湿度50％，气体压力为0.1MPa的条件下碳化处理3h；
(2)将步骤(1)中碳化后的赤泥、电石渣、粉煤灰、脱硫石膏按照45％，35％，8％，2％的比例混合均匀、粉磨，然后经过180目方孔筛，得到固体混合料，将固体混合料加入搅拌池中，按照0.2的水灰比加入40℃的温水，在温水中加入所占固体质量为0.5％的过氧化氢发泡剂与0.5％的聚羧酸系减水剂搅拌均匀后与固体粉末混合，搅拌均匀后将料浆浇筑制成型；待料浆硬化后脱模，常温常压下养护28d后，即可得到发泡混凝土。
实施例6
一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥、电石渣、粉煤灰、磷石膏先放入碳化装置中，通入电厂尾气(二氧化碳与二氧化硫等酸性气体含量浓度在15-25％之间)，在温度75℃，湿度50％，气体压力为0.13MPa的条件下碳化处理2h；
(2)将步骤(1)中碳化后的赤泥、电石渣、粉煤灰、磷石膏按照35％，50％，6％，2％，4％的比例混合均匀、粉磨，然后经过180目方孔筛，得到固体混合料，将固体混合料加入搅拌池中，按照0.18的水灰比加入20℃的温水，在温水中加入所占固体质量为1.5％的过氧化氢发泡剂与1.0％的聚羧酸系减水剂搅拌均匀后与固体粉末混合，搅拌均匀后将料浆浇筑制成型；待料浆硬化后脱模，常温常压下养护28d后，即可得到发泡混凝土。
实施例7
一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥、电石渣、粉煤灰、脱硫石膏先放入碳化装置中，通入电厂尾气(二氧化碳与二氧化硫等酸性气体含量浓度在15-25％之间)，在温度80℃，湿度50％，气体压力为0.1MPa的条件下碳化处理3h；
(2)将步骤(1)中碳化后的赤泥、电石渣、粉煤灰、脱硫石膏与碳酸钠(作为碱激发剂)按照45％，35％，8％，2％，10％的比例混合均匀、粉磨，然后经过180目方孔筛，得到固体混合料，将固体混合料加入搅拌池中，按照0.2的水灰比加入40℃的温水，在温水中加入所占固体质量为0.5％的过氧化氢发泡剂与0.5％的聚羧酸系减水剂搅拌均匀后与固体粉末混合，搅拌均匀后将料浆浇筑制成型；待料浆硬化后脱模，常温常压下养护28d后，即可得到发泡混凝土。
实施例8
一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥、电石渣、粉煤灰、氟石膏先放入碳化装置中，通入电厂尾气(二氧化碳与二氧化硫等酸性气体含量浓度在15-25％之间)，在温度95℃，湿度55％，气体压力为0.18MPa的条件下碳化处理3.5h；
(2)将步骤(1)中碳化后的赤泥、电石渣、粉煤灰、氟石膏与硅酸钠(作为碱激发剂)按照62％，25％，2％，11％，10％的比例混合均匀、粉磨，然后经过150目方孔筛，得到固体混合料，将固体混合料加入搅拌池中，按照0.3的水灰比加入50℃的温水，在温水中加入所占固体质量为2.0％的过氧化氢发泡剂与1.0％的萘系减水剂搅拌均匀后与固体粉末混合，搅拌均匀后将料浆浇筑制成型；待料浆硬化后脱模，常温常压下养护28d后，即可得到发泡混凝土。
性能测试：
按照国标GB/T 11969-2008《蒸压加气混凝土性能测试方法》对本实施例1-8制备的混凝土试块进行测试，并与JC/T 266-2011《泡沫混凝土》中性能比较，结果如表1所示。
表1
Figure BDA0002070446580000111
从表1中可以看得出，本发明制备的发泡混凝土试块的抗压强度可达5.1MPa，明显高于标准中密度等级为A06时，强度为1.0-1.5MPa的要求，可以看出，掺入化工废料后，发泡混凝土强度完全满足标准要求，又可以大量消耗工业尾气、固废及化工废渣等；另外，掺入化工废料后发泡混凝土强度略低于实施例8的发泡混凝土强度，这是因为化工废料中含有一些杂质导致的，但是发泡混凝土强度仍然完全满足标准要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土，其特征在于，其由固体混合料和助剂复配而成，所述固体混合料包括以下重量百分数的原料：赤泥35-62％、电石渣25-50％、粉煤灰2-12％、工业石膏2-18％；所述助剂包括：碱激发剂、发泡剂和减水剂，其中，所述碱激发剂的添加量为固体混合料质量的4-15％、所述发泡剂的添加量为固体混合料质量的0.5-2％，所述减水剂的添加量为固体混合料质量的0.5-1％；所述碱激发剂为化工废料，包括：纯碱行业中的蒸馏废液、盐泥或苛化泥中的任意一种；所述赤泥、电石渣、粉煤灰、工业石膏经过了工业废气碳化处理；
所述赤泥、电石渣、粉煤灰、工业石膏各自粉磨后进行碳化处理，然后再次进行粉磨，完成后经过120-180目方孔筛，即得；
所述粉煤灰为粉体，且经过了碳化处理。
2.如权利要求1所述的基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土，其特征在于，所述赤泥为拜耳法、烧结法或联合法产生的赤泥中的任意一种或多种。
3.如权利要求1所述的基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土，其特征在于，所述工业石膏包括：脱硫石膏、磷石膏、天然石膏或氟石膏中的任意一种。
4.如权利要求1-3任一项所述的基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土，其特征在于，所述发泡剂包括：过氧化氢、烷烃和氟碳类复配物理发泡剂中的任意一种。
5.如权利要求1-3任一项所述的基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土，其特征在于，所述发泡混凝土还包括温水，所述温水是指20-50℃的水，所述固体混合料与温水的水灰比为0.18-0.36。
6.如权利要求1所述的基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土，其特征在于，所述减水剂为萘系减水剂、聚羧酸系减水剂、氨基磺酸减水剂和脂肪族减水剂中的任意一种。
7.如权利要求1-6任一项所述的基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通过工业废气对赤泥、电石渣、粉煤灰、工业石膏进行碳化，然后将上述组分混合后进行粉磨，得到固体混合料；
(2)在步骤(1)的固体混合料中加入温水，混合均匀后再加入发泡剂、减水剂继续搅拌，然后将料浆成型，待料浆硬化后脱模，常温常压下养护，即可得到发泡混凝土。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述工业废气为钢厂或电厂尾气，其含有的二氧化碳与二氧化硫等酸性气体含量浓度在15-25％之间。
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述碳化的温度为75-95℃，时间为2-3.5h。
10.如权利要求7-9任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述固体混合料和温水的水灰比为0.18-0.36。
11.如权利要求1-6任一项所述的基于尾气碳化的全固废免烧发泡混凝土和/或如权利要求7-10任一项所述的制备方法在建筑领域中的应用。
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