CN110885209A - 一种赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于固废资源综合利用领域，提供一种赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材及制备方法，其原材料为：赤泥100‑400份，黄河泥沙100‑400份，矿粉30‑100份，激发剂15‑25份，拌合水25‑80份。制备方法为：首先，将水玻璃作为激发剂加入拌合水中，超声搅拌处理后制得分散均匀的水玻璃水溶液；其次，将赤泥、黄河泥沙及矿粉混合物加入到水玻璃水溶液中进行搅拌，将搅拌好的赤泥/黄河泥沙浆体浇注模具压制成型；最后，将试样在空气环境中养护后拆模。本发明制备的赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材不仅具有较低的生产成本，同时还有较好的强度，有利于推动赤泥、黄河泥沙等固废资源的综合利用，具有显著的环保、经济及工程应用价值。

Description

一种赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材及制备方法

技术领域

本发明属于固废资源综合利用领域，设计一种地聚物防汛石材，特别涉及一种基于赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材及其制备方法。

背景技术

黄河泥沙是指黄河河道淤积的泥沙，主要由黄河流经黄土高原时水土流失现象造成的问题，因此造成的黄河水患自古便有。20世纪50-70年代，黄河在流经黄土高原时年均带走泥沙约1.6×10⁹吨，严重的水土流失现象给下游带来了严重的安全威胁。经过几十年的精心治理调控，近年水土流失现象造成的黄河泥沙减至7.5×10⁸吨/年，取得了显著的治理成果。然而目前的黄河中下游地区水土流失问题依旧严峻，黄河河水中泥沙含量仍高达35kg/m³，并且长期淤积的泥沙使黄河下游的河床以以每年10cm的速度逐年增高，逐渐抬高的河床严重影响河道在雨季的过洪能力，决堤风险日益严重，严峻的河道形式迫使黄河河堤相应加高，使黄河成为世界上著名的“地上河”，高于地面的河床、河堤时刻威胁着黄河两岸人民的生命财产安全，而这些威胁的源头就是下游不断淤积的黄河泥沙，因此解决黄河泥沙淤积问题变得刻不容缓。而利用黄河泥沙制备防汛石材，即可减轻黄河泥沙淤积带来的安全风险，又可就地取材使其资源化，因此有效推动黄河泥沙更广泛的综合利用，成为了治理黄河泥沙问题的研究热点。

赤泥是氧化铝工业碱法处理铝土矿后排放的工业残渣，因含有大量氧化铁使颜色呈红褐色而得名，其主要化学成分是氧化铁、氧化铝、二氧化硅以及氧化钙等，富含硅、铝元素，属于高碱废渣。根据生产工艺，赤泥通常可分为拜耳法赤泥和烧结法赤泥两种。据统计，每生产1吨氧化铝可排放赤泥0.8吨-1.76吨。我国赤泥的常用处理方式为堆放贮存，大量堆放的赤泥不仅占用了大量宝贵的土地资源，并且需要较高的堆存成本。此外由于强碱性，赤泥会污染土壤和水资源，对环境造成很大的影响。而山西、河南等黄河中下游省份是我国氧化铝产能大省，大量堆放的赤泥亟需得到有效处理。因此，结合赤泥的组成特点，探索有效的赤泥资源化利用途径，具有重要的社会效益和经济效益。

本发明涉及一种赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材及其制备方法，是以赤泥、黄河泥沙作为主要原材料，充分利用赤泥、黄河泥沙中的活性成分，通过碱激发、压力成型的方法获得一种生产成本低、强度较好的赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材，具有显著的创新意义以及环保、工程实用价值，市场前景非常广阔。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材及其制备方法，所述材料为一种基于固废资源赤泥、黄河泥沙的地聚物材料，目的是综合利用固废资源赤泥、黄河泥沙生产一种防汛石材，显著降低生产成本，同时具有较好的强度，获得一种新型低成本的防汛石材。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种防汛石材，所述材料为一种基于赤泥、黄河泥沙的新型地聚物材料，主要包括赤泥、黄河泥沙、矿粉、激发剂和拌合水；

原材料各组分的要求如下：

赤泥：氧化铝工业中采用拜耳法生产氧化铝时排出的红褐色工业废渣，粒径100μm以下，主要成分包括Al₂O₃、Fe₂O₃、Na₂O、CaO、SiO₂等。

黄河泥沙：黄河中下游地区的河道淤积的泥沙，粒径80μm以下，主要成分包括SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃等。

矿粉：黄河中下游地区的冶金工业固废渣，即为干燥、研磨后的黑色冶金工业固废材料，其比表面积500-700m²/kg，主要成分包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO₂等。

激发剂：采用水玻璃Na₂O·nSiO₂，模数2-3，无色粘稠状液体。

拌合水：普通自来水，主要性能指标应符合行业标准《混凝土用水标准》JGJ63的规定。

结合其试验性能指标，原材料各组分的重量份如下：

赤泥100-400份；

黄河泥沙100-400份；

矿粉30-100份；

激发剂15-25份；

拌合水25-80份；

上述原材料的质量允许误差：赤泥：±1％；黄河泥沙：±1％；矿粉：±1％；激发剂：±0.5％；拌合水：±1％。

与传统水泥防汛石材相比，赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材具有更低的原材料生产成本，同时在固废资源综合利用方面具有显著的工程应用价值。采用水玻璃作为激发剂，可有效激发赤泥、黄河泥沙的火山灰活性。该碱激发为协同激发反应，即激发剂激发赤泥、黄河泥沙的火山灰活性，同时赤泥的碱性成分也可激发黄河泥沙的火山灰活。

上述赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材的制备方法，试样采用压力成型的方法，包括以下步骤：

第一步，将精确称量的水玻璃材料加入至精确称量的拌合水中，并置于超声波环境中，在360W的超声功率条件下超声、搅拌处理5min制得分散均匀的水玻璃水溶液。

第二步，按照配比精确称重各原材料，将黄河泥沙、赤泥、矿粉加入至搅拌锅中搅拌均匀，再加入第一步所制备的激发剂水溶液，高速搅拌100s-150s，再低速搅拌50s-80s，将制备的浆体灌注至模具中压制成型，成型工艺：压力30-40kN，压制时间5-10min；

第三步，将第二步制备的试样标准养护1天后拆模，继续在空气环境下养护至相应龄期后进行相关性能测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：70±5％。

与现有的水泥防汛石材相比，本发明提供的一种新型赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材及制备方法，将固废资源赤泥、黄河泥沙利用至防汛石材生产中，在赤泥掺量40％、黄河泥沙掺量40％的条件下，养护28天的赤泥/黄河泥沙地聚物材料抗压强度为49.4MPa，满足防汛石材的强度要求。本发明制备的防汛石材强度较好，生产成本低，具有显著的创新、环保意义和工程应用前景。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明做进一步说明：

某赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材及性能如下：

赤泥100-400份；黄河泥沙100-400份；矿粉30-100份；激发剂15-25份；拌合水25-80份；

实施例1

赤泥：河南省某铝业公司拜耳法生产氧化铝时排出的废渣，粒径处于100μm以下，400份。

黄河泥沙：河南省郑州市花园口地区河道淤积的泥沙，粒径处于80μm以下，400份。

矿粉：济南鲁新新型建材股份有限公司的S105级矿粉，比表面积700m²/kg，100份。

激发剂：采用水玻璃，模数3，无色粘稠状液体，20份。

拌合水：大连市自来水，80份。

制备步骤如下：

采用水玻璃作为激发剂，将精确称量的水玻璃材料加入至精确称量的拌合水中，并置于超声波环境中，在360W的超声功率条件下超声、搅拌处理5min制得分散均匀的水玻璃水溶液。

按照各原料配比精确称量各原材料，将赤泥、黄河泥沙、矿粉加入到搅拌锅中搅拌均匀，再加入上述制备的水玻璃水溶液，高速搅拌150s，再低速搅拌80s，将搅拌好的赤泥/黄河泥沙基地聚物浆体浇注模具并压制成型，成型工艺为：压力40kN，压制时间10min。

将上述制备的试样标准养护1天后拆模，继续在空气环境中养护至相应龄期后进行相关性能测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：70±5％。

实施例2

赤泥：河南省某铝业公司拜耳法生产氧化铝时排出的废渣，粒径处于100μm以下，250份。

黄河泥沙：河南省郑州市花园口地区河道淤积的泥沙，粒径处于80μm以下，250份。

矿粉：济南鲁新新型建材股份有限公司的S105级矿粉，比表面积700m²/kg，65份。

激发剂：采用水玻璃，模数2.5，无色粘稠状液体，25份。

拌合水：大连市自来水，50份。

制备步骤如下：

采用水玻璃作为激发剂，将精确称量的水玻璃材料加入至精确称量的拌合水中，并置于超声波环境中，在360W的超声功率条件下超声、搅拌处理5min制得分散均匀的水玻璃水溶液。

按照各原料配比精确称量各原材料，将赤泥、黄河泥沙、矿粉加入到搅拌锅中搅拌均匀，再加入上述制备的水玻璃水溶液，高速搅拌125s，再低速搅拌68s，将搅拌好的赤泥/黄河泥沙基地聚物浆体浇注模具并压制成型，成型工艺为：压力35kN，压制时间8min。

将上述制备的试样标准养护1天后拆模，继续在空气环境中养护至相应龄期后进行相关性能测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：70±5％。

对比实施例为常用水泥混凝土质防汛石材，其原材料及各组分如下：

实施例3

赤泥：河南省某铝业公司拜耳法生产氧化铝时排出的废渣，粒径处于100μm以下，100份。

黄河泥沙：河南省郑州市花园口地区河道淤积的泥沙，粒径处于80μm以下，100份。

矿粉：济南鲁新新型建材股份有限公司的S105级矿粉，比表面积700m²/kg，30份。

激发剂：采用水玻璃，模数2，无色粘稠状液体，15份。

拌合水：大连市自来水，25份。

制备步骤如下：

采用水玻璃作为激发剂，将精确称量的水玻璃材料加入至精确称量的拌合水中，并置于超声波环境中，在360W的超声功率条件下超声、搅拌处理5min制得分散均匀的水玻璃水溶液。

按照各原料配比精确称量各原材料，将赤泥、黄河泥沙、矿粉加入到搅拌锅中搅拌均匀，再加入上述制备的水玻璃水溶液，高速搅拌100s，再低速搅拌50s，将搅拌好的赤泥/黄河泥沙基地聚物浆体浇注模具并压制成型，成型工艺为：压力30kN，压制时间5min。

将上述制备的试样标准养护1天后拆模，继续在空气环境中养护至相应龄期后进行相关性能测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：70±5％。

表一为赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材生产成本及抗压强度

	生产成本(元/吨)	抗压强度(MPa)
			实施例1	223	48.3
实施例2	215	47.1
			实施例3	203	45.4

以上所述的实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，只是基于本发明整体构思下的某种实现方式，并不用来限定本发明的保护范围。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明展现的技术范围内做出的的任何修改、改进或替换，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材，其特征在于，主要包括赤泥、黄河泥沙、矿粉、激发剂和拌合水；

原材料各组分的要求如下：

赤泥：氧化铝工业中采用拜耳法生产氧化铝时排出的红褐色工业废渣，主要成分包括Al₂O₃、Fe₂O₃、Na₂O、CaO、SiO₂；

黄河泥沙：黄河中下游地区的河道淤积的泥沙，主要成分包括SiO₂、Al₂O₃、CaO、Fe₂O₃；

矿粉：黄河中下游地区的冶金工业固废渣，其比表面积500-700m²/kg，主要成分包括CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO₂；

激发剂：采用水玻璃，无色粘稠状液体；

拌合水：普通自来水；

结合其试验性能指标，原材料各组分的重量份如下：

赤泥100-400份；

黄河泥沙100-400份；

矿粉30-100份；

激发剂15-25份；

拌合水25-80份；

上述原材料的质量允许误差：赤泥：±1％；黄河泥沙：±1％；矿粉：±1％；激发剂：±0.5％；拌合水：±1％。

2.根据权利要求1所述的一种赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材，其特征在于，所述的水玻璃模数为2-3。

3.根据权利要求1所述的一种赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材，其特征在于，所述的赤泥的粒径100μm以下。

4.根据权利要求1所述的一种赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材，其特征在于，所述的黄河泥沙的粒径80μm以下。

5.权利要求1-4任一所述的一种赤泥/黄河泥沙基地聚物防汛石材的制备方法，其特征在于，采用压力成型的方法，包括以下步骤：

第一步，将精确称量的水玻璃材料加入至精确称量的拌合水中，并置于超声波环境中，在360W的超声功率条件下超声、搅拌处理5min制得分散均匀的水玻璃水溶液；

第二步，按照配比精确称重各原材料，将黄河泥沙、赤泥、矿粉加入至搅拌锅中搅拌均匀，再加入第一步所制备的激发剂水溶液，高速搅拌100s-150s，再低速搅拌50s-80s，将制备的浆体灌注至模具中压制成型，成型工艺：压力30-40kN，压制时间5-10min；

第三步，将第二步制备的试样标准养护1天后拆模，继续在空气环境下养护至相应龄期后进行相关性能测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：70±5％。