CN112062544B - 一种改性赤泥基砌块及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性赤泥基砌块及其制备方法。这种改性赤泥基砌块的干基包括如下组分：赤泥粉、黏土、粉煤灰、石膏、芒硝、碱金属硅酸盐和水泥；其中，赤泥粉是由赤泥经煅烧处理后得到的。本发明提出一种以赤泥为原料制备赤泥基砌块的方法，通过充分利用赤泥碱性强的特点，利用对煅烧处理后的活性无定型矿物结构产生的激发作用，制备出性能良好的改性赤泥基砌块，能够减少赤泥的大量排放对环境造成的危害，并为日益枯竭的建材资源寻找出替代物，应用前景广阔。

Description

一种改性赤泥基砌块及其制备方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，特别涉及一种改性赤泥基砌块及其制备方法。
背景技术
赤泥是氧化铝在生产过程中产生的废渣，因含有大量氧化铁而呈红色，故被称为赤泥。因矿石品位、生产方法、技术水平而异，大多数生产厂每生产1吨氧化铝同时产出1～2吨赤泥。赤泥是铁、钙、铝等化合物及二氧化硅固体残渣，具有碱性强、盐分高等特征。
目前赤泥几乎没有得到任何有效利用，占用大量土地，并且带来环境及安全隐患。人们日益关注赤泥堆放给环境带来的危害，例如赤泥的堆放不仅占用大量土地，耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的碱向地下渗透，造成地下水体和土壤污染。裸露赤泥形成的粉尘随风飞扬，污染大气，对人类和动植物的生存造成负面影响，恶化生态环境。随着赤泥产出量的日益增加和人们对环境保护意识的不断提高，最大限度地限制赤泥的危害，多渠道地利用和改善赤泥，已迫在眉睫。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种改性赤泥基砌块，本发明的目的之二在于提供这种改性赤泥基砌块的制备方法。
本发明人经过大量试验和研究发现：将赤泥先进行煅烧预处理，可以使得赤泥中的铝硅酸盐矿物结构变异，其中的大量Si-O键和Al-O键断裂，活性质点大量产生，最终使赤泥的活性发生显著的变化，能够达到最佳活性。因此，将经煅烧处理后的赤泥应用于制备砌块，可以显著改善赤泥基砌块的性能。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明第一方面实施例提供了一种改性赤泥基砌块，所述改性赤泥基砌块的干基包括如下组分：赤泥粉、黏土、粉煤灰、石膏、芒硝、碱金属硅酸盐和水泥；所述赤泥粉是由赤泥经煅烧处理后得到的。
优选的，这种改性赤泥基砌块中，改性赤泥基砌块的干基是由以下质量百分比的组分组成：30％～45％赤泥粉，8％～15％黏土，15％～25％粉煤灰，2％～5％石膏，5％～8％芒硝，8％～15％碱金属硅酸盐和8％～20％水泥；进一步优选的，改性赤泥基砌块的干基是由以下质量百分比的组分组成：30％～45％赤泥粉，8％～15％黏土，15％～25％粉煤灰，2％～5％石膏，5％～8％芒硝，8％～10％碱金属硅酸盐和8％～18％水泥。由此，将通过煅烧预处理后的赤泥粉与黏土、活性激发剂及成型粘接剂混合，可以制得一种性能良好的改性赤泥基砌块。
优选的，这种改性赤泥基砌块中，赤泥粉是由赤泥在700℃～900℃下煅烧处理后得到的；进一步优选的，赤泥粉是由赤泥在700℃～900℃下煅烧12小时～18小时后得到的。
优选的，这种改性赤泥基砌块中，赤泥(煅烧前)包括如下质量百分比的成分：10～13％SiO2，19～22％Al2O3，38～42％Fe2O3，2～4.5％CaO，0.1～2％MgO，3～8％TiO2，5～8％Na2O；进一步优选的，赤泥包括如下质量百分比的成分：11～12％SiO2，20～21％Al2O3，39～40％Fe2O3，2～3％CaO，0.2～0.4％MgO，6.5～7.5％TiO2，6～7％Na2O。
优选的，这种改性赤泥基砌块中，赤泥(煅烧前)的灼碱含量为15～25％；进一步优选的，赤泥的灼碱含量为15～17％。
优选的，这种改性赤泥基砌块中，赤泥粉的粒径为100目～200目。
优选的，这种改性赤泥基砌块中，碱金属硅酸盐选自硅酸钠、硅酸钾中的一种或其组合。在本发明的一些具体实施例中，碱金属硅酸盐为硅酸钠。
优选的，这种改性赤泥基砌块中，水泥为42.5级普通硅酸盐水泥(P·O 42.5级水泥)。
优选的，这种改性赤泥基砌块中，石膏选用二水石膏(CaSO4·2H2O)。
优选的，这种改性赤泥基砌块还包括水。
本发明第二方面实施例提供了根据第一方面实施例改性赤泥基砌块的制备方法。
一种上述改性赤泥基砌块的制备方法，包括以下步骤：
1)将赤泥煅烧，粉碎，得到赤泥粉；
2)将赤泥粉、黏土、粉煤灰、石膏、芒硝、碱金属硅酸盐和水泥混合，得到配合料；
3)将配合料与水混合，得到赤泥基料浆，将赤泥基料浆加工成型为砌块坯料，干燥，得到坯状赤泥基砌块；
4)将坯状赤泥基砌块烧结，得到改性赤泥基砌块。
优选的，这种改性赤泥基砌块的制备方法步骤1)中，煅烧的温度为700℃～900℃。
优选的，这种改性赤泥基砌块的制备方法步骤1)中，煅烧的时间为12小时～18小时。
优选的，这种改性赤泥基砌块的制备方法步骤1)中，粉碎的方式为球磨。
优选的，这种改性赤泥基砌块的制备方法步骤3)中，配合料与水的质量比10：(2～4)；进一步优选的，配合料与水的质量比10：(2.5～3.5)。
优选的，这种改性赤泥基砌块的制备方法步骤3)中，坯状赤泥基砌块的含水率为8wt％～15wt％。
优选的，这种改性赤泥基砌块的制备方法步骤3)中，加工成型的方式为挤压成型。
优选的，这种改性赤泥基砌块的制备方法步骤3)中，干燥的方式为晾干。
这种改性赤泥基砌块的制备方法步骤4)中，通过烧结的方式处理，可以使得坯体中的水分迅速蒸发，碱金属活性得到提高后与无定形物相的缩聚速度提高，形成更加致密的网络结构。
优选的，这种改性赤泥基砌块的制备方法步骤4)中，烧结的温度为650℃～850℃；进一步优选的，烧结的温度为700℃～850℃。
优选的，这种改性赤泥基砌块的制备方法步骤4)中，烧结的时间为4小时～6小时。
本发明的有益效果是：
本发明提出一种以赤泥为原料制备赤泥基砌块的方法，通过充分利用赤泥碱性强的特点，利用对煅烧处理后的活性无定型矿物结构产生的激发作用，制备出性能良好的改性赤泥基砌块，能够减少赤泥的大量排放对环境造成的危害，并为日益枯竭的建材资源寻找出替代物，应用前景广阔。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例和对比例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
以下实施例和对比例所采用的赤泥原料(煅烧前)按质量百分比计，化学成分如下：11.31％SiO2，20.67％Al2O3，39.21％Fe2O3，2.70％CaO，0.30％MgO，7.30％TiO2，6.77％Na2O；灼碱含量为16.80％。
实施例1
本例改性赤泥基砌块的制备方法包括以下步骤：
1)赤泥的煅烧预处理
将赤泥放入回转式煅烧炉中，在700℃的温度下煅烧12h。
2)赤泥粉体制备
将步骤1)煅烧后的赤泥在空气中进行自然冷却至室温，然后送入行星式球磨机中进行球磨，得到粒径为100～200目的粉体材料。
3)配合料的制备
将步骤2)的赤泥粉体、黏土、粉煤灰、二水石膏、芒硝、硅酸钠和P·O 42.5级水泥加入封闭的行星搅拌机中，进行搅拌混合30min，使其充分混合均匀，得到赤泥基配合料。其中，各原料质量配比分别为：赤泥粉体占30％，黏土占15％，粉煤灰占25％，二水石膏占2％，芒硝占8％，硅酸钠占8％，P·O 42.5级水泥占12％。
4)砌块坯体的制备
将步骤3)的赤泥基配合料与水按质量比10:3的比例混合，开启搅拌机，搅拌30min，得到赤泥基料浆，然后将混合好的料浆通过挤压成型制备成砌块坯体，然后将制成的坯体在自然条件下晾干，得到含水率为8wt％～15wt％的干燥坯状赤泥基砌块。
5)烧制成砌块
将步骤4)干燥好的坯状赤泥基砌块投入到隧道窑中进行烧结，在700℃的温度下保温4h，冷却至室温，得到本例的改性赤泥基砌块。
实施例2
本例改性赤泥基砌块的制备方法包括以下步骤：
1)赤泥的煅烧预处理
将赤泥放入回转式煅烧炉中，在800℃的温度下煅烧15h。
2)赤泥粉体制备
将步骤1)煅烧后的赤泥在空气中进行自然冷却至室温，然后送入行星式球磨机中进行球磨，得到粒径为100～200目的粉体材料。
3)配合料的制备
将步骤2)的赤泥粉体、黏土、粉煤灰、二水石膏、芒硝、硅酸钠和P·O 42.5级水泥加入封闭的行星搅拌机中，进行搅拌混合30min，使其充分混合均匀，得到赤泥基配合料。其中，各原料质量配比分别为：赤泥粉体占35％，黏土占12％，粉煤灰占15％，二水石膏占5％，芒硝占8％，硅酸钠占10％，P·O 42.5级水泥占15％。
4)砌块坯体的制备
将步骤3)的赤泥基配合料与水按质量比10:3的比例混合，开启搅拌机，搅拌30min，得到赤泥基料浆，然后将混合好的料浆通过挤压成型制备成砌块坯体，然后将制成的坯体在自然条件下晾干，得到含水率为8wt％～15wt％的干燥坯状赤泥基砌块。
5)烧制成砌块
将步骤4)干燥好的坯状赤泥基砌块投入到隧道窑中进行烧结，在750℃的温度下保温6h，冷却至室温，得到本例的改性赤泥基砌块。
实施例3
本例改性赤泥基砌块的制备方法包括以下步骤：
1)赤泥的煅烧预处理
将赤泥放入回转式煅烧炉中，在850℃的温度下煅烧16h。
2)赤泥粉体制备
将步骤1)煅烧后的赤泥在空气中进行自然冷却至室温，然后送入行星式球磨机中进行球磨，得到粒径为100～200目的粉体材料。
3)配合料的制备
将步骤2)的赤泥粉体、黏土、粉煤灰、二水石膏、芒硝、硅酸钠和P·O 42.5级水泥加入封闭的行星搅拌机中，进行搅拌混合30min，使其充分混合均匀，得到赤泥基配合料。其中，各原料质量配比分别为：赤泥粉体占40％，黏土占8％，粉煤灰占20％，二水石膏占2％，芒硝占5％，硅酸钠占8％，P·O 42.5级水泥占17％。
4)砌块坯体的制备
将步骤3)的赤泥基配合料与水按质量比10:3的比例混合，开启搅拌机，搅拌30min，得到赤泥基料浆，然后将混合好的料浆通过挤压成型制备成砌块坯体，然后将制成的坯体在自然条件下晾干，得到含水率为8wt％～15wt％的干燥坯状赤泥基砌块。
5)烧制成砌块
将步骤4)干燥好的坯状赤泥基砌块投入到隧道窑中进行烧结，在700℃的温度下保温5h，冷却至室温，得到本例的改性赤泥基砌块。
实施例4
本例改性赤泥基砌块的制备方法包括以下步骤：
1)赤泥的煅烧预处理
将赤泥放入回转式煅烧炉中，在900℃的温度下煅烧18h。
2)赤泥粉体制备
将步骤1)煅烧后的赤泥在空气中进行自然冷却至室温，然后送入行星式球磨机中进行球磨，得到粒径为100～200目的粉体材料。
3)配合料的制备
将步骤2)的赤泥粉体、黏土、粉煤灰、二水石膏、芒硝、硅酸钠和P·O 42.5级水泥加入封闭的行星搅拌机中，进行搅拌混合30min，使其充分混合均匀，得到赤泥基配合料。其中，各原料质量配比分别为：赤泥粉体占45％，黏土占10％，粉煤灰占18％，二水石膏占3％，芒硝占7％，硅酸钠占9％，P·O 42.5级水泥占8％。
4)砌块坯体的制备
将步骤3)的赤泥基配合料与水按质量比10:3的比例混合，开启搅拌机，搅拌30min，得到赤泥基料浆，然后将混合好的料浆通过挤压成型制备成砌块坯体，然后将制成的坯体在自然条件下晾干，得到含水率为8wt％～15wt％的干燥坯状赤泥基砌块。
5)烧制成砌块
将步骤4)干燥好的坯状赤泥基砌块投入到隧道窑中进行烧结，在850℃的温度下保温4h，冷却至室温，得到本例的改性赤泥基砌块。
实施例5
本例改性赤泥基砌块的制备方法包括以下步骤：
1)赤泥的煅烧预处理
将赤泥放入回转式煅烧炉中，在700℃的温度下煅烧18h。
2)赤泥粉体制备
将步骤1)煅烧后的赤泥在空气中进行自然冷却至室温，然后送入行星式球磨机中进行球磨，得到粒径为100～200目的粉体材料。
3)配合料的制备
将步骤2)的赤泥粉体、黏土、粉煤灰、二水石膏、芒硝、硅酸钠和P·O 42.5级水泥加入封闭的行星搅拌机中，进行搅拌混合30min，使其充分混合均匀，得到赤泥基配合料。其中，各原料质量配比分别为：赤泥粉体占38％，黏土占8％，粉煤灰占19％，二水石膏占2％，芒硝占5％，硅酸钠占10％，P·O 42.5级水泥占18％。
4)砌块坯体的制备
将步骤3)的赤泥基配合料与水按质量比10:3的比例混合，开启搅拌机，搅拌30min，得到赤泥基料浆，然后将混合好的料浆通过挤压成型制备成砌块坯体，然后将制成的坯体在自然条件下晾干，得到含水率为8wt％～15wt％的干燥坯状赤泥基砌块。
5)烧制成砌块
将步骤4)干燥好的坯状赤泥基砌块投入到隧道窑中进行烧结，在780℃的温度下保温5h，冷却至室温，得到本例的改性赤泥基砌块。
对比例1
本例赤泥基砌块的制备方法包括以下步骤：
1)赤泥粉体制备
将赤泥在空气中进行自然干燥至含水量为10wt％以内，然后送入行星式球磨机中进行球磨，得到料径为100～200目的粉体材料
2)配合料的制备
将步骤1)的赤泥粉体、黏土、粉煤灰、二水石膏、芒硝、硅酸钠和P·O 42.5级水泥加入封闭的行星搅拌机中，进行搅拌混合30min，使其充分混合均匀，得到赤泥基配合料。其中，各原料质量配比分别为：赤泥粉体占40％，黏土占8％，粉煤灰占20％，二水石膏占2％，芒硝占5％，硅酸钠占8％，P·O 42.5级水泥占17％。
3)砌块坯体的制备
将步骤2)的赤泥基配合料与水按质量比10:3的比例混合，开启搅拌机，搅拌30min，得到赤泥基料浆，然后将混合好的料浆通过挤压成型制备成砌块坯体，然后将制成的坯体在自然条件下晾干，得到含水率为8wt％～15wt％的干燥坯状赤泥基砌块。
4)烧制成砌块
将步骤3)干燥好的坯状赤泥基砌块投入到隧道窑中进行烧结，在700℃的温度下保温5h，冷却至室温，得到本例的赤泥基砌块。
对比例2
本例赤泥基砌块的制备方法包括以下步骤：
1)赤泥的煅烧预处理
将赤泥放入回转式煅烧炉中，在850℃的温度下煅烧16h。
2)赤泥粉体制备
将步骤1)煅烧后的赤泥在空气中进行自然冷却至室温，然后送入行星式球磨机中进行球磨，得到粒径为100～200目的粉体材料。
3)配合料的制备
将步骤2)的赤泥粉体、黏土、粉煤灰、二水石膏、芒硝、硅酸钠和P·O 42.5级水泥加入封闭的行星搅拌机中，进行搅拌混合30min，使其充分混合均匀，得到赤泥基配合料。其中，各原料质量配比分别为：赤泥粉体占40％，黏土占8％，粉煤灰占20％，二水石膏占2％，芒硝占5％，硅酸钠占8％，P·O 42.5级水泥占17％。
4)砌块坯体的制备
将步骤3)的赤泥基配合料与水按质量比10:3的比例混合，开启搅拌机，搅拌30min，得到赤泥基料浆，然后将混合好的料浆通过挤压成型制备成砌块坯体，然后将制成的坯体在自然条件下晾干，得到含水率为8％～15％的干燥坯状赤泥基砌块。
性能测试
将实施例1～5和对比例1～2中的砌块制作成40mm×30mm×160mm的砌块试样，在自然条件下养护7天后，进行抗压强度测试，结果如下表1所示。
表1试验测试结果
Figure BDA0002641604780000081
从表1结果可知，本发明制备得到的砌块，其抗压强度得到了极大的提高，最高达到了24.81MPa(实施例3)。而采用同样配比的对比例1和2，在不采用本发明方法的条件下，其抗压强度分别只有2.89MPa或3.76MPa，只有实施例3的11.6％和15.2％。所以说，本发明提供的赤泥基砌块强度性能良好，具有极大的应用前景。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种改性赤泥基砌块的制备方法，其特征在于：所述改性赤泥基砌块的干基包括如下组分：赤泥粉、黏土、粉煤灰、石膏、芒硝、碱金属硅酸盐和水泥；所述赤泥粉是由赤泥经煅烧处理后得到的；
所述改性赤泥基砌块的干基是由以下质量百分比的组分组成：30%~45%赤泥粉，8%~15%黏土，15%~25%粉煤灰，2%~5%石膏，5%~8%芒硝，8%~15%碱金属硅酸盐和8%~20%水泥；
所述赤泥粉是由赤泥在700℃~900℃下煅烧12小时～18小时后得到的；所述赤泥煅烧前包括如下质量百分比的成分：10～13% SiO2，19～22% Al2O3，38～42% Fe2O3，2～4.5%CaO，0.1～2% MgO，3～8% TiO2，5～8% Na2O；所述赤泥煅烧前的灼碱含量为15～25％；
所述赤泥粉的粒径为100目~200目；
所述碱金属硅酸盐为硅酸钠；
所述改性赤泥基砌块的制备方法，包括以下步骤：
1）将赤泥煅烧，粉碎，得到赤泥粉；
2）将赤泥粉、黏土、粉煤灰、石膏、芒硝、碱金属硅酸盐和水泥混合，得到配合料；
3）将配合料与水混合，得到赤泥基料浆，将赤泥基料浆加工成型为砌块坯料，干燥，得到坯状赤泥基砌块；
4）将坯状赤泥基砌块烧结，得到所述的改性赤泥基砌块；
所述步骤4）中，烧结的温度为650℃~850℃；烧结的时间为4小时~6小时。
2.根据权利要求1所述的改性赤泥基砌块的制备方法，其特征在于：所述水泥为42.5级普通硅酸盐水泥。
3.根据权利要求1所述的改性赤泥基砌块的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中，配合料与水的质量比10：（2~4）。
4.根据权利要求1所述的改性赤泥基砌块的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中，坯状赤泥基砌块的含水率为8wt%~15wt%。
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