CN112707662A - 一种利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法 - Google Patents

一种利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于固废处理领域，涉及一种利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法，包括：将拜耳法赤泥烘干，与水泥混合，球磨，得到活性混合料；将所述活性混合料与脱硫石膏、电石渣混合，粉磨、加水，干压成型，得到赤泥基再生骨料；干压成型，工艺简单，不用经过高温烧结过程，也不用对赤泥进行脱碱预处理，减少能源消耗，降低制备成本。能够实现拜耳法赤泥与固废基硫铝酸盐水泥协互补作用，赤泥的高碱性促进固废基硫铝酸盐水泥水化，固废基硫铝酸盐水泥水化产生的钙矾石对赤泥中的重金属Cr有良好的固化稳定化作用。全固废制备，制备成本低，节能减排，降低能源消耗，性能好，可用于代替石子作骨料，降低矿山开采，保护我国矿产资源。

Description

一种利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法
技术领域
本发明属于固废处理领域，具体涉及一种利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法。
背景技术
公开该背景技术部分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。
目前赤泥再生骨料，常采用赤泥与多种固废材料复配，制备再生骨料。但缺点是：
1.赤泥利用率低，只能寄托于实验室阶段，无法真正实现工业化应用。
2.没有解决赤泥高碱性，含有重金属的问题给环境带来的危害，缺乏机理性技术手段。
3.制备工艺复杂，赤泥脱碱预处理成本过高。
因此，目前主要面临的问题是：
(1)拜耳法赤泥大规模，资源化利用问题，减少赤泥堆存造成的土地浪费，环境污染。
(2)协同利用赤泥高碱性，固化赤泥中的部分重金属，从而降低赤泥基再生骨料应用过程中的重金属浸出的问题。
(3)赤泥基再生骨料作为一种新型可再生骨料，代替普通石子，降低矿山开采，保护我国矿产资源的问题。
发明内容
为了克服上述问题，本发明提供了一种利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法。实现了对赤泥的高比例利用，并制备出高性能制备再生骨料。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法，包括：
将拜耳法赤泥烘干，与水泥混合，球磨，得到活性混合料；
将所述活性混合料与脱硫石膏、电石渣混合，粉磨、加水，干压成型，得到赤泥基再生骨料；
所述赤泥的粒径范围为0.5-10微米。
本发明从赤泥的高碱性出发，由于赤泥中的高碱性主要是碱金属氧化物，不能提供OH-离子，所以添加电石渣，主要成分是Ca(OH)2，以添加电石渣做补钙提碱作用；添加脱硫石膏，提供CaSO4；添加固废基硫铝酸盐水泥提供胶凝性。
但由于赤泥自身的活性不足，难以通过水化反应制备出高性能骨料。为此，本申请对赤泥的性能进行系统研究和长期实验摸索，发现：赤泥本身含有一定量的Al2O3和SiO2，通过机械粉磨的手段使没有活性的Al2O3和SiO2中的Al-O化学键和Si-O化学键断裂，CaO，SO4 2-，Al2O3生成硫铝酸四钙，CaO，SiO2生成硅酸二钙，在水化作用下硫铝酸四钙和硅酸二钙水化生成钙矾石和水化硅酸钙，赤泥以及电石渣提供的碱性环境有助于水化反应的进行，钙矾石的生成一方面为赤泥基再生骨料提供强度支撑，另一方面有研究表明钙矾石对赤泥中的重金属Cr具有良好的固化稳定话作用。固废基硫铝酸盐水泥提供胶凝性再加上被激发的赤泥的潜在活性，使赤泥基再生骨料获得更高的强度保证，并且利用了赤泥的高碱性，解决了赤泥中的部分重金属问题，可谓是一举两得。
本发明的第二个方面，提供了任一上述的方法制备的再生骨料。
本发明制备工艺简单，经过配料-粉磨-干压成型-赤泥基再生骨料，不仅骨料强度高，而且不需要高温烧结的过程，也不用对赤泥进行脱碱预处理，全固废，免烧结制备，不仅符合环保可持续发展理念，也大大降低了制备成本。
本发明的第三个方面，提供了上述的再生骨料在制备混凝土、透水混凝土以及道路工程、市政工程和房屋建筑工程施工中的应用。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明干压成型，工艺简单，不需要高温烧结的过程，也不用对赤泥进行脱碱预处理，减少能源消耗，降低制备成本。
(2)本发明能够实现拜耳法赤泥与固废基硫铝酸盐水泥协互补作用，赤泥的高碱性促进固废基硫铝酸盐水泥水化，固废基硫铝酸盐水泥水化产生的钙矾石对赤泥中的重金属Cr有良好的固化稳定化作用。
(3)本发明采用全固废制备，制备成本低，节能减排，降低能源消耗，性能好，可用于代替石子作骨料，降低矿山开采，保护我国矿产资源。
(4)研究发现：赤泥本身含有一定量的Al2O3和SiO2，通过机械粉磨的手段使没有活性的Al2O3和SiO2中的Al-O化学键和Si-O化学键断裂，CaO，SO4 2-，Al2O3生成硫铝酸四钙，CaO，SiO2生成硅酸二钙，在水化作用下硫铝酸四钙和硅酸二钙水化生成钙矾石和水化硅酸钙，赤泥以及电石渣提供的碱性环境有助于水化反应的进行，钙矾石的生成一方面为赤泥基再生骨料提供强度支撑，另一方面有研究表明钙矾石对赤泥中的重金属Cr具有良好的固化稳定话作用。固废基硫铝酸盐水泥提供胶凝性再加上被激发的赤泥的潜在活性，使赤泥基再生骨料获得更高的强度保证，并且利用了赤泥的高碱性，解决了赤泥中的部分重金属问题，可谓是一举两得。
(5)本发明的制备方法简单、操作方便、实用性强，易于推广。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明拜耳法赤泥基再生骨料制备工艺流程图。
图2为本发明设备实物图。
图3为本发明赤泥粒径分布图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明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。
一种利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法，包括：
将拜耳法赤泥烘干，与水泥混合，球磨，得到活性混合料；
将所述活性混合料与脱硫石膏、电石渣混合，粉磨、加水，干压成型，得到赤泥基再生骨料；
所述赤泥的粒径范围为0.5-10微米。
在一些实施例中，所述水泥、拜耳法赤泥、脱硫石膏、电石渣的质量比为30～40：60～80：5～10：8～16。
在一些实施例中，所述水泥为固废基硫铝酸盐水泥。
在一些实施例中，所述干压成型采用的模具为球形模具或圆形模具。
在一些实施例中，所述球形模具的直径r＝15～18mm。
在一些实施例中，所述圆柱体模具的直径r＝10～12mm。
在一些实施例中，使用KEP-F100A型快速压紧制样粉碎机，粉磨时间5分钟，粉磨后粒度大小为200目以上(0.075mm)。
在一些实施例中，所述养护的条件为：室温下，95％空气湿度中养护至28天。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
以下实施例中，电石渣的化学组成为：Ca(OH)2＝65.12％；脱硫石膏的化学组成为：CaO＝34.52％,SO3＝44.47％。
拜耳法赤泥(简称赤泥)含水率为35％、PH为11.3-12.1。
固废基硫铝酸盐水泥和赤泥基骨料的制备过程中，采用同一批赤泥、脱硫石膏、电石渣作为原料。
固废基硫铝酸盐水泥的制备过程：
表1.制备固废基硫铝酸盐水泥的原料的化学成分组成
Figure BDA0002876319990000051
Figure BDA0002876319990000061
固废基硫铝酸盐水泥使用赤泥、脱硫石膏、铝灰、电石渣四种工业固废按照表2所示的原料配比，经过粉磨-混合-1250℃回转窑煅烧并保温45分钟-固废基硫铝酸盐水泥熟料-固废基硫铝酸盐水泥，实现固废基硫铝酸盐水泥的制备。
表2.制备固废基硫铝酸盐水泥的原料配比
赤泥 脱硫石膏 铝灰 电石渣
比例 20.29 21.27 21.20 36.74
实施例1：
按照如下重量百分比分别称量各原料：30％固废基硫铝酸盐水泥，60％拜耳法赤泥，5％脱硫石膏，5％电石渣。
将拜耳法赤泥在105℃烘干，按照上述比例添加固废基硫铝酸盐水泥在球磨机粉磨混合均匀，通过控制粉磨时间来控制细度，通过机械粉磨的手段，打破赤泥中Al2O3和SiO2中的Al-O化学键和Si-O化学键，从而激发起潜在活性，提高赤泥基骨料性能，制备的活性混合粉的粒径范围为200目以上(0.075mm)。
再将上述的混合粉末与5％脱硫石膏，5％电石渣，混合粉磨5分钟，添加相当于固废原料总质量8％的水。分别使用直径r＝15mm球型模具，直径r＝10mm圆柱体模具两种模具，采用769YP-15A型压制机压制成型球形和圆柱体赤泥基再生骨料。在室温20℃，95％空气湿度中养护至28天，使充分水化，保证赤泥基骨料性能。
实施例2：
按照如下重量百分比分别称量各原料：25％固废基硫铝酸盐水泥，65％拜耳法赤泥，5％脱硫石膏，5％电石渣。
将拜耳法赤泥在105℃烘干，按照上述比例添加固废基硫铝酸盐水泥在球磨机粉磨混合均匀，通过控制粉磨时间来控制细度，通过机械粉磨的手段，打破赤泥中Al2O3和SiO2中的Al-O化学键和Si-O化学键，从而激发起潜在活性，提高赤泥基骨料性能，制备的活性混合粉的粒径范围为200目以上(0.075mm)。
再将上述的混合粉末与5％脱硫石膏，5％电石渣，混合粉磨5分钟，添加相当于固废原料总质量8％的水。分别使用直径r＝15mm球型模具，直径r＝10mm圆柱体模具两种模具，采用769YP-15A型压制机压制成型球形和圆柱体赤泥基再生骨料。在室温20℃，95％空气湿度中养护至28天，使充分水化，保证赤泥基骨料性能。
实施例3：
按照如下重量百分比分别称量各原料：35％固废基硫铝酸盐水泥，55％拜耳法赤泥，5％脱硫石膏，5％电石渣。
将拜耳法赤泥在105℃烘干，按照上述比例添加固废基硫铝酸盐水泥在球磨机粉磨混合均匀，通过控制粉磨时间来控制细度，通过机械粉磨的手段，打破赤泥中Al2O3和SiO2中的Al-O化学键和Si-O化学键，从而激发起潜在活性，提高赤泥基骨料性能，制备的活性混合粉的粒径范围为200目以上(0.075mm)。
再将上述的混合粉末与5％脱硫石膏，5％电石渣，混合粉磨5分钟，添加相当于固废原料总质量8％的水。分别使用直径r＝15mm球型模具，直径r＝10mm圆柱体模具两种模具，采用769YP-15A型压制机压制成型球形和圆柱体赤泥基再生骨料。在室温20℃，95％空气湿度中养护至28天，使充分水化，保证赤泥基骨料性能。
对比例1
与实施例1的不同之处在于：赤泥未经过粉磨处理。30％固废基硫铝酸盐水泥，60％拜耳法赤泥，5％脱硫石膏，5％电石渣。
对比例2
与实施例1的不同之处在于：赤泥粉磨时间为3分钟，粒度分布较大，赤泥中潜在活性物质的离子键未被打破。30％固废基硫铝酸盐水泥，60％拜耳法赤泥，5％脱硫石膏，5％电石渣。
表3再生骨料性能对比表
Figure BDA0002876319990000081
最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。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。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法，其特征在于，包括：
将拜耳法赤泥烘干，与水泥混合，球磨，得到活性混合料；
将所述活性混合料与脱硫石膏、电石渣混合，粉磨、加水，干压成型，得到赤泥基再生骨料；
所述赤泥的粒径范围为0.5-10微米。
2.如权利要求1所述的利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法，其特征在于，所述水泥、拜耳法赤泥、脱硫石膏、电石渣的质量比为30～40：60～80：5～10：8～16。
3.如权利要求1所述的利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法，其特征在于，所述水泥为固废基硫铝酸盐水泥。
4.如权利要求1所述的利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法，其特征在于，所述干压成型采用的模具为球形模具或圆柱体模具。
5.如权利要求4所述的利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法，其特征在于，所述球形模具的直径r＝15～18mm。
6.如权利要求4所述的利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法，其特征在于，所述圆柱体模具的直径r＝10～12mm。
7.如权利要求1所述的利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法，其特征在于，使用KEP-F100A型快速压紧制样粉碎机，粉磨时间5分钟，粉磨后粒度大小为200目以上。
8.如权利要求1所述的利用拜耳法赤泥制备再生骨料的方法，其特征在于，养护的条件为：室温下，95％空气湿度中养护至28天。
9.权利要求1-8任一项所述的方法制备的再生骨料。
10.权利要求9所述的再生骨料在制备混凝土、透水混凝土以及道路工程、市政工程和房屋建筑工程施工中的应用。
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