CN112876148A - 一种赤泥/黄河泥沙人工鱼礁及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种赤泥/黄河泥沙人工鱼礁及其制备方法，属于固废资源综合利用领域。其原材料：赤泥100‑400份，黄河泥沙100‑400份，矿粉30‑100份，贝壳50‑200，激发剂15‑25份，拌合水25‑80份。首先，将水玻璃作为激发剂加入拌合水中，制得分散均匀的水玻璃水溶液；其次，将水溶液加入赤泥、黄河泥沙、矿粉及贝壳混合物中进行搅拌，并将搅拌好的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。本发明与普通水泥混凝土人工鱼礁相比，有效降低人工鱼礁的制备和生产成本，同时具有较好的强度和耐久性能，并且体系的碱度较低。本发明既推动了固废资源的综合利用，又降低了人工鱼礁的生产成本，提高了人工鱼礁耐久性等方面的其他性能，具有显著的环保、经济和工程利用价值。

Description

一种赤泥/黄河泥沙人工鱼礁及其制备方法

技术领域

本发明属于固废资源综合利用领域，设计一种人工鱼礁，特别涉及一种基于赤泥/黄河泥沙人工鱼礁及其制作方法。

背景技术

海洋牧场的核心和主要的设施为人工鱼礁。人工鱼礁是人为在海中设置的构造物，是海洋牧场建设的重要技术手段，人工投放的鱼礁可以为鱼类提供繁殖、生长、索饵和庇护的场所，保护增殖渔业资源。合理的人工鱼礁建设有利于调整海洋产业结构、修复和改善海洋生态环境、增殖和优化渔业资源、促进海洋经济持续健康发展。目前，人工鱼礁建设的主要原材料为水泥混凝土材料，但水泥混凝土材料生产成本高，在海洋环境中耐久性较差，碱性成分溶出也容易造成海洋生态环境污染，因此开发生产成本低、耐久性等其他方面性能较好的新型人工鱼礁对于推进我国海洋牧场建设与海洋生态文明建设具有十分重要的意义。

赤泥又名红泥，是工业制备氧化铝过程中产生的一种污染性固体废弃物。赤泥的大量推存造成了资源浪费、环境污染等严重问题，也严重影响着人民群众的生命财产安全，因此赤泥的减量化、资源化利用问题亟待解决。赤泥的主要成分为钙、铝等化合物及二氧化硅固体残渣，因为其是由铝土矿经强碱浸出氧化铝后剩余的固体废弃物，所以具有强碱性，并且盐分较高。赤泥颗粒的比表面积大，分散性和塑性较好，这也使得赤泥中所含有的铁铝组分可与土壤中的重金属固结形成化合物。除此之外，研究表明，赤泥中含有一定量的活性物质，将一定比例的赤泥作为掺合料掺入到水泥胶砂中，可以有效提高基体的水化程度，在试件内产生网络结构，最终可以提高混凝土的强度。针对赤泥所具有的诸多特性，目前在我国，赤泥主要用于提取金属元素、生产建筑材料、环境防治和修复等方面。将赤泥应用与人工鱼礁的制备生产，有助于进一步加大赤泥利用率，拓宽固废资源的利用思路。

黄河泥沙是指黄河流经水土流失严重的中游地区时所携带的泥沙。随着社会经济的发展和技术的进步，黄河泥沙作为一种可利用的资源已被越来越多的人认识、接纳和重视。利用黄河泥沙制备人工鱼礁，是对黄河泥沙资源化利用的又一发展和创新。

本发明涉及一种赤泥/黄河泥沙人工鱼礁及其制备方法，是以赤泥、黄河泥沙作为主要原材料，充分利用赤泥的高碱性和赤泥、黄河泥沙中的活性成分，通过激发剂、压力成型的方法获得一种生产成本低、耐久性和其他方面性能较好的赤泥/黄河泥沙人工鱼礁。本发明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，本发明提供一种以赤泥/黄河泥沙为原材料的人工鱼礁及其制备方法。所述材料为一种基于固废资源赤泥、黄河泥沙和海岸固废资源贝壳的胶凝材料，目的是综合利用固废资源赤泥、黄河泥沙和海岸固废资源贝壳生产一种人工鱼礁，显著降低现有水泥混凝土材质人工鱼礁的生产成本，提高其耐久性，降低碱性成分溶出，获得一种新型低成本、耐久性和其他方面性能较好的人工鱼礁。并且赤泥具有一定固封重金属离子的能力，可起到固封固废材料中重金属离子的作用。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种赤泥/黄河泥沙人工鱼礁，是一种基于赤泥/黄河泥沙的胶凝材料，主要包括赤泥、黄河泥沙、贝壳、矿粉、拌合水、激发剂；

原材料各组分的要求如下：

赤泥：拜耳法生产氧化铝过程中，铝土矿经强碱浸出氧化铝后剩余工业废渣，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。

贝壳：海洋软体动物外壳，由软体动物的腺细胞的分泌物所形成的保护身体柔软部分的钙化物，具有强度高、海洋亲和性好等特点，主要成分是CaCO₃。

激发剂：水玻璃，无色粘稠状液体，模数2-3，主要成分为Na₂SiO₃。

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》 JGJ63-2006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

贝壳 50-200份；

水玻璃 15-25

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％；贝壳：±1％；激发剂±0.5％；矿粉：±1％。

该新型人工鱼礁在制备过程中充分利用赤泥的高碱性特点，辅之以水玻璃作为激发剂，增加了混合物中Si元素的比例，可以有效激发赤泥和黄河泥沙的火山灰活活性。此外，矿粉和贝壳中的钙质成分可以促进反应的进行，增加C-S-H 凝胶体的数量，提升反应的转化率，进而提高材料的强度。作为细骨料的海洋原生材料贝壳，不仅与各种藻贝类、鱼类的亲和性好，还可有效改善人工鱼礁表面的粗糙度，有利于藻贝类附着，显著提高该型人工鱼礁对各类鱼群的诱集能力。与传统水泥混凝土人工鱼礁相比，该新型赤泥/黄河泥沙地聚物人工鱼礁具有原材料成本低，在制备生产过程中碳排放量小，对环境更加友好等优点，并且在海洋环境中的耐久性、碱溶出和其他方面的等方面具有突出的优势，在固废资源综合利用、环境保护等诸多方面都具有显著的工程应用价值。

上述一种赤泥/黄河泥沙人工鱼礁的制备方法包括以下步骤：

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，将赤泥、黄河泥沙、矿粉、贝壳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，以130r/min高速搅拌100s-150s，再以70r/min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2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的测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为： 70±5％。

与现有的水泥混凝土人工鱼礁相比，本发明提供的一种新型赤泥/黄河泥沙人工鱼礁及其制备方法，并将固废资源矿粉、贝壳利用到人工鱼礁的生产中，在赤泥掺量35％，黄河泥沙掺量35％、矿粉掺量为10％、贝壳掺量20％的条件下，养护28天的赤泥/黄河泥沙材料抗压强度为40.2MPa，材料表层溶出液pH值为9.3，内部溶出液pH值为10.1，满足生态型人工鱼礁的性能要求。本发明制备的人工鱼礁强度较好，生产成本低，能耗排放少，耐久性和其他各方面性能优异，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/黄河泥沙人工鱼礁及性能如下：

赤泥100-400份；黄河泥沙100-400份；贝壳100-200份；水玻璃15-25；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。

贝壳：大连海岸源牡蛎壳，200份。

激发剂：采用水玻璃，模数3，无色粘稠状液体，25份。

拌合水：大连市自来水，60份。

制备步骤如下：

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、贝壳、矿粉加入到搅拌锅中搅拌均匀，再加入上述制备的拌合水溶液，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2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的测试，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。

贝壳：大连海岸源牡蛎壳，125份。

激发剂：采用水玻璃，模数2.5，无色粘稠状液体，20份。

拌合水：大连市自来水，50份。

制备步骤如下：

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、贝壳、矿粉加入到搅拌锅中搅拌均匀，再加入上述制备的拌合水溶液，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2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。

贝壳：大连海岸源牡蛎壳，50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：

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、贝壳、矿粉加入到搅拌锅中搅拌均匀，再加入上述制备的拌合水溶液，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2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1赤泥/黄河泥沙人工鱼礁生产成本及部分性能

各实施例的生产成本、抗压强度等性能如表1所示，在所述实例1至3中，该赤泥/黄河泥沙基人工鱼礁平均生产成本约为218元/吨，低于普通水泥混凝土人工鱼礁，其抗压强度较高，符合人工鱼礁的建造要求，并且表面和内部溶出液pH值与普通水泥混凝土接近。综上所述，相比于传统水泥混凝土人工鱼礁，该赤泥/黄河泥沙人工鱼礁生产成本低、强度达标、溶出液pH值较低，是一种经济型、环保型的新型人工鱼礁，具备较好的工程应用价值。

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 (4)

1.一种赤泥/黄河泥沙人工鱼礁，其特征在于，所述的赤泥/黄河泥沙人工鱼礁是一种基于赤泥/黄河泥沙的胶凝材料，主要包括赤泥、黄河泥沙、贝壳、矿粉、拌合水、激发剂；

结合其试验性能指标，原材料各组分的要求、重量份如下：

赤泥：100-400份；拜耳法生产氧化铝过程中，铝土矿经强碱浸出氧化铝后剩余工业废渣，粒径100μm以下；

黄河泥沙：100-400份；黄河中下游地区的河道淤积的泥沙，粒径80μm以下；

矿粉：30-100份；黄河中下游地区的冶金工业固废渣；

贝壳：50-200份；

激发剂：15-25份；水玻璃；

拌合水：25-80份；普通自来水；

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

2.根据权利要求1所述的一种赤泥/黄河泥沙人工鱼礁，其特征在于，所述矿粉的比表面积500-700m²/kg。

3.一种权利要求1或2所述的赤泥/黄河泥沙人工鱼礁的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，将水玻璃材料加入至拌合水中，并置于超声波环境中，超声搅拌处理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，将赤泥、黄河泥沙、矿粉、贝壳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2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的测试，其中养护温度为：20±2℃，相对湿度为：70±5％。

4.根据权利要求3所述的一种赤泥/黄河泥沙人工鱼礁的制备方法，其特征在于，所述第一步中超声功率为360W，超声搅拌处理时间5min。