CN113754325B - 一种赤泥调质制备的活性辅助胶凝材料及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种赤泥调质制备的活性辅助胶凝材料及方法，将烘干赤泥和调质原料均匀的混合，得到混合物A；将混合物A加热到1000‑1500℃，得到液相的混合物B，维持该温度0.3‑3h得到充分反应的液相混合物C；将混合物C直接采用急速冷却的方式进行冷却，冷却后得到的调质赤泥D；将得到的调质赤泥D进行烘干处理，并进行粉磨即得。本发明对赤泥进行调质制备活性辅助胶凝材料，一方面利用赤泥中的铁铝等材料，将其活化为玻璃体；另一方面利用赤泥中的碱达到液相低温形成的目的，该种方法能够大幅的提升赤泥活性，并且降低处理的温度。

Description

一种赤泥调质制备的活性辅助胶凝材料及方法
技术领域
本发明属于固废资源化处理领域，具体涉及一种赤泥调质制备的活性辅助胶凝材料及方法。
背景技术
随着经济的快速发展，城市化的不断推进，为了更好的建设城市，人们对铝制品的需求越来越大，随之产生了大量的工业副产品赤泥。随着近年来建材成本的不断上涨和人们对环保要求的不断上升，将工业废弃物赤泥资源化利用起来成为一种趋势。
赤泥是提炼铝生产过程中产生的副产品，因为赤泥中含有较多的碱且活性材料较少，因此赤泥作为建筑材料的添加料时，会对水泥中的矿物造成影响，形成碱硅酸盐反应，从而导致水泥混凝土及建材制品性能大幅下降，最终造成安全事故。
现阶段赤泥的利用，主要采用高温除碱并制备水泥的技术，通过升高原料的反应温度，使得碱在熟料煅烧前形成蒸汽，通过旁路放风的技术，将碱从气体中排出，剩余的赤泥作为水泥校正原料使用，从而达到赤泥在水泥中的资源化利用的目的，但是该种方法在运行的过程中，首先要将赤泥进行烘干，并且粉磨，需要消耗大量的能量，并且在粉磨的过程中，赤泥容易附着在磨机上，造成能耗的进一步增加；其次粉磨好的赤泥子除碱的过程中，旁路放风时，热量被大幅的削弱，从而导致能耗继续增加。因此该种方法成本较高。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种赤泥调质制备的活性辅助胶凝材料及方法，以消除赤泥中碱对材料的影响，并且提升赤泥中非活性材料的活性，使调质后的赤泥可以作为辅助胶凝材料使用。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种赤泥调质制备活性辅助胶凝材料的方法，包括如下步骤：
(1)称取烘干赤泥和赤泥的调质原料；
(2)将步骤(1)烘干赤泥和调质原料均匀的混合，得到混合物A；
(3)将混合物A加热到1000-1500℃，优选1400～1500℃，得到液相的混合物B，维持该温度0.3-3h，优选0.5～1h，得到充分反应的液相混合物C；
(4)将混合物C直接采用急速冷却的方式进行冷却，冷却后得到的调质赤泥D；
(5)将得到的调质赤泥D进行烘干处理，并进行粉磨即得。
具体地，步骤(1)中，所述赤泥的调质原料为粉煤灰、矿渣、硅灰、偏高岭土、粘土、铁尾矿、石灰、氢氧化钙、电石、钢渣或石灰石中的任意一种或者两种以上的混合物，优选粉煤灰、钢渣、偏高岭土中的任意一种或者两种以上的混合物。
优选地，步骤(1)中，赤泥的调质原料与烘干赤泥的比例按照如下质量百分数计算：
赤泥：40％-80％，优选50～65％；
调质原料：20％-60％。
优选地，步骤(1)中，所述的烘干赤泥的比表面积为150-500m2/kg。
优选地，步骤(1)中，所述的调质原料的比表面积200-400m2/kg。
优选地，步骤(3)中，将混合物A按照升温速率5-50℃/min加热至1000-1500℃。
具体地，步骤(4)中，所述急速冷却的方式包括水冷、液氮冷却或氩气冷却。
进一步地，采用上述制备方法制备得到的赤泥调质活性辅助胶凝材料也在本发明的保护范围之中。
具体地，本发明制备得到的赤泥调质活性辅助胶凝材料的比表面积为300-800m2/kg。
具体地，按照国标GB/T18046-2017执行标准检测，本发明制备得到的赤泥调质活性辅助胶凝材料的7天的活性指数不低于60％，28天的活性指数不低于80％。
有益效果：
(1)本发明对赤泥进行调质制备活性辅助胶凝材料，一方面利用赤泥中的铁铝等材料，将其活化为玻璃体；另一方面利用赤泥中的碱达到液相低温形成的目的，该种方法能够大幅的提升赤泥活性，并且降低处理的温度。本发明制备的活性辅助胶凝材料利用了赤泥中的碱，在较低温度下就可以形成液相，从而降低了液相的形成温度，降低能耗。另外赤泥中的碱被固化在玻璃体中，向外析出的时间远长于纯碱对水泥基材料的影响，因此，该种方法制备的活性辅助胶凝材料在应用时，具有很好的安全性。
(2)本发明采用的冷却方式为急速冷却的方式，在此条件下调质的赤泥由液相迅速的形成固相的玻璃体，可以将碱及其他有害材料包覆在玻璃体中，不会造成二次污染。
(3)本发明将赤泥中的铝铁及硅材料都制备为玻璃体，突破现阶段只对硅进行活化的局限，从而使得赤泥中所有材料都能够利用起来，创造出实际的利用价值，实现赤泥的高值化利用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。
图1是实施例1制备得到的活性辅助胶凝材料的XRD图谱。
图2是实施例1中赤泥调质前后的照片。
图3是实施例1中调质赤泥作为辅助胶凝材料在水泥中性能的比较图。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。
以下实施例中，原状赤泥、粉煤灰、偏高岭土、氢氧化钙、钢渣、石灰石来自市场随机购买样品。其中，赤泥比表面积为283m2/kg，粉煤灰比表面积为335m2/kg，偏高岭土比表面积为264m2/kg。
实施例1
本实施例赤泥调质活性辅助胶凝材料，按如下质量百分数称取原料：
Figure GDA0003345653720000031
具体制备方法如下：
(1)按照比例称取烘干赤泥、粉煤灰、偏高岭土、氢氧化钙并充分混合得到混合物A；
(2)将混合物A按照10℃/min升温至1500℃，得到液相的混合物B，随后在该温度下保持1h，得到充分反应的液相混合物C；
(3)将液相混合物C直接倾倒于循环水中进行冷却，得到的调质赤泥D，经烘干，粉磨得到辅助胶凝材料，即为所需成品，比表面积为350m2/kg。将该成品加入到水泥中测定活性指数，按照国标GB/T18046-2017执行标准检测，7天的活性指数为60％，28天的活性指数为81％。
取实施例1所得成品进行XRD表征，如图1所示。从图中可以看出，通过本发明调质方式，可以看到所得赤泥调质活性辅助胶凝材料在20-40°的范围内存在非晶相的峰，特别是30°左右出现的非晶相峰代表了其具有较高的活性。另外从表观上也可以明显的看出调质后赤泥呈现出有光泽的玻璃体相的外观，如图2所示，其中左边为调质前赤泥照片，右边为具有玻璃体外观的赤泥调质活性辅助胶凝材料。
实施例2
本实施例赤泥调质活性辅助胶凝材料，按如下质量百分数称取原料：
Figure GDA0003345653720000041
具体制备方法如下：
(1)按照比例称取烘干赤泥、钢渣、偏高岭土、石灰石并充分混合得到混合物A；
(2)将混合物A按照20℃/min升温至1450℃，得到液相的混合物B，随后在该温度下保持0.8h，得到充分反应的液相混合物C；
(3)将液相混合物C直接倾倒于液氮中进行冷却，得到的调质赤泥D，经烘干，粉磨得到辅助胶凝材料，即为所需成品，比表面积为360m2/kg。将该成品加入到水泥中测定活性指数，按照国标GB/T18046-2017执行标准检测，7天的活性指数为62％，28天的活性指数为83％。
实施例3
本实施例赤泥调质活性辅助胶凝材料，按如下质量百分数称取原料：
烘干赤泥 65％，
钢渣 30％，
偏高岭土 5％。
具体制备方法如下：
(1)按照比例称取烘干赤泥、钢渣、偏高岭土并充分混合得到混合物A；
(2)将混合物A按照15℃/min升温至1400℃，得到液相的混合物B，随后在该温度下保持0.5h，得到充分反应的液相混合物C；
(3)将液相混合物C直接倾倒于液氮中进行冷却，得到的调质赤泥D，经烘干，粉磨得到辅助胶凝材料，即为所需成品，比表面积为400m2/kg。将该成品加入到水泥中测定活性指数，按照国标GB/T18046-2017执行标准检测，7天的活性指数为64％，28天的活性指数为85％。
将实施例1制备得到的赤泥调质活性辅助胶凝材料以50wt％掺入到水泥中，按照水泥胶砂强度测定标准GB/T17671-1999与用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉测定标准GB/T18046-2017，和标号P·Ⅱ52.5的普通硅酸盐水泥进行比较，二者7天和28天强度见图3。从图3可以看出：掺加了50wt％调质赤泥的水泥与掺加矿渣的水泥相比在7天和28天抗压强度都有所增强，说明了调质赤泥可以在碱性条件下被激发，具有辅助胶凝材料的特性，可以替代矿渣成为一种新型的辅助胶凝材料。
本发明是突破了赤泥中碱和非活性铝铁利用的局限，通过矿物组成设计优化配比调控赤泥为活性的玻璃体材料，经过调控，不仅消除了赤泥中碱在建材中使用的危害，还将赤泥制备为高附加值的辅助胶凝材料，本发明既在环境保护问题上起到解决问题的作用，还为建材原料的来源拓宽了道路。
本发明提供了一种赤泥调质制备的活性辅助胶凝材料及方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种赤泥调质制备的活性辅助胶凝材料，其特征在于，通过如下步骤制备得到：
（1）称取烘干赤泥和赤泥的调质原料；
（2）将步骤（1）烘干赤泥和调质原料均匀的混合，得到混合物A；
（3）将混合物A加热到1400~1500℃，得到液相的混合物B，维持该温度0.3-3h得到充分反应的液相混合物C；
（4）将混合物C直接采用急速冷却的方式进行冷却，冷却后得到的调质赤泥D；
（5）将得到的调质赤泥D进行烘干处理，并进行粉磨即得；
步骤（1）中，赤泥的调质原料与烘干赤泥的比例按照如下质量百分数计算：
赤泥：40%-80%；
调质原料：20%-60%；
制备得到的赤泥调质活性辅助胶凝材料7天的活性指数不低于60%，28天的活性指数不低于80%；
所述赤泥的调质原料为粉煤灰、矿渣、硅灰、粘土、铁尾矿、石灰、氢氧化钙、电石、钢渣或石灰石中的任意一种或者两种以上的混合物。
2.根据权利要求1所述的赤泥调质制备的活性辅助胶凝材料，其特征在于，步骤（1）中，所述的烘干赤泥的比表面积为150-500 m2/kg。
3.根据权利要求1所述的赤泥调质制备的活性辅助胶凝材料，其特征在于，步骤（1）中，所述的调质原料的比表面积为200-400 m2/kg。
4.根据权利要求1所述的赤泥调质制备的活性辅助胶凝材料，其特征在于，步骤（3）中，将混合物A按照升温速率5-50℃/min加热至1400-1500℃。
5.根据权利要求1所述的赤泥调质制备的活性辅助胶凝材料，其特征在于，步骤（4）中，所述急速冷却的方式包括水冷、液氮冷却或氩气冷却。
6.根据权利要求1所述的赤泥调质制备的活性辅助胶凝材料，其特征在于，其比表面积为300-800 m2/kg。
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