CN113800792A - 一种室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法、活化赤泥及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于赤泥处理技术领域，具体涉及一种室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法、活化赤泥及其应用。该室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法包括下述步骤：取氧化铝工业排放的烧结法赤泥浆液，向所述烧结法赤泥浆液内持续通入含二氧化碳的气体，使二氧化碳与所述烧结法赤泥浆液在室温、常压下发生碳化反应至反应液的pH＝6.5～7.5，以实现所述烧结法赤泥的碳化活化。采用本发明的方法对烧结法赤泥浆液处理后得到的活化赤泥可用作辅助胶凝材料，解决现有技术中烧结法赤泥利用率低的问题。
Description
技术领域
本发明属于赤泥处理技术领域，具体涉及一种室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法、活化赤泥及其应用。
背景技术
赤泥是铝工业生产过程中排出的强碱固体废物，每生产1t氧化铝，大约1.5t赤泥被排出。据统计，近些年我国赤泥年排放量超过8800万t，赤泥总量超过6亿t，利用率仅为5.2％。此外，随着我国氧化铝产量的逐年上涨和矿石品位的下降，我国赤泥的堆存量还将不断增加。赤泥的堆存不仅需要占用大量的土地，而且会对周边的地下水体、空气、动植物造成严重危害，对赤泥的利用已成为重点研究方向。
关于烧结法赤泥的利用，国内外开展了一些研究，如CN101468866A一种烧结法赤泥常压脱碱方法，赤泥中碱的去除率可达85％以上，作为生产水泥的原料。CN101269948A一种赤泥烧结砖及制作方法，将一定量的塑性物料与赤泥充分混合，在塑性挤出机械中挤出成型为泥条，再切割成砖坯，通过干燥、烧成得到合格的烧结墙体材料制品。CN108296267A一种工业化处理烧结赤泥的方法，包括以下步骤：(1)分离、洗涤，得到赤泥浆液；(2)混合：向赤泥浆液中加入石灰进行研磨、搅拌，得到混合赤泥浆液；(3)钙化：将混合赤泥浆液进行钙化处理，得到钙化赤泥浆液，产物主要是碳酸钙和硅酸钙。这些发明虽然在一定程度上利用了烧结法赤泥，但其研磨，焙烧，增加了工艺流程和能量消耗，且利用率较低。
近年来，环境污染问题越来越受到人们的关注，作为污染的两大源头(废气与废渣)，已成为治理污染的重点，经过大量试验研究，矿物固碳已成为一种能够永久储存二氧化碳的方法，同时也可以通过矿物的碳化制备建材制品。
因此，对于烧结法赤泥的利用有待进一步研究。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种室温下湿法碳化活化烧结法赤泥的方法，该方法无需对烧结法赤泥进行焙烧等预处理，在室温、常压下即可实现对烧结法赤泥的碳化活化，使烧结法赤泥含有的大量的C2S矿物，能够与CO2气体反应，生成碳酸钙晶体和高度聚合的硅铝凝胶。采用本发明的方法处理后得到的活化赤泥可用作辅助胶凝材料，解决现有技术中烧结法赤泥利用率低的问题。
本发明的目的之二在于提供一种活化赤泥。
本发明的目的之三在于提过如上所述的活化赤泥的应用。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：一种室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法包括以下步骤：取氧化铝工业排放的烧结法赤泥浆液，向所述烧结法赤泥浆液内持续通入含二氧化碳的气体，使二氧化碳与所述烧结法赤泥浆液在室温、常压下发生碳化反应至反应液的pH＝6.5～7.5，以实现所述烧结法赤泥的碳化活化。
优选地，所述碳化反应的温度为20～40℃。
优选地，使二氧化碳与所述烧结法赤泥浆液在室温、常压下发生碳化反应至反应液的pH＝6.61以实现所述烧结法赤泥的碳化活化。
优选地，所述碳化反应的持续时间为0.5～4h。
优选地，在持续通入所述含二氧化碳的气体的同时，对烧结法赤泥浆液进行搅拌，搅拌速度为200～500r/min。
优选地，以1L烧结法赤泥浆液计，所述含二氧化碳的气体的通气速率为0.1～2L/min。
优选地，所述烧结法赤泥浆液的含水率为45～90％。
优选地，所述含二氧化碳的气体为工业废气。
优选地，所述工业废气中所含的二氧化碳体积浓度为20～100％。
优选地，所述工业废气包括水泥回转窑烟气、生石灰窑烟气或化工合成尿素过程中排放的废气中的任意一种或几种的组合。
优选地，还包括在所述碳化反应结束后，对反应液进行固液分离(例如过滤)和干燥的步骤。
本发明的目的之二通过下述技术方案实现：本发明还提出了一种活化赤泥，所述活化赤泥采用如上所述的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法对烧结法赤泥处理后得到，所述活化赤泥的粒径不超过10μm。
本发明的目的之三通过下述技术方案实现：本发明还提出了如上所述的活化赤泥作为辅助性胶凝材料应用。
优选地，在活化赤泥作为辅助性胶凝材料应用时，所述活化赤泥作为辅助性胶凝材料与水泥复配使用，所述活化赤泥的用量为所述活化赤泥与水泥总量的10wt％～50wt％。
优选地，在活化赤泥作为辅助性胶凝材料应用时，所述活化赤泥作为辅助性胶凝材料与水泥复配使用，所述活化赤泥的用量为所述活化赤泥与水泥总量的10wt％～20wt％。
优选地，所述活化赤泥与水泥复配后用于制备砂浆，所述砂浆还包括减水剂和砂。
有益效果：
本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法通过在室温、常压下向烧结法赤泥中通入含二氧化碳的气体，使二氧化碳与烧结法赤泥中的矿物(C2S矿物)发生碳酸化反应，使烧结法赤泥中低活性的矿物转化为高活性的碳酸钙和高聚合度的硅铝凝胶，大大提高烧结法赤泥的活性，从而可用于制备性能优良的建材制品，提高烧结法赤泥的利用率。本发明的方法还可实现二氧化碳的封存，缓解温室效应，助力碳达峰、碳中和目标的实现。
本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法不需要密封碳化装置。
本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥所需的含二氧化碳的气体可为工业废气，且不依赖于工业废气中二氧化碳浓度，有助于改善由于工业废气所造成的环境污染的问题，
烧结法赤泥排放时的液体形态，也更适用于湿法碳化，本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法实现工业化利用的可行性很强，易于连续生产。
本发明室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法工艺简单，原位对烧结法赤泥浆液进行活化处理，吸收固化二氧化碳，低碳环保，同时降低了烧结法赤泥的碱性危害。
本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的碳化时间大大缩短，固碳效率高，湿法碳化3h后，固碳率达到19.23％，碳化程度达到72.18％，更易于工业应用。
本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法，在烧结法赤泥的湿法碳化活化过程促进了烧结法赤泥中钠等有害碱大量溶出，通过抽滤有效降低烧结法赤泥中的碱含量(Na2O)，滤液中回收碱达到81.82％。
采用本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法对烧结法赤泥进行碳化活化后，得到的活化赤泥的粒径分布更集中，粒度更均匀。
本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法制备得到的活化赤泥的粒径不超过10μm，可用作辅助性胶凝材料。
烧结法赤泥经本发明的方法碳化活化后，生成的碳酸钙和高聚合度的硅铝凝胶活性更高，火山灰活性优于常用的粉煤灰或硅灰等辅助性胶凝材料。
本发明的活化赤泥作为辅助性胶凝材料，与水泥配合使用，有助于改善砂浆的抗压强度。
附图说明
构成本申请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。其中：
图1为本发明实施例提供的室温下湿法碳化活化烧结法赤泥的装置的示意简图；
图2为本发明实施例提供的室温下湿法碳化活化烧结法赤泥的方法对烧结法赤泥分别湿法碳化活化不同时间得到的样品的FT-IR图；
图3为本发明实施例提供的室温下湿法碳化活化烧结法赤泥的方法对烧结法赤泥湿法碳化活化前后的样品的TG图；
图4为本发明实施例提供的室温下湿法碳化活化烧结法赤泥的方法对烧结法赤泥湿法碳化活化前后样品XRD图；
图5为本发明实施例提供的室温下湿法碳化活化烧结法赤泥的方法对烧结法赤泥湿法碳化活化后样品的SEM图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面将结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明通过在室温、常压下向烧结法赤泥中通入含二氧化碳的气体，使二氧化碳与烧结法赤泥中的矿物(C2S矿物)发生碳酸化反应，使烧结法赤泥中低活性的矿物转化为高活性的碳酸钙和高聚合度的硅铝凝胶，大大提高烧结法赤泥的活性，从而可用于制备性能优良的建材制品，提高烧结法赤泥的利用率，避免烧结法赤泥对环境造成污染。此外，本发明的方法还可实现二氧化碳的封存，缓解温室效应。
本发明实施例的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法包括以下步骤：取氧化铝工业排放的烧结法赤泥浆液，向所述烧结法赤泥浆液内持续通入含二氧化碳的气体，使二氧化碳与所述烧结法赤泥浆液在室温、常压下发生碳化反应至反应液的pH＝6.5～7.5(例如6.5、6.6、6.7、6.8、6.9、7.0、7.1、7.2、7.3、7.4或7.5)，以实现所述烧结法赤泥的碳化活化。通过上述原位湿法碳化活化烧结法赤泥，可制备得到高活性、超细(粒径不超过10μm)的活化赤泥，可用于制备性能优良的建材制品，提高烧结法赤泥的利用率。此外，由于烧结法赤泥排放时一般为液体形态，本发明采用湿法对烧结法赤泥进行处理，且不需要密封碳化装置，更易实施。本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法所需的反应装置可如说明书附图图1所示。
本发明优选实施例中，所述碳化反应的温度为20～40℃(例如21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃、35℃、36℃、37℃、38℃、39℃或40℃)。水温影响二氧化碳的溶解度和碳化反应速率，搅拌速率也需要合理控制，过快导致气体停留时间短，过慢导致气体分散不均匀，不能满足碳化活性要求。
本发明优选实施例中，所述碳化反应的温度为20～35℃(例如21℃、22℃、23℃、24℃、25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃)。
本发明优选实施例中，所述碳化反应的温度为25～35℃(例如25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃)。
本发明优选实施例中，所述碳化反应的温度为30～35℃(例如30℃、31℃、32℃、33℃、34℃或35℃)。
本发明优选实施例中，使二氧化碳与所述烧结法赤泥浆液在室温、常压下发生碳化反应至反应液的pH＝6.61，以实现所述烧结法赤泥的碳化活化。
本发明优选实施例中，所述碳化反应的持续时间为0.5～4h(例如0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h或4h)。
本发明优选实施例中，在持续通入所述含二氧化碳的气体的同时，对烧结法赤泥浆液进行搅拌，搅拌速度为200～500r/min(例如200r/min、250r/min、300r/min、350r/min、400r/min、450r/min或500r/min)。
本发明优选实施例中，以1L烧结法赤泥浆液计，所述含二氧化碳的气体的通气速率为0.1～2L/min(例如0.1L/min、0.3L/min、0.5L/min、0.7L/min、0.9L/min、1.1L/min、1.3L/min、1.5L/min、1.7L/min、1.9L/min或2L/min)。碳化反应时间与二氧化碳浓度、通气速率、赤泥浆液的固含量有关，尾气中二氧化碳浓度越高，所需的通气速率越小，所需碳化时间越短；但通气速率越大，会导致二氧化碳停留在溶液中时间过短，不利于碳化反应，经试验发现，通气速率在0.1～2L/min的范围内，工艺效果较好。
本发明优选实施例中，所述烧结法赤泥浆液的含水率为45～90％(例如45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％或90％)。
本发明优选实施例中，所述含二氧化碳的气体为工业废气。采用工业废气作为本发明所需的二氧化碳的来源，可有效解决工业废气的污染问题。
本发明优选实施例中，所述工业废气中所含的二氧化碳体积浓度为20～100％(例如20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％或100％)。本发明的实施不依赖于工业废气中二氧化碳的浓度。
本发明优选实施例中，所述工业废气包括但不限于水泥回转窑烟气(所含的二氧化碳的浓度为10～20％)、生石灰窑烟气(所含的二氧化碳的浓度为35～40％)或化工合成尿素过程中排放的废气(所含的二氧化碳的浓度为90～98％)中的任意一种或几种的组合。
本发明优选实施例中，还包括在所述碳化反应结束后，对反应液进行固液分离(例如过滤)和干燥固体的步骤。
本发明还提出了一种活化赤泥，所述活化赤泥采用如上所述的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法对烧结法赤泥处理后得到，所述活化赤泥的粒径不超过10μm。
本发明还提出了如上所述的活化赤泥作为辅助性胶凝材料应用。
本发明具体实施例中，在活化赤泥作为辅助性胶凝材料应用时，所述活化赤泥作为辅助性胶凝材料与水泥复配使用，所述活化赤泥的用量为所述活化赤泥与水泥总量的10wt％～50wt％(例如10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％、35wt％、40wt％、45wt％或50wt％)。
本发明具体实施例中，在活化赤泥作为辅助性胶凝材料应用时，所述活化赤泥作为辅助性胶凝材料与水泥复配使用，所述活化赤泥的用量为所述活化赤泥与水泥总量的10wt％～20wt％(例如11wt％、12wt％、13wt％、14wt％、15wt％、16wt％、17wt％、18wt％、19wt％或20wt％)。
本发明优选实施例中，所述活化赤泥与水泥复配后用于制备砂浆，所述砂浆还包括减水剂和砂。
下面通过具体实施例对本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法、活化赤泥及其应用进行详细说明。
实施例1
一种室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法包括以下步骤：
(1)取氧化铝工业排放的烧结法赤泥浆液，固含量为10％，控制烧结法赤泥浆液温度为20～40℃，搅拌速度为400r/min；
(2)向均匀混合的烧结法赤泥浆液中通入含二氧化碳的工业废气(二氧化碳浓度为99.9％)，分别按照下述条件使烧结法赤泥浆液与二氧化碳发生碳化反应，实现烧结法赤泥的碳化活化：
1)二氧化碳通气速率为0.4L/min/1L烧结法赤泥浆液，碳化时间4h后pH降到6.61稳定，结束反应；
2)二氧化碳通气速率调整为0.8L/min/1L烧结法赤泥浆液，碳化时间3h后pH降到6.61稳定，结束反应；
3)二氧化碳通气速率调整为1L/min/1L烧结法赤泥浆液，碳化时间2h后pH降到6.61稳定，结束反应；
4)二氧化碳通气速率调整为1.2L/min/1L烧结法赤泥浆液，碳化时间1.6h后pH降到6.61稳定，结束反应；
5)二氧化碳通气速率调整为1.6L/min/1L烧结法赤泥浆液，碳化时间1.2h后pH降到6.61稳定，结束反应；
6)二氧化碳通气速率调整为2L/min/1L烧结法赤泥浆液，碳化时间1h后pH降到6.61稳定，结束反应；
(3)将上述1)-6)的反应液分别进行过滤烘干，即得活化赤泥。
本实施例的活化赤泥：按照上述方法制备得到，制备得到的活化赤泥的粒径不超过10μm。
本实施例的活化赤泥的应用：可用作辅助胶凝材料。
实施例2
一种室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法包括以下步骤：
(1)氧化铝工业排放的烧结法赤泥浆液，固含量为10％，控制浆液温度为20℃，搅拌速度为400r/min；
(2)向均匀混合的烧结法赤泥浆液中通入含二氧化碳的工业废气(室用二氧化碳浓度为99.9％)，二氧化碳通气速率为2L/min/1L烧结法赤泥浆液，使烧结法赤泥浆液与二氧化碳发生碳化反应，实现烧结法赤泥的碳化活化。
在上述碳化反应的过程中，分别在碳化反应的5min、10min、30min、60min、120min和180min时取样，测定Na2O溶出率、二氧化碳固化量和碳化程度，
Na2O溶出速率测试方法：利用火焰光度计(型号为FP6431)，首先配制五种不同钠离子浓度的标准液。随后将不同碳化时间的溶液通过孔径为0.22μm的Nylon滤膜并稀释100倍进行测试。假设Na+全部来自赤泥中的Na2O，经测试赤泥中Na2O含量为3.41％，将测得的不同碳化时间滤液中的Na+含量除以理论上总的Na2O中的Na+含量，即得Na2O溶出速率。
二氧化碳固化量测试方法：对不同碳化时间的赤泥浆液过滤烘干，进行TG测试，TG曲线500～800℃的失重率认为是碳酸钙分解为二氧化碳的含量，减去未碳化的赤泥中碳酸钙受热分解的失重率(5.24％)，即为不同碳化时间二氧化碳固化量。
碳化程度：根据下列公式(1)计算得到不同碳化活化时间的赤泥中总的碳酸钙的含量，减去未碳化的赤泥中的碳酸钙含量(14.32％)，即得碳化程度。
碳酸钙含量：
M500℃为TG曲线500℃对应的质量(％)，M800℃为TG曲线800℃对应的质量(％)。
具体测定结果如下所示：
1)碳化时间为5min时，取反应液过滤、烘干，得到活化赤泥；测得活化赤泥的Na2O溶出率为18.18％，二氧化碳固化量为2.74％，碳化程度为7.97％；
2)碳化时间为10min时，取反应液过滤、烘干，得到活化赤泥；测得活化赤泥的Na2O溶出率为27.27％，二氧化碳固化量为4.39％，碳化程度为13.23％；
3)碳化时间为30min时，取反应液过滤、烘干，得到活化赤泥；测得活化赤泥的Na2O溶出率为36.37％，二氧化碳固化量为10.18％，碳化程度为32.78％；
4)碳化时间为60min时，取反应液过滤、烘干，得到活化赤泥；测得活化赤泥的Na2O溶出率为45.45％，二氧化碳固化量为12.39％，碳化程度为39.84％；
5)碳化时间为120min时，取反应液过滤、烘干，得到活化赤泥；测得活化赤泥的Na2O溶出率为63.64％，二氧化碳固化量为13.57％，碳化程度为45.89％；
6)碳化时间为180min时，取反应液过滤、烘干，得到活化赤泥；测得活化赤泥的Na2O溶出率为81.82％，二氧化碳固化量为18.95％，碳化程度为72.18％。
本实施例的活化赤泥：按照上述方法制备得到，制备得到的活化赤泥的粒径不超过10μm。
对上述1)-6)所得不同碳化时间的活化赤泥分别进行了FT-IR表征，如图2所示(由图2可知，采用本发明的室温下湿法碳化活化烧结法赤泥的方法对烧结法赤泥浆液进行处理，生成了高聚合度的硅铝凝胶)。其中1420，876和712cm-1为碳酸钙中C-O基团的振动峰，可以看出，随着碳化时间的延长，碳酸钙生成量逐渐增多，且不依赖于二氧化碳浓度，同时在碳化30min后生成了高聚合度的硅铝凝胶，图中Si-O基团的振动峰向更高波数迁移(相比碳化0min、10min中的971cm-1迁移到的1003cm-1)。当本发明的活化赤泥与水泥混合时，高度聚合的硅铝凝胶能迅速参与水泥水化反应，反应活性显著高于未碳化处理的烧结法赤泥。
进一步对上述6)制备得到的活化赤泥微粉(SRM-A)和未经本发明的室温下原位湿法碳化活化的烧结法赤泥(SRM-B)进行TG、XRD、SEM测试，测试结果如图3(图3表明采用本发明的室温下湿法碳化活化烧结法赤泥的方法对烧结法赤泥浆液湿法碳化活化，碳化产物主要是方解石)、图4(图4表明碳化后生成物主要是碳酸钙和高聚合度的硅铝凝胶)、图5。表明烧结法赤泥经过碳化活化处理后生成了大量的方解石和高聚合度的硅铝凝胶。从图5可以看出，活化赤泥微粉粒径不超过10μm，方解石主要包裹在凝胶表面，进行成核生长。
实施例3
一种室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法包括以下步骤：
(1)氧化铝工业排放的烧结法赤泥浆液，固含量为10％，控制浆液温度分别为25℃、30℃、35℃和40℃，搅拌速度为400r/min；
(2)向均匀混合的烧结法赤泥浆液中通入含二氧化碳的工业废气(室用二氧化碳浓度为99.9％)，二氧化碳通气速率为2L/min/1L浆液，使烧结法赤泥浆液与二氧化碳发生碳化反应，实现烧结法赤泥的碳化活化。
(3)碳化反应180min后，反应液过滤、烘干，即得SRM-25(碳化反应温度为25℃)、SRM-30(碳化反应温度为30℃)、SRM-35(碳化反应温度为35℃)和SRM-40(碳化反应温度为40℃)。
上述制备得到的完全碳化后的活化赤泥SRM-25、SRM-30、SRM-35和SRM-40分别与普通硅酸盐水泥、砂和水按照比例(详下表1)混合搅拌均匀后制备水泥赤泥混合砂浆(其中减水剂掺量的确定条件是在保证不同组胶砂流动度基本在180mm左右)，浇筑成型，模具规格为40×40×160mm，湿养室内1天后脱模，之后水养护3天、7天、28天，根据标准GB/T 7897-2008测试不同组砂浆试块的抗折抗压强度。其中，不同组水泥赤泥试块的抗折强度结果见表2所示，不同组水泥赤泥试块的抗压强度结果见表3所示。本实验所用的水泥为普通硅酸盐水泥(P.O 42.5)，其性能指标满足国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)要求。
水泥赤泥混合砂浆配比见下表1，水胶比为0.4，胶砂比为1：3。
表1水泥赤泥混合砂浆配比
表2水泥赤泥试块抗折强度
由表2可知，室温(25℃、30℃、35℃和40℃)下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法改性的烧结法赤泥掺量为10wt％～30wt％时制备得到的水泥赤泥试块的抗折强度逐渐增加(相对于水泥试块)，掺量为20％、30％组抗折强度相当，而赤泥掺量过多(50wt％)时，抗折强度小幅度降低(降低幅度<5％，相对于水泥试块)。不同温度下原位湿法碳化的烧结法赤泥的活性随温度先升高后降低，在30-35℃时试块的抗折强度较好。
表3水泥赤泥试块抗压强度
由表3可知，室温(25℃、30℃、35℃和40℃)下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法改性的烧结法赤泥掺量为10wt％～30wt％时制备得到的水泥赤泥试块的抗压强度逐渐增加(相对于水泥试块)，掺量为20％组抗压强度最高，而赤泥掺量过多(50wt％)，抗压强度小幅度降低(相对于水泥试块)。不同温度下原位湿法碳化的烧结法赤泥的活性随温度先升高后降低，在30-35℃时试块的抗压强度较好。
实施例4
将按照上述实施例2中的6)制备得到的完全碳化后的活化赤泥(碳化反应时间180min，活化赤泥的Na2O溶出率为81.82％，二氧化碳固化量为18.95％，碳化程度为72.18％；后续简称为SRM-A)、普通硅酸盐水泥、砂和水按照比例(详见表1)混合搅拌均匀后制备水泥赤泥混合砂浆(其中减水剂掺量的确定条件是在保证不同组胶砂流动度基本在180mm左右)，浇筑成型，模具规格为40×40×160mm，湿养室内1天后脱模，之后水养护3天、7天、28天，根据标准GB/T 7897-2008测试不同组砂浆试块的抗折抗压强度。本实验所用的水泥为普通硅酸盐水泥(P.O 42.5)，其性能指标满足国家标准《通用硅酸盐水泥》(GB175-2007)要求。
水泥赤泥混合砂浆配比见上表1，水胶比为0.4，胶砂比为1：3。
对比例1
对比例1与实施例4的区别仅在于：将活化赤泥替换为烧结法赤泥(未经本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法进行改性，以下简述为SRM-B)。
对比例2
对比例2与实施例4的区别仅在于：采用SRM-C代替实施例4中的SRM-A；其中SRM-C与SRM-A的区别仅在于：烧结法赤泥浆液与含二氧化碳的工业废气的碳化反应的温度为45℃。
SRM-C的制备方法具体如下：(1)烧结法赤泥微粉与水溶液配制成含水率为90％的烧结法赤泥浆液，控制浆液温度为45℃，搅拌速度为400r/min；
(2)向均匀混合的烧结法赤泥浆液中通入含二氧化碳的工业废气(室用二氧化碳浓度为99.9％)，二氧化碳通气速率为2L/min/1L浆液，使烧结法赤泥浆液与二氧化碳发生碳化反应，实现烧结法赤泥的碳化活化；
(3)碳化反应180min，结束反应；反应液过滤、烘干即得SRM-C。
对比例3
对比例3与实施例4的区别仅在于：采用BRM-A代替实施例4中的SRM-A；其中BRM-A与SRM-A的区别仅在于：采用拜耳法赤泥替代烧结法赤泥。
BRM-A的制备方法具体如下：(1)将拜耳法赤泥微粉与水溶液配制成含水率为90％的拜耳法赤泥浆液，控制浆液温度为20，，℃搅拌速度为400r/min；
(2)向均匀混合的拜耳法赤泥浆液中通入含二氧化碳的工业废气(室用二氧化碳浓度为99.9％)，二氧化碳通气速率为2L/min/1L浆液，使拜耳法赤泥浆液与二氧化碳发生碳化反应；
(3)碳化反应180min，结束反应；反应液过滤、烘干即得BRM-A。
对比例4
对比例4与实施例4的区别仅在于：SRM-A与水泥的质量比不同；对比例4中水泥与SRM-A的质量比分别为1:2(水泥150g+SRM-A 300g)、1:3(水泥112.5g+SRM-A 337.5g)和0(不含水泥，SRM-A 450g)。
本发明对实施例4和对比例1-4所得试块的力学性能测试结果见下表4(抗折强度)和表5(抗压强度)所示。
表4水泥赤泥试块抗折强度
由表4可知，对比例1采用未经本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法改性的烧结法赤泥(SRM-B)制备得到的水泥赤泥试块的抗折强度降低(相对于水泥试块)，但实施例4的活化赤泥(SRM-A)20％，30％掺量组的抗折强度与空白组(SRM-A掺量为0，水泥试块)差别不大，28d的抗折强度与空白组(SRM-A掺量为0，水泥试块)相当；
对比例2：采用45℃原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法改性的烧结法赤泥(SRM-C)制备得到的水泥赤泥试块的抗折强度随掺量的增加逐渐降低(相对于水泥试块)，表明温度超过40℃碳化得到的产品活性较低，与水泥复配效果不好；
对比例3：对比例3采用本发明的室温下原位湿法碳化活化拜耳法赤泥的方法改性的拜耳法赤泥(BRM-A)制备得到的水泥赤泥试块的抗折强度逐渐降低(相对于水泥试块)，可能是由于拜耳法赤泥中的矿物很难发生碳化反应，不能提高其活性，表明拜耳法赤泥不适用于本发明；
对比例4：对比例4采用本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法改性的烧结法赤泥(SRM-A)掺量超过50wt％时，制备得到的水泥赤泥试块的抗折强度大幅度降低(相对于水泥试块)。
表5水泥赤泥试块抗压强度
由表5可知，实施例4的赤泥水泥试块(SRM-A的掺量为10％～50％)的抗压强度均有一定的提高；SRM-A掺量为10％～30％时，3d，7d，28d的强度与空白组(SRM-A掺量为0，水泥试块)相比均有所增加，SRM-A最高掺量50％时仍可与空白组(SRM-A掺量为0，水泥试块)持平；且SRM-A掺量为20％时最高，相比于SRM-A掺量为0(仅含水泥)的情况，3d、7d和28d抗压强度分别提高了8.42％、22.05％和12.90％。
对比例1：采用未经本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法改性的烧结法赤泥(SRM-B)制备得到的水泥赤泥试块的抗压强度降低(相对于水泥试块)；
对比例2：采用45℃原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法改性的烧结法赤泥(SRM-C)制备得到的水泥赤泥试块的抗压强度随掺量的增加逐渐降低(相对于水泥试块)，表明温度超过40℃碳化得到的产品活性较低，与水泥复配效果不好；
对比例3：对比例3采用本发明的室温下原位湿法碳化活化拜耳法赤泥的方法改性的拜耳法赤泥(BRM-A)制备得到的水泥赤泥试块的抗压强度逐渐降低(相对于水泥试块)，可能是由于拜耳法赤泥中的矿物很难发生碳化反应，不能提高其活性，表明拜耳法赤泥不适用于本发明；
对比例4：对比例4采用本发明的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法改性的烧结法赤泥(SRM-A)掺量超过50wt％时，制备得到的水泥赤泥试块的抗压强度大幅度降低(相对于水泥试块)。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
Claims (10)
1.一种室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：
取氧化铝工业排放的烧结法赤泥浆液，向所述烧结法赤泥浆液内持续通入含二氧化碳的气体，使二氧化碳与所述烧结法赤泥浆液在室温、常压下发生碳化反应至反应液的pH＝6.5～7.5，以实现所述烧结法赤泥的碳化活化。
2.如权利要求1所述的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法，其特征在于，所述碳化反应的温度为20～40℃。
3.如权利要求1所述的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法，其特征在于，使二氧化碳与所述烧结法赤泥浆液在室温、常压下发生碳化反应至反应液的pH＝6.61，以实现所述烧结法赤泥的碳化活化；
优选地，所述碳化反应的持续时间为0.5～4h。
4.如权利要求1所述的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法，其特征在于，在持续通入所述含二氧化碳的气体的同时，对所述烧结法赤泥浆液进行搅拌，搅拌速度为200～500r/min。
5.如权利要求1所述的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法，其特征在于，以1L烧结法赤泥浆液计，所述含二氧化碳的气体的通气速率为0.1～2L/min；
优选地，所述烧结法赤泥浆液的含水率为45～90％。
6.如权利要求1所述的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法，其特征在于，所述含二氧化碳的气体为工业废气；
优选地，所述工业废气中所含的二氧化碳体积浓度为20～100％；
再优选地，所述工业废气包括水泥回转窑烟气、生石灰窑烟气或化工合成尿素过程中排放的废气中的任意一种或几种的组合。
7.如权利要求1-6中任一项所述的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述碳化反应结束后，对反应液进行固液分离和干燥的步骤。
8.一种活化赤泥，其特征在于，所述活化赤泥经如权利要求1-7中任一项所述的室温下原位湿法碳化活化烧结法赤泥的方法对烧结法赤泥处理后得到，所述活化赤泥的粒径不超过10μm。
9.如权利要求8所述的活化赤泥作为辅助性胶凝材料应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述活化赤泥作为辅助性胶凝材料与水泥复配使用，所述活化赤泥的用量为所述活化赤泥与所述水泥总量的10wt％～50wt％；
优选地，所述活化赤泥的用量为所述活化赤泥与所述水泥总量的10wt％～20wt％；
更优选地，所述活化赤泥与水泥复配后用于制备砂浆，所述砂浆还包括减水剂和砂。
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