CN113860783B - 一种赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法及其应用 - Google Patents

一种赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法及其应用。所述方法包括：(1)将赤泥改性至其中的钾、钠总百分含量不超过2％，且铝硅比不超过1，得主要成分为钙铁铝榴石和赤铁矿的改性赤泥。(2)将改性赤泥与钙质、碳质改性剂混匀后煅烧，得煅烧赤泥。(3)将所述煅烧赤泥制成颗粒物，然后分离出其中的磁性产物，剩余的非磁性残渣即为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料。本发明通过对赤泥组分改性，为后续的煅烧工艺中实现赤泥组分重整奠定了基础，最终得到以硅酸二钙胶凝矿物为主的赤泥基后期强度增强胶凝材料，其加入水泥混凝土中后能够显著提高后期强度。同时到了铁品位超过50％的铁精矿，可直接用于钢铁冶炼行业炼钢。

Description

一种赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法及 其应用
技术领域
本发明涉及水泥混凝土技术领域，具体涉及一种赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法及其应用。
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。
赤泥是生产氧化铝时产生的大量固体废弃物，由于碱、铁含量高，传统的堆存处理不仅占用土地造成环境污染，并且对于赤泥中的元素无疑是一种资源浪费。因此开发赤泥处理技术，实现赤泥综合化利用具有现实意义。目前，国内外赤泥综合化应用主要为建筑材料、陶瓷、吸附剂、新型功能材料、有价金属回收等领域。在建材领域，开发了利用赤泥生产水泥、新型水泥基材料和辅助胶凝材料等技术。但是，由于自身高铁高碱特性，赤泥在建材领域的用量受到严重限制。
随着社会发展和技术进步，目前已有众多行业对水泥制品的质量提出更高的要求。大宗使用的水泥制品如水泥混凝土材料，是以试件28天龄期的抗压强度为依据，进行产品质量评定和合格验收。因此，开发用于提高后期强度的材料是一种提高水泥制品质量的有效途径，也是各行业的迫切需求。
发明内容
针对上述的问题，本发明提供一种赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法及其应用，该方法成功使赤泥中形成大量的硅酸二钙(2CaO·SiO2)胶凝矿物和易通过磁选技术分离的磁性物质，不仅得到了能够显著提升水泥混凝土后期强度的胶凝材料，而且得到了铁精矿，实现了赤泥的资源化利用。为实现上述目的，本发明如下所述的技术方案。
在本发明的第一方面，提供一种赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥改性至其中的钾、钠总百分含量不超过2％，且铝硅比不超过1，得主要成分为钙铁铝榴石和赤铁矿的改性赤泥，备用。
(2)将所述改性赤泥与钙质改性剂和碳质改性剂混匀，然后进行煅烧，完成后得到煅烧赤泥，备用。
(3)将所述煅烧赤泥制成颗粒物，然后分离出其中的磁性产物，剩余的非磁性残渣即为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料。
进一步地，步骤(1)中，采用碱性物质和氧化钙混合形成的碱性改性液对赤泥进行改性，优选地，所述碱性改性液中OH-浓度为0.5～2mol/L。可选地，所述碱性物质包括氢氧化钠、氢氧化钾等中的任意一种。在本步骤中，氧化钙用以合成钙铁铝榴石，从而通过这种碱性改性液将赤泥中不溶性含碱矿物转化成为石榴石型矿物，一方面达到脱碱的目的，另一方面控制赤泥硅铝元素赋存状态，为下步胶凝矿物的形成奠定基础。
进一步地，将所述改性赤泥和碱性改性液按照固液比1：5～1：20形成的料浆进行密封加热保温，保温结束后分离出固体产物，并清水洗涤至pH<8，干燥脱水，即得改性赤泥。可选地，所述加热温度为200～220℃，保温时间为110～130min。
进一步地，步骤(2)中，所述钙质改性剂的加入量不低于使改性赤泥中硅元素全部转化为硅酸二钙的剂量，所述碳质改性剂加入量为改性赤泥与钙质改性剂总质量的5～20％。在本步骤中，利用碳质改性剂在煅烧时产生的还原气氛，将赤泥中含铁矿物转化为磁铁矿，以便后续磁选分离。同时，钙元素与赤泥中硅元素反应得到硅酸二钙这一活性组分。
可选地，所述钙质改性剂包括氧化钙、碳酸钙、硫酸钙、乙酸钙等中的至少一种。
可选地，所述碳质改性剂包括煤粉、焦炭、生物质碳粉等中的至少一种。所述生物质碳粉是指由植物组织、动物组织等碳化后得到的碳粉。
进一步地，步骤(2)中，所述煅烧温度保持在800～1200℃之间，煅烧时间保持在30～200min，冷却速率保持在50～200℃/s之间。通过控制煅烧制度，使非磁性焙烧产物以硅酸二钙活性组分为主，含量达到50％以上。
进一步地，步骤(3)中，将所述煅烧赤泥破碎后研磨至粒度尺寸为0.1～0.02mm的颗粒占比50～90％即可。
进一步地，步骤(3)中，采用磁选技术进行磁性产物与非磁性产物的分离。优选地，磁选次数不少于2次，外加磁场强度为0.8～2.0T。
进一步地，步骤(3)中，分离出的所述磁性物质主要成分为Fe3O4，其为铁品位超过50％的铁精矿，可以直接用于钢铁冶炼行业炼钢，从而实现赤泥的彻底资源化利用。
在本发明的第二方面，提供所述赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料在建筑工程领域中的应用，优选为作为水泥混凝土添加剂，以提高水泥混凝土的后期强度，更优选地，所述后期强度增强胶凝材料在水泥混凝土中质量占比为15～50％。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过碱性物质和氧化钙混合形成的碱性改性液对赤泥的组分的改性，不仅有效避免赤泥基后期强度增强胶凝材料在水泥混凝土材料中泛碱现象，消除了赤泥由于高碱在水泥基材料中的应用限制；而且通过重整赤泥铝硅元素比例及矿物组成，为在后续的煅烧工艺中实现赤泥组分的重整奠定了基础，最终得到以硅酸二钙胶凝矿物为主的赤泥基后期强度增强胶凝材料，其加入水泥混凝土中后能够显著提高后期强度。同时，还得到了铁品位超过50％的铁精矿，可以直接用于钢铁冶炼行业炼钢。本发明不仅利用赤泥开发了新型的水泥后期强度增强胶凝材料，并且使赤泥变废为宝，实现了赤泥的深度资源化利用。
(2)实施例试验显示，本发明提出的工艺能够将分离铁精矿后残渣中硅酸二钙胶凝矿物含量可高达70％，从而成为后期强度增强胶凝材料，其在加入水泥混凝土材料后，即使在标准养护条件下，也可将水泥混凝土试件的28天抗压强度提高10％以上，抗折强度提高5％以上，显著改善了水泥混凝土的力学性能。
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。以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1为本发明第一实施例的步骤(2)得到的煅烧赤泥的XRD图谱。
图2为本发明第一对比例的步骤(2)得到的煅烧赤泥的XRD图谱。
图3为本发明第二对比例的步骤(2)得到的煅烧赤泥的XRD图谱。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件或按照制造厂商所建议的条件。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。本发明所使用的试剂或原料均可通过常规途径购买获得，如无特殊说明，本发明所使用的试剂或原料均按照本领域常规方式使用或者按照产品说明书使用。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明方法中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用。
下列实施例中，所述赤泥是采用拜耳法提炼氧化铝后排出的工业固体废物，其组成包括：SiO2 15％、Al2O3 25％、Fe2O3 30％、Na2O 15％、K2O2％、含水量10％、余量包括TiO2、MgO、P2O5等，质量百分数3％左右。
第一实施例
一种赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥干燥至含水量1％以下，并粉磨至0.2mm筛余1％。以重量份计，取40份所述赤泥、30份氢氧化钠、30份氧化钙混合均匀，将所得混合料加水配制成料浆(固液比为1：10)。然后将所述料浆装入密闭的高压容器内，升温至200℃后保温120min。待保温结束后自然冷却，丢弃上清液，并利用清水多次洗涤固体，直至pH<8，干燥脱水，得到改性赤泥，其中：Na2O质量分数为1.32％，K2O质量分数为0.27％，铝硅比为0.73，该改性赤泥的主要成分为钙铁铝榴石和赤铁矿。
(2)在步骤(1)所得改性赤泥中加入碳酸钙和秸秆碳粉，其中：以氧化钙占改性赤泥质量分数20％的掺量加入所述碳酸钙，以占改性赤泥与碳酸钙总质量15％的掺量加入所述碳粉。将所述改性赤泥、碳酸钙和秸秆碳粉混合均匀后研磨，将得到的混合物料置于加热炉中，以10℃/min的升温速率将混合物料加热至1000℃，并保温60min，煅烧结束后立即取出物料，并以不小于50℃/s的冷却速率快速冷却至室温，得到煅烧赤泥。
(3)将步骤(2)所得煅烧赤泥破碎研磨，控制粒度尺寸在0.1～0.02mm范围的颗粒数量占总颗粒数量的60％，在1.0T磁场强度下进行一次磁选，收集所得铁精矿进行二次研磨，控制粒度尺寸在0.1～0.02mm范围的颗粒数量占总颗粒数量的80％，再在1.6T磁场强度下进行二次磁选。收集并干燥铁精矿(磁性产物)和两次磁选所得选铁尾矿(非磁性产物)。
(4)对本实施例步骤(2)制备的煅烧赤泥进行XRD测试，结果如图1所示，可以看出，经过重整后得到的煅烧赤泥的成分为硅酸二钙、Fe3O4、铁酸钙和铝酸钙。
进一步地，通过重铬酸钾滴定，步骤(3)所得铁精矿中铁品位为59.94％，其主要成分为Fe3O4，该产物可直接用于钢铁冶炼行业提炼钢铁，实现赤泥的铁资源回收利用。
对步骤(3)所得选铁尾矿通过X射线衍射分析及Rietveld定量分析，该选铁尾矿中硅酸二钙的百分含量为64.12％，其余成分为铁酸钙和铝酸钙，该选铁尾矿即为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料。
为了验证该水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的性能，以20％掺量将该强度增强胶凝材料加入水泥胶砂进行标准养护，结果如表1所示：相比空白试样，掺加了所述强度增强胶凝材料的试样28天抗压抗折强度分别提高22.98％和13.16％，且未发生泛碱现象。
第二实施例
一种赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥干燥至含水量1％以下，并粉磨至0.2mm筛余1％。以重量份计，取42份所述赤泥、25份氢氧化钠、33份氧化钙混合均匀，将所得混合料加水配制成料浆(固液比为1：10)。氢氧化钠用提供反应所需OH-浓度、氧化钙用以合成钙铁铝榴石。然后将所述料浆装入密闭的高压容器内，升温至210℃后保温120min。待保温结束后自然冷却，丢弃上清液，并利用清水多次洗涤固体，直至pH<8，干燥脱水，得到改性赤泥，其中：Na2O质量分数为1.48％，K2O质量分数为0.25％，铝硅比为0.85，该改性赤泥的主要成分为钙铁铝榴石和赤铁矿。
(2)在步骤(1)所得改性赤泥中加入碳酸钙和秸秆碳粉，其中：以氧化钙占改性赤泥质量分数20％的掺量加入所述碳酸钙，以占改性赤泥与碳酸钙总质量15％的掺量加入所述碳粉。将所述改性赤泥、碳酸钙和秸秆碳粉混合均匀后研磨，将得到的混合物料置于加热炉中，以10℃/min的升温速率将混合物料加热至1050℃，并保温180min，煅烧结束后立即取出物料，并以不小于50℃/s的冷却速率快速冷却至室温，得到煅烧赤泥。
(3)将步骤(2)所得煅烧赤泥破碎研磨，控制粒度尺寸在0.1～0.02mm范围的颗粒数量占总颗粒数量的50％，在0.8T磁场强度下进行一次磁选，收集所得铁精矿进行二次研磨，控制粒度尺寸在0.1～0.02mm范围的颗粒数量占总颗粒数量的80％，再在1.6T磁场强度下进行二次磁选。收集并干燥铁精矿(磁性产物)和两次磁选所得选铁尾矿(非磁性产物)。
(4)对本实施例步骤(2)制备的煅烧赤泥进行XRD测试，结果显示经过重整后得到的煅烧赤泥的成分为硅酸二钙、Fe3O4、铁酸钙和铝酸钙。
进一步地，通过重铬酸钾滴定，步骤(3)所得铁精矿中铁品位为61.50％，其主要成分为Fe3O4，该产物可直接用于钢铁冶炼行业提炼钢铁，实现赤泥的铁资源回收利用。
对步骤(3)所得选铁尾矿通过X射线衍射分析及Rietveld定量分析，该选铁尾矿中硅酸二钙的百分含量为55.86％，其余成分为铁酸钙和铝酸钙，该选铁尾矿即为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料。
为了验证该水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的性能，以10％掺量将该强度增强胶凝材料加入水泥胶砂进行标准养护，结果如表1所示：相比空白试样，掺加了所述强度增强胶凝材料的试样28天抗压抗折强度分别提高11.49％和5.26％，且未发生泛碱现象。
第三实施例
一种赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥干燥至含水量1％以下，并粉磨至0.2mm筛余1％。以重量份计，取37份所述赤泥、35份氢氧化钠、28份氧化钙混合均匀，将所得混合料加水配制成料浆(固液比为1：10)。氢氧化钠用提供反应所需OH-浓度、氧化钙用以合成钙铁铝榴石。然后将所述料浆装入密闭的高压容器内，升温至220℃后保温120min。待保温结束后自然冷却，丢弃上清液，并利用清水多次洗涤固体，直至pH<8，干燥脱水，得到改性赤泥，其中：Na2O质量分数为0.79％，K2O质量分数为0.15％，铝硅比为0.64，该改性赤泥的主要成分为钙铁铝榴石和赤铁矿。
(2)在步骤(1)所得改性赤泥中加入碳酸钙和秸秆碳粉，其中：以氧化钙占改性赤泥质量分数20％的掺量加入所述碳酸钙，以占改性赤泥与碳酸钙总质量15％的掺量加入所述碳粉。将所述改性赤泥、碳酸钙和秸秆碳粉混合均匀后研磨，将得到的混合物料置于加热炉中，以10℃/min的升温速率将混合物料加热至800℃，并保温120min，煅烧结束后立即取出物料，并以不小于50℃/s的冷却速率快速冷却至室温，得到煅烧赤泥。
(3)将步骤(2)所得煅烧赤泥破碎研磨，控制粒度尺寸在0.1～0.02mm范围的颗粒数量占总颗粒数量的60％，在1.0T磁场强度下进行一次磁选，收集所得铁精矿进行二次研磨，控制粒度尺寸在0.1～0.02mm范围的颗粒数量占总颗粒数量的60％，再在1.2T磁场强度下进行二次磁选。收集并干燥铁精矿(磁性产物)和两次磁选所得选铁尾矿(非磁性产物)。
(4)对本实施例步骤(2)制备的煅烧赤泥进行XRD测试，结果显示经过重整后得到的煅烧赤泥的成分为硅酸二钙、Fe3O4、铁酸钙和铝酸钙。
进一步地，通过重铬酸钾滴定，步骤(3)所得铁精矿中铁品位为53.73％，其主要成分为Fe3O4，该产物可直接用于钢铁冶炼行业提炼钢铁，实现赤泥的铁资源回收利用。
对步骤(3)所得选铁尾矿通过X射线衍射分析及Rietveld定量分析，该选铁尾矿中硅酸二钙的百分含量为60.60％，其余成分为铁酸钙和铝酸钙，该选铁尾矿即为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料。
为了验证该水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的性能，以10％掺量将该强度增强胶凝材料加入水泥胶砂进行标准养护，结果如表1所示：相比空白试样，掺加了所述强度增强胶凝材料的试样28天抗压抗折强度分别提高17.89％和10.53％，且未发生泛碱现象。
第四实施例
一种赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥干燥至含水量1％以下，并粉磨至0.2mm筛余1％。以重量份计，取40份所述赤泥、30份氢氧化钠、30份氧化钙混合均匀，将所得混合料加水配制成料浆(固液比为1：10)。氢氧化钠用提供反应所需OH-浓度、氧化钙用以合成钙铁铝榴石。然后将所述料浆装入密闭的高压容器内，升温至220℃后保温120min。待保温结束后自然冷却，丢弃上清液，并利用清水多次洗涤固体，直至pH<8，干燥脱水，得到改性赤泥，其中：Na2O质量分数为1.25％，K2O质量分数为0.27％，铝硅比为0.57，该改性赤泥的主要成分为钙铁铝榴石和赤铁矿。
(2)在步骤(1)所得改性赤泥中加入碳酸钙和秸秆碳粉，其中：以氧化钙占改性赤泥质量分数20％的掺量加入所述碳酸钙，以占改性赤泥与碳酸钙总质量20％的掺量加入所述碳粉。将所述改性赤泥、碳酸钙和秸秆碳粉混合均匀后研磨，将得到的混合物料置于加热炉中，以10℃/min的升温速率将混合物料加热至800℃，并保温90min，煅烧结束后立即取出物料，并以不小于50℃/s的冷却速率快速冷却至室温，得到煅烧赤泥。
(3)将步骤(2)所得煅烧赤泥破碎研磨，控制粒度尺寸在0.1～0.02mm范围的颗粒数量占总颗粒数量的70％，在1.2T磁场强度下进行一次磁选，收集所得铁精矿进行二次研磨，控制粒度尺寸在0.1～0.02mm范围的颗粒数量占总颗粒数量的90％，再在1.8T磁场强度下进行二次磁选。收集并干燥铁精矿(磁性产物)和两次磁选所得选铁尾矿(非磁性产物)。
(4)对本实施例步骤(2)制备的煅烧赤泥进行XRD测试，结果显示经过重整后得到的煅烧赤泥的成分为硅酸二钙、Fe3O4、铁酸钙和铝酸钙。
进一步地，通过重铬酸钾滴定，步骤(3)所得铁精矿中铁品位为68.6％，其主要成分为Fe3O4，该产物可直接用于钢铁冶炼行业提炼钢铁，实现赤泥的铁资源回收利用。
对步骤(3)所得选铁尾矿通过X射线衍射分析及Rietveld定量分析，该选铁尾矿中硅酸二钙的百分含量为72.36％，其余成分为铁酸钙和铝酸钙，该选铁尾矿即为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料。
为了验证该水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的性能，以30％掺量将该强度增强胶凝材料加入水泥胶砂进行标准养护，结果如表1所示：相比空白试样，掺加了所述强度增强胶凝材料的试样28天抗压抗折强度分别提高27.87％和15.79％，且未发生泛碱现象。
第五实施例
一种赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥干燥至含水量1％以下，并粉磨至0.2mm筛余1％。以重量份计，取40份所述赤泥、25份氢氧化钠、35份氧化钙混合均匀，将所得混合料加水配制成料浆(固液比为1：10)。氢氧化钠用提供反应所需OH-浓度、氧化钙用以合成钙铁铝榴石。然后将所述料浆装入密闭的高压容器内，升温至200℃后保温120min。待保温结束后自然冷却，丢弃上清液，并利用清水多次洗涤固体，直至pH<8，干燥脱水，得到改性赤泥，其中：Na2O质量分数为1.62％，K2O质量分数为0.23％，铝硅比为0.80，该改性赤泥的主要成分为钙铁铝榴石和赤铁矿。
(2)在步骤(1)所得改性赤泥中加入碳酸钙和秸秆碳粉，其中：以氧化钙占改性赤泥质量分数20％的掺量加入所述碳酸钙，以占改性赤泥与碳酸钙总质量20％的掺量加入所述碳粉。将所述改性赤泥、碳酸钙和秸秆碳粉混合均匀后研磨，将得到的混合物料置于加热炉中，以10℃/min的升温速率将混合物料加热至850℃，并保温90min，煅烧结束后立即取出物料，并以不小于50℃/s的冷却速率快速冷却至室温，得到煅烧赤泥。
(3)将步骤(2)所得煅烧赤泥破碎研磨，控制粒度尺寸在0.1～0.02mm范围的颗粒数量占总颗粒数量的60％，在1.0T磁场强度下进行一次磁选，收集所得铁精矿进行二次研磨，控制粒度尺寸在0.1～0.02mm范围的颗粒数量占总颗粒数量的70％，再在1.4T磁场强度下进行二次磁选。收集并干燥铁精矿(磁性产物)和两次磁选所得选铁尾矿(非磁性产物)。
(4)对本实施例步骤(2)制备的煅烧赤泥进行XRD测试，结果显示经过重整后得到的煅烧赤泥的成分为硅酸二钙、Fe3O4、铁酸钙和铝酸钙。
进一步地，通过重铬酸钾滴定，步骤(3)所得铁精矿中铁品位为55.51％，其主要成分为Fe3O4，该产物可直接用于钢铁冶炼行业提炼钢铁，实现赤泥的铁资源回收利用。
对步骤(3)所得选铁尾矿通过X射线衍射分析及Rietveld定量分析，该选铁尾矿中硅酸二钙的百分含量为67.81％，其余成分为铁酸钙和铝酸钙，该选铁尾矿即为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料。
为了验证该水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的性能，以20％掺量将该强度增强胶凝材料加入水泥胶砂进行标准养护，结果如表1所示：相比空白试样，掺加了所述强度增强胶凝材料的试样28天抗压抗折强度分别提高12.99％和7.89％，且未发生泛碱现象。
第六实施例
一种赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将赤泥干燥至含水量1％以下，并粉磨至0.2mm筛余1％。以重量份计，取45份所述赤泥、35份氢氧化钠、20份氧化钙混合均匀，将所得混合料加水配制成料浆(固液比为1：10)。氢氧化钠用提供反应所需OH-浓度、氧化钙用以合成钙铁铝榴石。然后将所述料浆装入密闭的高压容器内，升温至210℃后保温120min。待保温结束后自然冷却，丢弃上清液，并利用清水多次洗涤固体，直至pH<8，干燥脱水，得到改性赤泥，其中：Na2O质量分数为0.91％，K2O质量分数为0.22％，铝硅比为0.93，该改性赤泥的主要成分为钙铁铝榴石和赤铁矿。
(2)在步骤(1)所得改性赤泥中加入碳酸钙和秸秆碳粉，其中：以氧化钙占改性赤泥质量分数20％的掺量加入所述碳酸钙，以占改性赤泥与碳酸钙总质量15％的掺量加入所述碳粉。将所述改性赤泥、碳酸钙和秸秆碳粉混合均匀后研磨，将得到的混合物料置于加热炉中，以10℃/min的升温速率将混合物料加热至900℃，并保温120min，煅烧结束后立即取出物料，并以不小于50℃/s的冷却速率快速冷却至室温，得到煅烧赤泥。
(3)将步骤(2)所得煅烧赤泥破碎研磨，控制粒度尺寸在0.1～0.02mm范围的颗粒数量占总颗粒数量的70％，在1.2T磁场强度下进行一次磁选，收集所得铁精矿进行二次研磨，控制粒度尺寸在0.1～0.02mm范围的颗粒数量占总颗粒数量的80％，再在1.6T磁场强度下进行二次磁选。收集并干燥铁精矿(磁性产物)和两次磁选所得选铁尾矿(非磁性产物)。
(4)对本实施例步骤(2)制备的煅烧赤泥进行XRD测试，结果显示经过重整后得到的煅烧赤泥的成分为硅酸二钙、Fe3O4、铁酸钙和铝酸钙。
进一步地，通过重铬酸钾滴定，步骤(3)所得铁精矿中铁品位为63.04％，其主要成分为Fe3O4，该产物可直接用于钢铁冶炼行业提炼钢铁，实现赤泥的铁资源回收利用。
对步骤(3)所得选铁尾矿通过X射线衍射分析及Rietveld定量分析，该选铁尾矿中硅酸二钙的百分含量为53.76％，其余成分为铁酸钙和铝酸钙，该选铁尾矿即为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料。
为了验证该水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的性能，以30％掺量将该强度增强胶凝材料加入水泥胶砂进行标准养护，结果如表1所示：相比空白试样，掺加了所述强度增强胶凝材料的试样28天抗压抗折强度分别提高12.62％和6.58％，且未发生泛碱现象。
第一对比例
本实施方式同第一实施例，区别在于：步骤(1)中，以重量份计，取55份所述赤泥、10份氢氧化钠、35份氧化钙混合均匀，将所得混合料加水配制成料浆(固液比为1：10)。然后将所述料浆装入密闭的高压容器内，升温至220℃后保温120min。待保温结束后自然冷却，丢弃上清液，并利用清水多次洗涤固体，直至pH<8，干燥脱水，得到改性赤泥，其中：Na2O质量分数为2.18％，K2O质量分数为0.52％，铝硅比为1.12，该改性赤泥的主要成分为铝硅酸钠、钙铁铝榴石和赤铁矿。
对本实施例制备的煅烧赤泥进行XRD测试，结果如图2所示，可以看出，该煅烧赤泥的主要成分为Fe3O4、铝硅酸钠、铁酸钙和钙铝黄长石，其组分硅酸二钙这一目标组分较少。
对本实施例得到的选铁尾矿通过X射线衍射分析及Rietveld定量分析，该选铁尾矿中硅酸二钙的百分含量为18.51％，其余成分为钙铝黄长石、铁酸钙和铝酸钙，该选铁尾矿即为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料。
为了验证该水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的性能，以20％掺量将该强度增强胶凝材料加入水泥胶砂进行标准养护，结果显示：相比空白试样，掺加了所述强度增强胶凝材料的试样28天抗压强度降低了34.46％，抗折强度降低了21.05％，且试样表面出现了明显的泛碱现象，这主要是因为强度增强胶凝材料含碱量过高。
第二对比例
本实施方式同第一实施例，区别在于：步骤(1)中，以重量份计，取45份所述赤泥、35份氢氧化钠、20份氧化钙混合均匀，将所得混合料加水配制成料浆(固液比为1：10)。然后将所述料浆装入密闭的高压容器内，升温至200℃后保温120min。待保温结束后自然冷却，丢弃上清液，并利用清水多次洗涤固体，直至pH<8，干燥脱水，得到改性赤泥，其中：Na2O质量分数为1.27％，K2O质量分数为0.30％，铝硅比为1.59，该改性赤泥的主要成分为铝硅酸钠、钙铝榴石和赤铁矿。
对本实施例制备的煅烧赤泥进行XRD测试，结果如图3所示，可以看出，该煅烧赤泥的主要成分为Fe3O4、铝酸钙、氧化亚铁和钙铝黄长石，其组分硅酸二钙这一目标组分低。
对本实施例得到的选铁尾矿通过X射线衍射分析及Rietveld定量分析，该选铁尾矿中硅酸二钙的百分含量为22.69％，其余成分为铝酸钙、钙铝黄长石和铁酸钙，该选铁尾矿即为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料。
为了验证该水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的性能，以20％掺量将该强度增强胶凝材料加入水泥胶砂进行标准养护，结果如表1所示：相比空白试样，掺加了所述强度增强胶凝材料的试样28天抗压强度降低了19.4％，抗折强度降低了11.84％，未发生泛碱现象。这主要是因为赤泥铝硅元素比较高，导致强度增强胶凝材料中含有非后期增强组分铝酸钙等矿物，降低了硅酸二钙的占比。
第三对比例
本实施方式同第一实施例，区别在于：步骤(2)中，所述秸秆碳粉的添加量为5％。
对本实施例得到的选铁尾矿通过X射线衍射分析及Rietveld定量分析，该选铁尾矿中硅酸二钙的百分含量为33.75％，其余成分为赤铁矿、铁酸钙和铝酸钙，该选铁尾矿即为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料。
为了验证该水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的性能，以15％掺量将该强度增强胶凝材料加入水泥胶砂进行标准养护，结果如表1所示：相比空白试样，掺加了所述强度增强胶凝材料的试样28天抗压强度降低了15.07％，抗折强度降低了9.21％，未发生泛碱现象。这主要是因为碳质改性剂掺量不足，导致强度增强胶凝材料中含有非活性赤铁矿等矿物，降低了硅酸二钙的占比。
第四对比例
本实施方式同第一实施例，区别在于：步骤(2)中，所述碳酸钙的添加量为10％。
对本实施例得到的选铁尾矿通过X射线衍射分析及Rietveld定量分析，该选铁尾矿中硅酸二钙的百分含量为20.33％，其余成分为钙铝黄长石和铝酸钙，该选铁尾矿即为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料。
为了验证该水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的性能，以30％掺量将该强度增强胶凝材料加入水泥胶砂进行标准养护，结果如表1所示：相比空白试样，掺加了所述强度增强胶凝材料的试样28天抗压强度降低了31.45％，抗折强度降低了18.42％，未发生泛碱现象。这主要是因为钙质改性剂掺量不足，降低了硅酸二钙的占比。
第五对比例
本实施方式同第一实施例，区别在于：步骤(2)中，所述混合物料被加热至750℃。
对本实施例得到的选铁尾矿通过X射线衍射分析及Rietveld定量分析，该选铁尾矿中硅酸二钙的百分含量为15.62％，其余成分为氧化钙、钙铝黄长石、铝酸钙，该选铁尾矿即为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料。
为了验证该水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的性能，以25％掺量将该强度增强胶凝材料加入水泥胶砂进行标准养护，结果如表1所示：相比空白试样，掺加了所述强度增强胶凝材料的试样28天抗压强度降低了36.91％，抗折强度降低了23.68％，未发生泛碱现象。这主要是因为加热温度过低，降低了硅酸二钙的占比。
第六对比例
本实施方式同第一实施例，区别在于：步骤(2)中，所述混合物料被加热至1250℃。
对本实施例得到的选铁尾矿通过X射线衍射分析及Rietveld定量分析，该选铁尾矿中硅酸二钙的百分含量为25.92％，其余成分为Fe3O4和铁铝酸钙，该选铁尾矿即为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料。
为了验证该水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的性能，以35％掺量将该强度增强胶凝材料加入水泥胶砂进行标准养护，结果如表1所示：相比空白试样，掺加了所述强度增强胶凝材料的试样28天抗压强度降低了25.80％，抗折强度降低了14.47％，未发生泛碱现象。这主要是因为加热温度过高，矿物共生，磁选效率下降，导致强度增强胶凝材料中含有非活性Fe3O4等矿物，降低了硅酸二钙的占比。
为了验证本发明赤泥基后期强度增强胶凝材料的性能，进行下列实验：分别取上述实施例与对比例的强度增强胶凝材料、山水东岳牌PO 42.5普通硅酸盐水泥(用于制备空白试样)、实验用水，参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》标准进行操作，测定砂浆试块强度。测试结果如表1所示。
表1
抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa)
空白试样 53.1 7.6
第一实施例 65.3 8.6
第二实施例 59.2 8.0
第三实施例 62.6 8.4
第四实施例 67.9 8.8
第五实施例 60.0 8.2
第六实施例 59.8 8.1
第一对比例 34.8 6.0
第二对比例 42.8 6.7
第三对比例 45.1 6.9
第四对比例 36.4 6.2
第五对比例 33.5 5.8
第六对比例 39.4 6.5
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，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。

Claims (8)

1.一种赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括：
（1）将赤泥改性至其中的钾、钠总百分含量不超过2%，且铝硅比不超过1，得主要成分为钙铁铝榴石和赤铁矿的改性赤泥；
（2）将所述改性赤泥与钙质改性剂和碳质改性剂混匀，然后进行煅烧，完成后得到煅烧赤泥；
（3）将所述煅烧赤泥制成颗粒物，然后将其中的磁性产物与非磁性产物分离，该非磁性物质为水泥混凝土后期强度增强胶凝材料；
步骤（1）中，采用碱性物质和氧化钙混合形成的碱性改性液对赤泥进行改性；所述碱性改性液中OH-浓度为0.5~2mol/L；将所述赤泥和碱性改性液按照固液比1:5~1:20形成的料浆进行密封加热保温，保温结束后分离出固体产物，并清水洗涤至pH<8，干燥脱水，即得改性赤泥；所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾中的任意一种；所述加热温度为200~220℃，保温时间为110~130min；
步骤（2）中，所述钙质改性剂的加入量不低于使改性赤泥中硅元素全部转化为硅酸二钙的剂量，所述碳质改性剂加入量为改性赤泥与钙质改性剂总质量的5 ~20%；所述钙质改性剂为氧化钙、碳酸钙、硫酸钙、乙酸钙中至少一种；所述碳质改性剂为煤粉、焦炭、生物质碳粉中至少一种；
步骤（2）中，所述煅烧温度保持在800~1200℃之间，煅烧时间保持在30~200 min。
2. 根据权利要求1所述的赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，将所述煅烧赤泥破碎后研磨至粒度尺寸为0.1~0.02 mm的颗粒占比50~90%即可。
3.根据权利要求1所述的赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，采用磁选技术进行磁性产物与非磁性产物的分离。
4. 根据权利要求3所述的赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述磁选次数不少于2次，外加磁场强度为0.8~2.0 T。
5.根据权利要求1-4任一项所述的赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，分离出的所述磁性物质主要成分为Fe3O4，其铁品位超过50%。
6.权利要求1-5任一项所述的制备方法得到的赤泥基水泥混凝土后期强度增强胶凝材料在建筑工程领域中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，将所述后期强度增强胶凝材料作为水泥混凝土添加剂。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述后期强度增强胶凝材料在水泥混凝土中质量占比为15~50%。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115925370B (zh) * 2023-02-01 2024-03-15 重庆理工大学 一种导电再生骨料混凝土及其制备方法与应用
CN116351855B (zh) * 2023-05-17 2023-08-15 江苏集萃功能材料研究所有限公司 晶体改性耦合矿化技术的赤泥类固废资源化利用的方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1043032C (zh) * 1995-08-15 1999-04-21 贵州益华工业设计研究所 处理拜尔法赤泥的低温煅烧工艺
CN101831520B (zh) * 2010-06-10 2011-07-20 中国铝业股份有限公司 一种利用拜耳法赤泥生产海绵铁联产铝酸钠溶液的方法
FR2963001B1 (fr) * 2010-07-21 2020-01-03 Vicat Nouveau clinker sulfo-belitique dope en fer
CN102174664A (zh) * 2010-11-24 2011-09-07 胡长春 赤泥煤基回转窑法综合利用方法
CN102515590B (zh) * 2011-11-26 2013-04-10 山东大学 一种赤泥直接浆液配料生产硫铝酸盐水泥的工艺
US8986444B2 (en) * 2013-04-23 2015-03-24 University Of Kentucky Research Foundation Hybrid cement clinker and cement made from that clinker
CN103397128B (zh) * 2013-08-02 2015-07-15 北京科技大学 一种赤泥深度还原提铁及二次尾渣制备胶凝材料的方法
CN103964710B (zh) * 2014-04-21 2015-01-28 华中科技大学 一种赤泥生产地聚物胶凝材料的方法及产品
CN109250737B (zh) * 2017-07-12 2022-12-16 中国科学院过程工程研究所 一种拜耳法赤泥提铝的方法
CN107385197B (zh) * 2017-07-17 2019-02-26 长沙紫宸科技开发有限公司 一种赤泥的资源化利用方法
CN108821686B (zh) * 2018-07-13 2020-08-18 浙江大学 一种铝钙碳酸盐复合胶凝材料的制备方法及产物
CN111960701B (zh) * 2020-07-17 2021-07-02 华中科技大学 还原焙烧分离回收铁及硅铝同步活化赤泥全量化利用方法

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