CN114031323B - 一种赤泥基核壳结构人造骨料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种赤泥基核壳结构人造骨料及其制备方法。该赤泥基核壳结构人造骨料包括芯料球和壳层；制备芯料球的原料包括：赤泥；制备壳层的原料包括：矿化剂、矿物掺合料和表面封闭剂。本发明采用工业固废赤泥直接制备赤泥基核壳结构人造骨料中的芯料球，无需对赤泥进行脱碱预处理，骨料无反碱；整个流程无需对固废进行煅烧等二次处理，加工工艺简单，生产能耗低，且压制工艺可以用于大规模工业化生产。

Description

一种赤泥基核壳结构人造骨料及其制备方法
技术领域
本发明涉及人造骨料的制备技术领域，尤其涉及一种赤泥基核壳结构人造骨料及其制备方法。
背景技术
企业对于废渣和废气的处理和资源化利用问题越来越受到重视。大量的赤泥和含二氧化碳废气的产生已经对人类的生产、生活多方面造成直接或间接影响，所以最大限度上的减少赤泥和废气的产量和危害，实现多渠道、大数量的资源化已迫在眉睫。
为了解决这一问题，研究开发赤泥基人造骨料的应用是行之有效的途径之一。现有技术的赤泥基人造骨料一般以赤泥为主要原料，掺加少量添加剂采用高温烧结工艺制备形成。但该方法没有解决赤泥高碱性的问题，更没有提供有关赤泥返碱的相关指标。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种赤泥基核壳结构人造骨料及其制备方法，用以解决现有技术中赤泥基骨料返碱的技术问题。
本发明的第一方面提供一种赤泥基核壳结构人造骨料，包括芯料球和壳层；制备芯料球的原料包括：赤泥；制备壳层的原料包括：矿化剂、矿物掺合料和表面封闭剂。
本发明的第二方面提供一种赤泥基核壳结构人造骨料的制备方法，包括以下步骤：
将制备芯料球的原料混合均匀，经成型得到芯料球；
将制备壳层的原料混合均匀，制成壳料浆体；
将壳料浆体包覆于芯料球表面，得到生料球；
将生料球碳化得到赤泥基核壳结构人造骨料。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明采用工业固废赤泥直接制备赤泥基核壳结构人造骨料中的芯料球，无需对赤泥进行脱碱预处理，骨料无反碱；整个流程无需对固废进行煅烧等二次处理，加工工艺简单，生产能耗低，且压制工艺可以用于大规模工业化生产。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的第一方面提供一种赤泥基核壳结构人造骨料，包括芯料球和壳层；制备芯料球的原料包括：赤泥；制备壳层的原料包括：矿化剂、矿物掺合料和表面封闭剂。
本发明的赤泥基核壳结构人造骨料通过在芯料球外设置壳层，形成防止工业固废赤泥中的有害物质向外界排放的屏障，提高赤泥基核壳结构人造骨料的性能。
本发明中，赤泥为拜耳法、烧成法或联合法产生的赤泥中的至少一种。
本发明中，矿化剂为γ型硅酸二钙、硅酸一钙、钢渣粉、二硅酸三钙中的一种或几种。通过向壳层中加入矿化剂，可以通过与二氧化碳反应提高人造骨料强度，同时吸收了工业废气中的二氧化碳，提高了赤泥基核壳结构人造骨料的外观和硬度，形成防止工业固废中的有害物质向外界排放的屏障。
本发明中，矿物掺合料为粉煤灰、粒化高炉矿渣、硅灰、石灰石粉、钢渣粉、磷渣粉、沸石粉中的一种或几种。通过向壳层中加入矿物掺合料，一方面控制矿化反应速度，另一方面通过紧密堆积密实表层。
本发明中，表面封闭剂为水溶性表面封闭剂，例如可以为可再分散乳胶粉。通过向壳层中加入表面封闭剂，成膜后堵住毛细微孔，防止碱液析出。
本发明中，按重量份计，制备壳层的原料包括：矿化剂500～600份、矿物掺合料1～5份、表面封闭剂1～5份。
本发明中，制备壳层的原料还包括水，水在制备壳层的原料的质量分数为10％～40％，进一步为18％～30％。
本发明中，制备芯料球的原料还包括保水剂或吸附剂中的至少一种。
进一步地，保水剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵、纤维素醚、生物多糖胶类物质中的一种或几种。通过向芯料球中添加保水剂能够防止水分蒸发形成碱析出通道，减少返碱。但保水剂的加入量过多可能会导致结块。
进一步地，吸附剂为沸石粉、偏高岭土、硅灰、硅胶、氧化铝、分子筛、天然黏土中的一种或几种。通过向芯料球中加入吸附剂可以利用其多孔、高比表面积、高活性吸附碱并反应，从而抑制碱析出。但吸附剂的加入量过多，将导致容易出现裂纹。
进一步地，按重量份计，制备芯料球的原料包括：赤泥400～500份、保水剂1～5份、吸附剂1～5份。
本发明中，制备芯料球的原料还包括水，水在制备芯料球的原料的质量分数为15％～40％，进一步为18％～38％。
本发明中，芯料球的直径为0.1～10mm，进一步为0.1～2mm；人造骨料的粒径为5～50mm，进一步为5～20mm。
本发明中，赤泥使用前需烘干至含水率小于40％后粉磨过100目筛；吸附剂、矿化剂、矿物掺合料和表面封闭剂使用前需粉磨过100目筛。
本发明的第二方面提供一种赤泥基核壳结构人造骨料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将制备芯料球的原料混合均匀，经成型得到芯料球；
S2、将制备壳层的原料混合均匀，制成壳料浆体；
S3、将壳料浆体包覆于芯料球表面，得到生料球；
S4、将生料球碳化得到赤泥基核壳结构人造骨料。
本发明中，将制备芯料球的原料混合均匀的过程具体为：
将赤泥与保水剂、吸附剂混合，搅拌均匀，得到混合料A；
在混合料A中加水，使块状物料软化，制成芯料球。
在本发明的一些具体实施方式中，通过压制法成型制备芯料球。
在本发明的一些具体实施方式中，通过滚动的方式将壳料浆体包覆于芯料球表面。具体过程为：将芯料球置于圆盘中，使壳料浆体与芯料球接触，转动圆盘进行包裹。
本发明中，碳化的过程为：将生料球放入矿化釜中，通入含二氧化碳气体加压反应。其中，含二氧化碳气体中二氧化碳体积含量为 10％～80％，进一步为50％～70％，更进一步为60％，反应压力为0.1～1Mpa，进一步为0.2～0.4Mpa，更进一步为0.3Mpa；反应时间为1～24h，进一步为24h。进一步地，含二氧化碳气体为二氧化碳体积含量10％～80％的工业废气。通过对人造骨料进行矿化，吸收工业废气中的二氧化碳气体，解决了工业废气中二氧化碳排放过多的问题。
为避免赘述，本发明以下各实施例中，部分原料总结如下：
赤泥：选用拜耳法赤泥，烘干至含水率为18％，粉磨过100目筛；
吸附剂、矿化剂、矿化掺合料和表面封闭剂粉磨后过100目筛。
实施例1
(1)将赤泥400份、聚丙烯酰胺5份、沸石粉5份混合，搅拌均匀，加150份水使块状物料软化，通过压制法成型得到直径为2mm的芯料球；
(2)将钢渣粉600份、粉煤灰5份、可再分散乳胶粉5份混合搅拌 1h后，加入150份水混合均匀制成壳料浆体；
(3)将芯料球置于壳料浆体中滚动包裹，直至生料球粒径为6.8mm；
(4)将生料球置于矿化釜中，通入含60％二氧化碳的工业废气加压反应24h，得到赤泥基核壳结构人造骨料。其中，碳化压力为0.3Mpa。
实施例2
(1)将赤泥500份、纤维素醚5份、硅灰5份混合，搅拌均匀，加150份水使块状物料软化，通过压制法成型得到直径为2mm的芯料球；
(2)将钢渣粉500份、硅灰5份、可再分散乳胶粉5份混合搅拌1h 后，加入100水混合均匀制成壳料浆体；
(3)将芯料球置于壳料浆体中滚动包裹，直至生料球粒径为6.7mm；
(4)将生料球置于矿化釜中，通入含60％二氧化碳的工业废气加压反应24h，得到赤泥基核壳结构人造骨料。其中，碳化压力为0.3Mpa。
实施例3
(1)将赤泥500份、聚丙烯酸钠1份、天然黏土1份混合，搅拌均匀，加100份水使块状物料软化，通过压制法成型得到直径为2mm的芯料球；
(2)将钢渣粉500份、石灰石粉1份、可再分散乳胶粉1份混合搅拌1h后，加入150份水混合均匀制成壳料浆体；
(3)将芯料球置于壳料浆体中滚动包裹，直至生料球粒径为6.8mm；
(4)将生料球置于矿化釜中，通入含60％二氧化碳的工业废气加压反应24h，得到赤泥基核壳结构人造骨料。其中，碳化压力为0.3Mpa。
对比例1
与实施例1相比，区别仅在于：按重量份计，制备芯料球的原料为：赤泥400份、聚丙烯酰胺0份、沸石粉5份、水150份。
对比例2
与实施例1相比，区别仅在于：按重量份计，制备芯料球的原料为：赤泥400份、聚丙烯酰胺5份、沸石粉0份、水150份。
对比例3
与实施例1相比，区别仅在于：按重量份计，制备壳层的原料为：钢渣粉600份、粉煤灰0份、可再分散乳胶粉5份、水150份。
对比例4
与实施例1相比，区别仅在于：按重量份计，制备壳层的原料为：钢渣粉600份、粉煤灰5份、可再分散乳胶粉0份、水150份。
对比例5
与实施例1相比，区别仅在于：将生料球置于矿化釜中，通入含8％二氧化碳的工业废气加压反应24h，得到赤泥基核壳结构人造骨料。
对比例6
与实施例1相比，区别仅在于：将生料球置于矿化釜中，通入含90％二氧化碳的工业废气加压反应24h，得到赤泥基核壳结构人造骨料。
对比例7
与实施例1相比，区别仅在于：碳化压力为0Mpa。
对比例8
与实施例1相比，区别仅在于：碳化压力为1.2Mpa。
试验组
对上述赤泥基核壳结构人造骨料进行性能测试，结果见表1。
参照GBT 5484-2012测试不同赤泥基核壳结构人造骨料的浸出液钠离子浓度。
二氧化碳的固碳效率的通过以下公式计算得到：
Figure BDA0003388811010000071
其中，a1为碳化前人造骨料的质量，a2为碳化后人造骨料的质量。
表1
Figure BDA0003388811010000072
Figure BDA0003388811010000081
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明使用赤泥制备芯料球，通过矿化剂覆盖在赤泥球外部，极大提升了赤泥人造骨料的机械强度，提高了赤泥和含二氧化碳废气的利用率，具有广阔的应用前景，并减少工业废气的排放、减少固废对环境的污染以及减少天然人造骨料的大量消耗；
(2)本发明利用固废协同作用制备具有高强度性能的人造骨料，实现多种固废的综合利用，解决固废在资源利用效率低的问题；另外通过矿化剂对二氧化碳进行固化，无需对固废进行煅烧等二次处理，更加经济、环保，而且制备工艺更加简洁高效、成本低、具有普适性，易于规模化生产；
(3)本发明制备的赤泥基人造骨料尺寸和形状可以根据具体的使用要求进行设计，将工业固废赤泥以及其他助剂以一定比例后混合压制法成型后在壳料浆体中滚动，通过控制滚动时间，达到控制人造骨料大小的目的。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种赤泥基核壳结构人造骨料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将制备芯料球的原料混合均匀，经成型得到芯料球；
将制备壳层的原料混合均匀，制成壳料浆体；
将所述壳料浆体包覆于所述芯料球表面，得到生料球；
将所述生料球碳化得到赤泥基核壳结构人造骨料；
其中，按重量份计，制备所述芯料球的原料包括：赤泥400~500份、保水剂1~5份、吸附剂1~5份；
按重量份计，制备所述壳层的原料包括：矿化剂500~600份、矿物掺合料1~5份、表面封闭剂1~5份；
所述碳化的过程为：将生料球放入矿化釜中，通入含二氧化碳气体加压反应；其中，含二氧化碳气体中二氧化碳体积含量为10%~80%，反应压力为0.1~0.4Mpa，反应时间为1~24h。
2.根据权利要求1所述赤泥基核壳结构人造骨料的制备方法，其特征在于，所述赤泥为拜耳法、烧成法或联合法产生的赤泥中的至少一种；所述矿化剂为γ型硅酸二钙、硅酸一钙、钢渣粉、二硅酸三钙中的一种或几种；所述矿物掺合料为粉煤灰、粒化高炉矿渣、硅灰、石灰石粉、钢渣粉、磷渣粉、沸石粉中的一种或几种；所述表面封闭剂为可再分散乳胶粉。
3.根据权利要求1所述赤泥基核壳结构人造骨料的制备方法，其特征在于，制备所述壳层的原料还包括水，所述水在所述制备壳层的原料的质量分数为10%~40%。
4.根据权利要求1所述赤泥基核壳结构人造骨料的制备方法，其特征在于，所述保水剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、聚丙烯酸钾、聚丙烯酸铵、纤维素醚、生物多糖胶类物质中的一种或几种；所述吸附剂为沸石粉、偏高岭土、硅灰、硅胶、氧化铝、分子筛、天然黏土中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述赤泥基核壳结构人造骨料的制备方法，其特征在于，制备所述芯料球的原料还包括水，所述水在所述制备芯料球的原料的质量分数为15%~40%。
6.一种赤泥基核壳结构人造骨料，其特征在于，所述赤泥基核壳结构人造骨料通过权利要求1~5中任一项所述赤泥基核壳结构人造骨料的制备方法得到。
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