CN114507058A - 一种拜耳法赤泥基轻质土及其施工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种拜耳法赤泥基轻质土及其施工方法。一种拜耳法赤泥基轻质土，包括以下质量份的固体组分：25‑50份拜耳法赤泥和78‑122份拜耳法赤泥激发剂；拜耳法赤泥激发剂包括32‑40份粉煤灰、14‑24份生石灰、12‑20份水玻璃、6‑12份十二烷基硫酸钠、6‑12份芒硝、8‑14份氯化钙。本发明提供了一种不需要额外添加水泥的拜耳法赤泥轻质土，其28d强度超过0.5MPa，可用于公路软基的填充等领域，不但解决了赤泥的大量堆放问题，同时也减少了水泥等胶凝材料的使用。
Description
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化技术领域，具体涉及一种拜耳法赤泥基轻质土及其施工方法。
背景技术
赤泥是氧化铝在生产过程中产生的废渣，因含有大量氧化铁而呈红色，故被称为赤泥。中国是世界上氧化铝行业最大的生产国，占全球总产能的50％以上。
因矿石品位、生产方法、技术水平而异，大多数生产厂每生产1吨氧化铝同时产出1-2吨赤泥。赤泥是铁、钙、铝等化合物及二氧化硅固体残渣，具有碱性强、盐分高等特征。我国每年产出赤泥达1亿吨以上，但因其碱性强、颗粒细、含水率高、工程特性差，目前资源化利用率仅为5％左右，赤泥堆存量已超过12亿吨，占地超过10万亩，造成土地资源浪费和重大环境安全隐患。近年来，巴西、印度和我国河南、山西等地均发生赤泥库溃坝泄漏而致企业停产事件，对周边地区环境安全及居民生活产生了重大影响，同时也严重制约了氧化铝企业发展。赤泥规模化资源综合利用已成为环保行业世界性难题。
目前赤泥几乎没有得到任何有效利用，占用大量土地，并且带来环境及安全隐患。目前，人们日益关注赤泥堆放给环境带来的危害，例如赤泥的堆放不仅占用大量土地，耗费较多的堆场建设和维护费用，而且存在于赤泥中的碱向地下渗透，造成地下水体和土壤污染。裸露赤泥形成的粉尘随风飞扬，污染大气，对人类和动植物的生存造成负面影响，恶化生态环境。随着赤泥产出量的日益增加和人们对环境保护意识的不断提高，最大限度地限制赤泥的危害，多渠道地利用和改善赤泥，已迫在眉睫。
拜耳法是一种工业上广泛使用的从铝土矿生产氧化铝的化工过程。1887年由奥地利工程师卡尔·约瑟夫·拜耳发明，其基本原理是用浓氢氧化钠溶液将氢氧化铝转化为铝酸钠，通过稀释和添加氢氧化铝晶种使氢氧化铝重新析出，剩余的氢氧化钠溶液重新用于处理下一批铝土矿，实现了连续化生产。今日，世界上95％的铝业公司都在使用拜耳法生产氧化铝。因此，解决拜耳法赤泥更是解决赤泥问题的重中之重。
发明内容
为了克服现有技术存在拜耳法赤泥无法充分利用的问题，本发明的目的在于提供一种拜耳法赤泥基轻质土，本发明的目的之二在于提供这种拜耳法赤泥基轻质土的制备方法，本发明的目的之三在于提供这种拜耳法赤泥基轻质土的施工方法。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明第一方面提供了一种拜耳法赤泥基轻质土，这种拜耳法赤泥基轻质土包括以下质量份的固体组分：25-50份拜耳法赤泥和78-122份拜耳法赤泥激发剂；拜耳法赤泥激发剂包括32-40份粉煤灰、14-24份生石灰、12-20份水玻璃、6-12份十二烷基硫酸钠、6-12份芒硝、8-14份氯化钙。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土包括以下质量份的固体组分：25-50份拜耳法赤泥和93-107份拜耳法赤泥激发剂；拜耳法赤泥激发剂包括34-38份粉煤灰、18-20份生石灰、15-17份水玻璃、8-10份十二烷基硫酸钠、8-10份芒硝、10-12份氯化钙；再进一步优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土包括以下质量份的固体组分：25-50份拜耳法赤泥和100份拜耳法赤泥激发剂；拜耳法赤泥激发剂包括36份粉煤灰、19份生石灰、16份水玻璃、9份十二烷基硫酸钠、9份芒硝、11份氯化钙。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，拜耳法赤泥包括以下质量百分比的成分：38-46％Fe2O3、19-22％Al2O3、10-14％SiO2、5-8％Na2O、3-8％TiO2、2-5％CaO、0.1-2％MgO和15-25％碱；进一步优选的，拜耳法赤泥包括以下质量百分比的成分：39-41％Fe2O3、19-21％Al2O3、11-12％SiO2、5-8％Na2O、5-8％TiO2、2-4％CaO、0.1-0.5％MgO和15-17％碱；在本发明的一些具体优选实施方式中，拜耳法赤泥包括以下质量百分比的成分：39.01-40.19％Fe2O3、19.97-20.79％Al2O3、11.21-11.95％SiO2、5.12-7.23％Na2O、5-7.7％TiO2、2.51-3.01％％CaO、0.1-0.5％MgO和15-17％碱。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，拜耳法赤泥的比表面积为4000-7500cm2/g；进一步优选的，拜耳法赤泥的比表面积为4500-7000cm2/g。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，拜耳法赤泥的熔点为1200-1300℃；进一步优选的，拜耳法赤泥的熔点为1220-1270℃。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，拜耳法赤泥粒径≥0.25mm的占比为5-10wt％。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，拜耳法赤泥粒径为0.075-0.25mm的占比为25-30wt％。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，拜耳法赤泥的比重为2.5-3.1；进一步优选的，拜耳法赤泥的比重为2.6-3.0；再进一步优选的，拜耳法赤泥的比重为2.7-2.9。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，拜耳法赤泥的干容重0.5-1.0g/cm3；进一步优选的，拜耳法赤泥的干容重0.6-0.95g/cm3；再进一步优选的，拜耳法赤泥的干容重0.65-0.9g/cm3。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，拜耳法赤泥的塑性指数为15-18；进一步优选的，拜耳法赤泥的塑性指数为16-17；再进一步优选的，拜耳法赤泥的塑性指数为16.8。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，拜耳法赤泥基轻质土组分还包括水；拜耳法赤泥与水的质量比为1：(3-5)。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，粉煤灰为符合国家标准的市售Ⅱ级F类粉煤灰。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，生石灰是一种高钙灰，化学成份及比例为：CaO含量为84.1wt％，MgO含量为2.6wt％，SiO2含量为3.6wt％。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，水玻璃为工业固体水玻璃，可溶性固体不小于98wt％，Fe含量不大于0.12wt％，模数为3.21-4.55。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，十二烷基硫酸钠为固体产品；在本发明的一些优选具体实施方式中，采用工业级固体十二烷基硫酸钠，指标如下：活性物质的含量≥90wt％，石油醚可溶物≤2.1wt％，以硫酸钠和氯化钠计的无机盐含量≤5.0wt％，白度＞75，水分含量为3wt％。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，芒硝为工业芒硝，其中Na2SO4含量≥99wt％，其粒径分布为：粒径＜2.75μm的颗粒占10wt％；粒径＜5.54μm的颗粒占30wt％；粒径＜8.61μm的颗粒占50wt％；粒径＜13.46μm的颗粒占60wt％；粒径＜35.94μm的颗粒占90wt％。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土中，氯化钙为无水氯化钙，无水氯化钙为工业Ⅰ型无水氯化钠，其中氯化钙的含量≥94wt％，碱度(以Ca(OH)2计)≤0.25wt％，总碱金属氯化物(以NaCl计)≤5.0wt％，pH值为7.5-11.0，粒径为0.124mm。
本发明第二方面提供了一种拜耳法赤泥基轻质土的制备方法，包括以下步骤：拜耳法赤泥基轻质土各组分混合，凝固，得到拜耳法赤泥基轻质土。
本发明第三方面提供了一种拜耳法赤泥基轻质土施工方法，包括以下步骤：
1)将上述拜耳法赤泥基轻质土组分与泡沫混合，得到拜耳法赤泥基泡沫料浆；
2)将步骤1)的拜耳法赤泥基泡沫料浆浇筑、养护。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土施工方法，还包括施工场地准备步骤，施工场地准备可以设置在步骤1)前，也可以设置在步骤2)与步骤1)之间；施工场地准备包括场地平整、润湿场地、模板分割施工区域、固定模板；进一步优选的，模板分割施工区域的面积小于400m2。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土施工方法，步骤1)中拜耳法赤泥激发剂各组分混合得到改性聚合胶结激发剂；拜耳法赤泥与水混合得到赤泥浆；使用发泡机制备泡沫；改性聚合胶结激发剂、赤泥浆与泡沫混合，得到拜耳法赤泥基泡沫料浆。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土施工方法，步骤1)中拜耳法赤泥基泡沫料浆的湿密度为500-1000kg/m3。
优选的，这种拜耳法赤泥基轻质土施工方法，步骤2)中养护包括洒水养护；养护时间不少于10天；进一步优选的，养护时间为14天。
本发明还提供了上述拜耳法赤泥基轻质土在建筑填筑领域中应用。
优选的，上述拜耳法赤泥基轻质土在公路软基换填、道路拓宽、路桥过渡段沉降协调、建筑上部填筑体减载领域中的应用。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种不需要额外添加水泥的拜耳法赤泥轻质土，其28d强度超过0.5MPa，可用于公路软基的填充等领域，不但解决了赤泥的大量堆放问题，同时也减少了水泥等胶凝材料的使用。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例和对比例中所用的原料或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
以下实施例中拜耳法赤泥，按质量百分比计，化学成分如下：40.19％Fe2O3、20.77％Al2O3、11.21％SiO2、5.12％Na2O、5.0％TiO2、2.51％％CaO、0.2％MgO和15％碱。
实施例1
1)施工场地准备
场地准备包括：场地平整，清扫场地垃圾及浮尘，清理场地中的浮土，以免影响浇注过后轻质土与基层的结合力，保持待处理场地干净、平整、坚固和干燥；天气干燥时对场地进行洒水预处理，润湿场地，至少洒三遍，以增加浇筑层与基层的结合力，但基层表面不得有明显的积水，以防止基层因吸水过大而造成现浇轻质土中的泡沫破裂；将施工场地用模板分隔成面积小于400m2的区域，并用模板支架固定模板，防止施工过程中现浇轻质土的侧压力过大致使模板倒塌；模板高度根据每次施工需要调整，优选的每次施工高度不超过1m。
2)改性聚合胶结激发剂的制备
将粉煤灰、生石灰、水玻璃、十二烷基硫酸钠、芒硝和无水氯化钙按质量比36:19:16:9:9:11加入封闭式行星搅拌机的搅拌缸中，开启搅拌机，搅拌30min，使其充分混合均匀，即得到适合于拜耳法赤泥的改性聚合胶结激发剂。
3)赤泥浆的制备
将拜耳法赤泥和水按一定体积比例加入搅拌机中搅拌30分钟，拜耳法赤泥：水＝1：(3-5)，搅拌转速控制在20-40r/min，以防止粉体搅拌时扬尘，制备成密度为(1.30-1.55)×103kg/m3，固含量为500-700kg/m3的赤泥浆。
4)泡沫的制取
将发泡机的发泡剂进料管接到发泡剂中，同时接好发泡机的进水管，设定好稀释倍率为20，即发泡剂：水＝1：19，联接好空气压缩机，设定好空气压缩机的压强为0.8MPa，按通电源即可开始发泡了，最终的发泡倍率为400倍，即发泡剂：泡沫＝1：400，泡沫直径为0.5-3mm。
5)改性聚合赤泥料浆的制备
将步骤2)中制备好的改性聚合胶结激发剂加入步骤3)中制备好的赤泥浆中，质量比例为改性聚合胶结激发剂：赤泥浆＝60：(90-120)，开启步骤3)中的搅拌机，搅拌60分钟，充分搅拌均匀。
6)拜耳法赤泥基泡沫料浆的制备
将步骤5)中制作好的改性聚合赤泥料浆通过泵送管道匀速输送进发泡机的水泥浆料进料口，启动发泡机进行发泡，同时将制作好的泡沫输送进发泡机的搅拌仓进行搅拌，待混合均匀后，取混合好的拜耳法赤泥基泡沫料浆测量湿密度，控制湿密度在500-1000kg/m3之间，记录好好发泡的发泡速率及水泥料浆的泵送速率，此时泡沫量约占拜耳法赤泥基泡沫料浆体积的25-45％。
6)泡沫轻质土的浇注
将混合好的拜耳法赤泥基泡沫料浆通过管道泵送到步骤1)准备好的工作区，管道口应与拜耳法赤泥基泡沫料浆的液面平齐，尽量减少拜耳法赤泥基泡沫料浆与空气的接触，防止消泡。待一个预定的工作区浇注高度达到设计高度后，可以提高管道口对泡沫混凝土进行整体扫平，然后停止供料，转移管道去下一个工作区，已浇注的工作区不用进行人工刮平。
7)现浇拜耳法赤泥基轻质土的养护
拜耳法赤泥基轻质土终凝后即开始洒水养护，防止轻质土表面失水干缩开裂，夏季时，每天洒水至少3次；冬季时，养护温度应控制在0-35℃，养护期限不得少于10天。优选的，养护时间可以适当延长到14天。
分别取步骤6)中制备好的赤泥基泡沫料浆(湿密度分别为500、600、700，800，900，1000kg/m3)，按下列步骤制备得到的泡沫材料进行测试：
1、将改性赤泥基泡沫料浆依次均匀倒入内壁刷满润滑油的70.7*70.7*70.7mm标准三联试模中，每组样品浇注三组，分别用以测量14d和28d的强度；
2、将试块放入温度为(20±1)℃，相对湿度为95％的标准养护箱内，养护7d后脱模将试块重新放入养护箱中养护至相应龄期，用全自动压力试验机以100N/s的速度测其14d、和28d的强度，每龄期测试3试块，取其平均值作为该龄期充填体的单轴抗压强度。
具体测试结果见下表：
对于公路软基换填、道路拓宽、路桥过渡段沉降协调、建筑上部填筑体减载等领域来讲，只要其28d抗压强度大于0.5MPa基本可以满足工程的要求，本发明的拜耳法赤泥基轻质土的28d抗压强度≥0.88MPa，满足公路软基换填、道路拓宽、路桥过渡段沉降协调、建筑上部填筑体减载等领域的要求，本发明具有非常大的实际应用价值。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种拜耳法赤泥基轻质土，其特征在于，包括以下质量份的固体组分：25-50份拜耳法赤泥和78-122份拜耳法赤泥激发剂；所述的拜耳法赤泥激发剂包括32-40份粉煤灰、14-24份生石灰、12-20份水玻璃、6-12份十二烷基硫酸钠、6-12份芒硝、8-14份氯化钙。
2.根据权利要求1所述的拜耳法赤泥基轻质土，其特征在于，所述的拜耳法赤泥包括以下质量百分比的成分：38-46％Fe2O3、19-22％Al2O3、10-14％SiO2、5-8％Na2O、3-8％TiO2、2-5％CaO、0.1-2％MgO和15-25％碱。
3.根据权利要求1或2所述的拜耳法赤泥基轻质土，其特征在于，所述的拜耳法赤泥的比表面积为4000-7500cm2/g。
4.根据权利要求1或2所述的拜耳法赤泥基轻质土，其特征在于，所述的拜耳法赤泥粒径≥0.25mm的占比为5-10wt％。
5.根据权利要求1或2所述的拜耳法赤泥基轻质土，其特征在于，所述的拜耳法赤泥基轻质土组分还包括水；所述的拜耳法赤泥与水的质量比为1：(3-5)。
6.一种权利要求1-5任一项所述的拜耳法赤泥基轻质土的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：拜耳法赤泥基轻质土各组分混合，凝固，得到所述的拜耳法赤泥基轻质土。
7.一种拜耳法赤泥基轻质土施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将权利要求1-6任一项所述的拜耳法赤泥基轻质土组分与泡沫混合，得到拜耳法赤泥基泡沫料浆；
2)将步骤1)所述的拜耳法赤泥基泡沫料浆浇筑、养护。
8.根据权利要求7所述的拜耳法赤泥基轻质土施工方法，其特征在于，还包括施工场地准备步骤；所述的施工场地准备包括场地平整、润湿场地、模板分割施工区域、固定模板。
9.根据权利要求8所述的拜耳法赤泥基轻质土施工方法，其特征在于，所述的模板分割施工区域的面积小于400m2。
10.根据权利要求7所述的拜耳法赤泥基轻质土施工方法，其特征在于，步骤1)中所述的拜耳法赤泥基泡沫料浆的湿密度为500-1000kg/m3。
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