CN114656172B - 一种赤泥基胶凝材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种赤泥基胶凝材料及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于胶凝材料的制备技术领域，涉及一种赤泥基胶凝材料及其制备方法与应用。其制备方法为：将赤泥、电石渣、煤矸石进行脱水处理，将脱水后的赤泥、电石渣、煤矸石进行混合，再加入酸溶液，加压后进行酸化处理，将酸化处理的浸出渣干燥后与碱激发剂混合，然后进行煅烧，煅烧后粉磨即得。本发明解决了赤泥利用量少、现场拌合制备复杂、激发剂不易储存等问题。本发明赤泥利用比率高，大大提高了赤泥的利用率，有利于解决赤泥的堆存问题，且制备的材料产品性能好、不泛碱，所制备胶凝材料使用时操作简单，又易储存、便于运输，普适性好。

Description

一种赤泥基胶凝材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明属于胶凝材料的制备技术领域，涉及一种赤泥基胶凝材料及其制备方法与应用。
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。
据发明人研究了解，目前常见的赤泥基胶凝材料大多是采用激发剂与其他粉料在现场拌合的方式，此种施工方式增加了施工步骤，使用方法繁琐；而工程中常用的水泥胶凝材料施工方法简单，仅需现场加水拌合使用。若是采用激发剂与其他粉料预先拌合的方式，此时储存赤泥基胶凝材料又成为了另一棘手的问题，储存方法不当或储存时间过长都会影响后期胶凝材料的强度。同时，现有赤泥基胶凝材料还存在赤泥无法大宗量利用，导致赤泥利用率低。另外，部分现有赤泥基胶凝材料还需要掺入水泥，使得成本增加。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种赤泥基胶凝材料及其制备方法与应用，解决了赤泥利用量少、现场拌合制备复杂、激发剂不易储存等问题。本发明赤泥利用比率高，大大提高了赤泥的利用率，有利于解决赤泥的堆存问题，且制备的材料产品性能好、不泛碱，所制备胶凝材料使用时操作简单，又易储存、便于运输，普适性好。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一方面，一种赤泥基胶凝材料的制备方法，将赤泥、电石渣、煤矸石进行脱水处理，将脱水后的赤泥、电石渣、煤矸石进行混合，再加入酸溶液，加压后进行酸化处理，将酸化处理的浸出渣干燥后与碱激发剂混合，然后进行煅烧，煅烧后粉磨即得。
本发明可以解决赤泥、煤矸石、电石渣中碱性较大以至于污染土体和地下水体的问题，且在生产过程中就将胶凝材料原料与碱激发剂混合，再经过高温和粉磨，一步法制得赤泥基胶凝材料。
赤泥受氧化铝生产过程的制约，其中含有大量碱性物质，这也是阻碍赤泥利用的最重要的原因之一。本发明通过加入酸溶液并进行加压，然后进行酸化处理的手段，能够对赤泥进行有效脱碱，从而能够更好、更有效的利用赤泥，而且还能够降低赤泥在工程建设中对环境造成的二次污染。
本发明将酸化处理的浸出渣干燥后与碱激发剂混合，然后进行煅烧，能够避免泛碱，从而保证赤泥基胶凝材料长时间储存后的产品性能。
另一方面，一种赤泥基胶凝材料，由上述制备方法获得。
第三方面，一种上述赤泥基胶凝材料在建造道路、地基或建筑物中的应用。
应用本发明制备的这种赤泥基胶凝材料实现了赤泥的大宗量利用，这种胶凝材料具有成本低、便于运输、宜于储存等优点，可以利用在路基或充填工程中。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明所得产品属于赤泥基胶凝材料，该技术的原料来源广泛、市场储备量大，且制得产品适用范围广。大比例使用赤泥，减轻工业固废对环境带来的压力，制成胶凝材料是实现赤泥等固废资源化利用的理想途径。
(2)本发明的优势在于大量利用赤泥等固废作为主要原料，无需水泥成品，成本低，能耗低，产品性能优良，具有显著的经济效益和环境效益。本发明所使用的主要原料赤泥、煤矸石以及电石渣均为堆存量巨大的废弃资源，因此原料成本低廉。
(3)本发明考虑到赤泥等工业固废中碱含量过大的问题，将其酸化处理，用所得滤液渣进行后续胶凝材料的制备。不仅大量利用了赤泥等工业固废，还解决了赤泥在工程使用中二次污染的问题。
(4)本发明在制备材料制备过程中将酸化后的赤泥、煤矸石以及电石渣等与碱激发剂充分混合，并进行高温加热在粉磨的处理，一步法制得赤泥基胶凝材料。具有制备方法简单高效，便于后续现场施工利用的特点。
(5)本发明制备的赤泥基胶凝材料产品性能好，不泛碱，无需现场拌合碱激发剂、基于操作，制备的胶凝材料易于储存、方便运输。
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。
图1为本发明实施例制备赤泥基凝胶材料的工艺流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
鉴于现有赤泥基胶凝材料存在储存方法不当或储存时间过长都会影响后期胶凝材料的强度、赤泥利用率低、掺入水泥导致成本增加等问题，本发明提出了一种赤泥基胶凝材料及其制备方法与应用。
本发明的一种典型实施方式，提供了一种赤泥基胶凝材料的制备方法，将赤泥、电石渣、煤矸石进行脱水处理，将脱水后的赤泥、电石渣、煤矸石进行混合，再加入酸溶液，加压后进行酸化处理，将酸化处理的浸出渣干燥后与碱激发剂混合，然后进行煅烧，煅烧后粉磨即得。
本发明通过加入酸溶液并进行加压，然后进行酸化处理的手段，能够提高赤泥利用率。另外，采用的是酸化处理赤泥，并加入电石渣和煤矸石等其他固废，不仅实现多固废的综合利用，并且提高赤泥基胶凝材料的性能。通过将酸化处理的浸出渣干燥后与碱激发剂混合，然后进行煅烧，能够避免泛碱，从而保证赤泥基胶凝材料长时间储存后的产品性能。本发明制备的赤泥基胶凝材料避免添加水泥等固化剂，降低赤泥基胶凝材料的成本。
该实施方式的一些实施例中，以重量份计，赤泥50～70份，煤矸石10～30份，电石渣5～20份，碱激发剂10～30份。
优选地，所述赤泥基胶凝材料的水灰比为0.3-0.7。可选地，所述赤泥基胶凝材料包括赤泥、煤矸石、电石渣等。
该实施方式的一些实施例中，脱水处理后的赤泥、电石渣、煤矸石的含水率均小于1％。
该实施方式的一些实施例中，脱水处理后的赤泥、电石渣、煤矸石的比表面积为360～420m2/kg。如果材料比表面积过小，则会使胶凝材料的活性下降，从而使得最终强度下降；若比表面积过大、材料易团聚，很难充分反应，并且难以将其分散开。
该实施方式的一些实施例中，酸化处理的压强为0.5～2MPa。
该实施方式的一些实施例中，酸化处理的温度为298～313K。
该实施方式的一些实施例中，酸化处理中，脱水后的赤泥、电石渣、煤矸石的质量与酸溶液的体积比为1:3～5，g：mL。酸化后的赤泥、电石渣、煤矸石浸出渣脱碱率可达90％以上。
该实施方式的一些实施例中，酸溶液中的酸为硫酸、草酸、盐酸、柠檬酸等。酸溶液中的酸的浓度为0.5～20mol/L。当酸为无机酸(例如硫酸、盐酸等)时，浓度优选为0.5～1mol/L。当酸为有机酸(例如草酸、柠檬酸等)时，浓度优选为1～20mol/L。
该实施方式的一些实施例中，碱激发剂为氢氧化钠、硅酸钠、氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙的任意一种或其组合。
该实施方式的一些实施例中，加入碱激发剂后混合的时间为20～40s。
本发明所述的煅烧处理是指在温度不低于600℃的条件下进行高温热处理。其目的在于激发凝胶材料的活性。该实施方式的一些实施例中，煅烧处理的温度为600～1000℃。煅烧时间为60～80min。如果高温加热温度过低，则起不到激发胶凝材料活性的目的，导致高温加热产物的性能不稳定；如果高温加热温度过高，加热产物的体积密度降低，致使后期的固化强度下降。
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中产生的固体废物，是矿产业固体废物的一种。这是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。在一些实施例中，所述煤矸石为洗矸石或过火煤矸石。
电石渣粉末为电石渣碳化、粉磨、过筛而得；采用电石渣碳化，既充分利用了废物原料，又增强了碳酸钙的活性，增强了赤泥基胶凝材料的强度。
本发明中对赤泥的来源并不作特殊限定，所述赤泥为拜耳法、烧结法或联合法产生的赤泥中的任意一种。
本发明的另一种实施方式，提供了一种赤泥基胶凝材料，由上述制备方法获得。
本发明的第三种实施方式，提供了一种上述赤泥基胶凝材料在建造道路、地基或建筑物中的应用。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
一种赤泥基胶凝材料的制备方法，如图1所示，制备步骤如下：
(1)将赤泥、电石渣、煤矸石等固废烘干至含水率小于1％，粉磨，过100目筛。
(2)称取赤泥50份，煤矸石20份，电石渣15份。
(3)将原料混合，按4mL/g的液固体积质量比加入0.8mol/L的硫酸溶液中。
(4)在反应温度为298K条件下，并加以0.5MPa的压力，以300r/min的转速搅拌浆料。
(5)搅拌后过滤得到浸出渣。
(6)将浸出渣烘干，并与15份硅酸钠充分混合，搅拌30s。
(7)将混合料置于回转窑中煅烧80分钟，温度维持在800℃。
(8)将煅烧熟料再次粉磨至比表面积为360m2/kg，得到赤泥基胶凝材料。
(9)最后根据工程需求，按0.5的水灰比加入水混合搅拌180s以致均匀；并测定初凝及终凝时间。
(10)将上述所得赤泥基胶凝材料浇筑成矩形敞口试块(40*40*40)获得胶凝材料制品，并养护3天、28天，分别测其强度，结果如表1所示。
表1实施例1的赤泥基胶凝材料的性能
Figure BDA0003517303250000071
实施例2
一种赤泥基胶凝材料的制备方法，如图1所示，制备步骤如下：
(1)将赤泥、电石渣、煤矸石等固废烘干至含水率小于1％，粉磨，过100目筛。
(2)称取赤泥60份，煤矸石15份，电石渣13份。
(3)将原料混合，按4mL/g的液固体积质量比加入0.8mol/L的硫酸溶液中。
(4)在反应温度为298K条件下，并加以0.5MPa的压力，以300r/min的转速搅拌浆料。
(5)搅拌后过滤得到浸出渣。
(6)将浸出渣烘干，并与12份硅酸钠充分混合，搅拌30s。
(7)将混合料置于回转窑中煅烧80分钟，温度维持在800℃。
(8)将煅烧熟料再次粉磨至比表面积为360m2/kg，得到赤泥基胶凝材料。
(9)最后根据工程需求，按0.5的水灰比加入水混合搅拌180s以致均匀；并测定初凝及终凝时间。
(10)将上述所得赤泥基胶凝材料浇筑成矩形敞口试块(40*40*40)获得胶凝材料制品，并养护3天、28天，分别测其强度，结果如表2所示。
表2实施例2的赤泥基胶凝材料的性能
Figure BDA0003517303250000081
实施例3
一种赤泥基胶凝材料的制备方法，如图1所示，制备步骤如下：
(1)将赤泥、电石渣、煤矸石等固废烘干至含水率小于1％，粉磨，过100目筛。
(2)称取赤泥70份，煤矸石10份，电石渣8份。
(3)将原料混合，按4mL/g的液固体积质量比加入0.8mol/L的硫酸溶液中。
(4)在反应温度为298K条件下，并加以0.5MPa的压力，以300r/min的转速搅拌浆料。
(5)搅拌后过滤得到浸出渣。
(6)将浸出渣烘干，并与12份硅酸钠充分混合，搅拌30s。
(7)将混合料置于回转窑中煅烧80分钟，温度维持在800℃。
(8)将煅烧熟料再次粉磨至比表面积为360m2/kg，得到赤泥基胶凝材料。
(9)最后根据工程需求，按0.5的水灰比加入水混合搅拌180s以致均匀；并测定初凝及终凝时间。
(10)将上述所得赤泥基胶凝材料浇筑成矩形敞口试块(40*40*40)获得胶凝材料制品，并养护3天、28天，分别测其强度，结果如表3所示。
表3实施例3的赤泥基胶凝材料的性能
Figure BDA0003517303250000091
对比例1
一种赤泥基胶凝材料的制备方法，制备步骤如下：
(1)将赤泥、电石渣、煤矸石等固废烘干至含水率小于1％，粉磨，过100目筛。
(2)称取赤泥50份，煤矸石20份，电石渣15份。
(3)将上述粉料烘干，并与12份硅酸钠充分混合，搅拌30s。
(4)将混合料置于回转窑中煅烧80分钟，温度维持在800℃。
(5)将煅烧熟料再次粉磨至比表面积为360m2/kg，得到赤泥基胶凝材料。
(6)最后根据工程需求，按0.5的水灰比加入水混合搅拌180s以致均匀；并测定初凝及终凝时间。
(7)将上述所得赤泥基胶凝材料浇筑成矩形敞口试块(40*40*40)获得胶凝材料制品，并养护3天、28天，分别测其强度，结果如表4所示。
表4对比例1的赤泥基胶凝材料的性能
Figure BDA0003517303250000101
对比例2
一种赤泥基胶凝材料的制备方法，制备步骤如下：
(1)将赤泥、电石渣、煤矸石等固废烘干至含水率小于1％，粉磨，过100目筛。
(2)称取赤泥50份，煤矸石20份，电石渣15份。
(3)将原料混合，按4mL/g的液固体积质量比加入0.8mol/L的硫酸溶液中。
(4)在反应温度为298K条件下，并加以0.5MPa的压力，以300r/min的转速搅拌浆料。
(5)搅拌后过滤得到浸出渣。
(6)将浸出渣烘干，并与硅酸钠15份充分混合，搅拌30s，得到赤泥基胶凝材料。
(7)最后根据工程需求，按0.5的水灰比加入水混合搅拌180s以致均匀；并测定初凝及终凝时间。
(8)将上述所得赤泥基胶凝材料浇筑成矩形敞口试块(40*40*40)获得胶凝材料制品，并养护3天、28天，分别测其强度，结果如表5所示。
表5对比例2的赤泥基胶凝材料的性能
Figure BDA0003517303250000102
Figure BDA0003517303250000111
对比例3
一种赤泥基胶凝材料的制备方法，制备步骤如下：
(1)将赤泥、电石渣、煤矸石等固废烘干至含水率小于1％，粉磨，过100目筛。
(2)称取赤泥50份，煤矸石20份，电石渣15份。
(3)将称好的粉料与硅酸钠15份充分混合，搅拌30s，得到赤泥基胶凝材料。
(4)最后根据工程需求，按0.5的水灰比加入水混合搅拌180s以致均匀；并测定初凝及终凝时间。
(5)将上述所得赤泥基胶凝材料浇筑成矩形敞口试块(40*40*40)获得胶凝材料制品，并养护3天、28天，分别测其强度，结果如表6所示。
表6对比例3的赤泥基胶凝材料的性能
Figure BDA0003517303250000112
通过实施例可知，本发明中赤泥、电石渣、煤矸石与碱激发剂之间相互协同配比，制备得到的胶凝材料具有更强的抗压能力，具有更好的应用效果。而且，相对于对比例1、2、3制备的赤泥基胶凝材料的强度有了明显提升，这是因为通过酸化处理中和了赤泥等工业固废中原有的影响材料性能的碱性物质，并通过碱热化处理可以促进凝胶产物形成，并使产物结构致密，强度大幅提高。
另外，从工程施工角度可以看出，本发明这种通过于酸化-碱+热活化一步法生产赤泥基胶凝材料的方式大大提高施工现场的效率，而且避免普通赤泥基胶凝材料因储存方法不当或储存时间过长影响后期胶凝材料强度等问题的发生，还具有提高赤泥利用率、降低生产成本等优点。
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，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)

1.一种赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征是，将赤泥、电石渣、煤矸石进行脱水处理，将脱水后的赤泥、电石渣、煤矸石进行混合，再加入酸溶液，加压后进行酸化处理，将酸化处理的浸出渣干燥后与碱激发剂混合，然后进行煅烧，煅烧后粉磨即得；
以重量份计，酸化处理的压强为0.5～2MPa；
酸化处理的温度为298～313K；
以重量份计，酸化处理中，脱水后的赤泥、电石渣、煤矸石的质量与酸溶液的体积比为1:3～5g：mL；
以重量份计，酸溶液中的酸为硫酸、草酸、盐酸或柠檬酸；
酸溶液中的酸的浓度为0.5～20mol/L。
2.如权利要求1所述的赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征是，以重量份计，赤泥50～70份，煤矸石10～30份，电石渣5～20份，碱激发剂10～30份。
3.如权利要求1所述的赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征是，脱水处理后的赤泥、电石渣、煤矸石的含水率均小于1％。
4.如权利要求1所述的赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征是，脱水处理后的赤泥、电石渣、煤矸石的比表面积为360～420m2/kg。
5.如权利要求1所述的赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征是，以重量份计，碱激发剂为氢氧化钠、硅酸钠、氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙的任意一种或其组合。
6.如权利要求1所述的赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征是，以重量份计，加入碱激发剂后混合的时间为20～40s。
7.如权利要求1所述的赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征是，以重量份计，煅烧处理的温度为600～1000℃。
8.如权利要求1所述的赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征是，煅烧时间为60～80min。
9.一种赤泥基胶凝材料，其特征是，由权利要求1～8任一所述的制备方法获得。
10.一种权利要求9所述的赤泥基胶凝材料在建造道路、地基或建筑物中的应用。
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