CN115626787A - 一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及固体废物处理技术领域，尤其涉及一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料及其制备方法与应用；可固碳免烧轻集料以磷石膏、赤泥、粉煤灰为主要原料；磷石膏中存在磷酸、氟化物等酸性化合物，可中和赤泥的高碱性，降低赤泥产生的危害；并且利用磷石膏中的CaSO₄、赤泥中的Al₂O₃、粉煤灰中的SiO₂和Al₂O₃，以Ca、Al、Si三元为基础形成C‑S‑H凝胶、钙矾石、莫来石等水化产物以提供强度，同时固化磷石膏和赤泥中的有害物质；赤泥提供的高碱性(OH^‑)与磷石膏中的Ca²⁺能够合成Ca(OH)₂，能与空气中的CO₂反应，生成CaCO₃，以此达到固碳效果，固碳能力约为每吨可固碳免烧轻集料可固化35～44kg的CO₂。

Description

一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及固体废物处理技术领域，尤其涉及一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料及其制备方法与应用。

背景技术

混凝土是城市化建设过程中使用量最大的材料之一，全球每年生产约28亿立方米混凝土；混凝土中的骨料约占混凝土体积的四分之三，因此骨料的使用量是十分巨大的。目前，土木工程中使用的最主要的骨料还是天然骨料(卵石、碎石、河砂等)，骨料的巨大需求将导致有限自然资源的消耗，并对环境可持续性产生不利影响。因此，找到代替天然砂石的人造骨料具有重要意义。

磷石膏是磷酸工业的副产品(pH范围约为2-6)，但是目前没有很好的处理方式，利用率仅为10～15％。磷石膏的妥善处理绝不能仅仅依靠填埋，因为磷石膏中的有毒杂质，如氟化物、磷酸盐、有机物、重金属和放射性元素，会严重污染土壤、水，浪费大量的土地资源；因此磷石膏亟需找到能够大量合理消耗的途径。

赤泥是氧化铝生产过程中排放的固体粉末废物；通常，赤泥具有强碱度和高盐度，赤泥废弃物的渗滤液渗入土壤中，会导致周围土壤和地下水的盐碱化和污染，暴露在外的赤泥很容易造成扬尘污染，危害人类和其它动物的健康，恶化生态环境，因此赤泥也同样需要合理的消耗方式。

粉煤灰是发电厂燃煤产生的固体副产品，由金属氧化物、硅酸盐和其它颗粒组成；由于需要大量土地对粉煤灰进行处置，每年粉煤灰的处置成本都在提升，亟需合理的处理方式。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料及其制备方法与应用，旨在解决现有技术中无法对磷石膏、赤泥和粉煤灰进行合理处置，实现固体废物回收利用的问题。

本发明的技术方案如下：

一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料，按重量份数计，包括以下组分：磷石膏10～20份、赤泥50～70份、粉煤灰40～50份、水40～56份；

其中，所述磷石膏为半水磷石膏；所述磷石膏和所述赤泥的粒径均小于150μm。

所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料，其中，按重量份数计，包括以下组分：磷石膏10份、赤泥70份、粉煤灰40份、水48份。

所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料，其中，所述基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的粒径为4.75-19mm。

一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法，包括步骤：

对磷石膏和赤泥分别进行预处理；

将预处理后的磷石膏和赤泥与粉煤灰、水进行混合搅拌，得到混合料；

对所述混合料进行造粒，并利用滚筒机滚圆，得到混合颗粒；

对所述混合颗粒进行烘干、筛分，得到可固碳免烧轻集料。

所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法，其中，所述对磷石膏进行预处理，包括步骤：

将所述磷石膏在160～200℃条件下进行热处理2～4h，然后磨细至粒径小于150μm，得到粉末状的磷石膏。

所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法，其中，所述对赤泥进行预处理，包括步骤：

将所述赤泥在90～105℃条件下进行烘干，然后磨细至粒径小于150μm，得到粉末状的赤泥。

所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法，其中，所述滚筒机的转速为40～60rmp，所述滚筒机的倾角为20～30°。

所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法，其中，所述对混合颗粒进行烘干，包括步骤：

将所述混合颗粒放置在设有加热板的传送带上进行烘干，所述加热板的加热温度为60～80℃，使得在运输过程中将所述混合颗粒的表面烘干。

所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法，其中，所述对混合颗粒进行烘干、筛分后，还包括步骤：

将烘干、筛分后的混合颗粒放置在温度18～22℃、相对湿度大于92％的养护室中养护至少7天。

一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的应用，所述基于磷石膏的可固碳免烧轻集料用于作为混凝土的骨料。

有益效果：本发明提供一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料及其制备方法与应用，所述可固碳免烧轻集料以磷石膏、赤泥、粉煤灰为主要原料；磷石膏中存在磷酸、氟化物等酸性化合物，可中和赤泥的高碱性，降低赤泥产生的危害；并且利用磷石膏中的CaSO₄、赤泥中的Al₂O₃、粉煤灰中的SiO₂和Al₂O₃，以Ca、Al、Si三元为基础形成C-S-H凝胶、钙矾石、莫来石等水化产物以提供强度，同时固化磷石膏和赤泥中的有害物质；赤泥提供的高碱性(OH^-)与磷石膏中的Ca²⁺能够合成Ca(OH)₂，能与空气中的CO₂反应，生成CaCO₃，以此达到固碳效果。利用所述制备方法制得的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的单颗粒抗压强度为4～6MPa，简压强度为6.5～9.2MPa，吸水率为6～10％，堆积密度为800～1000kg/m³，且固碳能力约为每吨可固碳免烧轻集料可固化35～44kg的CO₂。其较高的强度和较低的吸水率，完全符合高强轻骨料的各项性能要求，能够替代天然轻骨料(浮石、页岩等)和烧结轻骨料(粉煤灰烧结骨料、陶粒等)作为轻骨料混凝土的原料；一方面，减少了天然轻骨料的开采，能够有效的节约资源；另一方面，相较于需要较高温度下的烧结陶粒所消耗的能量，本发明通过冷粘结法制作人造轻集料，耗能极低，污染少，在节约能源、环境保护等方面有着巨大的优势。

附图说明

图1为本发明一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料制备方法的工艺流程示意图；

图2为本发明测试可固碳免烧轻集料的CO₂吸收量测试箱的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料及其制备方法与应用，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。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。

在实施方式和申请专利范围中，除非文中对于冠词有特别限定，否则“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

冷粘结造粒技术可以固定工业副产品和固体废物中的有害物质，进而在不损害环境的情况下制成骨料，并应用在建筑业中。冷粘结造粒技术具有能耗低，污染物排放少的优点。利用冷粘结造粒技术可以循环利用固体废物，减少固体废物填埋带来的环境负担，进而有效节约自然资源。因此，将冷粘结技术应用于磷石膏、赤泥和粉煤灰的处理，能将磷石膏、赤泥和粉煤灰制成轻集料应用于混凝土中，可以实现废物利用，减少土地资源的占用，并且能够达到固碳效果。

基于此，本发明提供一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料，按重量份数计，包括以下组分：磷石膏10～20份、赤泥50～70份、粉煤灰40～50份、水40～56份；

其中，所述磷石膏为半水磷石膏；所述磷石膏和所述赤泥的粒径均小于150μm。

本实施例中，通过利用磷石膏、赤泥和粉煤灰三种大宗固体废弃物作为原材料，没有使用其它辅助凝胶材料、粉末以及激发剂、催化剂等化学材料，降低了整体制备过程的能耗、二氧化碳排放以及成本。同时，所述可固碳免烧轻集料具有生态友好、工艺简单、成本低等特点，这种同时回收三种固体废弃物的方法，同时将其制备成可替代天然粗集料的绿色人工骨料，不仅很大程度解决了土地资源以及环境恶化等影响，还缓解了一些资源紧缺地区建筑材料不足的问题。且所述基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的单颗粒抗压强度为4～6MPa，简压强度为6.5～9.2MPa，吸水率为6～10％，堆积密度为800～1000kg/m³，且固碳能力约为每吨可固碳免烧轻集料可固化35～44kg的CO₂。

在一种优选地实施方式中，所述基于磷石膏的可固碳免烧轻集料按重量份数计，包括以下组分：磷石膏10份、赤泥70份、粉煤灰40份、水48份；按该重量份数计制得的可固碳免烧轻集料，其堆积密度为1089kg/m³，吸水率为8.2％，简压强度8.6MPa，固碳能力55.8kg/ton；即其具有优秀地固碳效果。

在一些实施方式中，所述基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的粒径为4.75-19mm；该粒径下的球形绿色人工骨料强度更好，可以更好地替代石子用于混凝土中，其可以与混凝土中的其它成分更好地结合，提高混凝土的工作性能。本实施例中，所述可固碳免烧轻集料的颗粒粒径需要大于4.75mm，才能够符合作为粗集料的标准；而所述可固碳免烧轻集料的粒径不宜大于19mm，这是由于人造骨料内部缺陷，孔隙率较大，颗粒直径越大强度越低，因此不宜使用粒径过大的人工骨料。

具体地，本实施例所用的磷石膏、赤泥和粉煤灰的具体成分如表1所示：

表1三种原材料的化学成分(XRF结果)

除此之外，如图1所示，本发明还提供一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法，包括步骤：

步骤S10：对磷石膏和赤泥分别进行预处理；

步骤S20：将预处理后的磷石膏和赤泥与粉煤灰、水进行混合搅拌，得到混合料；

步骤S30：对所述混合料进行造粒，并利用滚筒机滚圆，得到混合颗粒；

步骤S40：对所述混合颗粒进行烘干、筛分，得到可固碳免烧轻集料。

本实施例中，采用该制备方法制备可固碳免烧轻集料能够大量处理磷石膏、赤泥和粉煤灰，既降低了成本又减少了磷石膏、赤泥和粉煤灰对环境的压力，兼具极高的经济效益与环境效益，为建筑行业提供了一种可持续发展的生产方法。同时，该制备方法不仅发挥了各材料的优点，而且材料间的相互作用也使得制备完成的可固碳免烧轻集料的性能更佳；在骨料的制备及养护过程中，磷石膏中的SO₄ ^2-会与赤泥和粉煤灰发生反应，生成更多钙矾石，这种物质会添堵骨料中的微小空隙，使骨料更加致密，提升骨料的承压能力；这种可固碳免烧轻集料充分地体现了废物回收利用以及可持续发展的优点，可以广泛推广到建筑领域。

在一些实施方式中，所述对磷石膏进行预处理，包括步骤：将所述磷石膏在160～200℃条件下进行热处理2～4h，然后磨细至粒径小于150μm，得到粉末状的磷石膏；即将所述磷石膏经过热处理后，使用100目的网筛进行过筛，得到粒径小于150μm的粉末状磷石膏；在该温度范围下对磷石膏进行热处理，可以减少能耗，同时能够较好地处理磷石膏；热处理能够将磷石膏中的二水硫酸钙脱水还原成半水硫酸钙，半水硫酸钙再与水结合，重新结晶的过程也能为骨料提供一定强度；并且热处理还可以去除磷石膏中的部分杂质，提供材料的性能。

在一种优选地实施方式中，所述磷石膏的热处理温度温度为160℃，恒温时间为2～4h，升温速率为10℃/min，这个温度可以将磷石膏中的主要成分二水硫酸钙(CaSO₄·2H₂O)还原为半水硫酸钙(CaSO₄·0.5H₂O)。

在一些实施方式中，所述对赤泥进行预处理，包括步骤：将所述赤泥在90～105℃条件下进行烘干，然后磨细至粒径小于150μm，得到粉末状的赤泥；作为优选地，所述赤泥在90～105℃条件下烘至24小时以上，烘干至恒重，并通过球磨机球磨2h，磨细至小于150μm(可通过100目的网筛)，得到粉末状的赤泥。对所述赤泥进行烘干，主要是为了方便磨细以及方便后期控制水与固体材料的比例；磨细的益处就是机械活化，磨细后材料比表面积增大，更容易反应，其中的化学物质能够被充分反应，发挥应有的作用。

将磷石膏和赤泥磨细的处理方式能够极大增加赤泥和磷石膏的比表面积，增强材料活性，从而提高最后的产品强度；而粉煤灰一般在取得时已经磨得很细，不需要再次磨细处理。

具体地，将三种粉末状的固废材料(粉末状磷石膏、粉末状赤泥、粉煤灰)投入搅拌装置中，进行搅拌均匀，随后加入水，目的是为了先让材料混合均匀，再与水结合，保证反应充分进行；然后将搅拌后得到的混合料通过传送带投入挤压造粒机中造粒，造好的颗粒从挤压造粒机中落在传送带上，通过传送带将颗粒运送到滚筒机中，使得颗粒在滚筒中逐渐滚圆，得到混合颗粒；然后从滚筒机中落下在设有加热板的传送带上，运输的过程中将颗粒表面烘干，防止粘连，随后进行筛分，即得到粒径为4.75-19mm的可固碳免烧轻集料。

将所述混合料投入挤压造粒机中进行造粒的原理为在开口模中，靠物料与压膜壁之间摩擦力，使物料受挤压作用而产生紧密堆积，然后从模的开口处挤出，模开口的外边装有切割装置，将挤出料柱切断成柱粒。这种方式能够通过控制板上的孔径大小控制生产的轻集料颗粒的粒径，此外，挤压能够让混合料更加密实，减少初始缺陷。

在一些实施方式中，所述滚筒机的转速为40～60rmp，所述滚筒机的倾角为20～30°；所述滚筒机在该参数下，可以将挤压造粒得到的圆柱型颗粒滚圆，转变成球形颗粒；球形的骨料受力更加均匀，能够提高强度，同时球形骨料能够增强混凝土的流动性。

在一些实施方式中，所述对混合颗粒进行烘干，包括步骤：将所述混合颗粒放置在设有加热板的传送带上进行烘干，所述加热板的加热温度为60～80℃，使得在运输过程中将所述混合颗粒的表面烘干；在传送带上设置加热板，可以使得混合颗粒在输送的过程中保证颗粒表面快速干燥，防止颗粒之间相互粘接，且无需建立烘干室单独对混合颗粒进行烘干，实现输送、烘干一体化。

在一些实施方式中，所述对混合颗粒进行烘干、筛分后，还包括步骤：将烘干、筛分后的混合颗粒放置在温度18～22℃、相对湿度大于92％的养护室中养护至少7天；该温度较容易实现，并且相对湿度大于92是因为轻集料养护过程中的水化反应需要外界提供一定的水分，此外固碳的过程也在孔隙水溶液中发生，因此需要提供较高的湿度环境。

具体地，将烘干、筛分后的混合颗粒放置在温度18～22℃、92-96％湿度的养护室中养护7-10天。

在一种优选地实施方式中，将烘干、筛分后的混合颗粒放置在温度20℃、95％湿度的养护室中养护7天后即可使用，在该温度、湿度下进行养护，缩短养护时间，提高生产效率。

所述可固碳免烧轻集料在刚制成的时候强度较低，骨料的强度来源主要是材料之间水化反应形成的，其反应原理主要为：粉煤灰提供了活性的氧化硅、氧化铝和氧化钙；赤泥提供了部分的氧化铝，其本身属于高碱性物质，为骨料提供了碱性环境；磷石膏则提供了CaSO₄，其中的钙离子在碱性环境中可以产生Ca(OH)₂，与空气中的CO₂反应可生产CaCO₃，达到固碳效果，同时提高强度，促进生成钙矾石，提供强度。并且，磷石膏、赤泥、粉煤灰这三种材料存在的火山灰活性物质，能够产生水化反应，生产C-S-H(3CaO·2SiO₂·3H₂O)胶体、氢氧化钙、水石榴石、钙矾石、莫来石、碳酸钙等水化产物，为骨料提供强度。上述反应需要一定的时间还有充足的水分，因此需要在湿环境中养护一段时间；同时试验表明，所述可固碳免烧轻集料养护7-10天强度水化基本完成了80～90％左右。

并且，本发明还提供一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的应用，所述基于磷石膏的可固碳免烧轻集料用于作为混凝土的骨料。

下面进一步举例实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例提供的一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的主要原料为磷石膏、赤泥和粉煤灰，按重量份数计，包括以下组份：磷石膏10份；赤泥50份；粉煤灰40份；水40份。

其中，所述磷石膏是经过160℃热处理4h，随后磨细至小于150μm的粉末；所述赤泥是经过90-105℃干燥24小时，烘干至恒重，随后磨细至小于150μm的粉末；

基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法，包括步骤：

步骤S1：将所述原料按比例投入搅拌装置中，将搅拌后的原料通过传送带投入挤压造粒机中造粒；

步骤S2：造好的颗粒从挤压造粒机中落在传送带上，传送带将筛颗粒运送到滚筒机中，颗粒在滚筒中逐渐滚圆；

步骤S3：从滚筒机中落下在设有加热板的传送带上，运输的过程中将颗粒表面烘干，防止粘连，传送带将表明烘干的颗粒送入筛分机中，筛得4.75-19mm的颗粒；筛分后的颗粒落入传送带，送入养护室中养护7天后，即可使用。

养护室的条件为：温度20℃、95％湿度。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，材料各组分用量不同，具体为：磷石膏10份；赤泥60份；粉煤灰40份；水44份。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于，材料各组分用量不同，具体为：磷石膏10份；赤泥70份；粉煤灰40份；水48份。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于，材料各组分用量不同，具体为：磷石膏10份；赤泥50份；粉煤灰50份；水44份。

实施例5

本实施例与实施例1的区别在于，材料各组分用量不同，具体为：磷石膏20份；赤泥50份；粉煤灰40份；水44份。

实施例6

本实施例与实施例1的区别在于，材料各组分用量不同，具体为：磷石膏20份；赤泥70份；粉煤灰50份；水56份。

对实施例1-6所制备的轻集料的堆积密度、吸水率、筒压强度和固碳能力进行测试，数据如下表所示：

通过实施例1-6的堆积密度和抗压强度的数据可知，将所述基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法制得的轻集料，不仅可以实现同时回收大量工业废弃物磷石膏、赤泥和粉煤灰，还可以固化空气中的二氧化碳，为降低二氧化碳排放量提供新的思路。此外制得的轻集料替代天然石子，能够很大程度上解决了土地资源浪费以及环境恶化等影响，还缓解了一些资源紧缺地区建筑材料不足的问题。

具体地，所述可固碳免烧轻集料的固碳能力通过一个能够精确计算二氧化碳吸收量的试样箱测得。如图2所示，试验箱内部的尺寸为27cm×27cm×27cm。箱内设置了一个能够测量二氧化碳浓度变化的仪器，仪器为在线式二氧化碳气体检测仪，由深圳立业实业有限公司生产，型号为LY800-CO2，测量精度为0.01％VOL。仪器通过连接电脑可以实时检测箱内二氧化碳的浓度。试验箱设置在25±1℃的实验室中。通过在箱内放置装有饱和氯化钠溶液的烧杯，将箱内相对湿度控制在75％左右。在试验箱出气阀上连接一个气球，以控制箱内气压稳定(箱内气压不超过3kPa)。在箱内放置柠檬酸溶液(C₆H₈O₇)，在试验箱密闭后遥控电机，向柠檬酸溶液中倒入小苏打(NaHCO₃)，通过化学式(1)生成CO₂。

3NaHCO₃+C₆H₈O₇＝C₆H₅O₇Na₃+3H₂O+3CO₂↑ (1)

具体的实验方案为：将试验箱内CO₂浓度调整至与外界空气一致(约500ppm)，随后将基于磷石膏的可固碳免烧轻集料放置在试验箱中并将试验箱密闭。试验箱密闭后启动电机，将10g(精确至0.01g)小苏打(NaHCO3)倒入柠檬酸溶液中(100g去离子水与20g C₆H₈O₇的混合溶液)，随后打开连接气球的出气阀，使得箱内气压保持稳定。通过仪器在电脑上实时记录箱内二氧化碳浓度(每10s记录一次)，每种骨料试验48h，观察二氧化碳吸收量变化。

将基于磷石膏的可固碳免烧轻集料制作完成后放入标准养护室养护7d，随后每组称量100g(精确至0.01g)放入试验箱进行测试。其中养护7d是为了让骨料能够基本完成水化。将养护7d后的骨料吸收的CO₂总量设定为吸收能力上限(忽略在空气中养护7d的吸收量)。

CO₂吸收量的计算方式如下：根据生产CO₂的化学方程式(1)，10g的NaHCO₃(纯度99.9％)完全反应后能够生成约5.233g，实验箱的空气中CO₂浓度约为0.05％VOL(计算时取气体摩尔体积为24.5L/mol，换算后约0.018g)。控制每组测试的初始条件一致，既初始箱内的CO₂含量约为5.251g。将每组放置箱中48h，记录箱中CO₂浓度变化(每10s记录一次)。将48h后箱内最终浓度值换算成质量，将初始值与最终值的差值认定为基于磷石膏的可固碳免烧轻集料吸收的二氧化碳总量。

综上所述，所述基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法具有以下优点：

(1)同时回收了大量赤泥、磷石膏和粉煤灰三种固体废弃物，并充分利用三种固废化学成分的特点。赤泥中的高碱性能够很好的激发粉煤灰中的Al和Si，高碱性环境能将粉煤灰中Al₂O₃和SiO₂的Si-O键和Al-O键断裂，使得Al和Si被释放出来。而磷石膏能够提供Ca^{2 +}，三种固废相结合能够很好的促进生成水化硅酸钙(C-S-H)和水化铝酸钙(C-A-H)等产物，提高骨料强度。研究表明，想要把粉煤灰颗粒中的铝和硅有效溶解出来，需要pH值大于13.3或者更高。因此赤泥的含量增加，提高了碱度，可以促进碱活化，使得实例3效果更好。

(2)三种材料都属于大宗固废，合理的利用它们就是一种对环境的保护，并且骨料生产过程中不需要使用水泥作为粘接剂，这能够减少大量的二氧化碳排放(水泥的生产是高二氧化碳排放的过程)。骨料制备过程仅消耗了机械能，不需要如烧结一样提供大量的能量，绿色环保，低碳节能；

(3)利用了赤泥和磷石膏中的OH^-和Ca²⁺，两者相结合能够生成Ca(OH)₂，与空气中的CO₂相结合生产的CaCO₃能够稳定的存在，这一过程就是一种化学固碳的效果，此外三种材料中都含有一定量的CaO，在高碱性环境中，也可以发生上述化学变化，从而达到固碳效果，根据实例3的结果，最佳的固碳效果为55.5kg/ton；

(4)三种材料都是大宗固废，价格很低，特别是磷石膏和赤泥。我国每年制造磷酸的过程中产生了大量的磷石膏，目前利用率很低，有大量的磷石膏堆积，亟需合理的资源化利用处理。赤泥也有相同的问题，并且由于其高碱性会对环境产生巨大的负面影响，因此无法简单的填埋堆积。因此本发明对三种固废的合理化利用能够减少大量的处理费用，并且产生一定的经济效益。

(5)整个制备过程无任何二次污染排放，并且工艺简单，材料的成本很低，具有很强的推广价值，复合绿色可持续发展的理念。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于磷石膏的可固碳免烧轻集料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：磷石膏10～20份、赤泥50～70份、粉煤灰40～50份、水40～56份；

其中，所述磷石膏为半水磷石膏；所述磷石膏和所述赤泥的粒径均小于150μm。

2.根据权利要求1所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：磷石膏10份、赤泥70份、粉煤灰40份、水48份。

3.根据权利要求1所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料，其特征在于，所述基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的粒径为4.75-19mm。

4.一种如权利要求1-3任一所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

对磷石膏和赤泥分别进行预处理；

将预处理后的磷石膏和赤泥与粉煤灰、水进行混合搅拌，得到混合料；

对所述混合料进行造粒，并利用滚筒机滚圆，得到混合颗粒；

对所述混合颗粒进行烘干、筛分，得到可固碳免烧轻集料。

5.根据权利要求4所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法，其特征在于，所述对磷石膏进行预处理，包括步骤：

将所述磷石膏在160～200℃条件下进行热处理2～4h，然后磨细至粒径小于150μm，得到粉末状的磷石膏。

6.根据权利要求4所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法，其特征在于，所述对赤泥进行预处理，包括步骤：

将所述赤泥在90～105℃条件下进行烘干，然后磨细至粒径小于150μm，得到粉末状的赤泥。

7.根据权利要求4所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法，其特征在于，所述滚筒机的转速为40～60rmp，所述滚筒机的倾角为20～30°。

8.根据权利要求4所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法，其特征在于，所述对混合颗粒进行烘干，包括步骤：

将所述混合颗粒放置在设有加热板的传送带上进行烘干，所述加热板的加热温度为60～80℃，使得在运输过程中将所述混合颗粒的表面烘干。

9.根据权利要求4所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的制备方法，其特征在于，所述对混合颗粒进行烘干、筛分后，还包括步骤：

将烘干、筛分后的混合颗粒放置在温度18～22℃、相对湿度大于92％的养护室中养护至少7天。

10.一种如权利要求1-3任一所述的基于磷石膏的可固碳免烧轻集料的应用，其特征在于，所述基于磷石膏的可固碳免烧轻集料用于作为混凝土的骨料。

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