專利名稱：一種赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種赤泥粉煤灰地質(zhì)聚合物材料及其制備方法，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料
及工業(yè)固體廢棄物回收利用技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
赤泥是氧化鋁生產(chǎn)中用堿浸出鋁土礦以后的浸出渣。隨著國(guó)內(nèi)鋁工業(yè)規(guī)模的不斷 發(fā)展，我國(guó)每年赤泥排放量越來(lái)越大，赤泥的堆存會(huì)占用土地。赤泥若隨雨水進(jìn)入土壤會(huì)引 起土壤的鹽堿化，同時(shí)還會(huì)污染地下水，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成一定影響；露天堆放的赤泥在干燥 的天氣隨風(fēng)吹散在空氣中會(huì)導(dǎo)致空氣污染而且容易引起沙塵天氣。因此如何高效利用赤泥 并減少其對(duì)環(huán)境的污染，近年來(lái)愈來(lái)愈引起人們的高度重視。在國(guó)外，赤泥在作為生產(chǎn)水泥 的原料和利用高鐵含量的赤泥煉鐵的技術(shù)方面都有相關(guān)的報(bào)道，然而這些技術(shù)對(duì)赤泥的回 收利用量是有限的，且對(duì)赤泥的種類也有要求和限制，回收的成本也相對(duì)較高。我國(guó)近幾年 來(lái)也在加強(qiáng)對(duì)赤泥利用的研究，但目前還較少見(jiàn)相對(duì)成熟和能夠規(guī)模化利用赤泥的技術(shù)應(yīng) 用。現(xiàn)階段我國(guó)對(duì)赤泥的利用主要集中在用赤泥作為水泥配料方面，但大量的赤泥因堿含 量高而限制了在水泥生料中的配比，使得國(guó)內(nèi)產(chǎn)生的赤泥能夠被資源化的程度較低，大量 的赤泥目前仍采用濕法堆存。利用赤泥制備地質(zhì)聚合物材料可以避免赤泥的強(qiáng)堿性的負(fù)面 影響，很大程度上提高赤泥的利用率，同時(shí)使所制得地聚物材料獲得良好的強(qiáng)度性能。
粉煤灰也稱飛灰，是燃煤電廠或城市集中供熱鍋爐中煤燃燒后由煙氣帶出并經(jīng)除 塵器收集的粉塵，也是一種工業(yè)固體廢棄物。粉煤灰中含有大量的Si02、 A1203和玻璃體等 具有火山灰活性的顆粒，具有潛在的化學(xué)活性。我國(guó)目前在粉煤灰的綜合利用方面研究相 對(duì)較多，其主要集中在水泥和混凝土等建筑材料行業(yè)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的粉煤灰大部分都被 應(yīng)用于建材等行業(yè)。但我國(guó)邊遠(yuǎn)地區(qū)的粉煤灰的利用率還是比較低的，大部分粉煤灰被堆 積，尤其是濕排灰?guī)缀鯖](méi)有得到充分的利用，這對(duì)粉煤灰來(lái)說(shuō)是潛在資源的浪費(fèi)。如何解決 大量的灰渣排放，消除其潛在的危害，把粉煤灰經(jīng)過(guò)再加工后增值利用，已經(jīng)成為電力、環(huán) 保和材料行業(yè)的一個(gè)重要課題?？梢?jiàn)，開(kāi)展赤泥和粉煤灰的綜合利用具有重要的環(huán)境保護(hù) 和經(jīng)濟(jì)意義。 目前雖然有研究報(bào)道通過(guò)生產(chǎn)赤泥粉煤灰燒結(jié)磚可以提高對(duì)赤泥和粉煤灰的利
用率，然而該生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)能耗的需求量較高，這樣會(huì)加大燒結(jié)過(guò)程中的生產(chǎn)成本。 本發(fā)明是采用以赤泥和粉煤灰等工業(yè)固體廢棄物為主要原料而制備的赤泥粉煤
灰地質(zhì)聚合物材料， 一方面本發(fā)明對(duì)原料的品質(zhì)要求相對(duì)不高，另一方面該制備過(guò)程不需
要經(jīng)過(guò)高溫?zé)?，不僅減少礦物材料制備過(guò)程中的能量消耗，而且實(shí)現(xiàn)了對(duì)赤泥和粉煤灰
等工業(yè)固體廢棄物的有效利用，充分體現(xiàn)出為我國(guó)"節(jié)能減排"戰(zhàn)略發(fā)展需求做貢獻(xiàn)的重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的主要是針對(duì)目前國(guó)內(nèi)氧化鋁生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大，赤泥的排放量愈來(lái)愈大，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)赤泥的利用，提出一種赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料及其制備方法，來(lái)實(shí)
現(xiàn)對(duì)工業(yè)固體廢棄物的有效利用，同時(shí)達(dá)到制備高效節(jié)能、綠色環(huán)保、具有優(yōu)良強(qiáng)度性能無(wú)
機(jī)聚合物材料的目的。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的內(nèi)容和技術(shù)方案如下 本發(fā)明是一種赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料，其技術(shù)思想為利用赤泥中的高
含量的硅酸二鈣以及粉煤灰中的玻璃相硅酸鹽，通過(guò)水玻璃的堿激發(fā)作用使其發(fā)生解聚和
縮聚進(jìn)而形成具有較高強(qiáng)度的網(wǎng)絡(luò)凝膠結(jié)構(gòu)的地質(zhì)聚合物材料。同時(shí)，還使得粉煤灰潛在
的火山灰活性成分得到激發(fā)，粉煤灰中的硅鋁玻璃體發(fā)生硅氧鍵和鋁氧鍵的斷裂形成低聚
態(tài)的四面體單元，這些四面體單元與赤泥的水化產(chǎn)物作用形成C-S-H和C-A-H凝膠，隨著養(yǎng)
護(hù)過(guò)程不斷脫水縮聚，最終形成了具有較高強(qiáng)度的地質(zhì)聚合物膠凝材料。 本發(fā)明提出一種赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料，其特征在于配料時(shí)各原料的 加入量及質(zhì)量要求如下河津赤泥5 98%，粉煤灰1 65%，建筑細(xì)沙和建筑碎石1 96%，固體水玻璃粉1 20%，并以河津赤泥+粉煤灰+建筑細(xì)沙和建筑碎石為100%計(jì)， 外加5 45%的水和0. 1 10%的木質(zhì)素磺酸鈣粉。 本發(fā)明提出一種赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料，其特征在于所選赤泥是山西 河津氧化鋁廠生產(chǎn)氧化鋁過(guò)程浸出后的固體廢棄物赤泥。其化學(xué)成分按重量百分比計(jì)，各 組分的含量分別為^1203 5 15%，Si02 15 25%，F(xiàn)e203 5 12%，Ca0 44 48%，Na20 1 3%， Ti02 1 5%。 本發(fā)明提出一種赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料的制備方法，其特征在于首先 是將所述的粉狀原料(河津赤泥，粉煤灰，固體水玻璃粉，木質(zhì)素磺酸鈣粉)按比例稱重 后混合磨細(xì)到顆粒小于0. 088mm之后，再按上述比例加入建筑細(xì)沙(0. 5 2mm比例大于 35% ， 0. 25mm以上比例大于50% ， 0. 074mm以上比例大于75% )和建筑碎石(25 40mm比 例大于50% ， 10 25mm比例大于75% )并混合均勻，加適量水在強(qiáng)制式攪拌機(jī)中混料至半 干狀態(tài)，然后在室溫下密封陳化3 30小時(shí)，在10 60MPa的壓力下振動(dòng)加壓成形，成形 后的坯體在室溫下自然養(yǎng)護(hù)3天或者7天，然后在40 28(TC干燥6 38h。干燥之后即 得到該赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料，其相關(guān)強(qiáng)度性能達(dá)到3天后抗壓強(qiáng)度> 20MPa，7 天后抗壓強(qiáng)度^ 25MPa。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用赤泥、粉煤灰為主要原料制備地質(zhì)聚合物材料，實(shí)現(xiàn)對(duì)工 業(yè)固體廢棄物的有效回收利用，減少制備過(guò)程中原料對(duì)粘土等礦物原料的依賴，同時(shí)制備 該種地質(zhì)聚合物材料無(wú)需經(jīng)過(guò)高溫煅燒處理，從而降低了能耗，節(jié)省了成本消耗；采用該種 方法制備的赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料表現(xiàn)出良好的強(qiáng)度性能，尤其是具有良好的早 期抗壓強(qiáng)度；該發(fā)明制得的赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料的優(yōu)良的強(qiáng)度性能適合應(yīng)用于 建筑材料中，特別是可以大量應(yīng)用到墻體材料中，從而減少建筑材料的生產(chǎn)成本和對(duì)礦物 原料(如建筑石料和水泥)的大量消耗，減少建筑石料和水泥礦物原料的開(kāi)采，保護(hù)了耕地 和大自然環(huán)境。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明 本發(fā)明的原料和配方為按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，配料時(shí)各組分的含量分別為，河津赤泥 5 98%，粉煤灰1 65%，建筑細(xì)沙(0. 5 2mm比例大于35%，0. 25mm以上比例大于50%，0. 074mm以上比例大于75% )和建筑碎石(25 40mm比例大于50%， 10 25mm比 例大于75% ) 1 96% ，固體水玻璃粉1 20% ，并以河津赤泥+粉煤灰+建筑細(xì)沙和建筑 碎石為100%計(jì)，外加5 45%的水和0. 1 10%的木質(zhì)素磺酸鈣粉。
本發(fā)明提出的赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料及其制備方法，其特征在于其方 法首先是將所述的粉狀原料(河津赤泥，粉煤灰，固體水玻璃粉，木質(zhì)素磺酸鈣粉)按比例 稱重后并混合磨細(xì)到顆粒小于0. 088mm之后，再按上述的比例加入建筑細(xì)沙(0. 5 2mm比 例大于35%，0. 25mm以上比例大于50%，0. 074mm以上比例大于75% )和建筑碎石(25 40mm比例大于50% ， 10 25mm比例大于75% )并混合均勻，再加水在強(qiáng)制式攪拌機(jī)中混料 至半干狀態(tài)，然后在室溫下密封陳化3 30小時(shí)，在10 60MPa的壓力下振動(dòng)加壓成形，成 形后的坯體在室溫下自然養(yǎng)護(hù)3天或者7天，然后在40 28(TC干燥6 38h。干燥之后即 得到該赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料，其相關(guān)強(qiáng)度性能達(dá)到3天后抗壓強(qiáng)度^ 20MPa，7 天后抗壓強(qiáng)度^ 25MPa。 該種赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料的制備工藝流程為 原料一磨細(xì)一配料一加水混料一陳化一半干法高壓振動(dòng)加壓成形密實(shí)一養(yǎng)護(hù)一 干燥一赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料
具體實(shí)施例l 本發(fā)明具體實(shí)施例1的原料和配方為按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，配料時(shí)各組分的含量分 別為河津赤泥70% ，粉煤灰5% ，建筑細(xì)沙和建筑碎石25% ，固體水玻璃粉4% ，并以河津赤 泥+粉煤灰+建筑細(xì)沙和建筑碎石為100%計(jì)，外加15%的水和3%的木質(zhì)素磺酸鈣粉。
本發(fā)明提出的赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料及其制備方法，其特征在于其方 法首先是將所述的粉狀原料(河津赤泥70%，粉煤灰5%，固體水玻璃粉4%，木質(zhì)素磺酸 鈣粉1% )按比例稱重后并混合磨細(xì)到顆粒小于O. 088mm之后，再按上述比例加入建筑細(xì) 沙10%和建筑碎石15%并混合均勻，再加水在強(qiáng)制式攪拌機(jī)中混料至半干狀態(tài)，之后出料 并室溫下密封陳化10小時(shí)后，在25MPa的壓力下振動(dòng)加壓成形為240X 115X53mm的坯體， 成形后的坯體在室溫下自然養(yǎng)護(hù)3天和7天，然后在85t:下干燥20h。烘干之后即得到該 赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料。 該實(shí)施例1配方的赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料的相關(guān)強(qiáng)度性能達(dá)到3天養(yǎng)護(hù) 后的抗壓強(qiáng)度為21. 38MPa，7天養(yǎng)護(hù)后的抗壓強(qiáng)度25. 22MPa。
具體實(shí)施例2 本發(fā)明具體實(shí)施例2的原料和配方為按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，配料時(shí)各組分的含量分 別為河津赤泥36%，粉煤灰24%，建筑細(xì)沙和碎石40%，固體水玻璃粉6%，并以河津赤泥 +粉煤灰+建筑細(xì)沙和建筑碎石為100%計(jì)，外加10%的水和2. 5%的木質(zhì)素磺酸鈣粉。
本發(fā)明提出的赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料及其制備方法，其特征在于所述 方法首先是將所述的粉狀原料(河津赤泥36%，粉煤灰24%，固體水玻璃粉6%，木質(zhì)素磺 酸鈣粉2. 5% )按比例稱重并混合磨細(xì)到顆粒小于O. 088mm之后，再按上述比例加入建筑細(xì) 沙20%和建筑碎石20%并混合均勻，再加水在強(qiáng)制式攪拌機(jī)中混料至半干狀態(tài)，之后出料 并室溫下密封陳化15小時(shí)后，在50MPa的壓力下振動(dòng)加壓成形為240X 115X53mm的坯體， 成形后的坯體在室溫下自然養(yǎng)護(hù)3天和7天，然后在IO(TC下干燥15h。烘干之后即得到該 赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料。
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該實(shí)施例2配方的赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料的相關(guān)強(qiáng)度性能達(dá)到3天養(yǎng)護(hù) 后的抗壓強(qiáng)度為41. 63MPa， 7天養(yǎng)護(hù)后的抗壓強(qiáng)度45. 85MPa。
具體實(shí)施例3 本發(fā)明具體實(shí)施例3的原料和配方為按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，配料時(shí)各組分的含量分 別為河津赤泥15 % ，粉煤灰40 % ，建筑細(xì)沙和建筑碎石45 % ，固體水玻璃粉8 % ，并以河津 赤泥+粉煤灰+建筑細(xì)沙和建筑碎石為100%計(jì)，外加7%的水和2%的木質(zhì)素磺酸鈣粉。
本發(fā)明提出的赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料及其制備方法，其特征在于所述 方法首先是將所述的粉狀原料(河津赤泥15%，粉煤灰40%，固體水玻璃粉8%，木質(zhì)素磺 酸鈣粉2% )按比例稱重并混合磨細(xì)到顆粒小于0. 088mm之后，再按上述比例加入建筑細(xì) 沙25%和建筑碎石20%并混合均勻，再加水在強(qiáng)制式攪拌機(jī)中混料至半干狀態(tài)，之后出料 并室溫下密封陳化8小時(shí)后，在40MPa的壓力下振動(dòng)加壓成形為240X 115X53mm的坯體， 成形后的坯體在室溫下自然養(yǎng)護(hù)3天和7天，然后在8(TC下干燥25h。烘干之后即得到該 赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料。 該實(shí)施例3配方的赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料的相關(guān)強(qiáng)度性能達(dá)到3天養(yǎng)護(hù) 后的抗壓強(qiáng)度為51. 67MPa，7天養(yǎng)護(hù)后的抗壓強(qiáng)度53. 42MPa。
權(quán)利要求
本發(fā)明是一種赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料，其特征在于按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，配料時(shí)各組分的含量分別為，河津赤泥5～98％，粉煤灰1～65％，建筑細(xì)沙和建筑碎石1～96％，固體水玻璃粉1～20％，并以河津赤泥+粉煤灰+建筑細(xì)沙和建筑碎石為100％計(jì)，外加5～45％的水和0.1～10％的木質(zhì)素磺酸鈣粉。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料，其特征在于所選赤泥是 山西河津氧化鋁廠生產(chǎn)氧化鋁過(guò)程浸出后的固體廢棄物赤泥。其化學(xué)成分按重量百分比 計(jì)，各組分的含量分別為^1203 5 15%，Si02 15 25%，F(xiàn)e203 5 12%，Ca0 44 48%， Na20 1 3%， Ti02 1 5%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料的制備方法，其特征在于 所有原料加水混料至半干狀態(tài)并在室溫下密封陳化后進(jìn)行成形，其成形密實(shí)技術(shù)采用的是 半干法高壓振動(dòng)加壓成形密實(shí)技術(shù)，振動(dòng)成形時(shí)壓力在10 60MPa ;然后經(jīng)過(guò)養(yǎng)護(hù)和干燥 等工藝過(guò)程即得到本發(fā)明所制備的赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物材料及其制備方法，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料及工業(yè)固體廢棄物回收利用技術(shù)領(lǐng)域。它包括采用河津赤泥、粉煤灰為主要基質(zhì)原料，以建筑細(xì)沙和建筑碎石作為骨料，并以固體水玻璃粉作為堿激發(fā)劑制備赤泥粉煤灰免燒地質(zhì)聚合物膠凝材料。按重量百分?jǐn)?shù)計(jì)，原料分別為河津赤泥5～98％，粉煤灰1～65％，建筑細(xì)沙和建筑碎石1～96％，固體水玻璃粉1～20％，并以赤泥+粉煤灰+建筑細(xì)沙和建筑碎石為100％計(jì)，外加5～45％的水和0.1～10％的木質(zhì)素磺酸鈣粉，經(jīng)過(guò)配料、混合、陳化、成形、養(yǎng)護(hù)和干燥等工藝過(guò)程制備而成。本發(fā)明具有對(duì)工業(yè)固體廢棄物的利用率高、污染少、能耗低、制備工藝操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)了綠色環(huán)保和節(jié)能減排的重要意義。
文檔編號(hào)B28B3/00GK101708983SQ20091009222
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日
發(fā)明者劉艷改, 房明浩, 李文娟, 楊林, 錢忠俊, 黃朝暉, 龔猛 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)