CN103193403B - 高活性赤泥基混凝土掺合料制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高活性赤泥基混凝土掺合料制备方法，属于复合活化矿物掺和材料制备方法。以赤泥为主要原料，辅以电石渣、脱硫石膏等工业废渣，通过未燃煤矸石自身的燃烧热能对混合料进行热力活化得到的高活性赤泥基混凝土掺合料；在拌制混凝土材料的过程中，按照20％的重量比以本发明制备的赤泥复合材料取代PO52.5，或PO42.5，或PC32.5硅酸盐水泥，在其他拌制材料不变的情况下，拌制每立方米混凝土可节省成本10-20元，所拌制的混凝土各龄期强度均相当或高于对比混凝土强度，且新拌混凝土具有和易性好，坍落度损失小，水化热低，后期强度递延性好，抗硫酸盐侵蚀，抗化学侵蚀性强，耐久性好，对混凝土性能无不利影响特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合活化矿物掺和材料制备方法，特别是一种高活性赤泥基混凝土掺合料制备方法。
背景技术
赤泥是生产氧化铝过程中所排出的固体废弃物。我国是氧化铝生产大国，2009年生产氧化铝2378万吨，约占世界总产量的30%，产生的赤泥近3000万吨。目前我国赤泥综合利用率仅为4%，累积堆存量达到2亿吨。赤泥大量堆存，既占用土地，浪费资源，又易造成环境污染和安全隐患。
煤矸石是煤炭开采和洗选过程中被分离出来的废弃岩石，煤矸石综合排放量占原煤产量的10%一20%，是我国目前排放量最大的工业固体废弃物之一。大量堆存的煤矸石不仅是煤矿生产的沉重包袱，而且对环境的污染也相当严重。近年来，我国在发电、农业肥料、化工产品和建材原料等领域利用煤矸石的研究已取得了一定进展，但这并没有从根本上解决煤矸石大量堆积的现状。
未燃煤矸石几乎没有胶凝活性，在适当的温度下，煤矸石中的粘土类组分可以脱水分解成具有水硬性胶凝活性的无定形氧化硅和氧化铝。但由于煤矸石中的氧化钙含量很低，限制了煅烧提高其活性的程度，故在煅烧过程中添加适量的钙质原料可以有效提高煤矸石的胶凝活性。烧结法赤泥中的氧化钙含量较高，若将其与煤矸石结合起来，再辅以少量的电石渣、脱硫石膏等钙质校正原料可在一定程度上补充煤矸石的钙含量。
发明内容
本发明的目的是要提供一种提高废弃赤泥和煤矸石利用率、保护环境、降低混凝土拌制过程中的水泥用量，提高经济效益和环保效益的高活性赤泥基混凝土掺合料制备方法。
本发明的目的是这样实现的：该方法的原料组成及其质量百分比如下：赤泥40-60％；未燃煤矸石25-45％；电石渣10％；脱硫石膏5％；
制备方法包括：干燥、称量配料及粉磨混合工艺、煅烧工艺和应用工艺，具体方法过程如下：
（1）干燥、称量配料及粉磨混合工艺：将上述原料烘干并按上述配方进行称量制成混合料，然后将上述4种原料放入球磨机中混合粉磨至比表面积≥600m2/kg；
（2）煅烧工艺：利用未燃煤矸石自身的燃烧热能对混合料进行低温煅烧，煅烧温度不低于600℃，然后在大气中快速冷却即得到活化的赤泥基混凝土掺合料；未燃煤矸石的用量在25-45％范围内，以能将混合料煅烧至不低于600℃为准，煅烧温度控制在600-800℃范围，温度越高，混合料活性越大；
（3）应用工艺：将活化处理后的赤泥基混凝土掺合料和水泥充分混合即形成赤泥基复合硅酸盐水泥，或者在混凝土制备时直接用活化处理后的赤泥基混凝土掺合料对水泥进行等量部分取代。
所述的赤泥为烧结法、拜耳法或联合法生产氧化铝中产生的工业废渣，其中以烧结法产生的赤泥效果最佳；所述的未燃煤矸石为煤炭开采和洗选过程中被分离出来的没有发生自燃的废弃岩石；所述的电石渣为工业生产乙炔气、聚氯乙烯、聚乙烯醇等产品过程中，电石水解后产生的废渣；所述的脱硫石膏为对含硫原料煤、油等燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理而得到的工业副产石膏，要求其二水石膏的品位大于90%。
有益效果，由于采用了上述方案，赤泥中含有部分β-C2S、C3A和无定形铝硅酸盐，从而使其具有一定的潜在胶凝活性，利用煤矸石自身的热能对其进行煅烧处理，可使其活性大大提高。
1）高强早强、高替代率：本发明生产的活化赤泥基混凝土掺合料对水泥的替代率可达到20~50%。本品对赤泥活性主体有较好的溶蚀作用，可以使赤泥与水泥进行充分的水化反应，和传统粉煤灰等矿物掺合料混凝土相比，其早期强度得到较大提高，后期强度和硅酸盐水泥混凝土相当，克服了传统矿物掺合料普遍存在的早期强度低的致命缺陷和在混凝土中替代水泥少的缺点。
2）生产工艺简单、能耗低：活化赤泥基混凝土掺合料的生产流程、工艺过程较为简单，利用未燃煤矸石为燃料，煅烧温度低(不低于600℃)，不需要附加燃料，能耗低。
2）使用简单方便：将活化处理后的赤泥基混凝土掺合料和成品水泥混合可加工成活化赤泥基复合水泥。也可以在混凝土拌制时用本项目研制的活化赤泥基混凝土掺合料按一定的比例对PO52.5，或PO42.5，或PC32.5硅酸盐水泥进行等量取代。与水泥产品的混合使用，操作简单、方便，有利于工业化生产和推广应用。
3）增塑效果明显：在相同水泥用量及水灰比情况下，加入推荐掺量的本产品，可明显改善混凝土和易性，并增加混凝土的密实度。
4）广泛的适应性：可很好适应各种水泥，且低碱不会对混凝土造成碱集料反应，亦可根据需要与符合国家及行业标准的外加剂配合使用。适应水泥如：硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥等。
5）无毒副作用：本产品无毒、无臭、不燃，对钢筋无锈蚀作用。与优质混凝土材料（水泥、粗细骨料、外加剂）复合应用可大幅度提高混凝土抗化学腐蚀性，增强耐久性。
6）显著的经济效益、环境效益和社会效益：采用工业废弃物赤泥、煤矸石为主要原料，不仅可以减缓水泥制造对石灰石原材料的过快消耗，而且可以变废为宝，逐步消除废弃赤泥、煤矸石带来的种种环境污染问题。本发明的原材料成本低廉易得，按拌制每立方混凝土替代20%的水泥计算，可节约成本10-20元，如果每年有2~3亿吨的赤泥被活化用于水泥替代，所产生的经济效益、环境效益和社会效益将无法估量。
优点：本发明通过未燃煤矸石自身的燃烧热能对赤泥和煤矸石进行热力活化，将赤泥和煤矸石潜在活性充分激发出来，大大提高了赤泥和煤矸石在水泥和混凝土中的掺量，用其生产的活化赤泥基混凝土掺合料等量替代水泥后的物理力学性能和纯水泥相当。大量替代水泥的胶凝材料而应用于混凝土拌合料的制作，能够减缓水泥制造对石灰石原材料的过快消耗，变废为宝，逐步消除废弃赤泥和煤矸石带来的种种环境污染问题，提高废弃赤泥和煤矸石利用率、保护环境、降低混凝土拌制过程中的水泥用量，具有显著的经济效益、环境效益和社会效益。
具体实施方式
实施例1：以赤泥为主要原料，辅以电石渣、脱硫石膏工业废渣，通过未燃煤矸石自身的燃烧热能对混合料进行热力活化得到的高活性赤泥基混凝土掺合料；在拌制混凝土材料的过程中，按照20％的重量比以本发明制备的赤泥复合材料取代PO52.5，或PO42.5，或PC32.5硅酸盐水泥。
该方法的原料组成及其质量百分比如下：赤泥40-60％；未燃煤矸石25-45％；电石渣10％；脱硫石膏5％；
制备方法包括：干燥、称量配料及粉磨混合工艺、煅烧工艺和应用工艺，具体方法过程如下：
（1）干燥、称量配料及粉磨混合工艺：将上述原料烘干并按上述配方进行称量制成混合料，然后将上述4种原料放入球磨机中混合粉磨至比表面积≥600m2/kg；
（2）煅烧工艺：利用未燃煤矸石自身的燃烧热能对混合料进行低温煅烧，煅烧温度不低于600℃，然后在大气中快速冷却即得到活化的赤泥基混凝土掺合料；未燃煤矸石的用量在25-45％范围内，以能将混合料煅烧至不低于600℃为准，煅烧温度控制在600-800℃范围，温度越高，混合料活性越大；
（3）应用工艺：将活化处理后的赤泥基混凝土掺合料和水泥充分混合即形成赤泥基复合硅酸盐水泥，或者在混凝土制备时直接用活化处理后的赤泥基混凝土掺合料对水泥进行等量部分取代。
所述的赤泥为烧结法、拜耳法或联合法生产氧化铝中产生的工业废渣，其中以烧结法产生的赤泥效果最佳；所述的未燃煤矸石为煤炭开采和洗选过程中被分离出来的没有发生自燃的废弃岩石；所述的电石渣为工业生产乙炔气、聚氯乙烯、聚乙烯醇等产品过程中，电石水解后产生的废渣；所述的脱硫石膏为对含硫原料煤、油等燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理而得到的工业副产石膏，要求其二水石膏的品位大于90%。
Claims (1)
1.一种高活性赤泥基混凝土掺合料制备方法，其特征是：该方法的原料组成及其质量百分比如下：赤泥40-60％；未燃煤矸石25-45％；电石渣10％；脱硫石膏5％；
制备方法包括：干燥、称量配料及粉磨混合工艺、煅烧工艺和应用工艺，具体方法过程如下：
（1）干燥、称量配料及粉磨混合工艺：将上述原料烘干并按上述配方进行称量制成混合料，然后将上述4种原料放入球磨机中混合粉磨至比表面积≥600m2/kg；
（2）煅烧工艺：利用未燃煤矸石自身的燃烧热能对混合料进行低温煅烧，然后在大气中快速冷却即得到活化的赤泥基混凝土掺合料；未燃煤矸石的用量在25-45％范围内，煅烧温度控制在600-800℃范围，该温度范围越高，混合料活性越大；
（3）应用工艺：将活化处理后的赤泥基混凝土掺合料和水泥充分混合即形成赤泥基复合硅酸盐水泥，或者在混凝土制备时直接用活化处理后的赤泥基混凝土掺合料对水泥进行等量部分取代；
所述的赤泥为烧结法、拜耳法或联合法生产氧化铝中产生的工业废渣，所述的未燃煤矸石为煤炭开采和洗选过程中被分离出来的没有发生自燃的废弃岩石；所述的电石渣为工业生产乙炔气、聚氯乙烯、聚乙烯醇产品过程中，电石水解后产生的废渣；所述的脱硫石膏为对含硫原料煤、油燃烧后产生的烟气进行脱硫净化处理而得到的工业副产石膏，要求其二水石膏的品位大于90%。
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