CN108996988A - 含赤泥的高压砖组成物、高压砖制作方法及高压砖 - Google Patents

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Abstract

一种含赤泥的高压砖组成物，包含赤泥、无机粉体及碱活化液，所述碱活化液包括碱金属氢氧化物、碱金属硅酸盐、碱金属铝酸盐，及水，所述无机粉体包含高炉矿渣，且以所述赤泥及无机粉体粉的重量百分比为100wt％计，所述赤泥的含量介于50至80wt％，所述碱活化液的二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比值介于0.8至1.5，二氧化硅与氧化铝的摩尔比值介于50至100，且所述高压砖组成物的碱活化液的重量百分比介于5至15wt％。此外，本发明还提供一种由所述的高压砖组成物制成的高压砖，及制作所述高压砖的高压砖制作方法。

Description

含赤泥的高压砖组成物、高压砖制作方法及高压砖
技术领域
本发明涉及一种高压砖组成物、高压砖制作方法及高压砖，特别是涉及一种含赤泥的高压砖组成物、高压砖制作方法及高压砖。
背景技术
赤泥是氧化铝工业生产过程排放的强碱性固体废弃物，一般平均每生产1吨氧化铝，大约会附带产生1.0～2.0吨赤泥。赤泥由于组成复杂且具有高碱性，资源化利用难。因此，长久以来，废弃的外排赤泥大多是以堆存方式为主，不仅污染事故频发，且对环境安全有诺大的影响。因此，赤泥的处置与赤泥的资源化再生利用一直是相关业者积极努力开发的方向。
由于赤泥含有类似硅酸盐水泥熟料的矿物成分，因此，目前可较大量消耗赤泥的用途为利用赤泥作为生产建筑材料的其中一种原料，不仅可有效解决赤泥堆存的问题，还可将废弃物资源再利用。例如，专利公布号第CN104844141A号公开一种基于赤泥原料的免蒸砖及其制备方法，由其公开内容可知主要以赤泥为主要原料，以石灰、石膏、高炉矿渣微粉为补料，以水玻璃为碱性激发剂而得的一种可常温固化，免烧结、免蒸汽的免蒸砖。而由CN104844141A说明书可知，当赤泥的含量为70％时，其28天平均抗压强度最大可达约23.67MPa。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于制备具有高抗压强度的高压砖的高压砖组成物。
本发明高压砖组成物，包含：赤泥、无机粉体及碱活化液。
所述碱活化液包括碱金属氢氧化物、碱金属硅酸盐、碱金属铝酸盐，及水。
所述无机粉体包含高炉矿渣。
其中，以所述赤泥及无机粉体粉的重量百分比为100wt％计，所述赤泥的含量介于50至80wt％，所述碱活化液的二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比值介于0.8至1.5，二氧化硅与氧化铝的摩尔比值介于50至100，且所述高压砖组成物的液体的重量百分比介于5至15wt％。
较佳地，本发明所述含赤泥的高压砖组成物，其中，每千克的赤泥含有所述碱金属原子的摩尔数介于2摩尔至8摩尔。
较佳地，本发明所述含赤泥的高压砖组成物，其中，所述无机粉体还包含粉煤灰、电石渣，或前述其中一组合。
较佳地，本发明所述含赤泥的高压砖组成物，其中，所述赤泥及无机粉体的重量和与所述碱活化液重量的比例介于1:0.1至1:0.15。
较佳地，本发明所述含赤泥的高压砖组成物，还包含骨料，所述骨料选自天然的河砂、石粒、钢渣或人造骨材，且所述骨料的重量不大于无机粉体粉重量的4倍。
本发明的另一目的在于提供一种含赤泥的高压砖制作方法。
本发明含赤泥的高压砖制作方法，包含：
提供一如前所述的高压砖组成物，将赤泥与所述无机粉体混拌，得到第一预混物。
将所述第一预混物，与所述碱活化液进行混拌，得到第二预混物。
将所述第二预混物置入一压砖机压锭成型，得到成型砖。
将所述成型砖进行高压蒸汽养护，而制得高压砖，其中，所述高压蒸汽养护是在压力介于1至2MPa、温度介于180至215℃，且蒸养时间至少3小时的条件下进行。
较佳地，本发明所述含赤泥的高压砖制作方法，其中，所述碱活化液是利用喷雾方式与所述赤泥混合，而得到粉粒状的所述第二预混物。
较佳地，本发明所述含赤泥的高压砖制作方法，其中，所述赤泥是经过干燥及破碎的前处理后而得。
本发明的另一目的在于提供一种具有高抗压强度的高压砖。
其中，所述高压砖是由前述含赤泥的高压砖制作方法所制得，且所述高压砖的抗压强度大于20MPa。
本发明的有益效果在于：提供一种可含有高比例赤泥的高压砖组成物，利用高压砖组成物中各组分比例的调控及碱活化组成的选择，而可用于制备得到具有高抗压强度的高压砖。
附图说明
图1是说明本发明实施例高压砖的制作方法的文字流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
本发明高压砖的一实施例，是利用将一含有赤泥的高压砖组成物，经由高压及蒸养后而制得。
所述高压砖组成物包含赤泥、无机粉体及碱活化液。
其中，所述赤泥是指一般氧化铝工业生产过程排放的固体废弃物。要说明的是，由于赤泥的含水率约20至25％且含有较大量的黏土矿物，容易造成假性结块，若直接使用不易分散且容易聚集，而使得所述第一预混物有分散不均的问题。因此，较佳地，所述高压砖组成物的赤泥是先经过干燥及预粉碎的前处理而得。
所述无机粉体包含高炉矿渣，且所述无机粉体可再选择性的进一步包含粉煤灰、黏土、其它炉渣(电石渣)、熔渣、火山灰、黏土，或前述的其中一组合，且所述高炉矿渣为粉状的高炉矿渣粉。
其中，以所述赤泥及无机粉体的重量百分比为100wt％计，所述赤泥的含量介于50至80wt％。
所述碱活化液包括碱金属氢氧化物、碱金属硅酸盐、碱金属铝酸盐，及水。其中，所述碱金属氢氧化物可选自氢氧化纳及/或氢氧化钾，所述碱金属铝酸盐可选自铝酸钠及/或铝酸钾，所述碱金属硅酸盐可选自硅酸钠及/或硅酸钾。
其中，所述碱活化液的二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比值(SiO2/M2O，M为碱金属元素)介于0.8至1.5，二氧化硅与氧化铝的摩尔比值(SiO2/Al2O3)介于50至100。且所述高压砖组成物的液体的重量百分比介于5至15wt％。
于一些实施例中，每千克的赤泥含有所述碱金属原子的摩尔数介于2摩尔至8摩尔。
于一些实施例中，所述赤泥及无机粉体的重量和与所述碱活化液重量的比例介于1:0.1至1:0.15。
于一些实施例中，所述高压砖组成物还可进一步包含骨料。所述骨料可选自天然的河砂、石粒、钢渣或人造骨材，且可依据需求而具有不同粗细。且当所述高压砖组成物包含骨料时，所述骨料的重量不大于无机粉体粉重量的4倍。
参阅图1，所述实施例的高压砖的制作方法，包含步骤21至24。
首先进行所述步骤21，将所述高压砖组成物的赤泥与无机粉体进行混拌后，得到第一预混物。
接着，进行步骤22，将所述第一预混物与所述碱活化液进行混拌，得到成粉粒状的第二预混物。
然后，进行步骤23，将所述第二预混物置入一压砖机压锭成型，得到成型砖。
其中，较佳地，所述压砖机是于压力100至200kgf/cm2的条件下进行压锭，而得到所述成型砖。
最后，进行步骤24，将所述成型砖进行高压蒸汽养护，即可得到所述高压砖。
详细的说，该步骤24是先将所述成形砖自压砖机取出，并于室温静置反应干燥至少8小时后，再将经过静置干燥后的所述成型砖进行高压蒸汽养护，即可得到所述高压砖。其中，所述高压蒸汽养护是在压力介于1至2MPa、温度介于180至215℃，且持温及持压时间至少3小时的条件下进行。
由于本发明所述高压砖组成物的水含量为来自碱活化液，而碱活化液相较粉体类(赤泥及无机粉体)的比例较低，因此，与碱活化液混拌后得到的所述第二预混物为成粉粒状。故，当后续配合利用高压方式令所述第二预混物成型时，颗粒(粉粒)与碱液会因受压使得局部温度上升加速反应，而脱水胶结成型。
此外，重要的是本案的碱活化液进一步添加碱金属铝酸盐，借由碱金属铝酸盐的添加可以使无机粉体表面的氢氧基(至OH)更易反应完全，使得成型的胶结材料结构更完整进而增强其强度，而使得产品的耐久性增加。因此，所制成的高压砖的抗压强度可大于20MPa。并可依照实际需求制作需要的强度。
于一些实施例中，为了可令所述第一预混物与所述碱活化液可更混拌均匀，所述碱活化液可利用喷雾方式与所述第一预混物进行混拌，以有利于提升混拌均匀性。
前述制作方法，当所述高压砖组成物进一步包含骨料时，是将所述骨料与赤泥与无机粉体同时进行混拌，而得到所述第一预混物。
兹将本发明所述高压砖的所述实施例配合下述具体例及比较例，以更明确说明。
无机粉体原料
1.高炉矿渣：一贯作业炼钢厂在高炉炼铁时所产生的水淬炉渣经过研磨而成。
2.粉煤灰：发电厂烧煤发电，经烟道收集极细粒的未燃物质。
骨材：河砂
碱活化液：氢氧化钠/硅酸钠/铝酸钠
具体例1
将赤泥进行干燥及粉碎前处理后待用。
秤取高炉矿渣、粉煤灰、河砂分别为无机粉体原料及骨料，并将氢氧化钠、硅酸钠与铝酸钠加入水中搅拌混合均匀后得到一碱活化液，并控制碱活化液的S iO2/Na2O的摩尔比值为1.28，S iO2/Al2O3的摩尔比值为80，其中，无机粉体与碱活化液的固/液比为1:0.15，且每千克的赤泥含有所述钠金属原子的摩尔数为6摩尔。
将干燥及粉碎前处理后的赤泥与高炉矿渣、粉煤灰及河砂进行混拌，得到第一预混物。接着将碱活化液利用喷雾方式添加至所述第一预混物，与所述第一预混物混拌均匀后，即可得到成粉粒状的第二预混物。
然后，将所述第二预混物置入一压砖机，于压力150kgf/cm2的条件下压锭成型，得到成型砖(成形砖尺寸：20x10x6cm)。
将所述成型砖自所述压砖机脱模取出后在室温静置干燥8小时，接着，将静置干燥后的成型砖于压力为1MPa、温度为180℃的条件，进行高压蒸汽养护5小时，得到所述高压砖。
具体例2
将赤泥进行干燥及粉碎前处理后待用。
秤取高炉矿渣、粉煤灰为无机粉体原料，并将氢氧化钠、硅酸钠与铝酸钠加入水中搅拌混合均匀后得到一碱活化液，并控制碱活化液的SiO2/Na2O的摩尔比值为1.28，SiO2/Al2O3的摩尔比值为50，将此碱活化液稀释一半，其中，无机粉体与碱活化液的固/液比为1:0.1，且每千克的赤泥含有所述钠金属原子的摩尔数为3摩尔。
将干燥及粉碎前处理后的赤泥与高炉矿渣、粉煤灰进行混拌，得到第一预混物。接着将碱活化液利用喷雾方式添加至所述第一预混物，与所述第一预混物混拌均匀后，即可得到成粉粒状的第二预混物。
然后，将所述第二预混物置入一压砖机，于压力150kgf/cm2的条件下压锭成型，得到成型砖(成型砖尺寸：20x10x6cm)。
将所述成型砖自所述压砖机脱模取出后在室温静置干燥8小时，接着，将静置干燥后的成型砖于压力为1MPa、温度为180℃的条件，进行高压蒸汽养护5小时，得到所述高压砖。
具体例3
将赤泥进行干燥及粉碎前处理后待用。
秤取高炉矿渣、粉煤灰、河砂分别为无机粉体原料及骨料，，并将氢氧化钠、硅酸钠与铝酸钠加入水中搅拌混合均匀后得到一碱活化液，并控制碱活化液的SiO2/Na2O的摩尔比值为1.28，SiO2/Al2O3的摩尔比值为50，将此碱活化液稀释一半，其中，无机粉体与碱活化液的固/液比为1:0.1，且每千克的赤泥含有所述钠金属原子的摩尔数为3摩尔
将干燥及粉碎前处理后的赤泥与高炉矿渣、粉煤灰、河砂进行混拌，得到第一预混物。接着将碱活化液利用喷雾方式添加至所述第一预混物，与所述第一预混物混拌均匀后，即可得到成粉粒状的第二预混物。
然后，将所述第二预混物置入一压砖机，于压力120kgf/cm2的条件下压锭成型，得到成型砖(成型砖尺寸：20x10x6cm)。
将所述成型砖自所述压砖机脱模取出后在室温静置干燥8小时，接着，将静置干燥后的成型砖于压力为1MPa、温度为180℃的条件，进行高压蒸汽养护5小时，得到所述高压砖。
具体例4
将赤泥进行干燥及粉碎前处理后待用。
秤取高炉矿渣、粉煤灰分别为无机粉体原料及骨料，，并将氢氧化钠、硅酸钠与铝酸钠加入水中搅拌混合均匀后得到一碱活化液，并控制碱活化液的SiO2/Na2O的摩尔比值为1.28，SiO2/Al2O3的摩尔比值为50，将此碱活化液浓度稀释至1/4，其中，无机粉体与碱活化液的固/液比为1:0.1，且每千克的赤泥含有所述钠金属原子的摩尔数为2摩尔。
将干燥及粉碎前处理后的赤泥与高炉矿渣、粉煤灰、河砂进行混拌，得到第一预混物。接着将碱活化液利用喷雾方式添加至所述第一预混物，与所述第一预混物混拌均匀后，即可得到成粉粒状的第二预混物。
然后，将所述第二预混物置入一压砖机，于压力120kgf/cm2的条件下压锭成型，得到成型砖(成形砖尺寸：20x10x6cm)。
将所述成型砖自所述压砖机脱模取出后在室温静置干燥8小时，接着，将静置干燥后的成型砖于压力为1MPa、温度为180℃的条件，进行高压蒸汽养护5小时，得到所述高压砖。
比较例1
所述比较例1的高压砖的制作方法与所述具体例1相同，不同处在所述比较例1是利用水取代碱活化液，无机粉体与水的固/液比为1:0.11且高压砖组成物的组成比例与所述具体例1不同。
接着将所述具体例1至4及比较例1制得的高压砖依据国家标准(GB/T 2542至2012)进行抗压强度测试。
兹将具体例1至4与比较例1的原料组成及抗压强度测试结果整理如表1所示。
表1
由表1具体例2、4结果显示，本发明所述高压砖于未添加骨料时，其抗压强度已可达49.4MPa，抗压强度高，纵算将碱活化液浓度稀释至约1/4，抗压强度仍可维持在20.4MPa。此外，本发明所述高压砖的赤泥用量可达75％且于加入砂石后，在维持原碱活化液浓度或是将碱活化液稀释，其抗压强度仍可达26.3MPa，显示本案高压砖可具有良好的抗压强度，且所述高压砖经过长时间置放后也不会有泛霜(白华)现象产生。
综上所述，本发明利用以赤泥废弃物为主要原料来源，并配合固/液比及碱活化液的组成及碱模数控制，而得到一可用以制备高压砖的组成物，借由前述高压砖的组成物所得到的高压砖不需高温烧结，抗压强度高且长期置放后不泛霜，不仅可广泛应用于建筑相关材料，还有利于解决赤泥废料堆积的环保问题，而有更广泛的应用性。

Claims (9)

1.一种含赤泥的高压砖组成物，其特征在于：包含：赤泥、无机粉体及碱活化液，所述碱活化液包括碱金属氢氧化物、碱金属硅酸盐、碱金属铝酸盐，及水，所述无机粉体包含高炉矿渣，且以所述赤泥及无机粉体粉的重量百分比为100wt％计，所述赤泥的含量介于50至80wt％，所述碱活化液的二氧化硅与碱金属氧化物的摩尔比值介于0.8至1.5，二氧化硅与氧化铝的摩尔比值介于50至100，且所述高压砖组成物的碱活化液的重量百分比介于5至15wt％。
2.根据权利要求1所述含赤泥的高压砖组成物，其特征在于：每千克的赤泥含有所述碱金属原子的摩尔数介于3摩尔至8摩尔。
3.根据权利要求1所述含赤泥的高压砖组成物，其特征在于：所述无机粉体还包含粉煤灰、电石渣，或前述其中一组合。
4.根据权利要求1所述含赤泥的高压砖组成物，其特征在于：所述赤泥及无机粉体的重量和与所述碱活化液重量的比例介于1:0.1至1:0.15。
5.根据权利要求4所述含赤泥的高压砖组成物，其特征在于：所述高压砖组成物还包含骨料，所述骨料选自天然的河砂、石粒、钢渣或人造骨材，且所述骨料的重量不大于无机粉体重量的4倍。
6.一种含赤泥的高压砖制作方法，其特征在于：包含：
提供一如权利要求1所述的高压砖组成物，将赤泥与所述无机粉体混拌，得到第一预混物；
将所述第一预混物，与所述碱活化液进行混拌，得到第二预混物；
将所述第二预混物置入一压砖机，压锭成型，得到成型砖；及
将所述成型砖进行高压蒸汽养护，而制得高压砖，其中，所述高压蒸汽养护是在压力介于1至2MPa、温度介于180至215℃，且蒸养时间至少3小时的条件下进行。
7.根据权利要求6所述含赤泥的高压砖制作方法，其特征在于：所述碱活化液是利用喷雾方式与所述赤泥混合，而得到粉粒状的所述第二预混物。
8.根据权利要求6所述含赤泥的高压砖制作方法，其特征在于：所述赤泥是经过干燥及破碎的前处理后而得。
9.一种高压砖，其特征在于：所述高压砖是根据权利要求6所述的制作方法制得，且抗压强度大于20MPa。
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