CN113149525A - 一种粉煤灰和赤泥地质聚合物材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种粉煤灰和赤泥地质聚合物材料，包括胶凝材料和骨料，胶凝材料的组分及其质量百分含量为：赤泥10％‑60％、粉煤灰30％‑60％、石灰5％‑30％、添加剂0.5％‑5％，骨料的加入量为胶凝材料质量的20％‑100％。制备方法包括以下步骤：(1)将胶凝材料中的赤泥、粉煤灰、石灰、添加剂按照质量比为(10‑60)：(30‑60)：(5‑30)：(0.5‑5)掺配后球磨，得到球磨后的粉料；(2)将球磨后的粉料与骨料按照质量比为1：(0.2‑1)混合后加水搅拌，再加压成型、蒸养养护，得到粉煤灰和赤泥地质聚合物材料。本发明的方法免烧、强度高、成本低、可以综合利用粉煤灰及赤泥。

Description

一种粉煤灰和赤泥地质聚合物材料及其制备方法
技术领域
本发明属于建筑材料及工业固体废弃物回收利用技术领域，具体涉及一种粉煤灰和赤泥地质聚合物材料及其制备方法。
背景技术
赤泥是氧化铝生产中用碱浸出铝土矿以后的浸出渣。赤泥中碱含量高，正是由于其碱性高，使得赤泥的综合利用成为了世界难题。大量赤泥堆存，带来潜在安全隐患。世界年赤泥排放量1.2亿吨(中国达5000万吨以上)，pH值为11.0-12.0，对生物和金属材料腐蚀强烈。赤泥附液碱度高达26348mg/L(公共水渠要求30-400mg/L)，使得周围水体pH值升高，造成严重水污染，且随着铝工业的发展，赤泥的排放量还在逐年增加。目前，中国赤泥堆存量已达到6亿吨以上。
粉煤灰也称飞灰，是燃煤电厂或城市集中供热锅炉中煤燃烧后由烟道气带出并经除尘器收集的粉尘，也是一种工业固体废弃物。
目前，各大高校和研究院都在研究赤泥粉煤灰的综合利用，利用的方向主要是赤泥提取有价金属元素、赤泥生产土壤调理剂等。目前的研究存在以下问题：一是这些技术投入成本大，二是还没有一种完全成熟的可以产业化生产的技术。还有一些用粉煤灰赤泥的制备水泥、烧结砖等，但这些技术需要焙烧，相对投入成本大。
专利号200610128450.4公布了一种赤泥粉煤灰免烧砖的技术，即将赤泥、粉煤灰、石灰、石膏混合、轮碾、加入骨料、再轮碾、成型养护，得到制品，该技术需要用锅炉脱硫塔循环水化浆，将赤泥的中的碱除掉。该技术对原料有一定的要求，必须用锅炉脱硫塔循环水化浆，将赤泥的中的碱除掉。对于没有锅炉脱硫塔循环水的企业将没法推广生产。
专利号201610672956.5公布了一种赤泥粉煤灰免烧砖的生产工艺，即将粉煤灰、石灰、石膏、骨料进行预处理、混合、轮碾、中和陈化、压制成型、湿式养护、干燥脱水、自然养护，该技术中加入的水为造纸黑液水。该技术同样对原料有一定的要求，加入的水必须是造纸黑液水。对于没有造纸黑液水的企业将没法推广生产。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明提供一种免烧、强度高、成本低、可以综合利用粉煤灰及赤泥的粉煤灰和赤泥地质聚合物材料及其制备方法。
本发明采用以下技术方案：
一种粉煤灰和赤泥地质聚合物材料，其特征在于，所述聚合物材料包括胶凝材料和骨料，胶凝材料的组分及其质量百分含量为：赤泥10％-60％、粉煤灰30％-60％、石灰5％-30％、添加剂0.5％-5％，骨料的加入量为胶凝材料质量的20％-100％。
根据上述的粉煤灰和赤泥地质聚合物材料，其特征在于，所述添加剂为天然石膏、脱硫石膏、二水石膏、半水石膏、无水石膏中的一种。
根据上述的粉煤灰和赤泥地质聚合物材料，其特征在于，所述骨料为河沙、标沙、碎石子、建筑垃圾、炉渣中的一种或几种。
一种基于上述的粉煤灰和赤泥地质聚合物材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将胶凝材料中的赤泥、粉煤灰、石灰、添加剂按照质量比为(10-60)：(30-60)：(5-30)：(0.5-5)掺配后球磨，得到球磨后的粉料；
(2)将球磨后的粉料与骨料按照质量比为1：(0.2-1)混合后加水搅拌，再加压成型、蒸养养护，得到粉煤灰和赤泥地质聚合物材料。
根据上述的粉煤灰和赤泥地质聚合物材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中球磨后的粉料全部通过60目筛且通过100目筛时的剩余量小于等于10％。
本发明的有益技术效果：与现有技术相比，本发明的优点在于采用粉煤灰、赤泥为主要原料制备地质聚合物材料，固废的用量达到了80％以上，实现了对固废的有效利用，同时工艺过程不需要焙烧，无燃料消耗、成本低；不需要除碱，而是充分利用赤泥中的碱激发粉煤灰中活性的氧化铝和二氧化硅形成一种“铝-氧-硅酸盐四面体”三维网状聚合物，且过程中加入普通自来水即可，该聚合物可以有效封存、固化固废中有毒有害物质，产品为中性，可以应用到墙体砖、路面砖、护坡等建筑材料中。本发明的粉煤灰和赤泥地质聚合物材料抗折强度为3MPa-6MPa、抗压强度为25MPa-30MPa。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明的一种粉煤灰和赤泥地质聚合物材料，包括胶凝材料和骨料，胶凝材料的组分及其质量百分含量为：赤泥10％-60％、粉煤灰30％-60％、石灰5％-30％、添加剂0.5％-5％，骨料的加入量为胶凝材料质量的20％-100％。赤泥为拜耳法生产氧化铝时排除来的废料。粉煤灰为氧化铝厂热电车间的干排灰。石灰为氧化铝厂石灰窑的熟石灰或生石灰。添加剂为天然石膏、脱硫石膏、二水石膏、半水石膏、无水石膏中的一种。骨料为河沙、标沙、碎石子、建筑垃圾、炉渣中的一种或几种。
粉煤灰和赤泥地质聚合物材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将胶凝材料中的赤泥、粉煤灰、石灰、添加剂按照质量比为(10-60)：(30-60)：(5-30)：(0.5-5)掺配后球磨，得到球磨后的粉料；球磨后的粉料全部通过60目筛且通过100目筛时的剩余量小于等于10％。
(2)将球磨后的粉料与骨料按照质量比为1：(0.2-1)混合后加水搅拌，再加压成型、蒸养养护，得到粉煤灰和赤泥地质聚合物材料，粉煤灰和赤泥地质聚合物材料抗折强度为3MPa-6MPa、抗压强度为25MPa-30MPa。
实施例1
将235g赤泥、470g粉煤灰、188g熟石灰、47g脱硫石膏混匀，再加入到球磨机中球磨，得到球磨后的粉料；球磨后的粉料通过100目筛时的剩余量小于等于10％。
将球磨后的粉料与940g河沙和225g水搅拌均匀，再将搅拌好的物料用15MPa的压力加压成型，成型后放入养护箱在80℃蒸养养护一天，养护好后再在常温下养护28天，得到粉煤灰和赤泥地质聚合物材料。经测试，粉煤灰和赤泥地质聚合物材料7天抗折强度为3.75MPa、抗压强度为18.5MPa，28天抗折强度为4.5MPa、抗压强度为28.9MPa。
实施例2
将260g赤泥、520g粉煤灰、208g熟石灰、52g脱硫石膏混匀，再加入到球磨机中球磨，得到球磨后的粉料；球磨后的粉料通过100目筛时的剩余量小于等于10％。
将球磨后的粉料与559g河沙和282g水搅拌均匀，再将搅拌好的物料用10MPa的压力加压成型，成型后放入养护箱在80℃蒸养养护一天，养护好后再在常温下养护28天，得到粉煤灰和赤泥地质聚合物材料。经测试，粉煤灰和赤泥地质聚合物材料7天抗折强度为3.45MPa、抗压强度为17.6MPa，28天抗折强度为4.25MPa、抗压强度为27.8MPa。
实施例3
将260g赤泥、520g粉煤灰、208g熟石灰、52g脱硫石膏混匀，再加入到球磨机中球磨，得到球磨后的粉料；球磨后的粉料通过100目筛时的剩余量小于等于10％。
将建筑垃圾用破碎机破碎至3mm以下，将球磨后的粉料与559g建筑垃圾和282g水搅拌均匀，再将搅拌好的物料用10MPa的压力加压成型，成型后放入养护箱在80℃蒸养养护一天，养护好后再在常温下养护28天，得到粉煤灰和赤泥地质聚合物材料。经测试，粉煤灰和赤泥地质聚合物材料7天抗折强度为3.45MPa、抗压强度为17.6MPa，28天抗折强度为4.25MPa、抗压强度为23.7MPa。

Claims (5)

1.一种粉煤灰和赤泥地质聚合物材料，其特征在于，所述聚合物材料包括胶凝材料和骨料，胶凝材料的组分及其质量百分含量为：赤泥10％-60％、粉煤灰30％-60％、石灰5％-30％、添加剂0.5％-5％，骨料的加入量为胶凝材料质量的20％-100％。
2.根据权利要求1所述的粉煤灰和赤泥地质聚合物材料，其特征在于，所述添加剂为天然石膏、脱硫石膏、二水石膏、半水石膏、无水石膏中的一种。
3.根据权利要求1所述的粉煤灰和赤泥地质聚合物材料，其特征在于，所述骨料为河沙、标沙、碎石子、建筑垃圾、炉渣中的一种或几种。
4.一种基于权利要求1-3任一项所述的粉煤灰和赤泥地质聚合物材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)将胶凝材料中的赤泥、粉煤灰、石灰、添加剂按照质量比为(10-60)：(30-60)：(5-30)：(0.5-5)掺配后球磨，得到球磨后的粉料；
(2)将球磨后的粉料与骨料按照质量比为1：(0.2-1)混合后加水搅拌，再加压成型、蒸养养护，得到粉煤灰和赤泥地质聚合物材料。
5.根据权利要求4所述的粉煤灰和赤泥地质聚合物材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中球磨后的粉料全部通过60目筛且通过100目筛时的剩余量小于等于10％。
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