CN115504697B - 一种利用工业废料制备地聚水泥的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地聚水制备泥技术领域，具体而言，涉及一种利用工业废料制备地聚水泥的方法，包括以下步骤：S1.将锅炉底渣经破碎、研磨后过筛，筛选出粒径小于150μm底渣；S2.将筛选出的底渣干燥一段时间后，作为地聚水泥基础成分，记做A；S3.取铝合金阳极氧化碱洗废液，记做B；S4.将A与B两种材料按照质量比例60‑80:20‑40混合，搅拌均匀得到的浆料再振动一段时间，即得到地聚水泥；本发明将废料制成地聚水泥，变废为宝，可以替代部分传统水泥，降低传统水泥需求，进而降低能耗，降低碳排放。
Description
技术领域
本发明涉及地聚水泥制备技术领域，具体而言，涉及一种利用工业废料制备地聚水泥的方法。
背景技术
水泥主要有两种类型：水凝水泥和地聚水泥。地聚水泥是由碱活化造成矿物缩聚作用产生的，即矿物合成反应，这与传统水凝粘合剂相反，其中铝酸钙和硅酸钙的水合作用导致硬化。
现有的地聚水泥生产中基本都是由富含氧化铁和铁高岭石以及花岗岩或片麻岩等风化酸性岩或玄武岩和辉长岩等碱性岩(铁镁质岩)中形成的铁高岭石的地质元素的钙地聚型地聚合作用产生。原料不易得且价高，给生产给来了极大的制约。因此，如何降低地聚水泥的生产成本，且能得到强度较高性能的水泥显得尤为重要。
然而水泥生产是一种能源密集型工业过程，大量的能源消耗导致大量的二氧化碳排放。这与当前的环保趋势相矛盾，传统水泥生产工艺迫切需要环保的新工艺替代。
发明内容
发明人利用工作环境中产生的废物进行再利用，不仅减少了废物排放带来的危害伙污染，而且变废为宝。具体地，在铝合金阳极氧化工艺流程中，碱洗是一道非常重要的工序，它对铝材的表面质量起着至关重要的作用。该工序一般使用氢氧化钠(NaOH)为主要成分的溶液，而NaOH溶液在使用多次后必须更换，因此出现了铝合金阳极氧化碱性废液，需要在排放到环境中之前添加酸将其中和，这意味着加重生产成本，如果能将其加以利用便能降低生产成本并创收。另外，发明人工作环境中电站锅炉产生大量的锅炉底渣，大量底渣堆积污染环境。发明人发现将二者再利用，并采用不同配比制成多种性质地聚水泥，以替代常规水泥，以便节约能耗，减少碳排放，进行处理后可得到强度较高的地聚水泥。
本发明意在提供一种利用工业废料制备地聚水泥的方法，更具体的是利用锅炉底渣和铝工业废水制备地聚水泥。
本发明的实施例通过以下技术方案实现：
一种利用工业废料制备地聚水泥的方法，包括以下步骤：
S1.将锅炉底渣经破碎、研磨后，在100-150目下过筛，筛选出粒径小于150μm底渣；
S2.将筛选出的底渣在80-150℃下干燥24-48小时后，作为地聚水泥基础成分，记做A；
S3.取铝合金阳极氧化碱洗废液，记做B；
S4.将A与B两种材料按照质量比例60-80:20-40混合，搅拌均匀得到的浆料再振动一段时间，即得到地聚水泥。
进一步地，还可以在S4中加入改性二氧化硅，即将A与B混合时，加入改性二氧化硅同时进行混合，具体地改性二氧化硅的量按照A的质量的20-40％进行加入；具体地，改性二氧化硅为通过铝盐对二氧化硅包埋处理，其制备方法为：在搅拌状态下向二氧化硅分散液中滴加碱液和铝盐溶液，保持pH在11.5～12.5之间；滴加完成以后，调节溶液至中性，并保温熟化一段时间，过滤、洗涤，于110℃～120℃下干燥、研磨后得改性二氧化硅。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果：
1、本发明采用的原料均为工业废料，对环境保护产生积极作用。同时本发明废物利用，将废料制成地聚水泥，变废为宝，可以替代部分传统水泥，降低传统水泥需求，进而降低能耗，降低碳排放。
2、本发明锅炉底渣较优地可选用褐煤底渣合成地聚水泥，当锅炉底渣与铝合金阳极氧化碱洗废液比例在60-80:20-40，尤其是75:25时，本发明地聚水泥强度最佳。具体地，锅炉底渣与铝合金阳极氧化碱洗废液的配合作用下，铝硅酸盐原料在碱性溶液中溶解，溶解的铝硅配合物由固体颗粒表面向颗粒间隙的扩散，凝胶相M{—(SiO2)z—AlO2}n·wH2O的形成，导致在碱硅酸盐溶液和铝硅配合物之间发生聚合作用；凝胶相逐渐排除剩余的水分，固结硬化成矿物聚合材料块体，从而极大的提高了地聚水泥的强度。
附图说明
图1为使本发明实施例与对比例样品的抗压强度；
图2为使本发明实施例与对比例样品的堆积密度；
图3为使本发明实施例与对比例样品的表面孔隙度；
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例提供的一种利用工业废料制备地聚水泥的方法进行具体说明。
一种利用工业废料制备地聚水泥的方法，包括以下步骤：
S1.将锅炉底渣经破碎、研磨后，在100-150目下过筛，筛选出粒径小于150μm底渣；
S2.将筛选出的底渣在80-150℃下干燥24-48小时后，作为地聚水泥基础成分，记做A；
S3.取铝合金阳极氧化碱洗废液，记做B；
S4.将A与B两种材料按照质量比例6-8:2-4混合，搅拌均匀得到的浆料再振动一段时间，即得到地聚水泥。
进一步地，还可以在S4中加入改性二氧化硅，即将A与B混合时，加入改性二氧化硅同时进行混合，具体地改性二氧化硅的量按照A的质量的20-40％进行加入；具体地，改性二氧化硅为通过铝盐对二氧化硅包埋处理，其制备方法为：在搅拌状态下向二氧化硅分散液中滴加碱液和铝盐溶液，保持pH在11.5～12.5之间；滴加完成以后，调节溶液至中性，并保温熟化一段时间，过滤、洗涤，于110℃～120℃下干燥、研磨后得改性二氧化硅。
本发明中发明人采用的原料均为工业废料，对环境保护产生积极作用。同时本发明废物利用，将废料制成地聚水泥，变废为宝，可以替代部分传统水泥，降低传统水泥需求，进而降低能耗，降低碳排放。
具体地，锅炉底渣可选用褐煤底渣合成地聚水泥，各项物理特性高于烟煤底渣，其一，地质聚合物的强度取决于样品中的铝含量，并与用于合成地质聚合物的原材料的元素硅铝比成反比。此外，褐煤底渣样品钙含量高，这是褐煤底渣合成地聚水泥各项物理特性强的另一原因。
另外，发明人经过理论研究即实践发现：锅炉底渣与铝合金阳极氧化碱洗废液比例在60-80:20-40，尤其是75:25时，本发明地聚水泥强度最佳。具体地，锅炉底渣与铝合金阳极氧化碱洗废液的配合作用下，铝硅酸盐原料在碱性溶液中溶解，溶解的铝硅配合物由固体颗粒表面向颗粒间隙的扩散，凝胶相M{—(SiO2)z—AlO2}n·wH2O的形成，导致在碱硅酸盐溶液和铝硅配合物之间发生聚合作用；凝胶相逐渐排除剩余的水分，固结硬化成矿物聚合材料块体，从而极大的提高了地聚水泥的强度。
更重要的是，本发明在制作过程中加入改性二氧化硅，用铝盐处理后的二氧化硅，其表面具有了憎水性，在与水拌合的过程中可有效避免二氧化硅与大量水分子结合，使水泥水化程度更彻底，提高地聚水泥的强度。
进一步地，所述A与B两种材料的质量比为75:25。
进一步地，所述A与B两种材料的质量比为70:30。
进一步地，所述A与B两种材料的质量比为80:20。
进一步地，所述A与B两种材料的质量比为60:40。
进一步地，所述A与B两种材料的质量比为65:35。
实施例1
一种利用工业废料制备地聚水泥的方法，包括以下步骤：
步骤1，将褐煤底渣在380rpm破碎机中快速研磨15分钟，然后，使用100目筛选出粒径小于150μm底渣。
步骤2，将选出的底渣在100℃环境下干燥24小时，作为地聚水泥基础成分，记做A。
步骤3，取铝合金阳极氧化碱洗废液，记做B。
步骤4，将A与B两种材料按照质量比例75:25混合，搅拌15分钟，得到均匀的浆料后，再振动15分钟，以除去浆料中残存空气。
步骤5，将浆料倒入50mm x 50mm x 50mm的金属立方模具中放置48小时形成试样。
步骤6，取出试样，在空气环境放置28天后，进行性能试验，试样记做HM1。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中步骤4：将A与B两种材料按照质量比例70:30混合，搅拌15分钟，得到均匀的浆料后，再振动15分钟，以除去浆料中残存空气。
其余实施步骤和条件与实例1相同。
试样记做HM2。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中步骤4：将A与B两种材料按照质量比例65:35混合，搅拌15分钟，得到均匀的浆料后，再振动15分钟，以除去浆料中残存空气。
其余实施步骤和条件与实例1相同。
试样记做HM3。
实施例4
本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中步骤4：将A与B两种材料按照质量比例60:30混合，搅拌15分钟，得到均匀的浆料后，再振动15分钟，以除去浆料中残存空气。
其余实施步骤和条件与实例1相同。
试样记做HM4。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中步骤4：将A与B两种材料按照质量比例75:25混合，搅拌15分钟，然后加入改性二氧化硅进行混合，得到均匀的浆料后，再振动15分钟，以除去浆料中残存空气。
具体地改性二氧化硅的量按照A的质量的30％进行加入；具体地，改性二氧化硅为通过硫酸铝溶液对二氧化硅包埋处理，其制备方法为：在搅拌状态下向二氧化硅分散液中滴加氢氧化钠和硫酸铝溶液溶液，保持pH在11.5；滴加完成以后，调节溶液至中性，并保温熟化5h，过滤、洗涤，于110℃下干燥、研磨后得改性二氧化硅。
其余实施步骤和条件与实例1相同。
试样记做HM5。
对比例1-5
本对比例1-5的一种制备地聚水泥的工艺，相较实施例1～5，对比例1-5中分别将褐煤底渣试样样品换为烟煤底渣：对比例1-5的试样分别记做YM1～YM5。
另外，需要说明的是，本发明实施例即对比例中所使用的褐煤底渣及烟煤底渣的灰分如表1所示；铝合金阳极氧化碱洗废液的成分如表2所示；
表1两种锅炉底渣灰分分析(XRF)
表2铝合金阳极氧化碱洗废液成分分析(XRF)
根据XRD分析，本实施例中褐煤底渣(HM)的主组分为钙长石((Ca，Na)Al2Si2O8)，而次组分为黄榴石(CaFe3AlSiO6)、石英(SiO2)、莫来石(Al6Si2O13)和方晶石(SiO2)。烟煤底渣(YM)主晶相为石英(SiO2)，次晶相由莫来石(Al6Si2O13)和方晶石(SiO2)组成。
实验例
将得到实施例样品HM1～HM5以及对比例样品YM1～YM5，分别对各个样品的抗压强度、堆积密度、表面孔隙度进行测试，各实施例物理性能如图1～3所示。
其中，由图1～3可知，褐煤底渣合成地聚水泥各项物理特性高于烟煤底渣。其一，地质聚合物的强度取决于样品中的铝含量，并与用于合成地质聚合物的原材料的元素硅铝比成反比。由表1、表2所示，HM的硅铝比为2.05，而YM的硅铝比为2.8。另外，当锅炉底渣与铝合金阳极氧化碱洗废液比例75:25时，本发明地聚水泥表现出最佳性能。铝合金阳极氧化碱洗废液的量增加到30％、35％和40％，铝合金阳极氧化碱洗废液过剩，水泥强度下降，且表面孔隙率的增加，使得水泥表面颗粒的细度和强度减弱，水泥颗粒之间的空隙较大，水泥石难以达到非常密实的程度。因此，较优地还是以当锅炉底渣(尤其是褐煤底渣)与铝合金阳极氧化碱洗废液比例75:25时，本发明地聚水泥表现出最佳性能。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种利用工业废料制备地聚水泥的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将锅炉底渣经破碎、研磨后过筛，筛选出粒径小于150μm底渣，所述锅炉底渣为褐煤底渣；
S2.将筛选出的底渣干燥一段时间后，作为地聚水泥基础成分，记做A；
S3.取铝合金阳极氧化碱洗废液，记做B；
S4.将A与B两种材料按照质量比例60-80:20-40混合，同时加入改性二氧化硅，所述改性二氧化硅为通过铝盐对二氧化硅包埋处理；搅拌均匀得到的浆料再振动一段时间，即得到地聚水泥。
2.根据权利要求1所述的利用工业废料制备地聚水泥的方法，其特征在于，所述A与B两种材料的质量比为75:25。
3.根据权利要求1所述的利用工业废料制备地聚水泥的方法，其特征在于，所述A与B两种材料的质量比为70:30。
4.根据权利要求1所述的利用工业废料制备地聚水泥的方法，其特征在于，所述A与B两种材料的质量比为80:20。
5.根据权利要求1所述的利用工业废料制备地聚水泥的方法，其特征在于，所述A与B两种材料的质量比为60:40。
6.根据权利要求1所述的利用工业废料制备地聚水泥的方法，其特征在于，所述A与B两种材料的质量比为65:35。
7.根据权利要求1所述的利用工业废料制备地聚水泥的方法，其特征在于，所述改性二氧化硅的制备方法为：在搅拌状态下向二氧化硅分散液中滴加碱液和铝盐溶液，保持pH在11.5~12.5之间；滴加完成以后，调节溶液至中性，并保温熟化一段时间，过滤、洗涤，于110℃~120℃下干燥、研磨后得改性二氧化硅。
8.根据权利要求1所述利用工业废料制备地聚水泥的方法，其特征在于，S1中筛选时：在100-150目下进行筛选。
9.根据权利要求1所述的利用工业废料制备地聚水泥的方法，其特征在于，S2中在80-150℃下干燥24-48小时。
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