一种赤泥-矿渣地质聚合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种赤泥‑矿渣地质聚合物及其制备方法，该赤泥‑矿渣地质聚合物是以赤泥和矿渣为主要原料经复合碱激发剂激发而成。该发明专利技术实现了对赤泥、矿渣两种工业固体废弃物尤其是赤泥的高效利用，并且该发明专利技术具有可进行连续化生产，工艺过程简单，成本低，无二次污染，所得制品性能优良等诸多优点。

A of red mud slag geopolymer and its preparation method

The invention discloses a red mud slag geopolymer and its preparation method, the red mud slag geopolymer is in red mud and slag as the main raw material and alkali activated compound. The invention realizes the red mud, slag two kinds of industrial solid wastes especially efficient utilization of red mud, and the invention can be used in continuous production, simple process, low cost, no two pollution, the advantages of the excellent performance of products etc..

【技术实现步骤摘要】
一种赤泥-矿渣地质聚合物及其制备方法
本专利技术涉及地质聚合物领域，具体涉及一种赤泥-矿渣地质聚合物及其制备方法。
技术介绍
赤泥是氧化铝冶炼过程中附带产生的一种强碱性固体废弃物，目前全球赤泥堆存量接近30亿吨，而其综合利用率却仅为15％左右。我国由于开发技术水平等因素的限制，对赤泥的综合利用效率还远不及此。大部分的赤泥只能利用大面积的堆场露天堆放，风干的赤泥产生的扬尘是造成当下局部雾霾天气的罪魁祸首之一，同时赤泥中的强碱性组分也对地下水系统、土壤及地表植被等造成了严重污染和破坏。赤泥中含有大量具有潜在活性的硅铝组分，这使得赤泥具有制备地质聚合物的潜质，同时以赤泥为原料制备地质聚合物可使赤泥中的碱转化为制备地质聚合物的有利物质。目前虽然在对赤泥制备地质聚合物上已有研究，但还存在缺陷，例如国内最新研究报道中有提及以赤泥作为原料制备地质聚合物，其手段是先对赤泥进行煅烧，然后再通过碱激发实现赤泥的二次聚合，然而煅烧过程使得生产成本大大提高而使其推广应用受到限制；还有就是在制备地质聚合物时将赤泥作为少量掺料使用，例如有研究以高性能偏高岭土、粉煤灰等作为基体，将赤泥掺量控制在20%以内，这对赤泥的消纳利用极为有限。
技术实现思路
本专利技术目的是在最大限度利用赤泥的前提下，提供一种以赤泥和矿渣为主要原料制成的具有理想抗压强度（7d抗压强度>20MPa，28d抗压强度>38MPa）的地质聚合物。本专利技术的另一目的是提供一种赤泥-矿渣地质聚合物的制备方法，该方法操作工艺简单，成本低廉，可实现对赤泥的高效消纳利用。为实现以上目的，本专利技术采用以下技术方案：一种赤泥-矿渣地质聚合物，其是由赤泥和矿渣组成的复合粉体经复合碱激发剂激发而成，复合粉体与复合碱激发剂的质量比为1：0.6-0.85；其中复合粉体的质量百分比组成为：赤泥50%-70%和矿渣30%-50%，复合碱激发剂由水玻璃、氢氧化钠及水调配而得，其模数为1.0-2.0，固含量为18%-42%。进一步优选，复合碱激发剂的模数为1.2-1.6，固含量为30%-38%。所述赤泥的质量要求为：含水率≤3%，氧化钙含量≤15%，二氧化硅含量≤20%，氧化铝含量≤25%，粉磨后细度为75um筛筛余小于15%。所述矿渣为高炉矿渣微粉，其质量要求为：氧化钙含量≤45%，二氧化硅含量≤35%，氧化铝含量≤12%，勃氏比表面积400-450m2/Kg。所述水玻璃的质量要求为：波美度（°Bé）为50.4，氧化钠含量≥12.8%，二氧化硅含量≥29.2%。赤泥-矿渣地质聚合物的制备方法，包括以下步骤：1）复合粉体配制：选取赤泥、矿渣，然后将赤泥和矿渣按比例混合得到复合粉体，陈化备用；2）复合碱激发剂配制：利用氢氧化钠溶液调整水玻璃的模数为1.0-2.0、固含量为18%-42%，备用；调整水玻璃的模数和固含量时，先根据所购水玻璃的初始模数、固含量和目标模数、固含量来计算所需氢氧化钠和水的量，然后将氢氧化钠溶于水中，待氢氧化钠溶液冷却后加入所购水玻璃中制成复合碱激发剂；3）按照水泥净浆制备工艺，将复合粉体与复合碱激发剂按1：0.6-0.85的质量比混合搅拌均匀，注入40mm*40mm*40mm的模具；4）将步骤3）所得制品覆膜自然养护24h后拆模，所得试块在自然条件下洒水养护至一定龄期即得到赤泥-矿渣地质聚合物。本专利技术具有以下优点和特点：1、本专利技术是以赤泥和矿渣两种工业固体废弃物作为制备地质聚合物的原料，所用原料廉价易得，制备工艺简单，可实现连续化生产，具有良好的经济效益。2、本专利技术是以赤泥作为主要原料，其掺量为50%-70%，打破了先前赤泥低掺量利用的局限，实现了对赤泥大掺量的消纳利用，为解决因赤泥堆放而带来的环境污染、土地占用等问题提供了有效途径，具有极大的社会效益。3、本专利技术在复合碱激发剂的调配过程中对赤泥中的碱加以利用，制备出了力学性能良好的赤泥-矿渣地质聚合物，其比传统的水泥基胶凝材料有更好的耐久性。4、本专利技术制备时在碱性环境中，矿渣微粉中的Ca-O断裂释放出的Ca2+与液相中的Si(OH)4单体和Al(OH)4-单体反应，使得所制备的地质聚合物矿物相中含有大量的水钙沸石相，水钙沸石有分子筛之称，且该相宏观结构呈现为疏松多孔的三维网状结构。因此所制地质聚合物若用于重金属固化领域，可真正实现“以废治废”，既为赤泥的大掺量消纳利用指明了出路，也给重金属固化提供了简单易行且成本低廉的方法，实现了环境治理上的“双赢”。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例对本
技术实现思路
做进一步的说明，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例，实施例不应视作对本专利技术的限定。实施例1：1）原料选取：a.选取河南长城铝业公司某赤泥堆场块状赤泥，对其进行干燥粉磨处理，得到赤泥粉体，其含水率≤3%，氧化钙含量≤15%，二氧化硅含量≤20%，氧化铝含量≤25%，细度为75um筛筛余小于15%；b.矿渣为市售高炉矿渣，氧化钙含量≤45%，二氧化硅含量≤35%，氧化铝含量≤12%，勃氏比表面积430m2/Kg；2）复合粉体制备：按质量取干燥粉磨后的赤泥粉体和矿渣微粉，赤泥粉体和矿渣微粉质量百分比分别为50%和50%，将两者干混得到复合粉体，陈化24h备用；3）复合碱激发剂配制：根据目标模数、固含量计算所需氢氧化钠和水的用量，将所需氢氧化钠颗粒缓慢加入水中并不断搅拌得到氢氧化钠溶液，将氢氧化钠溶液冷却至室温后补充因水蒸发而减少的水量；将氢氧化钠溶液和液体水玻璃（质量要求为：波美度（°Bé）为50.4，氧化钠含量≥12.8%，二氧化硅含量≥29.2%）均匀混合，制得模数为1.6和固含量为30%的复合碱激发剂，备用；4）成型及养护：按照水泥净浆制备工艺，将复合粉体和复合碱激发剂按1:0.85的质量比加入搅拌机充分混合搅拌得到浆体，将浆体注入40mm*40mm*40mm的模具，覆膜养护24h拆模；将试块在自然条件下洒水养护至一定龄期即得赤泥-矿渣地质聚合物。所得试块养护至7d和28d的抗压强度（按照水泥胶砂强度检验方法(ISO法)，下同）分别为39.64MPa和65.06MPa。实施例2：1）原料选取：所述同实施例1中步骤1）；2）复合粉体制备：按质量取干燥粉磨后的赤泥粉体和矿渣微粉，赤泥粉体和矿渣微粉质量百分比分别为60%和40%，将两者干混得到复合粉体，陈化24h备用；3）复合碱激发剂配制：根据目标模数、固含量计算所需氢氧化钠和水的用量，将所需氢氧化钠颗粒缓慢加入水中并不断搅拌得到氢氧化钠溶液，将氢氧化钠溶液冷却至室温后补充因水蒸发而减少的水量；将氢氧化钠溶液和液体水玻璃（质量要求为：波美度（°Bé）为50.4，氧化钠含量≥12.8%，二氧化硅含量≥29.2%）均匀混合，制得模数为1.4和固含量为30%的复合碱激发剂，备用；4）成型及养护：按照水泥净浆制备工艺，将复合粉体和复合碱激发剂按1:0.75的质量比加入搅拌机充分混合搅拌得到浆体，将浆体注入40mm*40mm*40mm的模具，覆膜养护24h拆模；将试块在自然条件下洒水养护至一定龄期即得赤泥-矿渣地质聚合物。所得试块养护至7d和28d的抗压强度分别28.16MPa和52.24MPa。实施例3：1）原料选取：所述同实施例1中步骤1）；2）复合粉体制备：所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种赤泥‑矿渣地质聚合物，其特征在于：其是由赤泥和矿渣组成的复合粉体经复合碱激发剂激发而成，复合粉体与复合碱激发剂的质量比为1：0.6‑0.85；其中复合粉体的质量百分比组成为：赤泥50%‑70%和矿渣30%‑50%，复合碱激发剂由水玻璃、氢氧化钠及水调配而得，其模数为1.0‑2.0，固含量为18%‑42%。

【技术特征摘要】
2017.02.07 CN 20171006648771.一种赤泥-矿渣地质聚合物，其特征在于：其是由赤泥和矿渣组成的复合粉体经复合碱激发剂激发而成，复合粉体与复合碱激发剂的质量比为1：0.6-0.85；其中复合粉体的质量百分比组成为：赤泥50%-70%和矿渣30%-50%，复合碱激发剂由水玻璃、氢氧化钠及水调配而得，其模数为1.0-2.0，固含量为18%-42%。2.如权利要求1所述的赤泥-矿渣地质聚合物，其特征在于所述赤泥的质量要求为：含水率≤3%，氧化钙含量≤15%，二氧化硅含量≤20%，氧化铝含量≤25%，粉磨后细度为75um筛筛余小于15%。3.如权利要求1所述的赤泥-矿渣地质聚合物，其特征在于所述矿渣为高炉矿渣微粉，其质量要求为：氧化钙含量≤45%，二氧化硅含量≤35%，氧化铝含量≤12%，勃氏比表面积400-450m2/Kg。4.如权利要求1所述的赤泥-矿渣地质聚合物，其特征在于所述水玻璃的质量要求为：波美度为50.4，氧化钠含量≥12.8%，二氧化硅含量≥29.2%。5.权利要求1-4任一项所述赤泥-矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗忠涛，康少杰，张美香，刘垒，刘正辉，王亚洲，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南,41