一种铝灰渣制备泡沫地质聚合物胶凝材料的方法技术

本发明专利技术属于固废资源综合利用领域，公开了一种铝灰渣制备泡沫地质聚合物胶凝材料的方法。该方法首先将铝灰渣进行筛分、水洗、干燥预处理后，按一定比例与高炉矿粉和粉煤灰混合，以铝灰渣中的铝粉作为发泡剂，加入稳泡剂，在碱性激发剂作用下发生聚合反应和起泡反应制备泡沫地质聚合物浆料，经成型、密闭养护得到泡沫地质聚合物胶凝材料。本发明专利技术方法制备的泡沫地质聚合物胶凝材料具有强度高、阻燃和保温等特点。本发明专利技术实现了固废资源化，工艺简单，成本低廉，解决了铝灰渣中各种盐类对材料腐蚀和剥落问题。

【技术实现步骤摘要】
一种铝灰渣制备泡沫地质聚合物胶凝材料的方法
本专利技术属于固废资源综合利用领域，具体公开了一种铝灰渣制备泡沫地质聚合物胶凝材料的方法。
技术介绍
铝灰渣为铝及铝合金熔炼的副产物，由氧化铝、金属铝、造渣剂等组成。吨电解铝、原生铝合金和再生铝合金产生30～100kg铝灰渣，2017年我国铝灰渣约240万吨。铝灰渣具有资源性和污染性的双重特性。一方面，铝灰渣富含铝及氧化铝，是宝贵的二次资源；另一方面，部分铝灰渣因含氟盐、氯盐、氮化铝、铝单质，污染环境、引发火灾等，被列为HW48危险固废。因此，铝灰渣无害化处置及资源化利用已成为铝工业发展的瓶颈问题。传统的铝灰渣处置和资源化方式主要有炒灰提铝、用于冶金还原剂和填埋等。炒灰提铝是我国广泛采用的一种铝灰渣资源化方式，但铝回收率低、二次灰渣未进行有效处置。铝灰渣用于冶金还原剂存在资源价值降低、二次冶炼渣仍需处理等缺点。铝灰渣填埋不仅占用大量土地，还会造成二次资源浪费和生态环境污染。为实现铝灰渣综合利用，人们研究了以铝灰渣为主要原料制备建筑材料。中国专利CN105800975A公开了一种冶炼铝渣在低碱度硫铝酸盐水泥中的应用方法，采用重量比为4％的铝渣，将其加工粉碎后，代替水泥熟料用于生产低碱度硫铝酸盐水泥。但是该专利技术铝渣添加比例低，且铝渣中氟盐、氯盐未得到处理，影响水泥的性能。中国专利CN107814537A公开了一种用铝灰渣残灰制备非烧结人行道砖的方法，以铝灰渣残灰作为主要集料，通过陈化激发残灰中氧化铝、二氧化硅等的活性。添加高性能减水剂、早强剂等添加剂制备非烧结人行道砖。但是该专利技术铝灰渣中的氟盐、氯盐对人行道砖腐蚀致剥落。中国专利CN101318787公开了一种铝工业工艺废渣全部转型为生态建筑材料的工艺与方法，利用铝工业在生产过程中所产出的固体废物——赤泥(烧结法、拜耳法)、锅炉炉渣、选矿尾矿、化灰渣、煤气发生炉渣、污泥六种废渣自身的物质属性，通过干燥、粉碎、合理配比、加工成型(碾压、挤压)或烧结工艺，转化为新型的路用材料和建筑墙体材料。该专利技术工艺流程复杂，成本高，能耗高。综上，现有以铝灰渣为原料制备水泥、砖等建筑材料存在高成本、低利用率、环境负担重等问题，急需开发低成本、低能耗、高附加值、无污染的铝灰渣资源化利用技术。
技术实现思路
针对铝灰渣的资源化利用存在着高成本、低利用率、环境负担重等问题，本专利技术公开了一种低能耗、低成本、工艺简单的铝灰渣制备泡沫地质聚合物胶凝材料的方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种铝灰渣制备泡沫地质聚合物胶凝材料的方法，将铝灰渣进行预处理以去除盐类熔剂杂质，将预处理后铝灰渣与高炉矿粉和粉煤灰混合，再加入稳泡剂和碱性激发剂混合到浆料，经发泡、成型、养护得到泡沫地质聚合物胶凝材料。进一步地，铝灰渣预处理包括湿磨、筛分、固液分离、干燥；具体步骤如下：(1)湿磨：采用水湿磨15min～120min，固液比1:1～10:1；(2)筛分：湿磨后的铝灰渣经孔径≤2mm筛子进行筛分去除粗料；(3)固液分离；(4)干燥：经干燥后的铝灰渣水含量≤10wt％，去除盐类熔剂杂质。进一步地，铝灰渣、高炉矿粉和粉煤灰三者质量比为：预处理后铝灰渣50wt％～60wt％、高炉矿渣粉10wt％～20wt％、粉煤灰20wt％～40wt％，三者总量为100wt％。进一步地，所述碱性激发剂为氢氧化钠和水玻璃的混合物，氢氧化钠与水玻璃质量比为0.5:1～5:1；碱性激发剂的加入量为铝灰渣、高炉矿渣粉和粉煤灰总量的10wt％～20wt％。进一步地，所述稳泡剂为十二烷基苯磺酸钠和三乙醇胺混合物，十二烷基苯磺酸钠与三乙醇胺质量比为1:1，稳泡剂加入量为铝灰渣、高炉矿渣粉和粉煤灰总量的1wt％～5wt％。进一步地，浆料注入到模具进行聚合反应和起泡反应10min～30min后进行密封，然后在20℃～100℃养护2h～24h，脱模后得到泡沫地质聚合物胶凝材料。本专利技术的有益技术效果：(1)本专利技术所述方法利用铝灰渣中含有大量的氧化铝作为铝源，以高炉矿粉、粉煤灰作为硅源制备地质聚合物，实现铝灰渣、高炉矿粉、粉煤灰资源化利用；同时利用铝灰渣中的金属铝在胶凝过程中化学反应产生气泡，实现造孔效果；(2)铝灰渣通过湿磨、筛分等预处理，将铝灰渣中钾盐、钠盐等熔剂杂质去除，解决了铝灰渣铝灰中各种盐类熔剂杂质会对建筑材料产生腐蚀、剥落等问题；(3)利用铝灰渣中残余铝作为发泡剂，使其“物尽其用”，降低了原料成本；(4)本专利技术采用的碱性激发剂为氢氧化钠和水玻璃的混合物，在常温下就可以产生胶连反应，故制备的泡沫地质聚合物养护温度低、能耗低、工艺简单；(5)本专利技术方法制备的泡沫地质聚合物胶凝材料均由化学反应产生，属于化学键结合，故材料的强度高；因制备的胶凝材料为稳定的无机材料，无可燃物，故阻燃性能好；胶凝材料中含有气孔结构，可有效降低热导率，故保温性能好。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种铝灰渣制备泡沫地质聚合物胶凝材料工艺流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。相反，本专利技术涵盖任何由权利要求定义的在本专利技术的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本专利技术有更好的了解，在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。实施例1将铝灰渣和水按10:1混合湿磨120min，用孔径1mm的筛子筛分去除粗料，得到粒径不大于1mm含水的铝灰渣，经固液分离、干燥后得到含水量为10％的铝灰渣。将干燥后的铝灰渣与高炉矿粉、粉煤灰配比，其中铝灰渣50wt％、高炉矿粉10wt％、粉煤灰40wt％，三者之和为100％。外加15wt％碱性激发剂和2wt％稳泡剂，碱性激发剂为氢氧化钠与水玻璃比为0.5:1的混合物，稳泡剂为十二烷基苯磺酸钠与三乙醇胺为1:1的混合物。上述原料混合均匀得到浆料，注入到模具进行聚合反应和起泡反应10min后，密封于20℃养护5h，脱模后得到泡沫地质聚合物胶凝材料。实施例2将铝灰渣和水按9.5:1混合湿磨113min，用孔径2mm的筛子筛分去除粗料，得到粒径不大于2mm含水的铝灰渣，经固液分离、干燥后得到含水量为4％的铝灰渣。将干燥后的铝灰渣与高炉矿粉、粉煤灰配比，其中铝灰渣51wt％、高炉矿粉11wt％、粉煤灰38wt％，三者之和为100％。外加17wt％碱性激发剂和4wt％稳泡剂，碱性激发剂为氢氧化钠与水玻璃比为0.54:1的混合物，稳泡剂为十二烷基苯磺酸钠与三乙醇胺为1:1的混合物。上述原料混合均匀得到浆料，注入到模具进行聚合反应和起泡反应12min后，密封于30℃养护8h，脱模后得到泡沫地质聚合物胶凝材料。实施例3将铝灰渣和水按9:1混合湿磨106min，用孔径1.5mm的筛子筛分去除粗料，得到粒径不大于1.5mm含水的铝灰渣，经固液分离、干燥后得到含水量为8％的铝灰渣。将干燥后的铝灰渣与高炉矿粉、粉煤灰配比，其中铝灰渣55wt％、高炉矿粉12wt％、粉煤灰33wt％，三者之和为100％。外加14wt％碱性激发剂和1wt％稳泡剂，碱性激发剂为氢氧化钠本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝灰渣制备泡沫地质聚合物胶凝材料的方法，其特征在于，将铝灰渣进行预处理以去除盐类熔剂杂质，将预处理后铝灰渣与高炉矿粉和粉煤灰混合，再加入稳泡剂和碱性激发剂混合到浆料，经发泡、成型、养护得到泡沫地质聚合物胶凝材料。

【技术特征摘要】
1.一种铝灰渣制备泡沫地质聚合物胶凝材料的方法，其特征在于，将铝灰渣进行预处理以去除盐类熔剂杂质，将预处理后铝灰渣与高炉矿粉和粉煤灰混合，再加入稳泡剂和碱性激发剂混合到浆料，经发泡、成型、养护得到泡沫地质聚合物胶凝材料。2.根据权利要求1所述一种铝灰渣制备泡沫地质聚合物胶凝材料的方法，其特征在于，铝灰渣预处理包括湿磨、筛分、固液分离、干燥；具体步骤如下：(1)湿磨：采用水湿磨15min～120min，固液比1:1～10:1；(2)筛分：湿磨后的铝灰渣经孔径≤2mm筛子进行筛分去除粗料；(3)固液分离；(4)干燥：经干燥后的铝灰渣水含量≤10wt％，去除盐类熔剂杂质。3.根据权利要求2所述一种铝灰渣制备泡沫地质聚合物胶凝材料的方法，其特征在于，铝灰渣、高炉矿粉和粉煤灰三者质量比为：预处理后铝灰渣50wt％～60wt％、高炉矿渣粉10wt％～20w...

【专利技术属性】
技术研发人员：张深根，赵世珍，刘波，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11