一种高赤泥掺量地聚合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高赤泥掺量地聚合物及其制备方法，涉及固体废弃物资源化和新型建筑材料制备技术领域；包括原料：拜耳法赤泥、煤系偏高岭土、碱激发剂、水，且所有原料中总的Si/Al原子摩尔比为1.2，Na/Al的原子摩尔比为0.8‑1.3，水与固体质量比值为0.7，碱激发剂为水玻璃溶液和氢氧化钠分析纯配置的混合溶液；赤泥—煤系偏高岭土地聚合物的抗压强度在28d最高可以达到56MPa以上，解决在地聚合物的生产中增加赤泥的掺量导致地聚合物强度下降的问题，本发明专利技术采用赤泥和煤系偏高岭土为材料，制备工艺简单，易于实现工业化生产，本发明专利技术降低赤泥对环境的危害以及赤泥的资源化利用起到积极的推动作用。

A geopolymer with high red mud content and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种高赤泥掺量地聚合物及其制备方法
本专利技术涉及固体废弃物资源化和新型建筑材料制备
，具体涉及一种高赤泥掺量地聚合物及其制备方法。
技术介绍
赤泥是在氧化铝生产过程中，用苛性钠溶液溶化铝土矿后，产生的不溶性固体残渣。每生产1吨氧化铝，大约会产生1~1.5吨赤泥，对于低品位铝土矿，甚至会产生2.5吨赤泥。目前，世界上90%的氧化铝是由拜耳法生产的。大量的赤泥不能充分有效的利用，只能依靠大面积的堆场堆放，占用了大量土地，也对环境造成了严重的污染。目前我国对于赤泥的处理主要处理方式就是筑坝堆存，不仅浪费了大量的土地资源，而且会造成周围环境的严重污染。随着赤泥产量的逐年增加，提高赤泥的综合利用迫在眉睫。为了最大限度地减少赤泥对环境的破坏，已经投入了大量的努力来开发赤泥资源化利用的途径。目前，可以实现赤泥大规模利用，最具潜力的途径是利用赤泥生产建筑材料。煤系偏高岭土是一种无定形物质，通过在合适的温度下煅烧煤系高岭土形成。煤系高岭土是中国独特的高岭土资源。有效利用煤系高岭土，不仅可以减少污染煤矸石储存造成的环境污染，还会增加某些领域的额外价值。在赤泥所生产的建筑材料中最主要的就是地聚合物材料。地聚合物是一种碱激发胶凝材料，是以硅铝质材料为主要原材料，通过碱对原材料潜在活性的激发，所制备的一种高性能胶凝材料。地质聚合技术是一种非常有前景的创新技术，可将含有硅铝酸盐组合物的工业固体废物（赤泥、高岭土、粉煤灰、钢渣等）经过适当工艺处理，通过化学反应得到的具有与陶瓷性能相似的一种新材料。地质聚合反应包括在强碱性下的条件下，硅铝酸盐化合物与发生溶解反应，生成地聚合物的前驱体，凝聚成为单体；单体发生缩聚反应，聚合成无定形至半结晶的铝硅酸盐聚合物，所得到的地聚合物是无机聚合物族的成员，与普通硅酸盐胶凝材料相比，物理力学性能好，水化热低，收缩率和膨胀率小，抗渗性和抗冻性好，耐腐蚀性强并且生产工艺简单，生产耗能低，几乎无污染，零CO2排放。但是，由于赤泥的成分和性能的波动性很大，发现提高原料中赤泥的比例在地聚合物的合成中，反应性不够，因此通常与反应性更强的铝硅酸盐材料混合，主要是粉煤灰、偏高岭土、硅粉、矿渣等，这样使得赤泥的掺量减小，很难通过制备地聚合物的途径，大规模利用赤泥。在实际生产中，单纯提高赤泥的掺量又会带来负面的效果，即使地聚合物整体的强度下降。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术的不足，提出一种制备赤泥—煤系偏高岭土地聚合物的原料配方及制备方法，在保证地聚合物抗压强度的前提下，最大程度的利用拜耳法赤泥，解决在地聚合物的生产中赤泥掺量低，赤泥不能充分利用的问题。为了达到上述目的，本专利技术是通过如下技术方案实现的。一种高赤泥掺量地聚合物，包括以下重量份的原料：拜耳法赤泥70-80份，煤系偏高岭土30-20份，碱激发剂65-78份，水8-10份，且所有原料中总的Si/Al原子摩尔比为1.2，Na/Al的原子摩尔比为0.8-1.3，水与固体质量比值为0.5，所述的碱激发剂为水玻璃溶液和氢氧化钠分析纯配置的混合溶液。优选的，所述水玻璃的重量份为62份，氢氧化钠重量份为3-16份。优选的，原料中Si/Al的原子摩尔比为1.2，Na/Al的原子摩尔比为1.0。一种高赤泥掺量地聚合物的制备方法，具体包括以下步骤：a）原料处理：将拜耳法赤泥风干粉碎后过筛制成赤泥粉末进行烘干，之后将处理后的拜耳法赤泥与煤系偏高岭土根据质量的份数混合均匀得到原料混合物。b）试样制作：按照质量的份数比称取相应的原料混合物加入到搅拌机中进行搅拌，转速150r/min，搅拌2min后，待固料搅拌均匀后，加入碱激发剂，继续搅拌3min，转速150r/min，使得固料和液料完全搅拌均匀形成地聚合物前驱体的浆料。c）养护：将浆料加入到模具中，放到振动台上振动20s，将模具表面刮平，对模具进行密封，24h后拆模将试块放入到标准养护箱中养护，其中温度18-22℃，湿度100%，得到地聚合物。如图1所示，赤泥原料中主要矿物有钙霞石族矿、加藤石、赤铁矿、方解石、三水铝矿等，通过XRD图谱显示的都是尖锐的峰，没有明显的驼峰，表明赤泥原料中非晶相物质不多。其中钙霞石族矿是类似长石矿物的一种，是含碱性的硅铝酸盐矿，其中赤泥中是由多种钙霞石矿物混合的状态。煤系偏高岭土的X射线衍射峰中呈漫射峰，在18~32°（2θ）之间具有明显的宽驼峰，并有几个小峰，表明其基本上包含以无定型的SiO2，主要以非晶相的物质为主。通过本专利技术方法形成赤泥—煤系偏高岭土地聚合物的XRD图谱相对于赤泥生成了沸石类矿物，而沸石类矿物类似于地壳中的岩石具有高强特点。沸石类矿物是在强碱环境下，OH-与赤泥中的硅铝质成分反应所生成的。该类物质具有类似有机聚合物的链状结构，且能够与矿物颗粒表面的[SiO4]4-和[AlO4]4-四面体通过脱羟基作用形成化学键，这是其获得高强度的直接原因，也决定了其具有优良的物理化学性质。研究中发现，生成的沸石类矿物与原料中的硅铝比有直接的关系，而硅铝比结合的形式又与反应的充分性相关，而对于赤泥和煤系偏高岭土作为原料生产地聚合物，其Si/Al原子摩尔比和Na/Al的原子摩尔对沸石类矿物生成的量及稳定性具有很大影响，图1中，Si/Al原子摩尔比为1.2，衍射峰随着Na/Al的升高，先变大，再变小，Na/Al为1.0的衍射峰最大，间接证明了此时赤泥—煤系偏高岭土地聚合物的抗压强度最佳。本专利技术相对于现有技术所产生的有益效果为。（1）本专利技术采用赤泥和煤系偏高岭土作为地聚合物的原材料，材料来源广，制备工艺简单，并且可以实现工业化生产，具备良好的经济价值。（2）本专利技术通过严格限定的原料中的硅铝比及钠铝比，制备的高赤泥掺量的地聚合物，充分利用了拜耳法赤泥，含量高达70%，并间接利用了煤矸石的二次加工产物煤系偏高岭土，生产的地聚合物抗压强度在28d最高可以达到56MPa以上，满足建筑材料的要求，开发了赤泥资源化利用的新途径。（3）本专利技术开发的赤泥—煤系偏高岭土地聚合物相比于传统胶凝材料具有优异的力学性能，早期强度高，并且在生产的过程中没有CO2的排放，环境污染小，具有一定的环境价值。附图说明图1为煤系偏高岭土、赤泥和Si/Al原子摩尔比为1.2、Na/Al分别为0.8、1.0、1.3时的赤泥—煤系偏高岭土地聚合物试样的XRD图谱。具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合实施例及附图详细说明本专利技术的技术方案，但保护范围不被此限制。（1）原料选取与加工：所用材料包括山西河津铝厂的拜耳法赤泥和山西忻州煅烧高岭土厂的HP-90B煤系偏高岭土（比表面积平均粒径为1.34μm，比表面积为4480m2/kg），是煤系高岭土在800℃焙烧40min后形成，属于硬质偏高岭土，两者化学成分分别如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高赤泥掺量地聚合物，其特征在于，包括以下重量份的原料：拜耳法赤泥70-80份，煤系偏高岭土30-20份，碱激发剂65-78份，水8-10份，且所有原料中总的Si/Al原子摩尔比为1.2，Na/Al的原子摩尔比为0.8-1.3，水与固体质量比值为0.5，所述的碱激发剂为水玻璃溶液和氢氧化钠分析纯配置的混合溶液。/n

【技术特征摘要】
1.一种高赤泥掺量地聚合物，其特征在于，包括以下重量份的原料：拜耳法赤泥70-80份，煤系偏高岭土30-20份，碱激发剂65-78份，水8-10份，且所有原料中总的Si/Al原子摩尔比为1.2，Na/Al的原子摩尔比为0.8-1.3，水与固体质量比值为0.5，所述的碱激发剂为水玻璃溶液和氢氧化钠分析纯配置的混合溶液。


2.根据权利要求1所述的一种高赤泥掺量地聚合物，其特征在于，所述水玻璃的重量份为62份，氢氧化钠重量份为3-16份。


3.根据权利要求1所述的一种高赤泥掺量地聚合物，其特征在于，原料中Si/Al的原子摩尔比为1.2，Na/Al的原子摩尔比为1.0。


4.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘剑平，武涛，白晓红，卢仪思，付鹏臣，袁超，马富丽，何斌，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14