一种基于碳酸化反应的赤泥固结方法及获得的碳化制品技术

本发明专利技术涉及一种基于碳酸化反应的赤泥固结方法及获得的碳化制品。该固结方法包括如下步骤：将碳化胶凝材料与赤泥混合均匀，得到干混料；将干混料加水拌和后成型为坯体；将坯体碳酸化得到碳化制品。基于本发明专利技术制备的碳化硬化制品在大掺量赤泥的配比下仍具有高强的特性，且在极大程度上限制了赤泥中的碱及重金属的溶出，在大量处理固结赤泥的同时避免对环境造成二次污染。造成二次污染。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳酸化反应的赤泥固结方法及获得的碳化制品


[0001]本专利技术涉及固废资源综合利用
，尤其涉及一种基于碳酸化反应的赤泥固结方法及获得的碳化制品。

技术介绍

[0002]赤泥是碱法制铝时矿石中铁、钛等杂质以及二氧化硅等不溶于碱形成的固体残渣，因富含赤铁矿呈红色故称之为赤泥。作为炼铝行业的工业废料，每生产一吨氧化铝约产出1～1.8吨赤泥。作为强碱性溶液中的不溶物，赤泥也具有强碱性，浸出液pH接近甚至超过12，属于Ⅱ类一般工业固体废弃物，且赤泥中重金属含量较高，浸出液中多种重金属含量超过国家标准，受限于处理技术和成本，长久以来国内外多采用筑坝堆积的方式留存在堆场，现行的赤泥堆场主要有湿法和干法两种堆积方式。赤泥的存放占用大量的土地，湿法堆积的赤泥一旦泄露，会造成土壤和水源污染，严重影响周围动植物及人类身体健康。而干法堆积中，赤泥表面脱水风化后，风干后由于粒度极细，随风飞扬的粉尘容易引起空气污染。
[0003]基于此，国内外众多学者展开了多项研究，致力于赤泥的综合利用，包括有价金属的回收，通过浸出沉淀选铝、磁化焙烧选铁、酸浸回收稀有金属；利用赤泥的碱性以及比表面积大的特性制备吸附材料，进行废水处理，土壤修复以及废弃处理等；作为原料制备烧结砖，作为铁质原料烧水泥等。在这些应用研究中，有价金属的回收可以实现赤泥的最大价值利用化，且能平衡其碱性，但是技术工艺复杂，成本较高，大部分处于试验阶段，尚未成实现工业化生产；做吸附材料需要考虑赤泥的强碱性以及含有的放射性物质，需要对赤泥进行改性处理，成本较高，同时需要注意监控避免二次污染；用于建筑材料时吃渣量大，能大量消耗赤泥，但是需要经过1000摄氏度的高温处理，能耗较大，作为矿物掺合料应用到水泥混凝土中时，需要严格控制赤泥掺量以避免导致混凝土性能大幅降低，例如郝雅芬等人研究冻融循环对赤泥
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钢渣改性水泥土强度的试验时，赤泥掺量最高为8％，马成龙等人研究赤泥
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硫铝酸盐水泥高水充填材料性能及对环境的影响时发现，当赤泥掺量为40％时，需要水化28天才能实现赤泥的固结。
[0004]因此，综合考虑实践成本以及固结效率而言，利用建筑材料固结赤泥具有重大发展前景，但需解决赤泥对基体力学性能的影响以及缩短固结周期。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供一种基于碳酸化反应的赤泥固结方法及获得的碳化制品，用以解决现有技术中建筑材料固结赤泥赤泥掺量低、固结周期长、且所得材料力学性能差的技术问题。
[0006]本专利技术的第一方面提供一种基于碳酸化反应的赤泥固结方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1、将碳化胶凝材料与赤泥混合均匀，得到干混料；
[0008]步骤2、将干混料加水拌和后成型为坯体；
[0009]步骤3、将坯体碳酸化得到碳化制品。
[0010]本专利技术的第二方面提供一种碳化制品，该碳化制品通过本专利技术第一方面提供的基于碳酸化反应的赤泥固结方法得到。
[0011]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0012]本专利技术基于碳酸化反应制备的碳化硬化制品具有高强的特性，作为骨架将赤泥固结在内部，抑制赤泥中的碱及重金属离子的溶出，实现物理角度的固结；同时碳酸化反应时通入的二氧化碳气体溶于水中后呈弱酸性，从化学角度实现酸碱中和，降低赤泥的碱性；此外赤泥的强碱性有助于提高二氧化碳溶解度，反作用于碳化反应，提高碳化胶凝材料碳化程度。基于本专利技术制备的碳化硬化制品在大掺量赤泥的配比下仍具有高强的特性，且在极大程度上限制了赤泥中的碱及重金属的溶出，在大量处理固结赤泥的同时避免对环境造成二次污染。
具体实施方式
[0013]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，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。
[0014]本专利技术的第一方面提供一种基于碳酸化反应的赤泥固结方法，包括如下步骤：
[0015]步骤1、将碳化胶凝材料与赤泥混合均匀，得到干混料；
[0016]步骤2、将干混料加水拌和后成型为坯体；
[0017]步骤3、将坯体碳酸化得到碳化制品。
[0018]本专利技术中，碳化胶凝材料与赤泥的质量比为100:10～250，比如100:10、100:15、100：30、100:50、100:80、100：120、100：150、100：180、100：200、100：230或100：250等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。在实际应用中，本领域技术人员可以根据实际需求选择合适的质量比。一般来说，赤泥的加入量越多，所得制品的抗压强度越低，本领域技术人员可以在确保具有较高的抗压强度的前提下尽量更多的掺入赤泥，提高赤泥的综合利用率。
[0019]本专利技术中，干混料与水的质量比为100：(10～30)。
[0020]本专利技术中，成型方式为浇筑成型或压制成型。
[0021]在本专利技术的一些优选实施方式中，成型方式为浇筑成型，且浇筑成型包括以下步骤：
[0022]将干混料和水按照100：(15～30)的质量比混合拌和后得到浆体，将浆体倒入模具成型，经预养护后拆模；其中，预养护过程具体为：在二氧化碳的体积浓度为20～99％，气体压强为0.1～0.4MPa下养护1h～4h。
[0023]拆模后将坯体预干燥至固相总质量与水的质量比为100：(4～15)。
[0024]在本专利技术的一些具体实施方式中，浇筑成型包括以下步骤：
[0025]将干混料和水按照100：25的质量比混合拌和后得到浆体，将浆体倒入模具成型，经预养护后拆模；其中，预养护过程具体为：在二氧化碳的体积浓度为50％，气体压强为0.1MPa下养护2h。
[0026]拆模后将坯体预干燥至固相总质量与水的质量比为100：8。
[0027]在本专利技术的一些更优选实施方式中，干混料和水拌和时，还加入减水剂以调整浆
体工作性能。进一步地，减水剂为聚羧酸系高效减水剂，干混料与减水剂的质量比为100：(1～3)，更进一步为100:2。
[0028]在本专利技术的一些优选实施方式中，成型方式为压制成型，且压制成型包括以下步骤：
[0029]将干混料和水按照100:10～20的质量比混合拌和后得到湿料，将湿料加至模具中压制成坯体。其中，压制成型的压力为10～50MPa。
[0030]在本专利技术的一些具体实施方式中，压制成型包括以下步骤：
[0031]将干混料和水按照100:15～20的质量比混合拌和后得到湿料，将湿料加至模具中压制成坯体。其中，压制成型的压力为10～30MPa。
[0032]本专利技术中，成型的过程中，还可以加入粗细骨料经均匀拌和后制备砂浆或混凝土。
[0033]本专利技术中，坯体碳酸化的方式为：通入浓度为20％～99％的二氧化碳，控制反应压力为0.1～0.4MPa，反应1～24h。
[0034]在本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳酸化反应的赤泥固结方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、将碳化胶凝材料与赤泥混合均匀，得到干混料；所述碳化胶凝材料为硅酸钙矿相和富含硅酸钙矿相或氢氧化钙矿相的工业固废中的至少一种；步骤2、将所述干混料加水拌和后成型为坯体；步骤3、将所述坯体碳酸化得到碳化制品。2.根据权利要求1所述基于碳酸化反应的赤泥固结方法，其特征在于，所述碳化胶凝材料与赤泥的质量比为100:10～250，所述干混料与水的质量比为100：(10～30)。3.根据权利要求1所述基于碳酸化反应的赤泥固结方法，其特征在于，所述成型方式为浇筑成型，且浇筑成型包括以下步骤：将干混料和水按照100：(15～30)的质量比混合拌和后得到浆体，将浆体倒入模具成型，经预养护后拆模；拆模后将坯体预干燥至固相总质量与水的质量比为100：(4～15)。4.根据权利要求3所述基于碳酸化反应的赤泥固结方法，其特征在于，所述预养护过程具体为：在二氧化碳的体积浓度为20～99％，气体压强为0.1～0.4MPa下养护1h～4h。5.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：马韵升，王发洲，刘志超，崔东波，张童鑫，李俊辰，翟学成，吴文选，张学雷，李林丽，姚富国，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：