一种生态胶凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种生态胶凝材料及其制备方法，涉及建筑材料技术领域，生态胶凝材料原料按照质量分数计，包括以下组分：赤泥5～20份、石膏5～25份、矿渣粉30～50份以及粉煤灰30～50份。本发明专利技术原料包括赤泥、工业副产石膏、其他硅铝质工业固体废弃物(如粉煤灰、矿渣等)，将原料粉磨至一定细度后混合均匀、加水拌和、成型、标准养护，完成生态胶凝材料的制备。通过充分发挥赤泥与工业副产石膏的耦合激发作用，提高该生态胶凝材料的胶凝活性，使其水化产物之间连结更加紧密，从而使得胶凝材料的整体结构致密。其28天抗压强度可达50MPa以上，具有强度合理的特性。度合理的特性。度合理的特性。

【技术实现步骤摘要】
一种生态胶凝材料及其制备方法


[0001]建筑材料
，特别是涉及一种生态胶凝材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]普通硅酸盐水泥(简称水泥)是目前应用最广泛的胶凝材料，其生产工艺可以概括为“两磨一烧”，在生产过程中需要消耗大量的矿物原料和能量并产生CO2的排放。目前水泥工业的CO2排放约占全国CO2排放总量的18％～22％，年消耗石灰石矿物的数量约为31.05亿吨。每生产1吨水泥熟料约消耗热能为3200KJ/kg，每生产1吨水泥约消耗电能80kWh，同时排出大量的粉尘和氮氧化物。因此，水泥工业存在高污染、高能耗、高排放的状况，急需可替代水泥的无熟料或者少熟料的低碳生态胶凝材料。
[0003]与此同时，近年来，随着氧化铝冶炼工业的快速增长，生产能力的快速发展，氧化铝行业的副产品
‑
赤泥的处理问题变得日益严峻。赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的极细颗粒强碱性固体废物。其产出量因矿石品位、生产方法和技术水平而异，目前大多数生产厂家每生产1t氧化铝将附带产生0.8t～1.5t赤泥。2020年赤泥综合利用量为849万吨，综合利用率仅为8％。
[0004]工业副产石膏是指工业生产中由化学反应生成的以硫酸钙(含零至两个结晶水)为主要成分的废渣，主要包括：以磷矿石和硫酸为原料生产磷酸或其他磷酸盐过程中排出的磷石膏；石灰石/石灰
‑
石膏湿法脱硫工艺中产生的脱硫石膏；采用硫酸酸解钛铁矿生产钛白粉时所产生的钛石膏；发酵法制备柠檬酸的过程中产生的柠檬酸石膏；用硫酸分解萤石制备氢氟酸的过程中产生的氟石膏；以及废陶模石膏等。其中，磷石膏、脱硫石膏以及钛石膏是最主要的工业副产石膏，三者占工业副产石膏总产量的80％以上。
[0005]钛白粉生产主要以硫酸法生产工艺为主，在生产钛白粉的过程中也产生了大量的以二水石膏钙为主要成分的钛石膏，硫酸法生产一吨钛白粉产生的钛石膏大约6
‑
10吨。钛石膏主要成分是CaSO4·
2H2O。近年来，随着钛产业的迅速升温，钛白粉的产量逐年攀升。目前国内钛白粉90％以上采用硫酸法生产工艺进行生产。目前堆存的磷石膏已达2亿多吨，实际利用率不足40％。由于通常含有磷、氟及有机物等有害杂质，到目前为止，大量磷石膏还没有得到有效地利用，堆存和填埋这些磷石膏渣不仅占用大量土地，还易对大气和地下水造成严重污染。与此同时，烧结烟气脱硫尚处于发展时期，对脱硫副产物的利用尚未形成完整的工业链。因此，脱硫石膏在国内并没有得到有效的再利用，除部分用于水泥缓凝剂或建筑石膏外，大部分仍釆取堆放方式处置，不仅占用大量土地，浪费资源，而且也会对周边环境造成二次污染。
[0006]因此，如何大规模、高效地利用赤泥、工业副产石膏等废弃物，实现环境减负，企业增效，成为了迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种生态胶凝材料(利用赤泥
‑
工业副产石膏协同激发其他
固废制备的PRM生态胶凝材料)及其制备方法，利用赤泥的碱性以及石膏中的CaSO4·
2H2O增强效应以及早强效应，耦合激发矿渣粉与粉煤灰的硅铝活性，生成的水化产物钙矾石、C
‑
S
‑
H和C
‑
A
‑
S
‑
H凝胶，充分发挥各类固废材料的特性，制备全固废胶凝材料制品，解决现有技术中利用工业固废低碳制备生态胶凝材料普遍存在制造成本高、制造工艺复杂不适于工业化生产、生态胶凝材料性能偏低的共性关键技术问题。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0009]本专利技术提供一种生态胶凝材料，原料按照质量分数计，包括以下组分：赤泥5～20份、(工业副产)石膏5～25份、矿渣粉30～50份以及粉煤灰30～50份。
[0010]进一步地，所述赤泥为比表面积大于300m2/kg的拜耳法赤泥或者烧结法赤泥。
[0011]进一步地，所述石膏为比表面积大于300m2/kg的磷石膏、钛石膏或者脱硫石膏，其主要矿物相为CaSO4·
2H2O。
[0012]进一步地，所述粉煤灰比表面积大于300m2/kg，强度活性指数≥70％。
[0013]进一步地，所述矿渣粉比表面积大于300m2/kg，7d强度活性指数≥55％，28d强度活性指数≥75％，玻璃体含量≥85％。
[0014]本专利技术还提供所述生态胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015](1)将经过105℃～110℃干燥的赤泥用粉磨设备磨细，然后将粉磨好的物料过筛，直到颗粒比表面积＞300m2/kg为止；
[0016](2)将经75℃～80℃干燥的工业副产石膏用粉磨设备磨细，然后将粉磨好的物料过筛，直到颗粒比表面积＞300m2/kg为止；
[0017](3)比表面积＞300m2/kg的粉煤灰以及矿渣粉，经过105℃～110℃干燥处理后备用以待混合搅拌使用；
[0018](4)按照原料份数称取赤泥、矿渣粉、粉煤灰和石膏，将赤泥、矿渣粉和粉煤灰倒入混合设备，搅拌至均匀，然后加入石膏继续搅拌均匀；加入水一次搅拌均匀；
[0019](5)搅拌均匀后的浆料倒入模具内，在振实台上充分振实、表面抹平后养护制得所述生态胶凝材料。
[0020]进一步地，先标准养护48h，养护温度(20
±
1)℃，湿度大于95％，拆模后再放入恒温养护室中养护至3d、7d和28d，养护空气温度(20
±
1)℃，养护期间试件之间应留有间隔至少5mm。
[0021]进一步地，所述水的加入量为原料总质量的30
‑
33％，优选为原料总质量的32％。
[0022]本专利技术通过赤泥
‑
工业副产石膏协同激发粉煤灰
‑
矿渣粉，利用多种固废制备生态胶凝材料，有望成为代替普通硅酸盐水泥的低碳胶凝材料，在实现工业固体废弃物循环利用的同时，促进冶金
‑
电力
‑
钢铁等行业协同绿色可持续发展。
[0023]本专利技术公开了以下技术效果：
[0024]本专利技术制备了赤泥
‑
工业副产石膏
‑
粉煤灰
‑
矿渣粉多固废协同激发的生态胶凝材料，在多固废协同作用中，赤泥属于碱性固废，含有大量NaOH和Na2CO3，NaOH是很好的碱性激发剂，适合于做碱激发材料；在碱性活化剂的作用下，固废中硅铝酸盐晶体结构以及玻璃相结构被溶解破坏；脱硫石膏属于硫酸类固废，其中Ca
2+
为三维网状结构的C
‑
S
‑
H及C
‑
A
‑
S
‑
H的形成准备了钙质基础；在Ca
2+
的作用下，SO
42
‑
与胶凝产物和AlO2‑
反应生成钙矾石；碱和硫酸盐对惰性硅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生态胶凝材料，其特征在于，原料按照质量分数计，包括以下组分：赤泥5～20份、石膏5～25份、矿渣粉30～50份以及粉煤灰30～50份。2.根据权利要求1所述一种生态胶凝材料，其特征在于，所述赤泥为比表面积大于300m2/kg的拜耳法赤泥或者烧结法赤泥。3.根据权利要求1所述一种生态胶凝材料，其特征在于，所述石膏为比表面积大于300m2/kg的磷石膏、钛石膏或者脱硫石膏。4.根据权利要求1所述一种生态胶凝材料，其特征在于，所述粉煤灰比表面积大于300m2/kg，28d强度活性指数≥70％。5.根据权利要求1所述一种生态胶凝材料，其特征在于，所述矿渣粉比表面积大于300m2/kg，7d强度活性指数≥55％，28d强度活性指数≥75％，玻璃体含量≥85％。6.一种权利要求1～5任一项所述生态胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将赤泥在10...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓滨，李辉，危鹏，刘文欢，姜宏健，常宁，
申请(专利权)人：上海百奥恒新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：