一种高钙粉煤灰基地聚合物及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高钙粉煤灰基地聚合物及其制备方法，属于地聚合物技术领域。本发明专利技术利用冶金固废、高钙C级粉煤灰和碱性激发剂作为原料，发生地聚反应得到地聚合物。在本发明专利技术中，高钙C级粉煤灰能够与碱性激发剂发生地聚反应使粉煤灰基地聚合物材料的性能得到强化；高钙C级粉煤灰中大量的CaO能够进一步提高地聚合物材料的强度。所述冶金固废一方面能够与碱性激发剂发生地聚反应形成N

【技术实现步骤摘要】
一种高钙粉煤灰基地聚合物及其制备方法


[0001]本专利技术涉及地聚合物
，尤其涉及一种高钙粉煤灰基地聚合物及其制备方法。

技术介绍

[0002]冶金固废，如铬铁渣及不锈钢AOD渣是我国冶金工业所产生的两种难处理固废。虽然已有很多研究，如火法还原或制备建筑材料等方式对铬铁渣及不锈钢AOD渣进行消纳，但由于相关路线成本较高，分离回收效率较低，产品存在铬元素浸出毒性及游离氧化钙的问题，并未得到广泛的工业应用。目前针对铬铁渣及不锈钢AOD渣的处理方式仍以堆积为主，这占用了大量的土地资源，且存在铬元素浸出毒性及游离氧化钙的问题。如何高效低成本地消纳这部分固废，对于冶金资源的回收利用领域具有重要意义。
[0003]地聚合物与水泥相比具有更好的耐化学侵蚀能力、优良的耐久性、良好的耐高温性和能固化重金属离子的性能，且在制备过程中碳排放量低、工艺简单和能耗少。因此，地聚合物被认为是最可能取代水泥的凝胶材料。目前，制备地聚合物的原料广泛，可以选用尾矿等富含硅、铝元素的废弃物制备，使固体废弃物能够资源化利用，既减少了环境污染，同时还产生了经济效益。然而，目前采用废弃物制备地聚合物时固废投入的占比仍相对有限，存在消纳废弃物的量有限的缺陷；并且，采用废弃物制备地聚合物还存在抗压强度低的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种高强度的高钙粉煤灰基地聚合物及其制备方法。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种高钙粉煤灰基地聚合物，由包括冶金固废、高钙C级粉煤灰和碱性激发剂的原料经聚合反应制备得到，所述冶金固废和高钙C级粉煤灰的质量之比为(40～60):100。
[0007]优选地，所述冶金固废包括铬铁渣、不锈钢AOD渣、高炉渣和转炉渣中的一种或多种。
[0008]优选地，所述碱性激发剂包括NaOH、Na2SiO3和去离子水。
[0009]优选地，所述碱性激发剂按照物质的量之比为n(SiO2)/n(Na2O)＝1～2和n(H2O)/n(Na2O)＝18～24配制。
[0010]优选地，所述碱性激发剂的质量与所述冶金固废和高钙C级粉煤灰的质量之和的质量比为0.4～0.6:1。
[0011]本专利技术还提供了上述技术方案所述高钙粉煤灰基地聚合物的制备方法，包括如下步骤：
[0012](1)将冶金固废和高钙C级粉煤灰混合，得到混合粉料；
[0013](2)将所述步骤(1)得到的混合粉料与碱性激发剂混合，进行聚合反应，得到高钙
粉煤灰基地聚合物。
[0014]优选地，所述步骤(1)中的混合粉料的粒径为100～300目。
[0015]优选地，所述步骤(2)中的聚合反应的条件包括依次进行高温养护和低温养护，所述高温养护和低温养护之间的温差为19～51℃。
[0016]优选地，所述高温养护的温度为40～70℃，高温养护的时间为4～6h。
[0017]优选地，所述低温养护的温度为20
±
1℃，低温养护的时间为1～28天，低温养护的环境湿度为90％以上。
[0018]本专利技术提供了一种高钙粉煤灰基地聚合物，由包括冶金固废、高钙C级粉煤灰和碱性激发剂经聚合反应制备得到，所述冶金固废和高钙C级粉煤灰的质量之比为(40～60):100。本专利技术利用冶金固废、高钙C级粉煤灰和碱性激发剂作为原料，发生地聚反应得到地聚合物。在本专利技术中，所述冶金固废作为粉煤灰基地聚合物材料的主要原料，一方面，冶金固废中的硅、铝元素能够与碱性激发剂发生地聚反应形成N
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H凝胶；另一方面，冶金固废中的惰性基体作为微集料，构建集料骨架，使粉煤灰基地聚合物材料的结构更加紧密，提高了抗压强度；此外，冶金固废的引入还能够使固体废弃物能得到充分的利用，将冶金固废中的污染元素(如铬元素)固定于材料的凝胶相中，保障了材料的使用安全性，变废为宝，消解冶金固废，具有环境友好的优势。在本专利技术中，高钙C级粉煤灰中的硅、铝元素能够与碱性激发剂发生地聚反应形成N
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H凝胶使粉煤灰基地聚合物材料的性能得到强化；并且，高钙C级粉煤灰中CaO的质量百分比大于10％，大量的CaO能够进一步提高地聚合物材料的强度，克服采用废弃物制备的地聚合物的抗压强度低的问题。实验结果表明，本专利技术提供的高钙粉煤灰基地聚合物的抗压强度可达40Mpa以上，具有优异的抗压强度。
附图说明
[0019]图1为本专利技术高钙粉煤灰基地聚合物的制备方法的流程图；
[0020]图2为本专利技术实施例1制备的高钙粉煤灰基地聚合物的SEM图；
[0021]图3为本专利技术实施例2制备的高钙粉煤灰基地聚合物的SEM图；
[0022]图4为本专利技术实施例3制备的高钙粉煤灰基地聚合物的SEM图；
[0023]图5为本专利技术实施例1、3、4、6、7和9制备的高钙粉煤灰基地聚合物的铬浸出量；
[0024]图6为本专利技术实施例1～9制备的高钙粉煤灰基地聚合物的抗压强度。
具体实施方式
[0025]本专利技术提供了一种高钙粉煤灰基地聚合物，由包括冶金固废、高钙C级粉煤灰和碱性激发剂的原料经聚合反应制备得到，所述冶金固废和高钙C级粉煤灰的质量之比为(40～60):100。
[0026]在本专利技术中，制备高钙粉煤灰基地聚合物的原料包括冶金固废。本专利技术对所述冶金固废的来源没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的冶金固废即可。在本专利技术中，所述冶金固废为冶金过程中会产生的固体废弃物，含有大量的硅、铝等元素，硅、铝元素能够与碱性激发剂发生地聚反应形成N
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H凝胶；冶金固废中具有多种元素形成的惰性基体(如尖晶石)，可作为微集料，构建集料骨架，使粉煤灰基地聚合物的结构更加紧密，提高了抗压强度；此外，冶金固废的引入还能够使固体废弃物能得到充分的利用，将冶金固废中的污染
元素(如铬元素)固定于材料的凝胶相中，保障了材料的使用安全性，变废为宝，消解冶金固废，具有环境友好的优势。
[0027]在本专利技术中，所述冶金固废优选包括铬铁渣、不锈钢AOD渣、高炉渣和转炉渣中的一种或多种，更优选包括水淬铬铁渣和/或不锈钢AOD渣。在本专利技术中，所述水淬铬铁渣中成分含量优选如下：MgO>20wt％、SiO2+Al2O3>50wt％、Cr2O3>5wt％，更优选为：MgO：20～35wt％，SiO2：20～30wt％，Al2O3：20～30wt％，Cr2O3：5～10wt％，CaO：0～5wt％，Fe2O3：0～5wt％，其余为不可避免的杂质。在本专利技术中，所述不锈钢AOD渣中成分含量优选如下：CaO>50wt％、SiO2+Al2O3>20wt％、Cr2O3<5wt％，更优选为：CaO：5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高钙粉煤灰基地聚合物，由包括冶金固废、高钙C级粉煤灰和碱性激发剂的原料经聚合反应制备得到，所述冶金固废和高钙C级粉煤灰的质量之比为(40～60):100。2.根据权利要求1所述的高钙粉煤灰基地聚合物，其特征在于，所述冶金固废包括铬铁渣、不锈钢AOD渣、高炉渣和转炉渣中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的高钙粉煤灰基地聚合物，其特征在于，所述碱性激发剂包括NaOH、Na2SiO3和去离子水。4.根据权利要求3所述的高钙粉煤灰基地聚合物，其特征在于，所述碱性激发剂按照物质的量之比为n(SiO2)/n(Na2O)＝1～2和n(H2O)/n(Na2O)＝18～24配制。5.根据权利要求3或4所述的高钙粉煤灰基地聚合物，其特征在于，所述碱性激发剂的质量与所述冶金固废和高钙C级粉煤灰的质量之和的质量比为0.4～0.6:1。6.权利要求1～5任意一项所述高钙粉煤灰基地聚合物的制备方法，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，梁逸卓，田雨卉，李越，张延玲，武绍文，赵峥，余阚，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：