【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种利用铝灰和磷石膏制备免烧高强砖和聚铝絮凝剂的方法及其产品，属于固体废弃物协同资源化利用领域。
技术介绍
1、铝灰是铝工业生产过程中的一种副产品，主要产生于铝熔融、电解、加工、铝合金生产和废铝再生等过程。我国一年大约产生近350万吨的铝灰。若铝灰都被当做废渣填埋在埋场中，这不仅易造成资源浪费，还会对环境造成严重影响。实现铝灰无害化和资源化处理已经成为行业必须面对和正视的问题。铝灰具有反应性，其含有的金属铝、氮化铝和碳化铝等物质遇到水时，会产生并释放氢气、氨气和甲烷等易燃或有毒有害气体。部分铝灰还具有浸出毒性，特别是二次铝灰，还含有氟化物及微量重金属等物质，具有反应性和易燃性两种危险特性。铝灰扬尘可能导致大气颗粒物污染，而其与水反应产生的氨气则可能对地下水造成严重污染。铝灰中的氟元素会对人体骨骼和牙齿造成伤害。氟易与人体骨骼中的钙基物质反应，降低骨骼含钙量，从而引发缺钙、骨骼松软、牙齿脱落等问题。目前，利用铝灰制备聚合硫酸铝絮凝剂的技术存在一些不足。如在反应池中，通过加入铝灰与硫酸进行反应，不仅没法有效解决铝灰反应性的问题，且铝灰中大量的氯盐及氟盐会溶入到硫酸铝溶液中，从而会显著影响后继硫酸铝水解聚合及所制备絮凝剂产品的絮凝、吸附性能。
2、磷石膏是利用磷矿生产磷酸过程中产生的固体废弃物，主要成份为二水石膏，此外还含有氟化物和五氧化二磷等杂质。同时，磷石膏中除硫酸钙以外，还有未完全分解的磷矿、残余的磷酸、氟化物、酸不溶物、有机质等，这些物质的存在对磷石膏的资源化利用影响最大。例如，利用磷石膏制备免烧砖材
3、专利(申请号：2016108840124，名称：一种用废弃铝灰渣制备免烧砖的方法)通过制备粉碎混料；制备废弃铝灰渣原料混合物；制备免烧砖混料；免烧砖成型、养护的方法公开了制备免烧砖的方法，但是该方法没法实现铝灰中铝的充分资源化利用，无法高效分理铝灰中的铝资源，而是直接利用铝灰渣制备免烧砖。同时，该方法利用铝灰渣制备免烧砖过程需要额外匹配硅酸盐水泥、熟石灰、无水硫酸钙、硅灰粉、水淬矿渣等大量胶凝材料及额外匹配胶凝材料强化剂(如：聚合十三铝、三乙醇胺、碘化钠等)，没有激发和利用铝灰渣自身的胶凝潜力，该方法本质上是通过向现有的硅酸盐水泥胶凝体系中掺入少量的铝灰渣实现对铝灰渣的固化，其并非是对铝灰渣真正意义上的资源化利用。
4、因此，基于上述分析，若能研发一种协同利用铝灰和磷石膏制备高性能免烧高强砖和聚铝絮凝剂的技术，摆脱现有硅酸盐水泥胶凝材料及其强化剂的添加，充分利用铝灰成分，对后继铝灰和磷石膏高效资源化都具有深刻的借鉴意义。
技术实现思路
1、专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是提供了一种制备过程简单，通过合理配料、煅烧、酸浸、聚合、固化过程实现铝灰和磷石膏成分的充分利用的制备免烧高强砖和聚铝絮凝剂的方法及其产品。
2、技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术提供一种利用铝灰和磷石膏制备免烧高强砖和聚铝絮凝剂的方法，包括以下步骤：
3、(1)混合铝灰、硅基材料和磷石膏，研磨，得到铝钙焙烧生料；所述硅基材料包括高炉矿渣、硅灰、凝灰岩或粉煤灰中任意一种或几种；
4、(2)煅烧步骤(1)中所述的铝钙焙烧生料，得到活性煅烧料；与硫酸溶液混合，搅拌，固液分离，得到的固体部分为分离渣，得到的液体部分为富铝溶液；
5、(3)在步骤(2)中所述的富铝溶液中加入铝酸钙直至混合液ph为酸性，陈化，固液分离，得到的固体部分为钙渣，得到的液体为絮凝剂前驱液；将所述絮凝剂前驱液烘干，磨粉，得到聚合硫酸铝絮凝剂；
6、(4)混合步骤(2)中所述的分离渣和步骤(3)中所述的钙渣，得到含钙分离渣；
7、(5)混合轻烧氧化镁和步骤(4)中所述的含钙分离渣，得到混合物；加水，搅拌均匀，静压，养护，得到免烧高强砖。
8、其中，步骤(1)中所述的铝灰、硅基材料和磷石膏的质量比为20～80:40～60:100。
9、其中，步骤(1)中所述研磨的速率为30～210rpm，时间为0.5～4.5小时。
10、其中，步骤(2)中所述煅烧的温度为750～1250℃，时间为0.5～4.5小时。
11、其中，步骤(2)中所述硫酸溶液的浓度为0.5～4.5m。
12、其中，步骤(2)中所述硫酸溶液和活性煅烧料的液固体比0.5～1.5:1ml/g。
13、其中，步骤(2)中所述搅拌的时间为0.5～1.5小时。
14、其中，步骤(3)中所述ph为3～6。
15、其中，步骤(3)中所述陈化的时间为4～24小时。
16、其中，步骤(4)中所述分离渣和钙渣的质量比为1.2～3.6:1。
17、其中，步骤(5)中所述轻烧氧化镁和含钙分离渣的质量比为20～60:100。
18、其中，步骤(5)中所述水和混合物的液固比为25～45:100ml/g。
19、其中，步骤(5)中所述养护的时间为14～28天。
20、本专利技术还提供了一种由所述方法制备的免烧高强砖。
21、本专利技术还提供了一种由所述方法制备的聚合硫酸铝絮凝剂。
22、反应机理：在高温煅烧作用下，铝钙焙烧生料中的铝灰、硅基材料、磷石膏相互反应。在热活化作用下，硅基材料(无机盐)和磷石膏中矿物成分(石膏、氟化物、五氧化二磷、残余磷酸有机质等物质)催化铝灰中氮化铝和碳化铝热分解，形成氮气、二氧化碳、水汽和氧化铝煅烧料。在热活化及铝灰中可熔盐(氯盐及少量氟盐)作用下，硅基材料中的硅酸盐及硅铝酸盐向不定型态转变并发生局部熔融，形成高活性硅铝酸盐结合相。形成的高活性硅铝酸盐结合相可选择性结合磷石膏中的钙、磷及铝灰中的硅、钙、镁、铁、钛等元素，形成硅铝酸盐基玻璃残渣体。而在热活化作用下，磷石膏中的硫酸盐渗透到铝灰中并与铝灰中的铝结合形成硫酸铝。混合硫酸溶液和活性煅烧料，活性煅烧料中的硫酸铝及氧化铝溶解到硫酸水溶液中，同时富余硫酸根浸入到硅铝酸盐基玻璃残渣体中。将富铝溶液加入铝酸钙直至混合液，陈化过程中，硫酸铝水解、聚合，形成聚合硫酸铝。混合轻烧氧化镁和含钙分离渣，加水搅拌过程中，轻烧氧化镁与含钙分离渣发生氯氧镁水化、硫氧镁水化、硅酸镁水化、钙矾石生成及填充、硅铝酸钙镁地质聚合反应等多重反应，形成具有高强度的免烧砖。
23、有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优点：本专利技术制备过程简单，通过合理配料、煅烧、酸浸、聚合、固化过程实现铝灰成分的充分利用，所制备的免烧砖最高强度可达37.83mpa，所制备的絮凝剂cod吸附容量最高可达1274mg/g，氨氮吸附容量最高可达112mg/g。
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1.一种利用铝灰和磷石膏制备免烧高强砖和聚铝絮凝剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的铝灰、硅基材料和磷石膏的质量比为20～80:40～60:100。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述煅烧的温度为750～1250℃，时间为0.5～4.5小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述硫酸溶液的浓度为0.5～4.5M。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述硫酸溶液和活性煅烧料的液固体比0.5～1.5:1mL/g。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所述分离渣和钙渣的质量比为1.2～3.6:1。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中所述轻烧氧化镁和含钙分离渣的质量比为20～60:100。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(5)中所述水和混合物的液固比为25～45:100mL/g。
9.根据权利要求1所述的方法，其特
10.一种由权利要求1～9任一项所述方法制备的免烧高强砖和/或聚铝絮凝剂。
...【技术特征摘要】
1.一种利用铝灰和磷石膏制备免烧高强砖和聚铝絮凝剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述的铝灰、硅基材料和磷石膏的质量比为20～80:40～60:100。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述煅烧的温度为750～1250℃，时间为0.5～4.5小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述硫酸溶液的浓度为0.5～4.5m。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述硫酸溶液和活性煅烧料的液固体比0.5...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯玉轩，黄涛，宋东平，李悦，江怡蓉，唐超俊，王百军，张洋，陈强，张树文，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：
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