一种赤泥在3D打印中的应用方法

本发明涉及一种赤泥的应用方法，尤其涉及一种赤泥在3d打印中的应用方法。

背景技术：

1、3d打印被视为第三次工业革命的重要标志之一，同时在建筑行业也有了用武之地，3d打印建筑本身有着减少人工，建筑垃圾少，节省材料等诸多优点。但很多学者指出，3d打印建筑的核心是“油墨”的选择，目前大量研究围绕水泥基材料的打印来进行，但这种材料需要大量的水泥，水泥的成产是国内的重要工业之一，同时伴随着开山取材，煅烧耗能等问题，大量的水泥使用无疑是不低碳的，为了响应国家的“双碳”号召，同时也是为了保护环境，如何减少水泥用量的低碳打印是研究热点之一。

2、赤泥是制铝工业提取氧化铝时排出的污染性副产品。赤泥本身高碱性，难分离，颗粒直径0.088～0.25毫米，比重2.7～2.9，容重0.8～1.0，熔点1200～1250℃。生产1吨氧化铝要排出0.6～2.0吨赤泥。由于赤泥本身难处理的特性，同时赤泥排放数目巨大，经常采用把赤泥排入海中的方式进行处理，从而因赤泥含有碱等有害物质污染海洋，危害渔业生产。有的则在陆地堆放，占用农田，污染水系，干燥后随风飘扬，又污染大气。因此，赤泥的处理和处置是一个国际性难题。

3、炉渣是火法冶金过程中生成的以氧化物为主的熔体；它是钢铁、铁合金及有色重金属冶炼和精炼等过程的重要产物之一。主要成分是cao、feo、mgo、mno(碱性氧化物)等，sio2、p2o5、fe2o3(酸性氧化物)等及al2o3(两性氧化物)；硫铁矿是一种丰富的矿产资源，主要是由地幔中的硫与地壳中的铁及其他杂质元素，如al、mn、gu、zn、pb等在适宜的地球化学条件下，经过成千上万年的成矿演化形成的。所以硫铁矿的主要成分是fes2、fes，同时还含有al、mn、gu、zn、pb等金属元素。由于硫铁矿的主要成分fes2具有还原性，在空气、水和细菌的作用下，会生成硫酸等酸性物质，致使工程废水呈酸性；酸性矿山废水若不经治理、处置，往往会通过地表径流和地下渗透等方式，对生态区系产生较大的负面影响。

4、针对这一系列问题，在3d打印混凝土中通过利用这些废弃物的方式实现低碳环保，同时增强打印性能存在较大的技术难度。

技术实现思路

1、发明目的：本发明旨在提供一种赤泥在3d打印中的应用方法，以解决赤泥的利用问题，同时为3d打印在建筑材料上的低碳应用提供拓展方向。

2、技术方案：本发明所述的赤泥在3d打印中的应用方法，包括以下步骤：

3、(1)采用化学沉淀法与吸附法去除硫铁矿废水中的重金属离子，将处理后的废水与赤泥混合反应，待反应完成后加入炉渣脱酸，之后加入聚丙烯酸钠进行反应沉淀；沉渣主要成分为脱硫石膏、二氧化硅、聚丙烯酸钠及杂质，滤液主要成分为硫酸盐溶液，可作为化工原料进行二次利用；

4、(2)取沉渣，干燥后磨粉得到赤泥沉渣粉，然后与硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和葡萄糖酸钠混合形成赤泥混合水泥；混合水泥基于成分中的脱硫石膏和絮凝剂，可以起到早强的作用，同时考虑目前3d打印材料工作时间短的问题，加入调凝剂满足3d打印的需求同时提高材料的性能，起到提高3d层间粘结的作用；

5、(3)将赤泥混合水泥和其他3d打印混凝土原材料混合搅拌制备3d打印混凝土。

6、优选地，步骤(1)中所述硫铁矿废水的ph值为1～3，化学沉淀法与吸附法中分别采用七水硫酸亚铁与活性炭作为处理物除去硫铁矿废水中的六价铬与铅，硫铁矿废水与赤泥的质量比为1:0.2～0.3，赤泥与硫铁矿废水的反应时间为3～6h，炉渣加入前进行粉碎处理用于提高效率，炉渣加入后混合液体的ph值控制为8～10，所述聚丙烯酸钠的质量为硫铁矿废水质量的0.01～0.1％。

7、优选地，步骤(2)中赤泥沉渣粉，硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥的质量配比控制为1～2:2:6～7，赤泥沉渣粉的细度控制为3～20μm之间，葡萄糖酸钠的质量占赤泥混合水泥质量的0.1～0.15％。

8、优选地，步骤(3)所述的其他3d打印混凝土原材料包括硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥、蒙脱石粉、骨料、水和减水剂，3d打印混凝土的水胶比为0.25～0.34，砂胶比为0.8～2.0，减水剂掺量为赤泥混合水泥质量的0.08～0.3％，蒙脱石粉的掺入量为赤泥混合水泥质量的1～2％。

9、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

10、(1)提供赤泥在3d打印中的新用途，本发明通过酸性废水来处理赤泥，由于加入的硫铁矿废水本身含有大量的游离酸与硫酸盐，通过相互反应将赤泥分散溶解，之后加入炉渣脱酸并沉淀，碱性情况下更有益于在沉淀物的析出，同时聚丙烯酸钠在碱性情况下有更好的絮凝效果。沉淀物包含脱硫石膏、聚丙烯酸钠以及部分石英等杂质，滤液主要是硫酸盐溶液。沉淀物和滤液都可以再利用，为赤泥的处理增加了方向；

11、(2)建造性在3d打印中有着重要的作用，是支撑打印完成的重要指标，而处理赤泥与废水产生的沉淀本身含有一定量的脱硫石膏，这本身就是早强剂的一种，在3d打印中应用无疑是一个好的选择。将沉淀物、硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥混合本身是减少了水泥的用量，由于硫铝酸盐水泥本身有水化快的特点，考虑两种水泥的水化时间差，使部分水泥早期水化，提供早期支撑效果，同时通过葡萄糖酸钠调节凝结时间，使层间粘结性能大幅提高，同时增强工作窗口时间。

12、(3)配比中加入蒙脱石粉，蒙脱石分作为触变剂的一种，可以提高打印材料的静态屈服应力，增强建造性的同时减少对凝结时间的影响，在适当的配比情况下，可以得到适用于3d打印工业化进行的优质材料。

技术特征：

1.一种赤泥在3d打印中的应用方法，其特征在于，该应用方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的赤泥在3d打印中的应用方法，其特征在于，步骤(1)中所述硫铁矿废水的ph值为1～3，采用化学沉淀法与吸附法除去硫铁矿废水中的重金属，化学沉淀法与吸附法中分别采用七水硫酸亚铁与活性炭作为处理物除去硫铁矿废水中的六价铬与铅。

3.根据权利要求1所述的赤泥在3d打印中的应用方法，其特征在于，步骤(1)中硫铁矿废水与赤泥的质量比为1:0.2～0.3，赤泥与硫铁矿废水的反应时间为3～6h。

4.根据权利要求1所述的赤泥在3d打印中的应用方法，其特征在于，步骤(1)的炉渣加入前进行粉碎处理，炉渣加入后混合液体的ph值控制为8～10。

5.根据权利要求1所述的赤泥在3d打印中的应用方法，其特征在于，步骤(1)所述聚丙烯酸钠的质量为硫铁矿废水质量的0.01～0.1％。

6.根据权利要求1中所述的赤泥在3d打印中的应用方法，其特征在于，步骤(2)中赤泥沉渣粉，硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥的质量配比控制为1～2:2:6～7。

7.根据权利要求1所述的赤泥在3d打印中的应用方法，其特征在于，步骤(2)中赤泥沉渣粉的细度控制为3～20μm之间。

8.根据权利要求1所述的赤泥在3d打印中的应用方法，其特征在于，步骤(2)所述葡萄糖酸钠的质量占赤泥混合水泥质量的0.1～0.15％。

9.根据权利要求1所述的赤泥在3d打印中的应用方法，其特征在于，步骤(3)所述的其他3d打印混凝土原材料包括蒙脱石粉、砂子、水和减水剂。

10.根据权利要求9所述的赤泥在3d打印中的应用方法，其特征在于，步骤(3)中3d打印混凝土的水胶比为0.25～0.34，砂胶比为0.8～2.0，减水剂掺量为赤泥混合水泥质量的0.08～0.3％，蒙脱石粉的掺入量为赤泥混合水泥质量的1～2％。

技术总结本发明公开了一种赤泥在3D打印中的应用方法，该方法包括：首先去除硫铁矿废水中的重金属，然后将赤泥与硫铁矿废水混合使其反应沉淀，并加入炉渣脱酸，加入聚丙烯酸钠后过滤得到沉渣；将赤泥沉渣粉、硫铝酸盐水泥和硅酸盐水泥混合并加入葡萄糖酸钠调节性能形成混合水泥；最后进行3D打印。本发明所述的赤泥沉渣粉成分中主要是脱硫石膏，可以调节水化速率。考虑两种水泥的水化时间差，使部分水泥早期水化，提供早期支撑效果，通过葡萄糖酸钠调节凝结时间，增强层间性能与工作窗口时间，最后加入蒙脱石粉提高打印材料的静态屈服应力。同时赤泥处理后得到的赤泥沉渣粉代替部分水泥使用，减少水泥用量，达成低碳环保的效果。技术研发人员：郑鸿润,周娟兰,金若愚,潘志宏,詹其伟,周汝兵,张永胜,王文真,王亚奇受保护的技术使用者：江苏科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2