一种赤泥协同多源固体充填材料及制备方法

本发明涉及一种胶凝充填材料，具体的说是一种赤泥协同多源固体充填材料及制备方法。

背景技术：

1、中国能源具有富煤、贫油、少气的特点，是最大的煤炭生产国和消费国，95％的煤炭资源为地下开采。煤炭资源的大量开采导致采空区的形成，这将会破坏岩层之间原始应力平衡，岩层发生形变并导致地表下陷，进而引发透水、坍塌、冒顶片帮等多种形式的灾害，往往造成大量的人员伤亡和财产损失。

2、伴随我国经济的高速发展，每年产生高达数十亿吨的工业及城市固体废弃物。其中，赤泥作为氧化铝产业废渣，年排放量接近1亿吨，利用率仅有4％，多数以堆存为主，不仅占用大量的土地，而且存在于赤泥中的强碱会向地下渗透，造成土壤碱化、地下水污染、大气污染等，综合利用没有根本突破，环境社会压力巨大。与此同时也蕴含了巨大的资源再利用的潜力。

3、生产传统硅酸盐水泥的原料具有不可再生、能耗高的弊端，因此采用赤泥替代水泥制备一种低成本、可持续的充填材料具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明为解决现有水泥能耗高，原料不可再生的技术缺陷，提供一种低成本、易操作的充填材料。

2、本发明的目的在于提供一种赤泥协同多源固体充填材料，其特征在于，所述充填材料包括赤泥、脱硫灰、水泥、十二烷基硫酸钠、芒硝、石膏、胶凝材料、矿粉、激活剂、激发剂、速凝剂、水和减水剂。

3、进一步，所述充填材料按重量份数比，包括赤泥50-60份、脱硫灰10-25份、水泥15-25份、十二烷基硫酸钠2-5份、芒硝2-5份、石膏2-5份、胶凝材料3-5份、矿粉5-6份、激活剂5-6份、激发剂2-3份、速凝剂5-8份、水35-45份和减水剂0.9-1.5份。

4、进一步，所述胶凝材料包括为水玻璃、砾石和粉煤灰的混合物。

5、进一步，所述胶凝材料按重量份数比，包括5-8份水玻璃、砾石5-8份和15-25份粉煤灰。

6、进一步，所述胶凝材料的制备方法，先将水玻璃和砾石混合均匀，然后加入粉煤灰，以转速为200转/分钟，室温条件下，搅拌10分钟，得到胶凝材料。可以有效提高胶凝材料的凝结性和胶凝活性。

7、进一步，所述激发剂为水玻璃和氢氧化钠的混合物。

8、进一步，所述激发剂按重量份数比，包括3-6份水玻璃和1-2份氢氧化钠。

9、进一步，所述速凝剂为二乙醇胺、链烷醇胺、羧酸、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和硫铝酸钙的混合物。

10、进一步，所述速凝剂按重量份数比，包括0.3-1份二乙醇胺、0.1-0.3份链烷醇胺、0.05-0.1份羧酸、0.3-0.5份聚丙烯酸、0.1-0.3份聚甲基丙烯酸、0.3-1份硫铝酸钙。

11、进一步，所述速凝剂的制备方法，先将二乙醇胺和链烷醇胺混合均匀，然后加入羧酸，以转速为150转/分钟，室温条件下，搅拌10分钟，再加入聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和硫铝酸钙，以转速为180转/分钟，室温条件下，搅拌15分钟，得到速凝剂。本申请中通过二乙醇胺、链烷醇胺、羧酸、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和硫铝酸钙复配使用得到的速凝剂，可以有效提高充填材料的凝结时间，使充填材料强度高，从而节约生产成本。在本发明中胶凝材料和速凝剂搭配使用可以有效提高工作效率降低生产成本。

12、本发明的另一个目的在于提供的一种赤泥协同多源固体充填材料的制备方法，具体步骤如下，

13、(1)赤泥的制备

14、1)将赤泥置于坩埚内；

15、2)将坩埚放入马弗炉内，在30-60分钟内将坩埚的温度升至400-1000℃，并在此温度下保温10-20h，然后在60-180分钟内将坩埚内的温度降至室温；

16、3)将降温后的赤泥置于球磨机中，以200-500转/分钟，粉磨10-15min，得到粒度为60目的赤泥粉，备用。

17、(2)赤泥协同多源固体充填材料的制备

18、1)在混合机内加入步骤(1)中得到的赤泥粉；

19、2)按重量份数比，在混合机内加入水泥、石膏、胶凝材料、矿粉，以200-500转/分钟，混合均匀，然后加入水、脱硫灰、激活剂、激发剂，以300-600转/分钟，混合30分钟，得到泥浆；

20、3)按重量份数比，在混合机内加入十二烷基硫酸钠、芒硝、速凝剂和减水剂，以200-400转/分钟，混合均匀，得到混合浆液，最后将混合浆液倒入模具中，干燥养护得到成品。

21、本发明的有益效果为：

22、本发明提供一种赤泥协同多源固体充填材料及制备方法，本发明中提供一种低成本、易操作的充填材料及制备方法。该方法将赤泥废渣在不同的温度下进行煅烧处理，冷却至室温后进行粉磨，随后过筛将筛得的赤泥粉体用于充填材料的制备，操作步骤简单，降低了能耗，也实现赤泥基充填材料的低成本批量制备。经过处理的赤泥，粒度较细增大了比表面积，加快了后期水化速度，促进凝胶类物质的生成。其制备方法简单，降低生产成本。

23、(1)本发明的材料所用的原材料都是工业废渣，最大程度的提高废弃资源再利用，降低了成本。

24、(2)固废化学组成虽各不相同，但其主要成分为sio2、cao、al2o3、fe2o3等，具有潜在胶凝活性和胶凝性，可以有效缩短充填材料的胶凝时间，降低生产成本。

25、(3)本发明提供一种赤泥协同多源固体充填材料，其流动性好，便于泵送；制作流程简单；凝结时间短，早期强度高。

26、(4)本发明提供一种赤泥协同多源固体充填材料相比于传统建筑材料碳排放量有所降低，是“生态文明”和社会“绿色发展、循环发展、低碳发展”的必然要求。

27、(5)本发明提供一种赤泥协同多源固体充填材料的制备工艺简单，容易操作，生产成本低，工作效率提高。

28、(6)本申请中通过水玻璃、砾石和粉煤灰搭配使用制备的胶凝材料，可以有效提高胶凝材料的凝结性和胶凝活性。通过二乙醇胺、链烷醇胺、羧酸、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和硫铝酸钙复配使用得到的速凝剂，可以有效提高充填材料的凝结时间，使充填材料强度高，从而节约生产成本。

29、(7)在本发明中胶凝材料和速凝剂搭配使用可以有效提高工作效率降低生产成本。它们都能与水发生化学反应，并且能在空气中或水中继续反应并胶结硬化，与混凝土用砂、石等骨料构成混凝土结构，成为了混凝土的最主要原材料。

技术特征：

1.一种赤泥协同多源固体充填材料，其特征在于，所述充填材料包括赤泥、脱硫灰、水泥、十二烷基硫酸钠、芒硝、石膏、胶凝材料、矿粉、激活剂、激发剂、速凝剂、水和减水剂。

2.根据权利要求1所述的一种赤泥协同多源固体充填材料，其特征在于：所述充填材料按重量份数比，包括赤泥50-60份、脱硫灰10-25、水泥15～25份、十二烷基硫酸钠2-5份、芒硝2-5份、石膏2-5份、胶凝材料3-5份、矿粉5-6份、激活剂5-6份、激发剂2～3份、速凝剂5-8份、水35-45份和减水剂0.9-1.5份。

3.根据权利要求1或2所述的一种赤泥协同多源固体充填材料，其特征在于：所述胶凝材料包括水玻璃、砾石和粉煤灰的混合物。

4.根据权利要求3所述的一种赤泥协同多源固体充填材料，其特征在于：所述胶凝材料按重量份数比，包括5-8份水玻璃、5-8份砾石和15-25份粉煤灰。

5.权利要求1或2所述的一种赤泥协同多源固体充填材料，其特征在于：所述激发剂为水玻璃和氢氧化钠的混合物。

6.根据权利要求5所述的一种利用赤泥协同多源固体废弃物制备的充填材料，其特征在于：所述激发剂按重量份数比，包括3-6份水玻璃和1-2份氢氧化钠。

7.根据权利要求1或2所述的一种赤泥协同多源固体充填材料，其特征在于：所述速凝剂为二乙醇胺、链烷醇胺、羧酸、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸和硫铝酸钙的混合物。

8.根据权利要求7所述的一种赤泥协同多源固体充填材料，其特征在于：所述速凝剂按重量份数比，包括0.3-1份二乙醇胺、0.1-0.3份链烷醇胺、0.05-0.1份羧酸、0.3-0.5份聚丙烯酸、0.1-0.3份聚甲基丙烯酸、0.3-1份硫铝酸钙。

9.根据权利要求1或2所述的一种赤泥协同多源固体充填材料的制备方法，其特征在于：具体步骤如下，

技术总结本发明涉及一种胶凝充填材料，具体的说是一种赤泥协同多源固体充填材料及制备方法，所述充填材料包括赤泥、脱硫灰、水泥、十二烷基硫酸钠、芒硝、石膏、胶凝材料、矿粉、激活剂、激发剂、速凝剂、水和减水剂，制备方法为：先制备赤泥，后制得泥浆，最后在泥浆中缓慢加入十二烷基硫酸钠、芒硝、速凝剂和减水剂，混合，制备成品；本发明提供一种赤泥协同多源固体充填材料，其流动性好，便于泵送；制作流程简单；凝结时间短，早期强度高，本发明提供一种赤泥协同多源固体充填材料的制备工艺简单，容易操作，生产成本低，工作效率提高。技术研发人员：谭文杰,张嘉芮,辛锐,邢宁宁,娄宇,马福坤,井敏受保护的技术使用者：山东建筑大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2