一种拜耳法赤泥基高强胶凝材料及制备方法

本发明涉及一种拜耳法赤泥基高强胶凝材料的制备，属于水泥生产领域，主要应用于海洋工程，也涉及建筑材料领域。

背景技术：

1、中国是氧化铝生产大国，赤泥年排放量超过1.0亿吨，利用率仅为9.8%，主要原因是赤泥具有一定的放射性，且成分波动大、碱含量高，而赤泥碱含量高的问题是影响赤泥综合利用的关键因素。赤泥中的碱少部分以碳酸钠或氧化钠形式存在，大多以钠（钾）铝硅酸盐化合碱的形式存在，这种化合碱难以电离出oh-，对胶凝体系的激发不足，后期容易出现泛碱现象，导致其在建材行业难以应用。

2、通过脱碱这一工序，将赤泥中的化合碱转换成可溶解的游离碱，虽脱碱液浓度较低，难以满足碱激发的需求，但对矿渣一类活性掺合料能起到很好的断键作用。并可将脱碱余热和湿磨工艺结合，加速激发效果。脱碱还能从分子层面上优化赤泥结构，将赤泥中的n-a-s-h转变为c-a-s-h，对赤泥基胶凝材料强度的发展有利，同时能大大减少赤泥基胶凝材料泛碱的现象。因此，将脱碱这一工序融入到赤泥基材料的制备是一种促进赤泥的资源化利用的新途径。

技术实现思路

1、针对现有技术的需求，本发明提供一种赤泥基高强度胶凝材料及制备方法，能够有效利用赤泥、高硫固废等固废，并将赤泥脱碱液作为激发剂，达到以废治废的效果，制备出的胶凝材料力学性能好，依据水泥胶砂测试方法gb/t 17671-2020对胶凝材料进行强度测试，其28天抗压强度≥55.0mpa，抗折强度≥8.0 mpa，抗硫酸盐侵蚀系数≥1.0，收缩率＜0.01%。该胶凝材料具有强度高、抗硫酸盐侵蚀性能好、收缩率低、水化热低等优点

2、为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

3、一种制备高强度胶凝材料的方法，按照重量份计，包括如下原料组成：脱碱赤泥50～140份、高硫固废50～140份、矿渣 220～320份、脱碱液220～230份（roh浓度为0.25～0.75mol/l）。

4、作为优选实施方案，所述高性能胶凝材料的制备，按重量份数计，包括如下原料组成：

5、脱碱赤泥 50～90份；

6、高硫固废 80～120份；

7、矿渣 240～320份；

8、脱碱液（roh浓度为0.25～0.75mol/l）225份；

9、作为优选实施方案，所述高硫固废中so3含量应超过40%，过100目方孔筛，且筛余小于5%。

10、作为优选实施方案，所述矿渣中cao含量超过40%、sio2含量超过30%，过100目方孔筛，且筛余小于5%。

11、作为优选实施方案，脱碱赤泥及脱碱液通过以下方法获得： 1）将0～16份脱碱剂（含cao或ca(oh)2超过90%）倒入装有220～230份水的容器中，搅拌至脱碱剂不再溶解；2）向溶液中加入40～80份原赤泥，继续搅拌至充分混匀；3）将容器密封，阻止co2进入和减少水分蒸发；4）在90～160℃下恒温持续搅拌2～6h，直至脱碱反应完成。

12、作为优选实施方案，通过脱碱工艺中脱碱剂用量及用水量的调节，控制脱碱液的roh浓度保持在0.25～0.75mol/l，脱碱液所占份数应在225份左右。

13、作为优选实施方案，所述湿球磨浆料的液-固比应在0.9～1.2之间，并保证湿磨时间≥60min

14、一种高性能胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

15、1）预先设计脱碱时原赤泥及水的用量，在脱碱时控制用水量在220～230份左右，赤泥在40～80份，脱碱剂0～16份，脱碱过程中应保持密封，确保脱碱后脱碱液在225份左右，脱碱赤泥在50～90份；2）将步骤1）脱碱赤泥和脱碱液的混合物快速加入湿球磨机中，再加入适量矿渣（未磨），充分利用脱碱余热，在密封条件下保持液-固比为0.9～1.2，湿磨时间为60～120min，制成湿法浆料；3）将步骤2）中所制湿法浆料与高硫固废微粉、矿渣微粉充分混合均匀，得到赤泥基高强胶凝材料。

16、相对于现有技术，本发明制备的高强度胶凝材料具有以下有益效果：

17、（1）现有研究中，胶凝材料中引入赤泥是希望赤泥中的碱能参与到胶凝体系的激发，但实际上赤泥中的碱大多以化合碱形式存在，难以作为激发碱源，加之赤泥本身活性较低，所以在实际生产应用中赤泥的利用率不高。申请人先通过赤泥脱碱这一步骤，将赤泥中的na、k型化合碱转变为roh游离碱。而roh对胶凝体系具有强激发效果，能有效激发固体掺合料的反应活性。

18、（2）赤泥脱碱液的oh-浓度大多为0.2mol～1mol/l，这取决于脱碱条件及赤泥本身的na+、k+含量，在实际生产中可以通过调节脱碱条件调控脱碱液的浓度，以达到不同程度的激发效果及产品性能。

19、（3）脱碱会使得赤泥中矿物的内部结构发生变化，由n-a-s-h转变为c-a-s-h，根据现有研究，高钙质赤泥制备的胶凝材料，其力学性均优于高钠质赤泥，且赤泥脱碱时还能使粒径尺寸进一步均化，在胶凝体系中的填充效更加突出，见附图。

20、（4）利用脱碱赤泥余热及脱碱赤泥低活性的特点，将脱碱浆液与矿渣湿磨，利用脱碱液中的roh作为湿磨激发剂，脱碱赤泥作为助磨剂，加速矿渣玻璃体中碱的断裂，进一步促进al-o健和si-o碱的断裂，促进离子溶出，加速胶凝体系中离子的聚合。

21、（5）相较于现有大多的赤泥碱激发材料，本胶凝材料不使用naoh和na2sio3的混合液，而是使用脱碱液作为激发碱源，在环境污染和成本控制上占据优势。

22、（6）不同于现有大多数碱激发，利用高浓度碱进行激发，虽早期强度很高，但后期强度几乎不增长，甚至出现倒缩现象。相较于高浓度碱激发的水化产物，本专利的水化产物主要由aft和低钙硅比c-s-h组成，较好的解决了碱激发胶凝材料后期强度增长缓慢或倒缩的问题。申请人综合考虑赤泥脱碱液浓度优势及aft形成规律，选择矿渣-高硫固废作为胶凝材料主体。矿渣玻璃体的碱溶解浓度较低，碱液能更好的促进矿渣中ca2+、al3+、si4+等离子的溶出，结合高硫固废中的so42-，在早期就能达到较高的强度，同时保证后期强度的增长。

技术特征：

1.一种拜耳法赤泥基高强胶凝材料，其特征在于，胶凝材料按质量份数计包括：脱碱赤泥50～140份、高硫固废50～140份、矿渣 220～320份、220～230份，其中脱碱液中的roh浓度为0.25～0.75mol/l。

2.权利要求1所述的一种拜耳法赤泥基高强胶凝材料，其特征在于，所述脱碱赤泥及脱碱液是由拜耳法赤泥经过一定的脱碱工艺所得，脱碱后的固体为脱碱赤泥，上层液体为脱碱液，所得脱碱液中roh浓度应在0.25～0.75mol/l之间。

3.权利要求2所述的一种拜耳法赤泥基高强胶凝材料，其特征在于，所述脱碱工艺如下：1）将0～20份含cao或ca(oh)2超过90%的脱碱剂倒入装有200～250份水的容器中，搅拌至脱碱剂不再溶解；2）向上述容器中加入40～80份原赤泥，搅拌至充分混匀；3）将容器密封，阻止co2进入及水分蒸发；4）在90～160℃下恒温持续搅拌2～6h，直至脱碱反应完成。

4.权利要求1所述的一种拜耳法赤泥基高强胶凝材料，其特征在于，所述高硫固废包括磷石膏、脱硫石膏、钛石膏及氟石膏中的一种或多种。

5.权利要求1所述一种拜耳法赤泥基高强胶凝材料的制备方法，其特征包括以下几个步骤：1）

6.权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述矿渣微粉得制备为将矿渣球磨后过100目方孔筛，且筛余小于5%。

7.权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述高硫固废微粉的制备为将高硫固废球磨后过100目方孔筛，且筛余小于5%。

8.权利要求1～4所述的赤泥基高强度胶凝材料，其特征在于，所述高强胶凝材料的28天抗压强度≥55.0mpa，抗折强度≥8.0mpa，抗硫酸盐侵蚀系数≥1.0，收缩率＜0.01%。

技术总结本发明涉及一种拜耳法赤泥基高强胶凝材料的制备，属于建筑材料领域。其特征在于利用拜耳法赤泥原位脱碱后的脱碱赤泥和脱碱液为主要组分，加入高硫固废和矿渣，通过湿法球磨制备而成。主要包括以下步骤：将赤泥浆料泵入脱碱池，加入脱碱剂，保持一定液‑固比，充分混匀后在一定温度下连续搅拌至脱碱结束，将脱碱后浆料与部分矿渣混合湿磨后再与干磨至一定细度的矿渣粉、高硫固废粉充分搅拌均匀得到赤泥基高强胶凝材料。本专利制备的胶凝材料28天抗压强度≥55.0MPa，抗折强度≥8.0 MPa，抗硫酸盐侵蚀系数≥1.0，收缩率＜0.01%。该胶凝材料具有强度高、抗硫酸盐侵蚀性能好、收缩率低等优点，尤其适用于海洋工程建设。技术研发人员：赵艳荣,李长春,闫循乔,葛传奇,林晓园,覃有全,关启钲,何深贤受保护的技术使用者：桂林理工大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20