CN107663035B - 一种铝灰渣基地聚物胶凝材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝灰渣基地聚物胶凝材料，包括复配硅铝质粉料100份、水玻璃80‑150份、氢氧化钠10‑30份、水10‑50份，复配硅铝质粉料由活化铝灰渣原料100份、磷石膏1‑5份、稻壳灰1‑5份、硅灰5‑10份、偏高岭土10‑20份及矿渣10‑20份混合、研磨并过筛得到；活化铝灰渣原料由破碎、研磨、筛分和水洗后的铝灰渣100份加入氢氧化钠10‑50份和碳酸钠5‑20份后进行微波干燥并熔炼1‑2小时得到。本发明还公开了上述铝灰渣基地聚物胶凝材料的制备方法。本发明通过铝灰渣原材料的活化，提高了原材料中铝组分的可溶出性；配合材料的校正，使废弃原料在合适的碱性环境中激发生成配比适当的复合凝胶，最终材料具有较高的宏观强度。
Description
技术领域
本发明属于无机胶凝材料领域，尤其是涉及一种铝灰渣基地聚物胶凝材料及其制备方法。
背景技术
铝灰渣是金属铝生产、消费和再生环节中产生的一种工业废渣，其主要成分为氧化铝、氧化硅、氧化铁及少量其他氧化物。据统计，每生产1吨铝要产生20-50千克铝灰渣，在后续的加工消费环节仍要产生30-40千克铝灰渣。随着我国金属铝产能持续增长，大量的铝灰渣得不到充分地回收利用，造成堆积占用土地，还可能造成严重的水土污染。因此，寻求一种高效的铝灰渣再生利用方法迫在眉睫。
地聚物是一种新型的无机材料，它由具有活性的硅铝质材料在碱性环境下发生溶出、地聚合反应生成，基体由[S iO4]四面体和[A l O4]四面体聚合形成的三维空间网络结构组成，化学结构呈现非晶质至半晶质相，其抗压强度可以达到40-80MPa，耐火温度达到900-1100℃。与传统硅酸盐水泥相比，地聚物具有更为优异的热稳定性与耐腐蚀性能。同时，地聚物生产过程中的碳排放量和能耗分别是普通硅酸盐水泥的20％和40％，因此具有显著的低碳特性。
铝灰渣中含有大量的氧化铝组分，因此有可能被用于制造地聚物材料。但原始铝灰渣中的铝组分活性不高，制成的地聚物材料强度较低，无法最大化地发挥废弃原料的潜在价值。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种具有较高力学强度的铝灰渣基地聚物胶凝材料的制备方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种铝灰渣基地聚物胶凝材料，包括以下组分：复配硅铝质粉料100份、水玻璃80-150份、氢氧化钠10-30份、水10-50份，所述复配硅铝质粉料由活化铝灰渣原料100份、磷石膏1-5份、稻壳灰1-5份、硅灰5-10份、偏高岭土10-20份及矿渣10-20份混合、研磨并过筛得到；所述活化铝灰渣原料由破碎、研磨、筛分和水洗后的铝灰渣100份加入氢氧化钠10-50份和碳酸钠5-20份后进行微波干燥并熔炼1-2小时得到。
本发明还公开了一种铝灰渣基地聚物胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将铝灰渣进行破碎、研磨、筛分和水洗后得到原始浆料；
2)向原始浆料中加入氢氧化钠和碳酸钠得到混合液A，所述铝灰渣与氢氧化钠的质量比为1:0.1-0.5，所述铝灰渣与碳酸钠的质量比为1:0.05-0.2；
3)将混合液A搅拌、陈化6-8h后，采用微波设备进行干燥，干燥后继续活化10-30min，得到混合物B；
4)将混合物B在700-800℃下熔炼1-2小时，冷却后粉碎、研磨、过筛，得到活化铝灰渣原料；
5)将步骤4)中得到的活化铝灰渣原料、磷石膏、稻壳灰、硅灰、偏高岭土、矿渣，按1：0.01-0.05：0.01-0.05：0.05-0.1：0.1-0.2：0.1-0.2比例混合、研磨并过筛，得到复配硅铝质粉料；
6)将步骤5)中得到的复配硅铝质粉料与水玻璃、氢氧化钠、水按1：0.8-1.5：0.1-0.3：0.1-0.5比例混合、搅拌5-10分钟，得到铝灰渣基地聚物胶凝材料。。
进一步的，所述步骤3)中微波设备的输出功率为5W/g。
进一步的，所述述磷石膏硫酸钙含量大于80％，粒径为0.1-100微米。
进一步的，所述稻壳灰二氧化硅含量大于85％，有机质含量小于1％，粒径为0.1-100微米。
进一步的，所述硅灰二氧化硅含量大于85％，粒径为0.1-100微米；所述偏高岭土为750-850摄氏度煅烧，粒径为0.1-100微米；所述矿渣105级渣，粒径为0.1-100微米。
进一步的，所述水玻璃模数为1.0-2.2，固含量30-50％。
进一步的，所述步骤5)中氢氧化钠为分析纯，有效成分含量大于95％。
进一步的，所述步骤2)中氢氧化钠和碳酸钠均为化学纯，有效成分含量大于90％。
本发明的有益效果是：通过铝灰渣原材料的活化，提高了原材料中铝组分的可溶出性；配合磷石膏、稻壳灰、硅灰、偏高岭土、矿渣等材料的校正，使废弃原料在合适的碱性环境中激发生成配比适当的复合凝胶，最终材料具有较高的宏观强度。因此，本专利实现了铝灰渣废弃物的高效再生利用，具有经济和环境双重价值。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
1)将1000g铝灰渣进行破碎、研磨、筛分和水洗，得到原始浆料；
2)向原始浆料加入100g氢氧化钠和50g碳酸钠，混合搅拌得到混合液A；
3)所得混合液A搅拌、陈化6小时后采用5000W微波设备进行干燥，干燥后继续活化10分钟，得到混合物B。
4)混合物B在700℃下熔炼2小时，冷却后粉碎、研磨、过筛，得到活化铝灰渣原料。
5)将1000g活化铝灰渣、10g磷石膏、10g稻壳灰、50g硅灰、100g偏高岭土、100g矿渣混合、研磨并过筛，得到复配硅铝质粉料。
6)将1000g复配硅铝质粉料与800g水玻璃、300g氢氧化钠和500g水混合、搅拌5分钟，得到铝灰渣基地聚物胶凝材料a。
实施例2
1)将1000g铝灰渣进行破碎、研磨、筛分和水洗，得到原始浆料；
2)向原始浆料加入300g氢氧化钠和120g碳酸钠，混合搅拌得到混合液A；
3)所得混合液A搅拌、陈化7小时后采用5000W微波设备进行干燥，干燥后继续活化20分钟，得到混合物B。
4)混合物B在750℃下熔炼1.5小时，冷却后粉碎、研磨、过筛，得到活化铝灰渣原料。
5)将1000g活化铝灰渣、30g磷石膏、30g稻壳灰、80g硅灰、150g偏高岭土、150g矿渣混合、研磨并过筛，得到复配硅铝质粉料。
6)将1000g复配硅铝质粉料与1100g水玻璃、200g氢氧化钠和300g水混合、搅拌8分钟，得到铝灰渣基地聚物胶凝材料b。
实施例3
1)将1000g铝灰渣进行破碎、研磨、筛分和水洗，得到原始浆料；
2)向原始浆料加入500g氢氧化钠和200g碳酸钠，混合搅拌得到混合液A；
3)所得混合液A搅拌、陈化8小时后采用5000W微波设备进行干燥，干燥后继续活化30分钟，得到混合物B。
4)混合物B在800℃下熔炼2小时，冷却后粉碎、研磨、过筛，得到活化铝灰渣原料。
5)将1000g活化铝灰渣、50g磷石膏、50g稻壳灰、100g硅灰、200g偏高岭土、200g矿渣混合、研磨并过筛，得到复配硅铝质粉料。
6)将1000g复配硅铝质粉料与1500g水玻璃、100g氢氧化钠和100g水混合、搅拌10分钟，得到铝灰渣基地聚物胶凝材料c。
表1样品强度
| 样品 | 28天强度(MPa) |
| 未经活化铝灰渣直接激发 | 20 |
| 铝灰渣基地聚物胶凝材料a | 50 |
| 铝灰渣基地聚物胶凝材料b | 56 |
| 铝灰渣基地聚物胶凝材料c | 60 |
通过对铝灰渣原料的加工处理，显著提高了原料的碱激发活性，同时结合多种硅铝质材料的校正改性，使得最终得到的地聚物材料与直接利用铝灰渣激发得到的地聚物材料相比具有较高的力学性能，提高了铝灰渣的再生利用价值。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种铝灰渣基地聚物胶凝材料，其特征在于包括以下组分：复配硅铝质粉料100份、水玻璃80-150份、氢氧化钠10-30份、水10-50份，所述复配硅铝质粉料由活化铝灰渣原料100份、磷石膏1-5份、稻壳灰1-5份、硅灰5-10份、偏高岭土10-20份及矿渣10-20份混合、研磨并过筛得到；所述活化铝灰渣原料的制备步骤包括，1）将铝灰渣进行破碎、研磨、筛分和水洗后得到原始浆料；2）向原始浆料中加入氢氧化钠和碳酸钠得到混合液A，所述铝灰渣与氢氧化钠的质量比为1:0.1-0.5，所述铝灰渣与碳酸钠的质量比为1:0.05-0.2；3）将混合液A搅拌、陈化6-8h后，采用微波设备进行干燥，干燥后继续活化10-30min，得到混合物B；4）将混合物B在700-800℃下熔炼1-2小时，冷却后粉碎、研磨、过筛，得到活化铝灰渣原料。
2.一种铝灰渣基地聚物胶凝材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将铝灰渣进行破碎、研磨、筛分和水洗后得到原始浆料；
2）向原始浆料中加入氢氧化钠和碳酸钠得到混合液A，所述铝灰渣与氢氧化钠的质量比为1:0.1-0.5，所述铝灰渣与碳酸钠的质量比为1:0.05-0.2；
3）将混合液A搅拌、陈化6-8h后，采用微波设备进行干燥，干燥后继续活化10-30min，得到混合物B；
4）将混合物B在700-800℃下熔炼1-2小时，冷却后粉碎、研磨、过筛，得到活化铝灰渣原料；
5）将步骤4）中得到的活化铝灰渣原料、磷石膏、稻壳灰、硅灰、偏高岭土、矿渣，按1：0.01-0.05： 0.01-0.05： 0.05-0.1： 0.1-0.2： 0.1-0.2比例混合、研磨并过筛，得到复配硅铝质粉料；
6）将步骤5）中得到的复配硅铝质粉料与水玻璃、氢氧化钠、水按1： 0.8-1.5： 0.1-0.3： 0.1-0.5比例混合、搅拌5-10分钟，得到铝灰渣基地聚物胶凝材料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中微波设备的输出功率为5W/g。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述磷石膏硫酸钙含量大于80%，粒径为0.1-100微米。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述稻壳灰二氧化硅含量大于85%，有机质含量小于1%，粒径为0.1-100微米。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述硅灰二氧化硅含量大于85%，粒径为0.1-100微米；所述偏高岭土为750-850摄氏度煅烧，粒径为0.1-100微米；所述矿渣105级渣，粒径为0.1-100微米。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述水玻璃模数为1.0-2.2，固含量30-50%。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤5）中氢氧化钠为分析纯，有效成分含量大于95%。
9.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤2）中氢氧化钠和碳酸钠均为化学纯，有效成分含量大于90%。
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