本发明涉及工业废渣改性领域，具体涉及一种提高赤泥利用率的改性剂及方法。
背景技术：
赤泥是氧化铝生产过程中排放的固体废渣，每生产1t氧化铝约产1.0～1.3t赤泥；按照氧化铝生产方法的不同，分为烧结法、拜耳法和混联法赤泥。据不完全估计，我国每年排放赤泥数亿吨，赤泥累计堆存量高达数千万吨。由于赤泥结合的化学键难以脱除，且含量大，又含有氟、铝及其他多种杂质，因此，对于赤泥的无害化利用一直难以进行，现有赤泥的应用主要以筑坝湿法堆存为主，其利用率仅为1％左右。随着铝工业的发展和铝矿石品位的降低，赤泥排放量将越来越大，由于赤泥中含有大量的强碱性化学物质，稀释10倍后，其ph值仍为11.25～11.50，极高的ph值决定了赤泥对生物和金属、硅质材料的强烈腐蚀性；高碱度的污水渗入地下或进入地表水，会造成更为严重的水污染。所以，大量的赤泥堆存不但需要一定的基建费用，而且占用大量土地，造成大量的环境污染，其所产生的环境问题已成为企业可持续发展的重大制约因素。但是由于赤泥中含有各种有害成分，其利用率较低。
技术实现要素：
本发明根据现有技术的不足提供一种提高赤泥利用率的改性剂及方法，本发明中改性添加剂可以针对赤泥进行改性，其改性后的废料矿渣可以直接用来铺设道路基层，或作为建筑材料使用，能够代替水泥作为一种新型材料，且利用率高。
本发明提供的技术方案：所述一种提高赤泥利用率的改性剂，其特征在于：所述改性剂是由a、b、c三个组份按照质量百比5-15:0.3-0.8:3-10的比例配制而成；
其中，所述a组分为普通硅酸盐水泥；所述b组分是由以下重量份的物质组成：金属阳离子螯合物1-3份、纳米氧化锆0.01-0.03份、乙二胺0.2-1份、氧化喹啉0.1-0.5份、硫酸锰1-5份、葡萄糖0.3-0、8份、水80-100份；
所述c组分是由以下重量份的物质组成：乳胶1-5份、稳定剂0.2-0.5份、调节剂1-3份、硅胶1-5份、聚乙醇0-2份、氟硅酸钠0-5份、缓凝剂0-4份。
本发明较优的技术方案：所述b组分中的金属阳离子螯合物是由钙离子或镁离子与螯合剂选用乙二胺四乙酸(edta)、氨基三乙酸(nta)任意一种螯合而成。
本发明较优的技术方案：所述c组分中的缓凝剂为硼砂、磷酸钠、氟化钠、硝酸钙的一种或几种。
本发明较优的技术方案：所述c组分中的调节剂为氯化钙；所述稳定剂为氯化钡。
本发明提供的一种提高赤泥利用率的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)配制改性剂的b组分，将1-3重量份的金属阳离子螯合物、0.01-0.03重量份的纳米氧化锆、0.2-1重量份的乙二胺、0.1-0.5重量份的氧化喹啉、1-5重量份的硫酸锰、0.3-0、8重量份的葡萄糖依次加入80-100重量份的水中，并在常温下搅拌均匀；所述金属阳离子螯合物是由钙离子或镁离子与螯合剂选用乙二胺四乙酸(edta)、氨基三乙酸(nta)任意一种螯合而成；
(2)配制改性剂的c组分，将1-5重量份的乳胶、0.2-0.5重量份的稳定剂、1-3重量份的调节剂、1-5重量份的硅胶、0-2重量份的聚乙醇、0-5重量份的氟硅酸钠、0-4重量份的缓凝剂混合均匀后静置5-10分钟，得到b组分；
(3)将赤泥的含水量调整到22-27％，然后向赤泥中添加改性剂，其改性剂的添加量为赤泥重量的11-18％；所述改性剂是由a组分水泥、步骤(1)中配制的b组分、步骤(2)中配制的c组分按照质量比5-15:0.3-0.8:3-10的比例组成；其具体添加过程是将含水量为22-27％的赤泥，并通过粉碎或研磨成粒径为200-300目的粉末料，然后依次向粉末赤泥中加入称取好的a组分水泥、步骤(1)中配制的b组分和步骤(2)中配制的c组分，并将干料搅拌均匀；
(4)将步骤(3)中搅拌均匀的干混料陈化2-5个小时，然后将其通过粉碎机粉碎形成120目以上的干粉料，并将其直接作为路基层材料或建筑材料使用。
本发明较优的技术方案：所述步骤(3)中拜耳法赤泥的含水量是通过压滤装置在压滤过程中直接调节或将堆放储存的表层赤泥与新鲜赤泥搅拌得到。
本发明较优的技术方案：所述步骤(2)中c组分的缓凝剂为硼砂、磷酸钠、氟化钠、硝酸钙的一种或几种；所述调节剂为氯化钙，或矿渣微粉，或氯化钙和矿渣微粉按照重量比3-4:0.5-1的比例混合而成的复合粉末；所述稳定剂为氯化钡。
本发明较优的技术方案：所述赤泥为拜耳法赤泥或烧结法赤泥的利用率达到80％以上
本发明中改性剂包括a组分水泥、b组分固化剂和c组分其它外添加剂，其中水泥可以在固化剂的作用下发生缺水反应，改变正常形成的路径，利用固化剂有效的激活成分减少硅酸二钙形成疏松晶体的大量形成，使硅酸三钙迅速聚晶形成网状结构晶体，硅酸三钙晶体的强度虽然没有硅酸二钙晶体的强度大，但是其耐水侵蚀性高；而且硅酸三钙聚晶有序排列，其间隙容易被小分子填充，在加入赤泥粉末中，可以使赤泥中大量的单晶或片晶类小分子进入水泥反应生成的硅酸三钙晶体间隙中，由于赤泥中的单晶或片晶类小分子的化学稳定性高，从而增加了整个改性材料的强度，使改性材料既能达到水稳性要求，也能达到水硬性要求；c组分中的各种添加剂主要是辅助改性，稳定反应、增加改性材料的强度，调节剂如氯化钙，容易渗透到赤泥中，强化赤泥的凝结性，促凝加固赤泥，进一步促进凝结速，提高赤泥的早期强度。
本发明固化剂中的阳离子螯合物是由金属阳离子与螯合剂螯合而成，可以促使水泥中的硅酸三钙聚晶形成；纳米氧化物可以使阴离子螯合剂从聚晶材料中解脱出来，再次聚晶；交联剂的主要作用是加快硅酸三钙的结晶；氧化奎宁可以使整个缺水情况的反应更加稳定，网络很多水分子，形成水膜，保证晶体反应有足够的时间和空间；高价金属盐主要是阻止硅酸三钙在段时间内向硅酸二钙转变；葡萄糖的作用保证水分能够有序稳定的供应给反应应用，保证反应的顺利进行。
本发明的有益效果：
(1)本发明中的改性剂是直接与赤泥粉末现场干拌后直接使用，在使用过程中不需要另外加水，整个改性过程处于缺水反应，与现有水泥反应路径完全不同，在进行施工时，直接采用干粉压制，简化了施工过程，降低了施工成本；
(2)本发明中的赤泥经过改性之后其强度大大增加，可以用来作为路基层或者作为建筑材料，其强度能够达到水泥混凝土的强度，不仅水稳效果好，还能够保证其水硬性要求，对水具有很强的抵御能力；
(3)经过本发明中改性添加剂改性后的赤泥可以直接应用，其利用率超过了85％，变废为宝，解决了现有赤泥大量堆放占用空间，且污染环境的问题；
(4)本发明中改性添加剂还可以有效固化主赤泥中的有害成分，不需要不需要对废料进行任何特殊处理，直接对其水分调整后进行利用，而且水分调整可以采用常规的方式进行调整，不需要单独的设备，整个工艺简单。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
本发明提供的一种提高赤泥利用率的改性剂，由a、b、c三个组份按照质量百比5-15:0.3-0.8:3-10的比例配制而成；
其中，所述a组分为普通硅酸盐水泥；所述b组分是由以下重量份的物质组成：金属阳离子螯合物1-3份、纳米氧化锆0.01-0.03份、乙二胺0.2-1份、氧化喹啉0.1-0.5份、硫酸锰1-5份、葡萄糖0.3-0、8份、水80-100份；所述金属阳离子螯合物是由钙离子或镁离子与螯合剂选用乙二胺四乙酸(edta)、氨基三乙酸(nta)任意一种螯合而成；
所述c组分是由以下重量份的物质组成：乳胶1-5份、氯化钡0.2-0.5份、调节剂1-3份、硅胶1-5份、聚乙醇0-2份、氟硅酸钠0-5份、缓凝剂0-4份，所述调节剂为氯化钙，或矿渣微粉，或氯化钙和矿渣微粉按照重量比3-4:0.5-1的比例混合而成的复合粉末；所述缓凝剂为硼砂、磷酸钠、氟化钠、硝酸钙的一种或几种；
下面结合实施例对本发明作进一步说明。以下实施中的赤泥选用拜耳法赤泥或烧结法赤泥，赤泥本身具有保水性，赤泥在生产出来是其水分含量为33-37％，在使用之前，可以通过压滤装置在压滤过程中直接将其水分调整为22-27％；或者将赤泥堆放一段时间，然后将取表层较干的赤泥与新鲜的赤泥进行搅拌，并在搅拌过程中监控其水分，将其水分调整至22-27％，然后将其压碎后研磨至粒径为200-300目的粉末状；
实施例1，一种提高赤泥利用率的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)配制改性剂的b组分，将2重量份的金属阳离子螯合物、0.02重量份的纳米氧化锆、0.5重量份的乙二胺、0.3重量份的氧化喹啉、4重量份的硫酸锰、0.5重量份的葡萄糖依次加入92.68重量份的水中，并在常温下搅拌均匀；所述金属阳离子螯合物是由钙离子与乙二胺四乙酸(edta)螯合而成的钙离子螯合物；
(2)配制改性剂的c组分，将3重量份的乳胶、0.5重量份的氯化钡、2重量份的氯化钙、4重量份的硅胶、1重量份的聚乙醇、2重量份的氟硅酸钠、2重量份的磷酸钠混合均匀后静置5-10分钟，得到c组分；
(3)按照赤泥重量的的13％称取改性剂；所述改性剂是由a组分普通硅酸盐水泥、步骤(1)中配制的b组分、步骤(2)中配制的c组分按照质量比10:0.5:5的比例组成；其具体添加过程是将含水量为22-27％的赤泥，并通过粉碎或研磨成粒径为200-300目的粉末料，然后依次向粉末赤泥中加入称取好的a组分水泥、步骤(1)中配制的b组分和步骤(2)中配制的c组分，并将干料搅拌均匀；
(4)将步骤(3)中搅拌均匀的干混料陈化2-5个小时，然后将其通过粉碎机粉碎形成120目以上的干粉料，并将其直接作为路基层材料或建筑材料使用。
实施例1中的赤泥利用率为87％以上。
实施例2，一种提高赤泥利用率的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)配制改性剂的b组分，将3重量份的金属阳离子螯合物、0.03重量份的纳米氧化锆、0.5重量份的乙二胺、0.3重量份的氧化喹啉、4重量份的硫酸锰、0.5重量份的葡萄糖依次加入91.67重量份的水中，并在常温下搅拌均匀；所述金属阳离子螯合物是由钙离子与乙二胺四乙酸(edta)螯合而成的钙离子螯合物；
(2)配制改性剂的c组分，将3重量份的乳胶、0.5重量份的氯化钡、2重量份的氯化钙、4重量份的硅胶、1重量份的聚乙醇、2重量份的氟硅酸钠、2重量份的磷酸钠混合均匀后静置5-10分钟，得到c组分；
(3)按照赤泥重量的的11％称取改性剂；所述改性剂是由a组分普通硅酸盐水泥、步骤(1)中配制的b组分、步骤(2)中配制的c组分按照质量比15:0.8:5的比例组成；其具体添加过程是将含水量为22-27％的赤泥，并通过粉碎或研磨成粒径为200-300目的粉末料，然后依次向粉末赤泥中加入称取好的a组分水泥、步骤(1)中配制的b组分和步骤(2)中配制的c组分，并将干料搅拌均匀；
(4)将步骤(3)中搅拌均匀的干混料陈化2-5个小时，然后将其通过粉碎机粉碎形成120目以上的干粉料，并将其直接作为路基层材料或建筑材料使用。
实施例2中赤泥的利用率达到89％以上；
实施例3，一种提高赤泥利用率的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)配制改性剂的b组分，将3重量份的金属阳离子螯合物、0.01重量份的纳米氧化锆、0.8重量份的乙二胺、0.2重量份的氧化喹啉、5重量份的硫酸锰、0.8重量份的葡萄糖依次加入90.19重量份的水中，并在常温下搅拌均匀；所述金属阳离子螯合物是由钙离子与氨基三乙酸(nta)螯合而成的钙离子螯合物；
(2)配制改性剂的c组分，将5重量份的乳胶、0.3重量份的氯化钡、3重量份的调节剂、3重量份的硅胶和3重量份的氟硅酸钠混合均匀后静置5-10分钟，得到c组分；所述调节剂为氯化钙和矿渣微粉按照重量比3:0.8的比例复配而成；
(3)按照赤泥重量的的15％称取改性剂；所述改性剂是由a组分普通硅酸盐水泥、步骤(1)中配制的b组分、步骤(2)中配制的c组分按照质量比12:0.5:8的比例组成；其具体添加过程是将含水量为22-27％的赤泥，并通过粉碎或研磨成粒径为200-300目的粉末料，然后依次向粉末赤泥中加入称取好的a组分水泥、步骤(1)中配制的b组分和步骤(2)中配制的c组分，并将干料搅拌均匀；
(4)将步骤(3)中搅拌均匀的干混料陈化2-5个小时，然后将其通过粉碎机粉碎形成120目以上的干粉料，并将其直接作为路基层材料或建筑材料使用。
实施例3中的赤泥的利用率为85％以上。
实施例4，一种提高赤泥利用率的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)配制改性剂的b组分，将1重量份的金属阳离子螯合物、0.03重量份的纳米氧化锆、1重量份的乙二胺、0.5重量份的氧化喹啉、5重量份的硫酸锰、0.6重量份的葡萄糖依次加入91.87重量份的水中，并在常温下搅拌均匀；所述金属阳离子螯合物是由钙离子与氨基三乙酸(nta)螯合而成的钙离子螯合物；
(2)配制改性剂的c组分，将3重量份的乳胶、0.2重量份的氯化钡、2重量份的矿渣微粉、3重量份的硅胶、1重量份聚乙醇、2重量份氟硅酸钠和3重量份的氟硅酸钠混合均匀后静置5-10分钟，得到c组分；
(3)按照赤泥重量的的16％称取改性剂；所述改性剂是由a组分普通硅酸盐水泥、步骤(1)中配制的b组分、步骤(2)中配制的c组分按照质量比6:0.3:5的比例组成；其具体添加过程是将含水量为22-27％的赤泥，并通过粉碎或研磨成粒径为200-300目的粉末料，然后依次向粉末赤泥中加入称取好的a组分水泥、步骤(1)中配制的b组分和步骤(2)中配制的c组分，并将干料搅拌均匀；
(4)将步骤(3)中搅拌均匀的干混料陈化2-5个小时，然后将其通过粉碎机粉碎形成120目以上的干粉料，并将其直接作为路基层材料或建筑材料使用。
实施例4中赤泥的利用率达到了84％以上。
实施例5，一种提高赤泥利用率的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)配制改性剂的b组分，将2.5重量份的金属阳离子螯合物、0.02重量份的纳米氧化锆、1重量份的乙二胺、0.4重量份的氧化喹啉、4重量份的硫酸锰、0.8重量份的葡萄糖依次加入91.28重量份的水中，并在常温下搅拌均匀；所述金属阳离子螯合物是由镁离子与乙二胺四乙酸(edta)螯合而成的镁离子螯合物；
(2)配制改性剂的c组分，将3重量份的乳胶、0.2重量份的氯化钡、2重量份的矿渣微粉、3重量份的硅胶、2重量份氟硅酸钠和2重量份的氟硅酸钠混合均匀后静置5-10分钟，得到c组分；
(3)按照赤泥重量的的13％称取改性剂；所述改性剂是由a组分普通硅酸盐水泥、步骤(1)中配制的b组分、步骤(2)中配制的c组分按照质量比5:0.3:10的比例组成；其具体添加过程是将含水量为22-27％的赤泥，并通过粉碎或研磨成粒径为200-300目的粉末料，然后依次向粉末赤泥中加入称取好的a组分水泥、步骤(1)中配制的b组分和步骤(2)中配制的c组分，并将干料搅拌均匀；
(4)将步骤(3)中搅拌均匀的干混料陈化2-5个小时，然后将其通过粉碎机粉碎形成120目以上的干粉料，并将其直接作为路基层材料或建筑材料使用。
实施例5中的赤泥利用率达到87％以上。
实施例6，一种提高赤泥利用率的方法，其特征在于具体步骤如下：
(1)配制改性剂的b组分，将3重量份的金属阳离子螯合物、0.03重量份的纳米氧化锆、0.5重量份的乙二胺、0.3重量份的氧化喹啉、3重量份的硫酸锰、0.5重量份的葡萄糖依次加入92.67重量份的水中，并在常温下搅拌均匀；所述金属阳离子螯合物是由镁离子与氨基三乙酸(nta)螯合而成镁离子螯合物；
(3)按照赤泥重量的的14％称取改性剂；所述改性剂是由a组分普通硅酸盐水泥、步骤(1)中配制的b组分、步骤(2)中配制的c组分按照质量比8:0.4:7的比例组成；其具体添加过程是将含水量为22-27％的赤泥，并通过粉碎或研磨成粒径为200-300目的粉末料，然后依次向粉末赤泥中加入称取好的a组分水泥、步骤(1)中配制的b组分和步骤(2)中配制的c组分，并将干料搅拌均匀；
(4)将步骤(3)中搅拌均匀的干混料陈化2-5个小时，然后将其通过粉碎机粉碎形成120目以上的干粉料，并将其直接作为路基层材料或建筑材料使用。
实施例6中的赤泥的利用率为86％。
下面针对实施例1-6中制备的混凝土材料进行抗压和水硬性测试，其测试结果如下：
通过上述实施例可以看出本发明大大提高了赤泥的利用率，其利用率达到80％以上，并且改性后的赤泥可以直接作为道路路基层达到了常规水泥混凝土的强度要求，并且满足了水硬性测试要求。