一种赤泥固化剂及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种赤泥固化剂及其应用，属于赤泥综合利用【技术领域】。本发明包括：20-90份矿渣粉、1-50份粉煤灰、1-30份泥沙、5-15份含钠、钾、钙、镁元素的催化激发剂和0.1-10份晶须纤维。粉煤灰和泥沙可较好的调节赤泥的硅铝元素比例和液塑限指数，增加工程体的强度性能指标和工程易用性。晶须纤维增加了制成品的抗折能力和抗裂性能。另外，本发明的赤泥固化剂为粉状固体，工程使用方便，只需要根据不同工程性能的要求，按比例添加搅拌即可。本发明的赤泥固化剂经过合理配比后可使赤泥为主要成分的固化体有较高的强度性能，完全可满足建筑免烧砖、道路基层、面层等工程指标的要求，实现大量消耗赤泥的目标。
【专利说明】一种赤泥固化剂及其应用
【技术领域】
[0001]本发明涉及赤泥综合利用【技术领域】，特别涉及一种赤泥固化剂及其应用。
【背景技术】
[0002]赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的含碱固体废物，每生产一吨氧化铝大约产生赤泥0.8^1.8吨，我国是氧化铝生产大国，2013年生产氧化铝约4375万吨，占世界总产量的45.9%，产生的赤泥近5000万吨。目前我国赤泥的综合利用率仅为4%左右，造成赤泥大量堆存，2009年的统计堆存量约2亿吨，预计2015年赤泥累计堆存量将达到4亿吨，赤泥的大量堆存即占用土地资源，又容易造成环境污染及安全隐患。
[0003]目前，氧化铝赤泥大量综合利用仍属世界性难题，国际上对赤泥主要采用堆存覆土的处置方式。随着环保要求的提高，我国的赤泥综合利用工作近年来得到各方面的高度重视。为了推进赤泥综合利用工作，国家工业和信息化部，科学技术部联合印发《赤泥综合利用指导意见》(工信部联节
[2010] 401号)，《赤泥综合利用指导意见》中指出开发大量消纳强碱性赤泥的具有产业竞争力的应用技术是综合利用赤泥的关键，是解决赤泥堆存造成环境污染和安全隐患的治本之策，也是我国氧化铝工业可持续发展的必由之路。同时《赤泥综合利用指导意见》也指明了赤泥综合利用技术开发方向，如:赤泥提取有价金属、路基固结材料、建筑用砖、矿山胶结填充料、配料生产水泥、化学结合陶瓷复合材料、环保材料等。
[0004]专利201310252096中描述了一种使用水玻璃、活性引发剂和微硅粉与赤泥制作免烧砖，但是其需要蒸压釜蒸养，耗费较高品位能源。专利CN200910162876中描述了一种道路基层和水稳层的做法:其主要原料为低温陶瓷固化剂、赤泥和骨料，其赤泥掺加量只有2?10%，赤泥的利用量较低。
【发明内容】
[0005]为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种赤泥固化剂及其应用。
[0006]本发明所采取的技术方案是:
一种赤泥固化剂，按照重量份数计，包括:20-90份矿渣粉、1-50份粉煤灰、1-30份泥沙、5-15份含钠、钾、钙、镁元素的催化激发剂和0.1-10份晶须纤维。将以上各原料均匀混合并干燥包装得赤泥固化剂产品。
[0007]优选的，所述矿渣粉的比表面积不小于400 Itl2 /kg.
[0008]优选的，所述泥沙的粒径不大于lOOum，所述泥沙的SOum筛余不大于30%。
[0009]进一步的，所述催化激发剂由钠、钾、钙、镁的氧化物和/或钠、钾、钙、镁的盐类化合物经粉碎复配而成；所述催化激发剂中含钠元素的组分、含钾元素的组分、含钙元素的组分和含镁元素的组分的重量分数分别为2-75%、0.5-20%、1-55%、0.5-30%?
[0010]进一步的，所述晶须纤维为碳酸钙或硫酸钙晶须纤维。
[0011]优选的，按照重量份数计，包括:40-60份矿渣粉、20-30份粉煤灰、10_20份泥沙、8-12份含钠、钾、钙、镁元素的催化激发剂和1-5份晶须纤维。
[0012]所述的赤泥固化剂作为实心砖材料的固化剂的应用。
[0013]使用所述的赤泥固化剂固化赤泥制备实心砖的方法，包括以下步骤:1)按照重量份数分别称取矿渣粉、粉煤灰、泥沙、催化激发剂和晶须纤维并经混合干燥得赤泥固化剂；
2)分别称取赤泥和步骤I)制得的赤泥固化剂并混合均匀，所述赤泥固化剂与赤泥重量比为1:3-1:8 ；3)向步骤2)所得混合粉末中加入水后采用强制搅拌机搅拌8?15min ；4)将步骤
3)所得物送入制砖机制成标砖。
[0014]所述的赤泥固化剂作为浙青路面基层材料的固化剂的应用。
[0015]所述的赤泥固化剂作为地面硬化层材料的固化剂的应用。
[0016]本发明的有益效果为:
本发明的赤泥固化剂配方中加入了粉煤灰和泥沙，可较好的调节赤泥的硅铝元素比例和液塑限指数，增加了工程体的强度性能指标和工程易用性。本发明的赤泥固化剂配方中包括晶须纤维，晶须纤维的加入增加了制成品的抗折能力和抗裂性能，同时由于晶须纤维的尺寸较小(晶须纤维长度一般为30-200um)，也解决了掺用其他长尺寸纤维(如短切聚丙烯)不容易搅拌均匀的问题。另外，本发明的赤泥固化剂为粉状固体，工程使用方便，只需要根据不同工程性能的要求，按比例添加搅拌即可。本发明的赤泥固化剂经过合理配比后可使赤泥为主要成分的固化体有较高的强度性能，完全可满足建筑免烧砖、道路基层、面层等工程指标的要求，实现大量消耗赤泥的目标。
【具体实施方式】
[0017]实施例1
本实施例的赤泥固化剂包括55kg矿渣粉、25kg粉煤灰、1kg黄河泥沙、12kg催化激发剂、Ikg碳酸钙的晶须纤维。其中，矿渣粉的比表面积不小于400 m2 /kg ;粉煤灰使用二级粉煤灰(本发明中，粉煤灰指标为大于等于三级粉煤灰);黄河泥沙的粒径不大于10um且黄河泥沙的SOum筛余不大于30% ;催化激发剂由钠、钾、钙、镁的氧化物和/或钠、钾、钙、镁的盐类化合物经粉碎复配而成；催化激发剂中含钠元素的组分、含钾元素的组分、含钙元素的组分和含镁元素的组分的重量分数分别为55%、10%、25%、10%，催化激发剂的表面积不小于400 m2 /kg。
[0018]按照赤泥固化剂与赤泥重量比为1:5称取赤泥固化剂和赤泥，均匀混合并加水后用强制搅拌机搅拌8?15min至半干状态，然后送人制砖机制成标砖，成型后直接码垛，覆膜养护28天，即得实心砖成品。
[0019]按GB/T21144-2007《混凝土实心砖》标准进行检测，采用本实施例制得的赤泥固化剂而制备的实心砖密度1786kg/m3 ;抗压强度平均值为32.8MPa，符合标准中密度等级B级和强度等级MU30标准。
[0020]实施例2
本实施例的赤泥固化剂包括55kg矿渣粉、25kg粉煤灰、1kg黄河泥沙、12kg催化激发剂、Ikg碳酸钙的晶须纤维。其中，矿渣粉的比表面积不小于300 m2 /kg ;粉煤灰使用二级粉煤灰(本发明中，粉煤灰指标为大于等于三级粉煤灰);黄河泥沙的粒径不大于10um且黄河泥沙的SOum筛余不大于30% ;催化激发剂由钠、钾、钙、镁的氧化物和/或钠、钾、钙、镁的盐类化合物经粉碎复配而成；催化激发剂中含钠元素的组分、含钾元素的组分、含钙元素的组分和含镁元素的组分的重量分数分别为55%、10%、25%、10%，催化激发剂的表面积不小于200 m2/kgο
[0021]按照赤泥固化剂与赤泥重量比为1:5称取赤泥固化剂和赤泥，均匀混合并加水后用强制搅拌机搅拌8?15min至半干状态，然后送人制砖机制成标砖，成型后直接码垛，覆膜养护28天，即得实心砖成品。
[0022]按GB/T21144-2007《混凝土实心砖》标准进行检测，采用本实施例制得的赤泥固化剂而制备的实心砖密度1783kg/m3 ;抗压强度平均值为26.4MPa，符合标准中密度等级B级和强度等级MU25标准。
[0023]实施例3
本实施例的赤泥固化剂包括35kg矿渣粉、45kg粉煤灰、1kg黄河泥沙、12kg催化激发剂、Ikg硫酸钙的晶须纤维。其中，矿渣粉的比表面积不小于400 m2 /kg ;粉煤灰使用三级粉煤灰(本发明中，粉煤灰指标为大于等于三级粉煤灰);黄河泥沙的粒径不大于10um且黄河泥沙的SOum筛余不大于30% ;催化激发剂由钠、钾、钙、镁的氧化物和/或钠、钾、钙、镁的盐类化合物经粉碎复配而成；催化激发剂中含钠元素的组分、含钾元素的组分、含钙元素的组分和含镁元素的组分的重量分数分别为45%、15%、25%、15%，催化激发剂的表面积不小于400 m2 /kg。
[0024]按照赤泥固化剂与赤泥重量比为1:6称取赤泥固化剂和赤泥，均匀混合并加水后用强制搅拌机搅拌8?15min至半干状态，然后送人制砖机制成标砖，成型后直接码垛，覆膜养护28天，即得实心砖成品。
[0025]按GB/T21144-2007《混凝土实心砖》标准进行检测，采用本实施例制得的赤泥固化剂而制备的实心砖密度1672kg/m3 ;抗压强度平均值为27.8MPa，符合标准中密度等级C级和强度等级MU25标准。
[0026]实施例4
本实施例的赤泥固化剂包括55kg矿渣粉、25kg粉煤灰、1kg黄河泥沙、12kg催化激发剂、Ikg碳酸钙的晶须纤维。其中，矿渣粉的比表面积不小于400 Hf /kg ;粉煤灰使用二级粉煤灰(本发明中，粉煤灰指标为大于等于三级粉煤灰);黄河泥沙的粒径不大于10um且黄河泥沙的SOum筛余不大于30% ;催化激发剂由钠、钾、钙、镁的氧化物和/或钠、钾、钙、镁的盐类化合物经粉碎复配而成；催化激发剂中含钠元素的组分、含钾元素的组分、含钙元素的组分和含镁元素的组分的重量分数分别为35%、20%、25%、20%，催化激发剂的表面积不小于400 m2 /kg。
[0027]按照赤泥固化剂与赤泥重量比为1: 10称取赤泥固化剂和赤泥，均匀混合并加水后用强制搅拌机搅拌8?15min至半干状态，即可作为浙青路面基层材料使用。施工方法:用布料机均匀布料，每层200mm，共两层，用ZY18压路机分层压实，养护7天即可。按JTGE51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》进行检测，指标为:压实度> 98%，7天无侧限抗压强度代表值4.2MPa，能满足JTG D50-2006《公路浙青路面设计规范》特重交通荷载等级道路基层设计性能要求。
[0028]实施例5
本实施例中赤泥固化剂与实施例4中赤泥固化剂完全相同。
[0029]按照赤泥固化剂与赤泥重量比为1:15称取赤泥固化剂和赤泥，均匀混合并加水后用强制搅拌机搅拌8?15min至半干状态，即可作为浙青路面基层材料使用。施工方法:用布料机均匀布料，每层200mm，共两层，用ZY18压路机分层压实，养护7天即可。按JTGE51-2009《公路工程无机结合料稳定材料试验规程》进行检测，指标为:压实度> 97%，7天无侧限抗压强度代表值3.1MPajHiMJTG D50-2006《公路浙青路面设计规范》特重交通荷载等级道路底基层设计性能要求。
[0030]实施例6
本实施例的赤泥固化剂包括55kg矿渣粉、25kg粉煤灰、1kg黄河泥沙、12kg催化激发剂、Ikg碳酸钙的晶须纤维。其中，矿渣粉的比表面积不小于400 m2 /kg ;粉煤灰使用二级粉煤灰(本发明中，粉煤灰指标为大于等于三级粉煤灰);黄河泥沙的粒径不大于10um且黄河泥沙的SOum筛余不大于30% ;催化激发剂由钠、钾、钙、镁的氧化物和/或钠、钾、钙、镁的盐类化合物经粉碎复配而成；催化激发剂中含钠元素的组分、含钾元素的组分、含钙元素的组分和含镁元素的组分的重量分数分别为55%、10%、25%、10%，催化激发剂的表面积不小于400 m2 /kg。
[0031]按照赤泥固化剂:赤泥:石子重量比为1:1.5:3称取赤泥固化剂、赤泥和石子，均匀混合并加水后用强制搅拌机搅拌8?15min至干硬性混凝土状态，应用于硬化地面层。施工方法:硬化地面层施工厚度250_，拌制混合物的维勃稠度19s，用平板振动器振压成型，表面抹光，覆膜养护28天即可。按GB/T50107-2001《混凝土强度检验评定标准》进行检测，指标为:抗压强度代表值36.8MPa，抗折强度代表值5.1 MPa，符合C30混凝土强度性能标准。
[0032]实施例7
本实施例的赤泥固化剂包括64kg矿渣粉、15kg粉煤灰、1kg黄河泥沙、14kg催化激发剂、3kg碳酸钙的晶须纤维。其中，矿渣粉的比表面积不小于400 Hf /kg ;粉煤灰使用二级粉煤灰(本发明中，粉煤灰指标为大于等于三级粉煤灰);黄河泥沙的粒径不大于10um且黄河泥沙的SOum筛余不大于30% ;催化激发剂由钠、钾、钙、镁的氧化物和/或钠、钾、钙、镁的盐类化合物经粉碎复配而成；催化激发剂中含钠元素的组分、含钾元素的组分、含钙元素的组分和含镁元素的组分的重量分数分别为55%、20%、15%、10%，催化激发剂的表面积不小于400 m2 /kg。
[0033]按照赤泥固化剂:赤泥:石子重量比为1:1.5:3称取赤泥固化剂、赤泥和石子，均匀混合并加水后用强制搅拌机搅拌8?15min至干硬性混凝土状态，应用于硬化地面层。施工方法:硬化地面层施工厚度250_，拌制混合物的维勃稠度18s，用平板振动器振压成型，表面抹光，覆膜养护28天即可。按GB/T50107-2001《混凝土强度检验评定标准》进行检测，指标为:抗压强度代表值42.8MPa，抗折强度代表值6.9 MPa,符合C40混凝土强度性能标准。
[0034]实施例8
本实施例的赤泥固化剂包括75kg矿渣粉、8kg粉煤灰、6kg黄河泥沙、8kg催化激发剂、Ikg碳酸钙的晶须纤维。其中，矿渣粉的比表面积不小于400 Hf /kg ;粉煤灰使用二级粉煤灰(本发明中，粉煤灰指标为大于等于三级粉煤灰);黄河泥沙的粒径不大于10um且黄河泥沙的SOum筛余不大于30% ;催化激发剂由钠、钾、钙、镁的氧化物和/或钠、钾、钙、镁的盐类化合物经粉碎复配而成；催化激发剂中含钠元素的组分、含钾元素的组分、含钙元素的组分和含镁元素的组分的重量分数分别为40%、15%、30%、15%，催化激发剂的表面积不小于400 m2 /kg。
[0035] 按照赤泥固化剂:赤泥:石子重量比为1:1.5:3称取赤泥固化剂、赤泥和石子，均匀混合并加水后用强制搅拌机搅拌8?15min至干硬性混凝土状态，应用于硬化地面层。施工方法:硬化地面层施工厚度250_，拌制混合物的维勃稠度19s，用平板振动器振压成型，表面抹光，覆膜养护28天即可。按GB/T50107-2001《混凝土强度检验评定标准》进行检测，指标为:抗压强度代表值32.3MPa，抗折强度代表值4.5 MPa，符合C30混凝土强度性能标准。
【权利要求】
1.一种赤泥固化剂，其特征在于，按照重量份数计，包括:20-90份矿渣粉、1-50份粉煤灰、1-30份泥沙、5-15份含钠、钾、钙、镁元素的催化激发剂和0.1-10份晶须纤维。
2.如权利要求1所述的赤泥固化剂，其特征在于:所述矿渣粉的比表面积不小于400m2/kg。
3.如权利要求1或2所述的赤泥固化剂，其特征在于:所述泥沙的粒径不大于lOOum，所述泥沙的80um筛余不大于30%。
4.如权利要求3所述的赤泥固化剂，其特征在于:所述催化激发剂由钠、钾、钙、镁的氧化物和/或钠、钾、钙、镁的盐类化合物经粉碎复配而成；所述催化激发剂中含钠元素的组分、含钾元素的组分、含钙元素的组分和含镁元素的组分的重量分数分别为2-75%、0.5-20%、1-55%、0.5-30%ο
5.如权利要求4所述的赤泥固化剂，其特征在于:所述晶须纤维为碳酸钙或硫酸钙晶须纤维。
6.如权利要求4所述的赤泥固化剂，其特征在于:按照重量份数计，包括:40-60份矿渣粉、20-30份粉煤灰、10-20份泥沙、8-12份含钠、钾、钙、镁元素的催化激发剂和1_5份晶须纤维。
7.如权利要求1所述的赤泥固化剂作为实心砖材料的固化剂的应用。
8.使用如权利要求1所述的赤泥固化剂固化赤泥制备实心砖的方法，其特征在于，包括以下步骤:1)按照重量份数分别称取矿渣粉、粉煤灰、泥沙、催化激发剂和晶须纤维并经混合干燥得赤泥固化剂；2)分别称取赤泥和步骤I)制得的赤泥固化剂并混合均匀，所述赤泥固化剂与赤泥重量比为1:3-1:8 ;3)向步骤2)所得混合粉末中加入水后采用强制搅拌机搅拌8?15min ；4)将步骤3)所得物送入制砖机制成标砖。
9.如权利要求1所述的赤泥固化剂作为浙青路面基层材料的固化剂的应用。
10.如权利要求1所述的赤泥固化剂作为地面硬化层材料的固化剂的应用。
【文档编号】C04B18/04GK104386990SQ201410533435
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】王建国, 任淑珍, 任树忠 申请人:滨州键合胶凝新材料研究所