用于混凝土的二次铝灰及其处理方法与流程

1.本发明涉及混凝土技术领域，尤其涉及一种用于混凝土的二次铝灰及其处理方法。


背景技术：

2.二次铝灰是铝工业产生的一种危险固体废弃物。其主要成分为单质铝、氧化铝、氮化铝，此外还包括一些盐(氟化盐和氯化盐等)和二氧化硅等。二次铝灰可与水或潮湿空气中的水反应产生有毒，有害，易燃，恶臭气体，如nh3，ch4，ph3，h2，h2s等。因此，对二次铝灰的处理是必要的。
3.目前一种常见的二次铝灰的处置方式是水解法，即将二次铝灰与液态介质(水、碱液等)混合发生化学反应，氮化铝、单质铝及其化合物进行水解，产物主要为偏铝酸盐和滤渣。但目前这种水解法得到废渣难以应用在混凝土领域，其主要原因有：1，现有的二次铝灰处理工艺没有将氮化铝、单质铝等处理完全，在混凝土的碱性环境下，少量氮化铝、单质铝会继续发生水解反应，生成大量氨和氢，使混凝土体积膨胀，强度降低。尤其是发明人通过研究发现，某些铝单质外往往包覆一层氧化铝层，这就导致其在常规处理过程中无法反应。而氧化铝在混凝土水化过程中又会与胶凝材料发生反应，破坏包覆结构，导致被氧化铝包覆的铝单质与水发生反应，产生氢气，破坏混凝土的结构，降低其强度。具体的，用现有的二次铝灰处理工艺处理过的没有完全水解的二次铝灰，若替代水泥达5％，会使强度下降67％左右，若替代水泥达15％，强度仅为纯水泥的13％。2，现有的处理工艺难以有效去除二次铝灰中的盐，导致应用于混凝土以后cl含量过高，腐蚀钢结构。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于混凝土的二次铝灰的处理方法，其可有效提升二次铝灰在混凝土中的掺量。
5.本发明还要解决的技术问题在于，提供一种用于混凝土的二次铝灰。
6.本发明还要解决的技术问题在于，提供一种混凝土。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于混凝土的二次铝灰的处理方法，其包括以下步骤：
8.(1)将二次铝灰粉磨至45μm筛筛余≤30wt％；
9.(2)将粉磨后的二次铝灰脱氧；
10.(3)将脱氧后的二次铝灰与碱液按照1：(3-10)的重量比混合，并在80-100℃水解3-10h，得到中间体系；
11.(4)在所述中间体系中加入氢氧化钙和氢氧化钠，并在100-200℃、0.1-1.55mpa下水解2-4h，固液分离洗涤后得到用于混凝土的二次铝灰成品；
12.其中，步骤(4)中，氢氧化钙的加入量为脱氧后二次铝灰的2-20wt％，氢氧化钠的加入量为脱氧后二次铝灰的1-5wt％。
13.作为上述技术方案的改进，步骤(1)中，粉磨后二次铝灰的粒径符合下述关系式：(d90-d10)/(d50-d10)≤2。
14.作为上述技术方案的改进，步骤(1)中，二次铝灰时加入其重量0.01-0.1wt％的助磨剂；
15.所述助磨剂包括以下重量比的组分：乙二醇20-30％，硬质酸钠10-20％，二乙二醇10-50％，水10-60％。
16.作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，将粉磨后的二次铝灰与水按照1：(2-10)的重量比混合，在60-90℃下搅拌反应1-30min，固液分离后得到脱氧后的二次铝灰。
17.作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，二次铝灰与水的重量比为1：(3-6)，反应时间为10-20min，反应温度为80-90℃。
18.作为上述技术方案的改进，步骤(2)中，在反应装置中设置超声波换能器，以对二次铝灰和水进行超声处理。
19.作为上述技术方案的改进，步骤(3)中，所述碱液为氢氧化钠水溶液，其浓度为1-50g/l。
20.作为上述技术方案的改进，步骤(4)中，所述氢氧化钙的加入量为脱氧后二次铝灰的12-20wt％，反应温度为150-200℃，压力为1-1.2mpa，反应时间为2.5-3.5h。
21.相应的，本发明还公开了一种用于混凝土的二次铝灰，其经过如上述的处理方法处理。
22.相应的，本发明还公开了一种混凝土，其特征在于，其包括如权利要求9所述的二次铝灰，其含量为5-20wt％。
23.实施本发明，具有如下有益效果：
24.1.本发明中的用于混凝土的二次铝灰的处理方法，一者通过粉磨有效打破了包覆结构，使得铝单质等更易与氢氧化钠等接触反应，实现了二次铝灰中有害介质的脱除；二者通过在水解阶段采用高温高压的反应条件，使得水解反应程度更加完全。通过以上两种手段的结合，使得处理后得到的二次铝灰中氮化铝、单质铝等有害物质的含量极低，在混凝土碱性条件下无气体产生，实现了二次铝灰在混凝土中的高掺量应用。
25.2.本发明的用于混凝土的二次铝灰的处理方法，通过引入特定的助磨剂，将粉磨后二次铝灰的粒径控制到特定范围，起到了充分打破包覆结构的作用。同时通过在脱氧阶段采用80-90℃的水进行反应，有效去除了二次铝灰中的盐，防止混凝土中cl含量过高，腐蚀钢结构。
具体实施方式
26.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施方式对本发明作进一步地详细描述。
27.本发明公开了一种用于混凝土的二次铝灰的处理方法，其包括以下步骤：
28.s1：将二次铝灰粉磨至45μm筛筛余≤30wt％；
29.具体的，将二次铝灰置入球磨机或立磨机进行粉磨，粉磨后控制45μm筛筛余≤30wt％，通过粉磨，可有效破坏氧化铝层对铝单质的包覆，使后续水解速度加快，水解程度更加彻底。
30.优选的，在本发明的一个实施例，在粉磨的过程中加入助磨剂，助磨剂的加入量为二次铝灰的0.01-0.1wt％，示例性的为0.02wt％、0.03wt％、0.05wt％、0.07wt％、0.09wt％，但不限于此。通过引入助磨剂，可降低粉磨能耗，同时优化粉磨后二次铝灰的粒度分布。具体的，助磨剂可选用水泥领域常见的助磨剂，但不限于此。
31.优选的，在本发明的一个实施例之中，助磨剂包括以下重量比的组分：乙二醇20-30％，硬质酸钠10-20％，二乙二醇10-50％，水10-60％。基于上述组成的助磨剂，可使得粉磨后二次铝灰的粒径符合下述关系式：(d90-d10)/(d50-d10)≤2，进而不仅起到提升水解反应速度，水解程度的作用，还可与后续的脱氧工艺结合，起到有效去除二次铝灰中盐的作用。式中，d10、d50、d90分别代表粒度分布曲线中占比10％、50％、90％颗粒所对应的粒径，粒度分布曲线可以通过激光粒度分析仪测定而得。
32.s2：将粉磨后的二次铝灰脱氧；
33.具体的，脱氧是指将二次铝灰中的空气(氧气)置换出去，以防后期水解产生可燃气体后发生爆炸。脱氧可采用通入惰性气体(如氮气、氩气等)进行置换，但不限于此。
34.优选的，在本发明的一个实施例之中，将粉磨后的二次铝灰与水按照1：(2-10)的重量比混合，在60-90℃下搅拌反应1-30min，固液分离后得到脱氧后的二次铝灰。基于上述工艺，不仅可有效的实现脱氧，还可有效去除二次铝灰中的盐。进一步优选的，二次铝灰与水的重量比为1：(3-6)，反应时间为10-20min，反应温度为80-90℃。基于上述条件，可大幅度提升盐的去除率。
35.此外，为了进一步提升盐的脱除效率，在脱氧的反应装置中设置超声波换能器，以对二次铝灰和水进行超声处理。
36.s3：将脱氧后的二次铝灰与碱液按照1：(3-10)的重量比混合，并在80-100℃反应3-10h，得到中间体系；
37.具体的，碱液为氢氧化钠水溶液或氢氧化钾水溶液，但不限于此。优选的，碱液为氢氧化钠溶液，其浓度为1-50g/l。
38.s4：在中间体系中加入氢氧化钙和氢氧化钠，并在100-200℃、0.1-1.55mpa下反应2-4h，固液分离洗涤后得到用于混凝土的二次铝灰成品；
39.具体的，氢氧化钙的加入量为脱氧后二次铝灰的2-20wt％，氢氧化钠的加入量为脱氧后二次铝灰的1-5wt％。优选的，氢氧化钙的加入量为脱氧后二次铝灰的12-20wt％，反应温度为150-200℃，压力为1-1.2mpa，反应时间为2.5-3.5h。
40.基于上述高温高压下的水解反应，可提升有害物质的分解程度。同时，引入氧化钙还可将二次铝灰中的部分氧化铝、铝单质等以铝酸钙的形式固定到反应所得的固相产物中，进而应用到混凝土中，提升二次铝灰的应用率。
41.相应地，本发明还公开了一种混凝土，其包括上述处理方法处理得到的二次铝灰，且其含量为5-20wt％。具体的，经过本发明的处理方法处理后，二次铝灰可取代5-20％的水泥，且不影响混凝土的力学性能与耐久性。
42.下面以具体实施例对本发明进行进一步说明
43.实施例1二次铝灰的处理方法
44.本实施例提供一种改性二次铝灰、碱激发剂的制备方法，具体包括：
45.(1)将二次铝灰粉磨至45μm筛筛余为20.2wt％；
46.具体的，将二次铝灰加入球磨机，不加入助磨剂进行粉磨，粉磨后二次铝灰经测定，其d90为63.54μm，d50为38.55μm，d10为15.66μm。
47.(2)将粉磨后的二次铝灰脱氧；
48.具体的，将二次铝灰置入反应釜中，然后通入氮气置换，即得。
49.(3)将脱氧后的二次铝灰与10g/l的氢氧化钠溶液按照1：10的重量比混合，并在80℃反应8h，得到中间体系；
50.(4)在中间体系中加入氢氧化钙和氢氧化钠，并在190℃、0.5mpa下反应4h，固液分离洗涤后得到用于混凝土的二次铝灰成品；
51.氢氧化钙的加入量为脱氧后二次铝灰的20wt％，氢氧化钠的加入量为脱氧后二次铝灰的2wt％。
52.实施例2二次铝灰的处理方法
53.本实施例提供一种改性二次铝灰、碱激发剂的制备方法，具体包括：
54.(1)将二次铝灰粉磨至45μm筛筛余为20.2wt％；
55.具体的，将二次铝灰加入球磨机，不加入助磨剂进行粉磨，粉磨后二次铝灰经测定，其d90为63.54μm，d50为38.55μm，d10为15.66μm。
56.(2)将粉磨后的二次铝灰脱氧；
57.具体的，粉磨后的二次铝灰与水按照1：8的重量比混合，在70℃下搅拌反应5min，固液分离后得到脱氧后的二次铝灰。
58.(3)将脱氧后的二次铝灰与10g/l的氢氧化钠溶液按照1：10的重量比混合，并在80℃反应8h，得到中间体系；
59.(4)在中间体系中加入氢氧化钙和氢氧化钠，并在190℃、0.5mpa下反应4h，固液分离洗涤后得到用于混凝土的二次铝灰成品；
60.氢氧化钙的加入量为脱氧后二次铝灰的20wt％，氢氧化钠的加入量为脱氧后二次铝灰的2wt％。
61.实施例3二次铝灰的处理方法
62.本实施例提供一种改性二次铝灰、碱激发剂的制备方法，具体包括：
63.(1)将二次铝灰粉磨至45μm筛筛余为20.2wt％；
64.具体的，将二次铝灰加入球磨机，不加入助磨剂进行粉磨，粉磨后二次铝灰经测定，其d90为63.54μm，d50为38.55μm，d10为15.66μm。
65.(2)将粉磨后的二次铝灰脱氧；
66.具体的，粉磨后的二次铝灰与水按照1：5的重量比混合，在85℃下搅拌反应15min，固液分离后得到脱氧后的二次铝灰。
67.(3)将脱氧后的二次铝灰与10g/l的氢氧化钠溶液按照1：10的重量比混合，并在80℃反应8h，得到中间体系；
68.(4)在中间体系中加入氢氧化钙和氢氧化钠，并在190℃、0.5mpa下反应4h，固液分离洗涤后得到用于混凝土的二次铝灰成品；
69.氢氧化钙的加入量为脱氧后二次铝灰的20wt％，氢氧化钠的加入量为脱氧后二次铝灰的2wt％。
70.实施例4二次铝灰的处理方法
71.本实施例提供一种改性二次铝灰、碱激发剂的制备方法，具体包括：
72.(1)将二次铝灰粉磨至45μm筛筛余为15.6wt％；
73.具体的，将二次铝灰加入球磨机，加入0.05wt％助磨剂进行粉磨，粉磨后二次铝灰经测定，其d90为58.32μm，d50为35.55μm，d10为11.55μm，45μm筛筛余为15.6wt％。
74.其中，助磨剂的配方为：
75.乙二醇24.5％，硬质酸钠12.5％，二乙二醇34.2％，水28.8％。
76.(2)将粉磨后的二次铝灰脱氧；
77.具体的，粉磨后的二次铝灰与水按照1：5的重量比混合，在85℃下搅拌反应15min，固液分离后得到脱氧后的二次铝灰。
78.(3)将脱氧后的二次铝灰与10g/l的氢氧化钠溶液按照1：10的重量比混合，并在80℃反应8h，得到中间体系；
79.(4)在中间体系中加入氢氧化钙和氢氧化钠，并在190℃、0.5mpa下反应4h，固液分离洗涤后得到用于混凝土的二次铝灰成品；
80.氢氧化钙的加入量为脱氧后二次铝灰的20wt％，氢氧化钠的加入量为脱氧后二次铝灰的2wt％。
81.实施例5二次铝灰的处理方法
82.本实施例提供一种改性二次铝灰、碱激发剂的制备方法，具体包括：
83.(1)将二次铝灰粉磨至45μm筛筛余为15.6wt％；
84.具体的，将二次铝灰加入球磨机，加入0.05wt％助磨剂进行粉磨，粉磨后二次铝灰经测定，其d90为58.32μm，d50为35.55μm，d10为11.55μm，45μm筛筛余为15.6wt％。
85.其中，助磨剂的配方为：
86.乙二醇24.5％，硬质酸钠12.5％，二乙二醇34.2％，水28.8％。
87.(2)将粉磨后的二次铝灰脱氧；
88.具体的，粉磨后的二次铝灰与水按照1：5的重量比混合，在85℃下搅拌反应15min，固液分离后得到脱氧后的二次铝灰。且在脱氧过程中进行超声处理。
89.(3)将脱氧后的二次铝灰与10g/l的氢氧化钠溶液按照1：10的重量比混合，并在80℃反应8h，得到中间体系；
90.(4)在中间体系中加入氢氧化钙和氢氧化钠，并在190℃、0.5mpa下反应4h，固液分离洗涤后得到用于混凝土的二次铝灰成品；
91.氢氧化钙的加入量为脱氧后二次铝灰的20wt％，氢氧化钠的加入量为脱氧后二次铝灰的2wt％。
92.试验例1混凝土
93.本实施例提供一种混凝土，其配方如下：
94.水泥220kg/m3，二次铝灰11kg/m3，矿渣粉80kg/m3，细骨料880kg/m3，粗骨料1040kg/m3，减水剂8kg/m3，水155kg/m3。具体的，分别采用实施例1-5处理得到的二次铝灰成品制备相应的混凝土。
95.试验例2
96.水泥195kg/m3，二次铝灰35kg/m3，矿渣粉80kg/m3，细骨料880kg/m3，粗骨料1040kg/m3，减水剂8kg/m3，水155kg/m3。
97.具体的，分别采用实施例1-5处理得到的二次铝灰成品制备相应的混凝土。
98.对比例1
99.本对比例提供一种混凝土，其与试验例1的区别是，二次铝灰的处理工艺不同，具体如下：
100.(1)提供二次铝灰，二次铝灰的粒径分布为：d90＝76.47μm，d50＝40.42μm，d10＝23.44μm，45μm筛筛余为45.4wt％；
101.(2)将二次铝灰脱氧；
102.具体的，将二次铝灰置入反应釜中，然后通入氮气置换，即得。
103.(3)将脱氧后的二次铝灰与10g/l的氢氧化钠溶液按照1：10的重量比混合，并在80℃反应8h，得到中间体系；
104.(4)在中间体系中加入氢氧化钙和氢氧化钠，并在190℃、0.5mpa下反应4h，固液分离洗涤后得到用于混凝土的二次铝灰成品；
105.氢氧化钙的加入量为脱氧后二次铝灰的20wt％，氢氧化钠的加入量为脱氧后二次铝灰的2wt％。
106.对比例2
107.本对比例提供一种混凝土，其与试验例1的区别是，二次铝灰的处理工艺不同，具体如下：
108.(1)将二次铝灰粉磨至45μm筛筛余为20.2wt％；
109.具体的，将二次铝灰加入球磨机，不加入助磨剂进行粉磨，粉磨后二次铝灰经测定，其d90为63.54μm，d50为38.55μm，d10为15.66μm，45μm筛筛余为20.2wt％。
110.(2)将二次铝灰脱氧；
111.具体的，将二次铝灰置入反应釜中，然后通入氮气置换，即得。
112.(3)将脱氧后的二次铝灰与100g/l的氢氧化钠溶液按照1：8的重量比混合，并在190℃、0.5mpa下反应8h，固液分离洗涤后得到用于混凝土的二次铝灰成品。
113.将试验例1-2、对比例1-2得到的混凝土进行测试，具体测试方法如下：
114.(1)抗压强度(7d、28d)：按照gb/t 50081-2019《普通混凝土力学性能试验方法标准》测定。
115.(2)氯离子含量：jgj/t 322-2013《混凝土中氯离子含量检测技术规程》；
116.(3)混凝土收缩率：gb/t 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》非接触法。
117.具体的测定结果如下：
[0118][0119]
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。