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含大掺量湿排碱渣的无熟料胶凝材料及其制备方法和应用

文献发布时间:2023-06-19 18:46:07



技术领域

本发明涉及湿排碱渣制备胶凝材料技术领域,尤其涉及一种含大掺量湿排碱渣的无熟料胶凝材料及其制备方法和应用。

背景技术

碱渣是氨碱法生产纯碱过程中产生的碱性废渣,通常以CaCO

在氯碱企业中,碱渣初始为白色浆体,持水性强,初始含水率可达90%以上,pH约为12~13。以往研究中将碱渣用于制备胶凝材料时,多数是将碱渣作为钙质组分或仅作为填充料,掺入量多数不高于30%,且需要添加较高浓度的强碱激发以获得较高强度,这使得成本较高。且碱渣多需经过烘干、磨细等处理工序,资源化利用工艺较为复杂,成本进一步提高,这不利于推广。

公开号CN112429982A名称为基于湿基碱渣-湿基电石渣的胶凝材料、胶砂材料及其制备方法的文献中公开了采用湿基碱渣、电石渣、矿渣制备胶凝材料,但是其中碱渣含量仅为15~30%,需要大量的矿渣,生产成本较高。

基于此,最接近的现有技术中,已有利用碱渣、NaOH、Na

发明内容

本发明提供了一种含大掺量湿排碱渣的无熟料胶凝材料及其制备方法和应用,不使用水泥,碱渣利用不需烘干、粉磨等工序,利用湿排碱渣浆体中含有的一定量的废碱,复掺少量复合碱性激发剂协同激发矿渣形成胶凝材料,可有效替代水泥,实现碱渣固废的资源化利用。

为实现此技术目的,本发明采用如下方案:

含大掺量湿排碱渣的无熟料胶凝材料,由基材和复合激发剂组成,其中,基材由湿排碱渣和矿渣组成,以干基质量百分比计湿排碱渣40~60%,矿渣 40~60%;复合激发剂由NaOH和Na

进一步地,复合激发剂的质量为湿排碱渣中干基和矿渣总质量的3~5%。

进一步地,复合激发剂中NaOH与Na

进一步地,NaOH、Na

上述含大掺量湿排碱渣的无熟料胶凝材料的制备方法,按如下步骤进行:

S1、取湿排碱渣静置5~7天,每天抽除上清液后搅拌均匀,待湿排碱渣的含水率为40~50%时得到碱渣浆体,取出备用;

S2、将S1得到的碱渣浆体搅拌均匀,通过实验确定碱渣浆体固含量-密度数据,拟合固含量-密度函数曲线并确定关系式;

S3、根据S2得到的关系式,使用碱渣浆体时通过直接测试碱渣浆体的密度得到固含量,再根据固含量由配合比中干基质量反算所需湿基质量;同时计算浆体中所含的水分;

S4、取NaOH、Na

S5、将碱渣浆体、NaOH溶液、Na

进一步地,S3中碱渣浆体中所含水量和S4中NaOH、Na

S5中矿渣为S95级磨细矿渣。

与现有技术相比,本发明的有益效果在于:

(1)本发明通过优化碱渣、矿渣及外掺激发剂的比例,使湿排碱渣中含有的一定量的废碱与特定比例的NaOH-Na

(2)本发明改变以往碱渣用于制备胶凝材料的烘干、磨粉方式,直接使用工厂排放的湿基碱渣,省去高能耗的烘干、磨粉工艺,进一步降低了成本。

(3)本发明有助于解决碱渣固废堆存引发的各类环境污染问题;该胶凝材料在部分领域替代水泥生产无筋制品,在一定程度上减轻了硅酸盐水泥生产产生的高能耗、高污染问题。

含大掺量湿排碱渣的无熟料胶凝材料在建筑材料上的应用。

根据GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO 法)》,以胶砂试件评定胶凝材料强度,故需要附加组分:砂、自来水。

优选地,砂为天然河砂,粒径0.16mm~2.36mm,含泥量<0.5%。

优选地,砂与湿排碱渣中干基质量+矿渣质量和的质量比为3.0。

具体实施方式

为充分了解本发明之目的、特征及功效,借由下述具体的实施方式,对本发明做详细说明,但本发明并不仅仅限于此。

湿排碱渣的成分如下表1:

表1 碱渣成分(wt/%)

注:LOI = 烧失量

考虑到湿排碱渣浆体呈碱性且含有钙、硅、铝质组分,若能将湿排碱渣在湿基状态下直接使用,利用浆体所含废碱再协同少量碱性激发剂形成协同激发效应激发矿渣等前驱体,而碱渣自身所含钙、硅、铝质组分作为前躯体的补充,进而制备出满足强度要求的胶凝材料,就可以大幅减少强碱用量,也可提高碱渣掺量,而且碱渣无需烘干、研磨等工序,可大幅降低能耗和成本。

本发明原理为:湿排碱渣与少量特定比例的NaOH-Na

本发明提供了一种含大掺量湿排碱渣的无熟料胶凝材料,其包括以下组分:基材和复合激发剂组成,基材由湿排碱渣和矿渣组成,湿排碱渣中干基质量与矿渣总质量和为100%,其中湿排碱渣中干基占总质量的40~60%,矿渣占总质量的40~60%。

复合激发剂质量为湿排碱渣中干基质量与矿渣质量和的3~5%,复合激发剂由NaOH(颗粒状)和Na

本方案中使用的碱渣是湿基,但计量比例是按浆体中所含干基计算的。按固含量-密度函数关系反算所需湿基质量,同时计算浆体中所含的水分。

实施例1

一种含大掺量湿排碱渣的无熟料胶凝材料的制备方法,其包括以下步骤:

S1、湿排碱渣置于沉积池静置5~7天,每天抽除上清液后并搅拌均匀,待沉积层(即浆体)含水率为40~50%(质量百分比)时得到碱渣浆体,取出备用。

S2、将碱渣浆体搅拌均匀,通过试验确定碱渣浆体的固含量(

为了确定碱渣浆体固含量-密度的定量关系。首先取多组样品,分别搅拌均匀,利用电子秤和量筒确定浆体的密度,然后将该浆体高温烘干,测试烘干后的质量,再除以浆体的质量,便是含固量。根据多组样品的数据,得到不同密度下的固含量,为了后面直接使用湿基做基础。

S3、根据配合比,使用时通过直接测试碱渣浆体的密度得到固含量,再由配合比中干基质量反算所需湿基质量;同时计算浆体中所含水分。

S4、将NaOH 14.40g、Na

S5、将所需含180g干基的碱渣浆体、NaOH溶液、Na

一种含大掺量湿排碱渣的无熟料胶凝材料的强度检测方法,以胶砂试件评定胶凝材料强度,需要附加组分:砂。其中砂与湿排碱渣中干基+矿渣的总质量比为3.0,砂为天然河砂,粒径0.16 mm~2.36 mm,含泥量<0.5%。

具体步骤为:在上述包含样品1的搅拌机中再加入砂1350 g,再高速搅拌60 s,然后将叶片和锅壁上的胶砂刮入锅中间,再高速搅拌90 s,即得到胶砂进行强度测试,其抗压强度、抗折强度和折压比结果如表3所示。

实施例2、实施例3、实施例4和实施例5制作步骤与实施例1相同,其中NaOH、Na

对比例1

一种含大掺量湿排碱渣的无熟料胶凝材料的制备方法,其包括以下步骤:

S1、湿排碱渣置于沉积池静置5~7天,每天抽除上清液后并搅拌均匀,待沉积层含水率为40~50%时取出备用。

S2、将碱渣浆体搅拌均匀,通过试验确定二者的固含量-密度数据,拟合固含量-密度函数曲线并确定关系式,

S3、根据配合比,使用时可通过直接测试碱渣浆体的密度得到固含量,再由配合比中干基质量反算所需湿基质量;同时计算浆体中所含水分。

S4、将NaOH 18.00 g溶解于适量自来水中,静置2 h后备用。

S5、将所需含180 g干基的碱渣浆体、NaOH溶液加入搅拌机,快速搅拌60 s,得到均匀混合物作为激发剂。然后将矿渣270 g加入搅拌机,先低速搅拌30 s,再高速搅拌60 s,然后将叶片和锅壁上的混合物刮入锅中间,再高速搅拌90 s,得到无熟料胶凝材料对比样品1。其中,含180g干基的碱渣浆体中所含水量和NaOH溶解水量总和,与碱渣浆体中干基和矿渣的总质量的比值为0.5。矿渣为S95级磨细矿渣。各原料配合比如表2所示。

强度检测方法与实施例1相同,其抗压强度、抗折强度和折压比结果如表3所示。

对比例2

一种含大掺量湿排碱渣的无熟料胶凝材料的制备方法,其包括以下步骤:

S1、湿排碱渣置于沉积池静置5~7天,每天抽除上清液后并搅拌均匀,待沉积层含水率为40~50%时取出备用。

S2、将碱渣浆体搅拌均匀,通过试验确定二者的固含量-密度数据,拟合固含量-密度函数曲线并确定关系式,

S3、根据配合比,使用时可通过直接测试碱渣浆体的密度得到固含量,再由配合比中干基质量反算所需湿基质量;同时计算浆体中所含水分。

S4、将Na

S5、将所需含180g干基的碱渣浆体、Na

强度检测方法与实施例1相同,其抗压强度、抗折强度和折压比结果如表3所示。

对比例3

一种含大掺量湿排碱渣的无熟料胶凝材料的制备方法,其包括以下步骤:

S1、湿排碱渣置于沉积池静置5~7天,每天抽除上清液后并搅拌均匀,待沉积层含水率为40~50%时取出备用。

S2、将碱渣浆体搅拌均匀,通过试验确定二者的固含量-密度数据,拟合固含量-密度函数曲线并确定关系式,

S3、根据配合比,使用时可通过直接测试碱渣浆体的密度得到固含量,再由配合比中干基质量反算所需湿基质量;同时计算浆体中所含水分;

S4、将NaOH 10.8g、Na

S5、将所需含180 g干基的碱渣浆体、NaOH溶液、Na

强度检测方法与实施例1相同,其抗压强度、抗折强度和折压比结果如表3所示。

对比例4

仅添加湿排碱渣和矿渣,不加入激发剂,按照实施例1的步骤进行试验,得到胶凝材料按照实施例1相同的检测方法检测,结果如表3所示。

表2 试验配合比

表3 试验结果

如表2和3所示,样品1、2、3、4、5的28d抗压强度均达到30 MPa以上,综合性能差异性较小,但样品1的抗压强度相对较高。对比样品1、2、3的28d抗压强度均低于30 MPa,且每个龄期的强度均低于样品1、2、3、4、5。由此可见湿排碱渣与特定比例的NaOH-Na

公开号CN104310818A的专利文献公开了一种碱渣基类水泥胶凝材料,由40%~60%的碱渣、40%~60%的粉煤灰和水玻璃溶液制得,得到的胶凝材料28d抗压强度最高为29.48MPa。本方案得到的胶凝材料抗压强度最高达34.7MPa,优于该文献的数据结果。

折压比是衡量混凝土韧性的指标之一,其值越大,表明混凝土韧性越好,折压比的提高难度较大,本申请得到的胶凝材料折压比最高为0.24,明显优于常规的0.1折压比,带来了预料不到的技术效果。

通过基材用量及成本计算可知,本方案相比与现有技术中方案(低掺量碱渣、矿渣和电石渣为原料的方案)对比,每吨节约成本21元,带来了更好的技术效果。

综上所述,本发明利用湿排碱渣协同NaOH-Na

最后,需要注意的是:以上列举的仅是本发明的优选实施例,当然本领域的技术人员可以对本发明进行改动和变型,倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,均应认为是本发明的保护范围。

技术分类

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