一种全固废负碳胶凝材料、制备方法及应用
文献发布时间：2023-06-19 19:30:30
技术领域
本发明属于工业固废资源化利用和建筑材料技术领域，具体涉及一种全固废负碳胶凝材料、制备方法及应用。
背景技术
水泥的生产需要矿山开采、碾碎、研磨和高温煅烧，“两磨一烧”工艺不仅消耗了大量不可再生矿山资源，产生大量的CO
工业固废品类繁多，主要包括尾矿、冶金渣、煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、赤泥、磷石膏、石材加工底泥等。尽管固废的综合利用率有了较大的提高，但是由于固废历史堆存量大，因此大宗固废的资源化利用仍是迫在眉睫。而工业固废的高附加利用存在问题包括(1)固废成分复杂，杂质含量高，提纯成本高，对于原料便宜的材料，经济性差；(2)因其需求量小，因此难以大规模消纳。因此，工业固废的大规模综合利用更能提升固废利用率，更具有现实意义和社会效益。
使用工业固废制备碱激发胶凝材料是最具希望大规模消纳固废并替代水泥使用的路线。与传统硅酸盐水泥相比，碱激发固废胶凝材料可以完全避免矿山资源开发，并实现CO
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供一种全固废负碳胶凝材料。
为了实现本发明目的，采用的技术方案如下：
一种全固废负碳胶凝材料，所述胶凝材料的原料包括如下组分：海水电解激发剂和工业固废，所述激发剂通过电解海水获得。
优选地，所述电解在离子交换膜电解槽中进行，所述电解的电压为3.5V，电解的温度90～100℃，电解的时间为4～24h。
优选地，所述海水电解激发剂和工业固废的质量比为3-10:100。
优选地，所述工业固废选自尾矿、冶金渣、煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏、赤泥、磷石膏、石材加工底泥中的至少3种。
优选地，所述工业固废至少包括尾矿、冶金渣、粉煤灰中的1种。
进一步优选地，所述工业固废为尾矿，冶金渣和粉煤灰三种混合物。
本发明再一目的是提供上述全固废负碳胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)将海水浓缩，电解，得海水电解激发剂；
(2)将工业固废粉磨，混合，得混合物；
(3)将混合物加入海水电解激发剂中，加水，混合，得胶凝材料浆液。
(4)将胶凝材料浆液中通入气体矿化，得全固废负碳胶凝材料。
优选地，步骤(1)中所述浓缩至海水中盐分的浓度为285～310g/L；所述电解时同时联产收集氢气和氯气。
优选地，所述的海水电解联产制备的氢气和氯气可以通过收集作为产品进行销售。
优选地，所述浓缩，是将海水浓缩到295～305g/L。
优选地，所述电解槽为离子交换膜电解槽，工作电压3.5V，工作温度80～100℃。电解槽中发生的主要反应为：2NaCl+2H
优选地，所述电解槽工作温度90～100℃。
优选地，步骤(2)中所述粉磨的时间为1～4h，粉磨后固废粒度小于50μm，BET大于300m
优选地，所述粉磨时间为2～3h，粉磨后固废粒度小于20μm，BET大于450m
优选地，步骤(3)中所述混合时搅拌转速为100-500rpm，每加入一种原料搅拌时间2-10min，混合后的水灰比为0.35～0.7。
优选地，所述激发剂与混合物的质量比为3-10:100；
优选地，所述激发剂与混合物的质量比为3-7:100。
优选地，所述的混合搅拌机转速为300-500pm，每加入一种原料搅拌时间持续2-5min。
优选地，步骤(4)中气体为工业废气，工业废气中CO
优选地，所述矿化所用的CO
优选地，一种电解海水激发结合矿化养护制备全固废负碳胶凝材料的方法，包括以下步骤：
(1)首先对海水进行浓缩；
(2)将步骤(1)所得盐水放入电解槽中进行电解，得到以Na、Mg、Ca等金属氢氧化物为溶质的海水电解激发剂，同时联产收集氢气和氯气；
(3)将固废进行粉磨，使其得到具有较细粒度并混合均匀的多固废混合物，然后加入海水电解激发剂中，添加适量水，进一步混合均匀，得到具有一定激发剂含量和一定水灰比的全固废胶凝材料；
(4)向步骤(3)所得胶凝材料浆液中通入CO
本发明还有一个目的是提供上述制备方法制备的全固废负碳胶凝材料在矿坑填埋和道路铺设中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明使用电解海水作为激发剂，利用电解海水中存在的大量碱金属氢，具有优异的碱激发性能。
(2)本发明胶凝材料全部使用工业固废，解决固废存放对环境造成的污染，并将其变成胶凝材料替代水泥，减少水泥生产过程中产生的CO
(3)本发明海水中含有较多的钙和镁元素，在电解海水过程中生成相应的氢氧化物，提高了胶凝材料矿化吸收CO
(4)本发明联产制备的氢气和氯气可以通过收集作为产品进行销售，进一步提高了该方法的经济性。
具体实施方式
以下非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。下述内容仅仅是对本申请要求保护的范围的示例性说明，本领域技术人员可以根据所公开的内容对本申请的发明做出多种改变和修饰，而其也应当属于本申请要求保护的范围之中。
下面以具体实施例的方式对本发明作进一步的说明。
实施例1
一种电解海水激发结合矿化养护制备全固废负碳胶凝材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将海水浓度浓缩到其中盐分浓度为290g/L，得盐水。
(2)将步骤(1)所得盐水放入离子交换膜电解槽中进行电解，其中电解槽工作电压3.5V，工作温度95℃，得到以Na、Mg、Ca等金属氢氧化物为溶质的海水电解激发剂，同时联产收集氢气和氯气。
(3)取尾矿、冶金渣、煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏(质量比为1:1:1:1:1)粉磨2h，混合均匀，粉磨后固废粒度小于50μm，BET大于300m
(4)向步骤(3)所得胶凝材料浆液中通入CO
实施例2
一种电解海水激发结合矿化养护制备全固废负碳胶凝材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将海水浓度浓缩到290g/L。
(2)将步骤(1)所得盐水放入离子交换膜电解槽中进行电解，其中电解槽工作电压3.5V，工作温度95℃。得到以Na、Mg、Ca等金属氢氧化物为溶质的海水电解激发剂，同时联产收集氢气和氯气。
(3)取尾矿、冶金渣、赤泥、磷石膏、石材加工底泥(质量比为1:1:1:1:1)粉磨2h，混合均匀，粉磨后固废粒度小于50μm，BET大于300m
(4)向步骤(3)所得胶凝材料浆液中通入CO
实施例3
一种电解海水激发结合矿化养护制备全固废负碳胶凝材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将海水浓度浓缩到290g/L。
(2)将步骤(1)所得盐水放入离子交换膜电解槽中进行电解，其中电解槽工作电压3.5V，工作温度95℃。得到以Na、Mg、Ca等金属氢氧化物为溶质的海水电解激发剂，同时联产收集氢气和氯气。
(3)取尾矿、冶金渣、粉煤灰(质量比为1:1:1)粉磨2h，混合均匀，粉磨后固废粒度小于50μm，BET大于300m
(4)向步骤(3)所得胶凝材料浆液中通入CO
实施例4
一种电解海水激发结合矿化养护制备全固废负碳胶凝材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将海水浓度浓缩到290g/L。
(2)将步骤(1)所得盐水放入离子交换膜电解槽中进行电解，其中电解槽工作电压3.5V，工作温度95℃。得到以Na、Mg、Ca等金属氢氧化物为溶质的海水电解激发剂，同时联产收集氢气和氯气。
(3)取尾矿、冶金渣、煤矸石、粉煤灰、脱硫石膏(质量比为1:1:1:1:1)粉磨2h，混合均匀，粉磨后固废粒度小于50μm，BET大于300m
(4)向步骤(3)所得胶凝材料浆液中通入CO
实施例5
一种电解海水激发结合矿化养护制备全固废负碳胶凝材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将海水浓度浓缩到290g/L。
(2)将步骤(1)所得盐水放入离子交换膜电解槽中进行电解，其中电解槽工作电压3.5V，工作温度95℃。得到以Na、Mg、Ca等金属氢氧化物为溶质的海水电解激发剂，同时联产收集氢气和氯气。
(3)取尾矿、冶金渣、赤泥、磷石膏、石材加工底泥(质量比为1:1:1:1:1)粉磨2h，混合均匀，粉磨后固废粒度小于50μm，BET大于300m
(4)向步骤(3)所得胶凝材料浆液中通入CO
实施例6
一种电解海水激发结合矿化养护制备全固废负碳胶凝材料，其制备方法包括以下步骤：
(1)将海水浓度浓缩到290g/L。
(2)将步骤(1)所得盐水放入离子交换膜电解槽中进行电解，其中电解槽工作电压3.5V，工作温度95℃。得到以Na、Mg、Ca等金属氢氧化物为溶质的海水电解激发剂，同时联产收集氢气和氯气。
(3)取尾矿、冶金渣、粉煤灰、脱硫石膏粉(质量比为1:1:1:1)磨取2h，混合均匀，粉磨后固废粒度小于50μm，BET大于300m
(4)向步骤(3)所得胶凝材料浆液中通入CO
对比例1
与实施例1不同的是：激发剂含量与固废质量比为1％，其余条件均相同。
对比例2
与实施例1不同的是：激发剂含量与固废质量比为15％，其余条件均相同。
对比例3
与实施例1不同的是：水灰比为0.2，其余条件均相同。
对比例4
与实施例1不同的是：水灰比为0.8，其余条件均相同。
试验
对制备的全固废负碳胶凝材料的性能进行检测，结果见下表1。
表1
根据表1结果：
对比例1与实施例1相比，因为激发剂含量较少，激发效果差，因此胶凝材料强度整体偏低。
对比例2与实施例1相比，因为激发剂太多，容易形成化合物，而不能生成网络型聚合物凝胶，因此整体强度较低。
对比例3与实施例1相比，因为水灰比值低，矿化效果不好，不能在颗粒间形成胶状物，无法提供强度。
对比例4与实施例1相比，因为水灰比值过高，从而产生过度矿化，影响了后期常规养护的进行，强度较低。
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。