一种超高强赤泥轻质材料与制备方法

技术领域

本发明涉及一种超高强赤泥轻质材料与制备方法。

背景技术

赤泥又称红泥，是铝土矿提取氧化铝后剩下的不溶性粉泥状废料，属强碱性有害废渣，含水率高，组成及性质复杂，由于它的pH值很高又含有氟化物，故属有害废渣。赤泥附液含碱2～3g/L，pH值可达12～14，对环境的污染以碱污染为主。目前中国每年排放赤泥量超过3000万吨，而且呈逐年递增态势，赤泥的堆弃不仅占用大量土地，而且还消耗大量的人力与物力资源，同时还将对空气环境与地下水造成污染。因此，赤泥的大规模无害化处理安全消纳与资源化回收利用问题已成为研究的热点问题。

本项目利用赤泥颗粒超强的吸水特性，通过采用超高液固比方式减轻赤泥轻质材料的密度，再通过养护后烘干的方式将材料内部剩余自由水排除，进一步明显降低赤泥轻质材料的密度，从而达到轻质效果。同时采用混合掺入赤泥、粉煤灰、矿渣与熟石灰，充分发挥混合料之间的交互作用，显著提高混合料的聚合反应特性，加速聚合反应的进行与高强度聚合产物的形成，从而达到超高强的目的。

发明内容

一种超高强赤泥轻质材料与制备方法，包括：混和工艺、制备工艺、养护与烘干工艺，具体方法如下：

(1)原料组成及其质量百分比如下：超高强赤泥轻质材料由胶凝材料与激发剂两种材料组成，其中胶凝材料占总质量的60％-35％，激发剂占总质量的40％-65％。胶凝材料由赤泥、粉煤灰、矿渣与熟石灰粉组成，赤泥占胶凝材料的40％-60％，粉煤灰占胶凝材料的30％-20％，矿渣占胶凝材料的28％-15％，熟石灰占胶凝材料的2％-5％。激发剂由氢氧化钠、液态硅酸钠与水组成，氢氧化钠占激发剂总质量的1％-3％，液态硅酸钠占激发剂总质量的19％-32％，水占激发剂总质量的80％-65％。

(2)制备工艺：首先按照原料组成及其质量百分比将氢氧化钠溶解到水中并静置冷却，然后将赤泥、粉煤灰、矿渣与熟石灰粉混合均匀，加入氢氧化钠溶液，先慢速搅拌15s，加入液态硅酸钠溶液，再快速搅拌30s，最后浇筑至600mm×200mm×200mm的模具中。

(3)养护与烘干工艺：试件制备完成后放入养护室中，养护室的温度设定在20℃±2℃，湿度大于95％。待养护时间达到3d，进行拆模，拆模后继续在自然条件下养护至28d，然后放入烘箱，在40℃条件下连续烘干12小时，即可投入使用。

该赤泥经过破碎机破碎与球磨机的研磨，颗粒粒径小于0.1mm。

有益效果：

1)制备成本低

传统水泥轻质材料的制备不仅需要消耗大量的硅酸盐水泥，同时还要通过掺入发泡剂发泡、掺入减水剂与速凝剂调节性能，这显著提高了传统水泥轻质材料的制备成本。然而，超高强赤泥轻质材料的制备是以工业废渣-赤泥为主要原材料，消除了对硅酸盐水泥的消耗。同时利用赤泥颗粒的高吸水特性，通过掺入超高液固比方式达到轻质目的，消除了对发泡剂、减水剂与速凝剂的使用，从而显著降低了超高强赤泥轻质材料的制备成本。

2)实现变废为宝、环境保护

赤泥是提取氧化铝的工业废渣，由于其不仅具有高碱性，同时含有氟化物，属于有害废渣。目前对于赤泥的处理方式主要是集中堆弃。然而，赤泥的集中堆弃不仅会去空气环境造成严重污染，同时还会对土壤与地下水造成危害。因此，以赤泥为主要原料制备超高强赤泥轻质材料，不仅可以实现赤泥的大规模安全消纳与资源化回收利用，而且还可以降低对硅酸盐水泥的依赖。同时赤泥材料的高碱性特性非常适合通过碱激发的方式建立聚合强度，而且聚合物材料的类沸石笼结构可以有效固定赤泥内部的有毒氟化物，避免对环境造成污染。

3)超高强力学性能

由于超高强赤泥轻质材料是采取超高液固比方式达到轻质的目的，这一点与传统水泥轻质材料通过掺入发泡剂达到轻质的方法完全不同，这说明超高强赤泥轻质材料具有密实的内部结构。同时赤泥、粉煤灰、矿渣与熟石灰粉之间发生交互作用，显著提高材料之间的聚合反应活性，促进高强度聚合产物的形成，提高聚合反应效率，使得超高强赤泥轻质材料具有传统轻质材料所无法具有的高强度力学性能。

具体实施方式

实施例1：一种超高强赤泥轻质材料与制备方法，包括：混和工艺、制备工艺、养护与烘干工艺，具体方法如下：

(1)胶凝材料的总质量为20000g，其中赤泥12000g，粉煤灰4000g，矿渣3000g，熟石灰粉1000g。激发剂总质量20000g，其中氢氧化钠600g，水13000g，液态硅酸钠6400g。

(2)制备工艺：首先按照原料组成及其质量百分比将氢氧化钠溶解到水中并静置冷却，然后将赤泥、粉煤灰、矿渣与熟石灰粉混合均匀，加入氢氧化钠溶液，先慢速搅拌15s，加入液态硅酸钠溶液，再快速搅拌30s，最后浇筑至600mm×200mm×200mm的模具中。

(3)养护与烘干工艺：材料制备完成后放入养护室中，养护室的温度设定在20℃±2℃，湿度大于95％。待养护时间达到3d，进行拆模，拆模后继续在自然条件下养护至28d，然后放入烘箱，在40℃条件下连续烘干12小时，即可投入使用。

由相关实验测得轻质材料性能如表1所示。由于赤泥超高强轻质材料未通过发泡剂发泡达到轻质效果，其在干密度与导热系数方面的性能明显低于传统水泥轻质材料，但其具有超高强的力学性能，更适合在特殊结构中使用。

表1轻质材料性能对比