【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及建筑材料領域，特別涉及一種基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料及其制備方法。
技術介紹
1、赤泥是拜耳法生產氧化鋁過程中產生的強堿性固體廢棄物，排放量巨大，而利用率極低。以筑壩堆存為主的處理方式不僅占用大量土地資源，還存在堿性濾液堿化土壤和污染地下水等重大安全隱患。
2、鋁硅酸鹽固廢部分替代水泥熟料是現有常用的資源化方式。對于赤泥，人們常利用赤泥中的富鋁硅質組分制備硅酸鹽水泥熟料、硫鋁酸鹽水泥熟料；利用赤泥中高鐵(約40～60wt.％)特征，制備高鐵礦相的原料或將其用作低活性鋁硅酸鹽固廢活性激發組分。因此，赤泥具有用作水泥輔助性膠凝材料的潛能。
3、超硫酸鹽水泥(ssc)是一種以粒化高爐礦渣為主要原料，以石膏為硫酸鹽激發劑、以熟料或石灰為堿性激發劑的少熟料水泥。其組分比例通常為75％～85％的礦渣、10％～20％的硫酸鹽類(如二水石膏、無水石膏、磷石膏等)和1％～5％的堿性成分(如熟料、氫氧化鈣、石灰等)。超硫酸鹽水泥制備時的能耗和co2排放量極低，是一種典型的低能耗低碳水泥。然而，高品質的礦粉作為輔助性膠凝材料被廣泛應用于水泥行業導致供不應求。因此，激發赤泥中的高活性鋁硅質成分并使其大量替代ssc中的礦粉制備赤泥-超硫酸鹽水泥(rm-ssc)，可以有效解決ssc生產過程中優質礦粉短缺的問題。
4、使用熱活化工藝可以有效激發赤泥中鋁硅質成分的活性，赤泥的最佳熱活化溫度為900℃，此時赤泥中活性鋁溶出量最多，具有最高活性(66.38％)。然而，滿足赤泥高活性的同時，赤泥的高
5、赤泥中的堿金屬離子(na+)通過取代鈣離子的方式固溶于硫硅酸鈣(c5-xnaxs2$)晶體結構中。在赤泥煅燒過程中加入碳酸鈣(caco3，組分比例為16.50～33.00wt.％)與石膏(caso4·2h2o，組分比例為7.15～14.30wt.％)，燒制含5-10wt.％硫硅酸鈣(c5s2$)的赤泥前驅膠凝材料，通過na+固溶特性，調控赤泥水化過程中的堿度，可以穩定rm-ssc早期力學強度發展。此外，c5s2$是一種在含鋁的液相環境中具備一定的后期水化潛能的礦物相。其中固溶的na+在水化后期緩慢、持續溶出，調控rm-ssc水化后期的堿度，持續激發未反應的赤泥、礦粉水解，為后期力學強度發展提供必要環境。
6、螯合劑是一類能與金屬離子形成絡合物的化合物。作用機理是金屬離子與含有兩個或兩個以上配位原子的配位體作用，生成具有環狀結構的絡合物，目前常用于農業、醫學、食品等領域。目前已有研究表明，螯合劑同樣適用于建筑領域，絡合水泥混凝土中的重金屬離子。乙二胺四乙酸二鈉是一種典型的鈉離子螯合劑，可用于吸附絡合環境中的鈉離子。研究表明，乙二胺類化合物與醛類、磺酸基等官能團反應形成具有亞胺結構的中間體，通過氧化還原反應，轉化為含有羰基的乙二胺衍生物，可以進一步提高乙二胺與鈉離子的螯合能力。因此螯合劑應用于赤泥-超硫酸鹽水泥中，有望降低赤泥中過量堿升高環境ph值進而影響膠凝材料早期水化速率的影響，提高早期抗壓強度。
7、因此，有必要提供一種將赤泥、鋁硅酸鹽固廢用于制備膠凝材料以實現其資源化利用的可靠的方案。
技術實現思路
1、本專利技術所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料及其制備方法。本專利技術針對傳統高堿固廢脫堿化制備水泥膠凝材料制備過程中赤泥活性低、堿度高的難題，本專利技術通過熱活化工藝使赤泥獲得一定活性并在此過程中燒制具有固堿特征的硫硅酸鈣，達到調控rm-ssc(赤泥-超硫酸鹽水泥)水化硬化過程中堿度的目標，設計一種新的含堿固廢制備超硫酸鹽激發低碳膠凝材料及其制備方法，用于解決赤泥資源合理化應用的問題，同時減少超硫酸鹽水泥生產過程中對優質礦粉的過度依賴。
2、為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案是：本專利技術的第一方面，提供一種基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料，包括按質量百分比計的以下原料組分：赤泥前驅體膠凝材料30-50％，固廢材料34-54％，堿激發劑0.5-2％，硫酸鹽激發劑10-20％。
3、優選的是，所述赤泥前驅體膠凝材料的制備方法為：將赤泥、碳酸鈣、二水石膏混合，在950-1050℃下煅燒1-4h，冷卻，得到所述赤泥前驅體膠凝材料。
4、優選的是，其中，赤泥：碳酸鈣：二水石膏的質量比為6.9-13.9:2.3:1。
5、優選的是，所述赤泥前驅體膠凝材料的制備方法為：
6、將赤泥在105℃烘干48h后，采用球磨機粉磨45分鐘，過80目篩網，然后與碳酸鈣、二水石膏混合均勻，5℃/min的升溫速率升溫至1000℃，煅燒2h，取出在空氣中冷卻，得到所述赤泥前驅體膠凝材料；
7、其中，赤泥：碳酸鈣：二水石膏的質量比為13.9:2.3:1。
8、優選的是，所述固廢材料為高爐礦粉，所述堿激發劑為硅酸鹽水泥、熟料、氫氧化鈣中的至少一種，所述硫酸鹽激發劑為硬石膏、無水石膏、半水石膏、二水石膏、磷石膏中的至少一種。
9、優選的是，所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料的原料組分還包括質量占比為0.5-2％的復合添加劑，所述復合添加劑為混凝土早強劑、聚羧酸減水劑、離子螯合劑的混合物；
10、其中，混凝土早強劑：聚羧酸減水劑：離子螯合劑的質量比為4:1:2；
11、其中，混凝土早強劑為三乙醇胺，離子螯合劑為乙二胺離子螯合劑。
12、優選的是，所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料的原料組分還包括質量占比為0.5-2％的復合添加劑，所述復合添加劑為聚羧酸減水劑和改性乙二胺離子螯合劑的混合物，聚羧酸減水劑：改性乙二胺離子螯合劑的質量比為1:2；
13、其中，改性乙二胺離子螯合劑通過以下方法制備得到：
14、將100-400g乙二胺加到四頸燒瓶中，0℃、持續攪拌下滴加7.5-30g甲醛，過程中同時滴加三乙醇胺使反應液ph始終保持不小于11，滴加時間為0.5-2h，隨后30-50℃下反應1.5-6h，得到改性乙二胺離子螯合劑。
15、優選的是，改性乙二胺離子螯合劑通過以下方法制備得到：
16、將200g乙二胺加到四頸燒瓶中，0℃、持續攪拌下滴加15g甲醛，過程中同時滴加三乙醇胺使反應液ph始終保持為11，滴加時間為1h，隨后40℃下反應3h，得到改性乙二胺離子螯合劑；
17、所述復合添加劑中，聚羧酸減水劑：改性乙二胺離子螯合劑的質量比為1:2。
18、優選的是，所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料包括按質量百分比計的以下原料組分：赤泥前驅體膠凝材料40％，固廢材料4本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料，其特征在于，包括按質量百分比計的以下原料組分：赤泥前驅體膠凝材料30-50％，固廢材料34-54％，堿激發劑0.5-2％，硫酸鹽激發劑10-20％。
2.根據權利要求1所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料，其特征在于，所述赤泥前驅體膠凝材料的制備方法為：將赤泥、碳酸鈣、二水石膏混合，在950-1050℃下煅燒1-4h，冷卻，得到所述赤泥前驅體膠凝材料。
3.根據權利要求2所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料，其特征在于，其中，赤泥：碳酸鈣：二水石膏的質量比為6.9-13.9:2.3:1。
4.根據權利要求3所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料，其特征在于，所述赤泥前驅體膠凝材料的制備方法為：
5.根據權利要求1所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料，其特征在于，所述固廢材料為高爐礦粉，所述堿激發劑為硅酸鹽水泥、熟料、氫氧化鈣中的至少一種，所述硫酸鹽激發劑為硬石膏、無水石膏、半水石膏、二水石膏、磷石膏中的至少一種。
7.根據權利要求1所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料，其特征在于，其原料組分還包括質量占比為0.5-2％的復合添加劑，所述復合添加劑為聚羧酸減水劑和改性乙二胺離子螯合劑的混合物，聚羧酸減水劑：改性乙二胺離子螯合劑的質量比為1:2；
8.根據權利要求7所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料，其特征在于，改性乙二胺離子螯合劑通過以下方法制備得到：
9.根據權利要求6-8中任意一項所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料，其特征在于，包括按質量百分比計的以下原料組分：赤泥前驅體膠凝材料40％，固廢材料43％，堿激發劑1％，硫酸鹽激發劑15％，復合添加劑1％。
10.一種如權利要求1-9中任意一項所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料，其特征在于，包括按質量百分比計的以下原料組分：赤泥前驅體膠凝材料30-50％，固廢材料34-54％，堿激發劑0.5-2％，硫酸鹽激發劑10-20％。
2.根據權利要求1所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料，其特征在于，所述赤泥前驅體膠凝材料的制備方法為：將赤泥、碳酸鈣、二水石膏混合，在950-1050℃下煅燒1-4h，冷卻，得到所述赤泥前驅體膠凝材料。
3.根據權利要求2所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料，其特征在于，其中，赤泥：碳酸鈣：二水石膏的質量比為6.9-13.9:2.3:1。
4.根據權利要求3所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料，其特征在于，所述赤泥前驅體膠凝材料的制備方法為：
5.根據權利要求1所述的基于含堿固廢為原料的超硫酸鹽激發低碳膠凝材料，其特征在于，所述固廢材料為高爐礦粉，所述堿激發劑為硅酸鹽水泥、熟料、氫氧化鈣中的至少一種，所述硫酸鹽激發劑為硬石膏、無水石膏、半水石膏、二水石膏、磷石膏中的至少一種。<...
【專利技術屬性】
技術研發人員：侯鵬坤，趙丹，王若愚，陳衡，王羊洋，李琴飛，程新，
申請(專利權)人：濟南大學，
類型：發明
國別省市：
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