一种赤泥基胶凝材料及其制备方法

本发明涉及胶凝材料，具体为一种赤泥基胶凝材料及其制备方法。

背景技术：

1、长久以来，水泥生产一直存在高能耗、高污染等问题，其碳排放约占全国碳排放总量的15%左右。利用大宗工业固废制备胶凝材料是建材行业降碳减排的重要途径。赤泥是氧化铝冶炼过程产生的强碱性工业固废，堆存量巨大，直接堆存存在碱液渗漏污染土壤地下水的风险。利用赤泥制备高铁硫铝酸盐胶凝材料，可实现赤泥的资源化消纳，同时高铁硫铝酸盐熟料煅烧温度低于普通硅酸盐水泥，具备低碳优势。

2、拜耳法赤泥中含有大量钠元素，将其作为原料烧制铁铝酸盐熟料时，钠组分一部分固溶于熟料矿物，另一部分会转化为硫酸钠等可溶性钠盐相。当胶凝材料遇水之后，可溶性钠盐解离出钠离子，随孔溶液迁移至制品表面，水分蒸发后钠盐析出，产生泛碱盐析现象，造成构件表面发白、粉化剥落，严重影响制品外观与耐久性，制约赤泥基高铁硫铝酸盐胶凝材料的工程推广。

3、当前抑制水泥基材料泛碱的技术主要包括：赤泥预脱钠处理、后期外掺矿物掺合料、构件表面涂刷防护涂层。赤泥预脱钠工艺复杂、成本高，难以规模化应用；仅简单掺加矿物掺合料，只能在水化阶段对游离钠进行有限吸附，无法在熟料烧制阶段对钠进行矿物固封；表面涂层防护属于被动防护，涂层破损之后泛碱问题会再次发生。现有缺少以生料配制+熟料烧制+辅助胶凝材料复配完整制备工艺为核心，实现多级协同抑制泛碱的赤泥基高铁硫铝酸盐胶凝材料制备方案。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种赤泥基胶凝材料及其制备方法。本发明包括生料配制与熟料煅烧，通过精准控制原料配比，增加钠离子在硫铁铝酸钙矿物晶格固溶；复配阶段加入脱硫石膏、粉煤灰、辅助改性剂，利用熟料内部硫酸钠碱激发粉煤灰实现钠离子二次固定，再结合水化后基体致密结构减缓钠离子浸出，多重机制协同抑制泛碱，解决高钠赤泥制备胶凝材料的泛碱难题。综上，本发明从熟料烧制和添加辅助胶凝材料两个方面固定钠离子，减少游离态钠离子的浸出，得到了一种抑制泛碱的赤泥基胶凝材料。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种赤泥基胶凝材料的制备方法，包括以下制备步骤：

4、s1.按质量份计，将15-25份改性赤泥、30-50份脱硫石膏、20-40份铝灰、10-15份煤矸石、0.5-1.5份硼砂混合均匀，在高温炉中煅烧，得到赤泥基高铁硫铝酸盐胶凝材料熟料；

5、s2.向步骤s1得到的赤泥基高铁硫铝酸盐胶凝材料熟料中加入10-20份脱硫石膏、25-35份ⅱ级粉煤灰、10-15份辅助改性剂，混合均匀并研磨过200目筛，得到赤泥基胶凝材料；

6、改性赤泥的制备包括以下步骤：

7、s11.按质量份计，将80-100份赤泥（拜耳法高钠赤泥）、6-10份氢氧化钾、0.5-2.5份氯化钙、0.5-1.5份硫酸镁、2-3份脱硫石膏、10-16份电石渣混合搅拌20-30min；

8、s12.向步骤s11得到的混料中加入40-60份去离子水，搅拌成膏状后在室温下陈化12-24h，经100-110℃烘箱干燥后置于高温炉，加热至750-850℃，保温30-60min，冷却至室温；

9、s13.将步骤s12得到的产物与250-300份表面改性剂混合，在60-80℃水浴条件下搅拌反应12-24h，经过滤并清洗3-4次，在58-60℃下干燥至恒重兵过200目筛，最终得到改性赤泥。

10、优选的，表面改性剂的制备包括以下步骤：

11、s131.按质量份计，将1-2份kh-550、0.5-1份钛酸酯偶联剂ndz-101、15-20份无水乙醇和1-3份去离子水混合，利用冰醋酸调节ph至4-5，磁力搅拌水解30-60min；

12、s132.将25-30份硬脂酸、0.4-1份十六烷基三甲基溴化铵与500-700份无水乙醇混合，在60-80℃水浴条件下以200-400r/min的转速搅拌至完全溶解；

13、s133.将步骤s131和步骤s132得到的溶液混合，以200-300r/min的转速搅拌10-20min，最终得到表面改性剂。

14、优选的，辅助改性剂的制备包括以下步骤：

15、s21.按质量份计，将10-15份玻璃粉、10-15份矿渣微粉于球磨罐中以200-300r/min的转速干法球磨混合15-30min，过200目筛得到一级混合粉体；

16、s22.将0.5-1份聚羧酸减水剂和0.2-0.5份萘系高效减水剂低速搅拌至混合均匀，得到二级混合粉体；

17、s23.将一级混合粉体、二级混合粉体和0.3-1份有机硅憎水剂在v型混料机中以20-40r/min混合10-20min，最终得到辅助改性剂。

18、优选的，步骤s1中煅烧的升温速率为5-10℃/min。

19、优选的，步骤s1中煅烧的温度为1100-1200℃，煅烧保温时间为10-30min。

20、优选的，步骤s11中的搅拌转速为30-50r/min。

21、优选的，步骤s12中高温炉的升温速率为5-10℃/min。

22、优选的，步骤s13中清洗所用溶液为无水乙醇。

23、优选的，步骤s131中的搅拌转速为200-300r/min。

24、一种赤泥基胶凝材料，由上述制备方法制备得到。

25、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

26、1、本发明通过改性赤泥和辅助改性剂的协同作用以及熟料煅烧过程中的矿物调控作用，使硫铝酸钙等活性矿物晶格固溶赤泥中带入的部分钠离子，从熟料矿物层面减少可溶性钠盐生成，降低钠离子向外浸出迁移率和迁移速率。改性赤泥和辅助改性剂的协同作用形成二次固钠、水化产物致密阻渗，实现对赤泥基胶凝材料泛碱行为的有效抑制。

27、2、本发明通过表面改性剂构建多组分协同的“化学键合-物理覆盖”双效疏水层，实现赤泥颗粒表面由亲水向超疏水的根本性转变，从源头切断泛碱必需的“水-盐”迁移链条，赋予赤泥基胶凝材料主动抗泛碱能力。

28、3、本发明涉及赤泥资源化利用和泛碱抑制胶凝材料范畴，其成本低廉，工艺设备简单，易于规模化工业生产，在大量消纳赤泥固废的同时，解决高钠赤泥制备胶凝材料制品易泛碱发白、盐析粉化的工程痛点，具有较好的市场价值。

1.一种赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的一种赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述表面改性剂的制备包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述辅助改性剂的制备包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的一种赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中煅烧的升温速率为5-10℃/min。

5.根据权利要求1所述的一种赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中煅烧的温度为1100-1200℃，煅烧保温时间为10-30min。

6.根据权利要求1所述的一种赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s11中的搅拌转速为30-50r/min。

7.根据权利要求1所述的一种赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s12中高温炉的升温速率为5-10℃/min。

8.根据权利要求1所述的一种赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s13中清洗所用溶液为无水乙醇。

9.根据权利要求2所述的一种赤泥基胶凝材料的制备方法，其特征在于，步骤s131中的搅拌转速为200-300r/min。

10.一种赤泥基胶凝材料，其特征在于，由上述权利要求1-9任意一项所述制备方法制备得到。