一种工业固废的预处理方法及所述固废在制备胶凝材料中的应用与流程

技术特征：
1.一种工业固废的预处理方法，其特征在于，采用工业尾气处理固废，所述工业尾气的主要成分为cox、nox及sox，所述固废为包括但不限于赤泥、钢渣、粉煤灰、镍渣、锰渣中的一种或几种的混合。2.如权利要求1所述工业固废的预处理方法，其特征在于，所述工业尾气中，cox、nox及sox占工业尾气总含量的1％-30％，可选用的工业尾气包括但不限于电厂尾气、冶金尾气、水泥厂尾气；或，所述预处理过程具体步骤如下：将工业尾气与固废混合后，调整反应装置压力为常压至3.5mpa，反应温度为200-600℃，反应时间为0.5-12h；优选的，所述预处理过程在工业尾气处理装置中进行预处理；或，所述预处理方法还包括对工业尾气处理后固废进行机械粉磨，将固废原料粉磨至比表面积＞200m2/kg，或过75um筛；优选的机械粉磨方式为球磨，球磨时间为5-45min。3.一种赤泥基地聚物类胶凝材料，其特征在于，所述胶凝材料中包括赤泥、钙质固废、硅质固废、铝质固废及胶结剂；优选的，其中，赤泥、钙质固废、硅质固废及铝质固废采用权利要求1-2所述预处理方法处理。4.如权利要求3所述赤泥基地聚物类胶凝材料，其特征在于，所述胶凝材料中还具有胶凝材料杂化组分、污染因子固化剂、浆体性能调节剂中的一种或几种；所述胶凝材料中，各组分的质量分数比如下：赤泥15-90％，钙质固废25-60％、硅质固废5-25％、铝质固废5-10％、胶凝材料杂化组分0％-25％、胶结剂2-15％、污染因子固化剂0-10％，浆体性能调节剂0-2％；优选的，所述赤泥为拜尔赤泥、烧结赤泥或联合法赤泥中的一种或其组合；优选的，所述钙质固废选自高炉矿渣、钢渣、高钙粉煤灰、电石渣、脱硫石膏、磷石膏、氟石膏等中的一种或几种；优选的，所述硅质固废选自煤矸石、铁尾矿、高炉矿渣、粉煤灰、硅灰等中的一种或几种；优选的，所述铝质固废为铝灰、粉煤灰、高炉矿渣等中的一种或其组合；优选的，所述的胶结剂为碱性氢氧化物、碱性氧化物、碱金属硅酸盐、高碱性有机物、硫酸盐、氯化物、碳酸盐、硝酸盐等中的一种或几种；优选的，所述胶凝材料杂化组分为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、铝酸盐水泥、磷氧镁水泥等水泥类胶凝材料中的一种或两种；优选的，所述的污染因子固化剂为生物多糖类、磷酸盐类、多孔材料类、硅酸盐类、有机聚合物类重金属及碱性固化/稳定化组分中的一种或几种；优选的，所述的浆体性能调节剂为聚羧酸、萘系、脂肪族、木质素类、氨基磺酸盐类减水剂或糖类、盐类、有机聚合物类缓凝剂中的一种或几种；优选的，所述胶凝材料的制备方法如下：将上述赤泥、钙质固废、硅质固废、铝质固废、胶凝材料杂化组分、胶结剂、污染因子固化剂、浆体性能调节剂粉磨至比表面积为150～450m2/kg，按比例混合上述各组分得到所述胶凝材料。具体的实例中，还包括采用包装设备将混合均匀的赤泥基地聚物类胶凝材料进行包装。5.权利要求3或4所述赤泥基地聚物类胶凝材料在基础建设领域的应用；优选的，所述基础建设领域的应用包括但不限于隧道与地下工程注浆工程、交通工程
既有结构修补工程、高速公路稳定碎石层铺筑、高速公路改良路床土、泡沫轻质土或矿山充填工程。6.一种固废基高铁相胶凝材料，其特征在于，所述固废基高铁相胶凝材料中原料及配比如下：高钙质固废55-65％、高硅质固废15-25％、高铝质固废10-25％、高铁质固废15-35％、高硫固废0-15％；上述原料的石灰石饱和系数、硅率、铁率分别为0.667-1.0、1.7-2.7、0.5-1.1。7.如权利要求6所述固废基高铁相胶凝材料，其特征在于，所述石灰石饱和系数计算方式如下：上述固废基高铁相胶凝材料的全部原料中，满足饱和酸性氧化物需求之外的、能够与sio2化合的cao的含量与理论上原料中的sio2全部化合成3cao
·
sio2所需要的氧化钙含量的比值；所述硅率是指固废基高铁相胶凝材料的全部原料中，sio2：(al2o3 fe2o3)的比值；所述铁率是指固废基高铁相胶凝材料的全部原料中，fe2o3含量与al2o3含量之比；优选的，所述高钙质固废为电石渣、石灰石尾矿、高炉渣、高钙粉煤灰等中的一种或几种的组合；优选的，所述高硅质固废为煤矸石、硅灰、铁尾矿、低钙粉煤灰等中的一种或几种的组合；优选的，所述高铝质固废为烧结赤泥、铝灰等中的一种或几种；优选的，所述高铁质固废为拜尔赤泥、钢渣、铁合金渣、氧化铁渣等中的一种或几种的组合；优选的，所述高硫质固废为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、硼石膏等中的一种或几种的组合；优选的，所述固废基高铁相胶凝材料的制备方法如下：按配比将上述固废原料加水湿混制成浆液，所述浆液烘干、研磨、过筛、制块得到试块，将试块进行高温煅烧并快速冷却，研磨、过筛、掺加2-8％固废石膏，得到所述固废基高铁相胶凝材料；进一步的，上述固废石膏，更为优选的石膏为脱硫石膏、磷石膏、氟石膏。进一步的，上述固废基高铁相胶凝材料，更为优选的固废原料为拜尔赤泥、钢渣、铁合金渣、氧化铁渣、煤矸石、硅灰、铁尾矿、低钙粉煤灰、电石渣、石灰石尾矿、高炉渣、高钙粉煤灰、烧结赤泥或铝灰；进一步的，所述浆液中，水胶比为(0.6-1):1，更优选为(0.7-1):1，具体的实例中，为0.8:1；进一步的，所述浆液烘干的温度为75～105℃，烘干时间为12～36h；具体的，为100℃下干燥24h，或80℃下干燥24h，或80℃下干燥36h；进一步的，所述研磨转速为300～400rpm，研磨时间为0.3～0.6h；具体的，为转速300rpm下研磨0.5h，优选为转速350rpm下研磨0.4h，进一步优选为转速400rpm下研磨0.5h；进一步的，研磨后的粉料过筛目数为100目～200目，进一步优选的，100％粉料过100目筛，其中，80％的粉料过200目筛；进一步的，所述制块时，粉料的水胶比为0.15～0.2：1，制块的压制压力为0.3mpa，制块的尺寸可根据煅烧装置的内容量进行调整，可行的尺寸如60mm
×
10mm、或50mm
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10mm；进一步的，所述高温煅烧的方式如下：以1-10℃/min的升温速率在高温炉中升温至
1200-1450℃，并保温30-90min，或以5-10℃/min的升温速率在高温炉中升温至1200-1350℃，并保温30-90min，优选的，保温30-60min；进一步的，所述快速冷却的方式为水冷或风冷；优选为水冷，或水冷后继续进行风冷。8.一种赤泥基高铁相抗侵蚀胶凝材料，其特征在于，所述赤泥基高铁相抗侵蚀胶凝材料中包括权利要求6或7所述固废基高铁相胶凝材料，还包括碱激发地聚物类胶凝材料及助剂，上述组分的重量配比如下：固废基高铁相胶凝材料及碱激发地聚物类胶凝材料占胶凝材料总重量的10-80％，所述助剂为胶凝材料总重量的0.1-5％。9.如权利要求8所述赤泥基高铁相抗侵蚀胶凝材料，其特征在于，所述固废基高铁相胶凝材料与碱激发地聚物类胶凝材料质量比为1～10：5～19；或，所述碱激发地聚物类胶凝材料包括：碱激发赤泥-矿渣胶凝材料、碱激发粉煤灰-矿渣胶凝材料、碱激发偏高岭土-矿渣胶凝材料、碱激发赤泥-粉煤灰-矿渣胶凝材料、碱激发赤泥-脱硫石膏-矿渣胶凝材料、碱激发赤泥-粉煤灰-矿渣胶凝材料、碱激发赤泥-钢渣-矿渣胶凝材料等中的一种或多种；或，所述助剂包括早强剂、速凝剂、减水剂、膨胀剂、引气剂、粘结剂、泵送剂、增稠剂中的一种或几种的组合；进一步的，所述早强剂占助剂总重量的1-4％；进一步的，所述早强剂为氯盐早类、硫酸盐类、硝酸盐类、有机类中的一种或几种的组合；进一步的，所述速凝剂占助剂总质量的0.1-1.5％；进一步的，所述速凝剂为硅酸盐类速凝剂、铝酸盐类速凝剂、液体无碱速凝剂中的一种或几种的组合；进一步的，所述减水剂占助剂总质量的0.5-2.5％；进一步的，所述减水剂为木质素磺盐及其改性或者衍生物、羟基羧及其盐或者其改性以及衍生物、无机盐、铵盐及其衍生物、碳水化合物及多聚糖或者糖、水溶性聚合物中的一种或几种的组合；进一步的，所述膨胀剂占助剂总质量的0.5-2％；进一步的，所述膨胀剂为细铁粉或者粒状铁粉与氧化增进剂、石灰系、硫铝盐系中的一种或几种的组合；进一步的，所述引气剂占助剂总质量的1.5-4％；进一步的，所述引气剂为木材树脂盐、洗涤剂、木质素磺盐、蛋白质的盐、脂肪以及树脂及其盐中的一种或几种的组合；进一步的，所述粘结剂占助剂总质量的0.2-2％；进一步的，所述粘结剂为乳胶、天然橡胶乳胶中的一种或其组合；进一步的，所述泵送剂占助剂总质量的0.5-3％。进一步的，所述泵送剂为膨润土、二氧化硅、石棉粉、石棉短纤维、粉煤灰、水硬石灰、石粉中的一种或几种的组合；进一步的，所述增稠剂占助剂总质量的0.1-1％；进一步的，所述增稠剂为黄原胶、瓜尔豆胶、刺槐豆胶、角豆胶、卡拉胶中的一种或几种的组合。
10.权利要求6或7所述固废基高铁相胶凝材料和/或权利要求8或9所述赤泥基高铁相抗侵蚀胶凝材料在海岸工程、近海工程和深海工程中的应用；优选的，所述海岸工程包括海岸防护工程、围海工程、海港工程、河口治理工程、海上疏浚工程、沿海渔业设施工程、环境保护设施工程建设工程；优选的，所述近海工程包括滨海岩溶矿山建设、跨海桥梁、沿海高速公路、在大陆架较浅水域的海上平台、人工岛的建设工程，和在大陆架较深水域的建设工程，如浮船式平台、移动半潜平台、自升式平台、石油和天然气勘探开采平台、浮式贮油库、浮式炼油厂、浮式飞机场建设工程；优选的，所述深海工程包括海底物资储藏设施、海底隧道工程、海底管道、海底电缆或光缆工程、海洋矿产资源勘探开发及其附属工程、海上潮汐电站、波浪电站、温差电站等海洋能源开发利用工程。

技术总结
本发明涉及一种工业固废的预处理方法及所述固废在制备胶凝材料中的应用。固废的资源化对于降低水泥用量具有节能、减碳、利废的多重效益，但目前将固废作为胶凝材料应用还具有成分波动性大、胶凝活性低、污染因子含量高、工程性能差等问题。针对上述问题，本发明提供了一种工业固废的预处理方法，采用工业尾气中的酸性气体消除固废中f-CaO和f-MgO等组分的含量，消除固废体积安定性不良的缺陷，提供了一种可替代水泥的胶凝材料。进一步的，本发明还提供了基于上述固废的高铁相抗侵蚀海工胶凝材料，提供了一种可应用海洋工事的胶凝材料。提供了一种可应用海洋工事的胶凝材料。提供了一种可应用海洋工事的胶凝材料。


技术研发人员：李召峰 周勇 张健 左志武 王川 林春金
受保护的技术使用者：山东高速集团有限公司
技术研发日：2022.05.05
技术公布日：2022/11/15