[發(fā)明專利]一種固廢基超細(xì)特種復(fù)合膠凝材料的制備方法及膠凝材料

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211344239.1
• 申請(qǐng)日: 2022-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN115893879A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛強(qiáng);李江山;陳新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所
• 主分類號(hào): C04B7/26
• 分類號(hào): C04B7/26
• 代理公司: 北京眾達(dá)德權(quán)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11570
• 代理人: 代春茹

本發(fā)明公開了一種固廢基超細(xì)特種復(fù)合膠凝材料的制備方法及膠凝材料，主要以大宗固廢為原料，采用顆粒級(jí)配多級(jí)超細(xì)定向調(diào)節(jié)，界面調(diào)控改性工藝，制備高性能固廢基超細(xì)特種復(fù)合膠凝材料。其配合比為40～100份的超細(xì)多元固廢基混合料,0～60份固廢基堿調(diào)和劑和額外1～5份的堿活化劑，其中，超細(xì)多元固廢混合料包括礦渣、粉煤灰、鋼渣、建筑垃圾、污泥焚燒灰、生活垃圾焚燒爐渣和磷石膏等固廢材料中的2種或多種；固廢基堿調(diào)和劑為赤泥、電石渣等堿性固體廢棄物中的1種或多種；堿活化劑為堿金屬氧化物、水玻璃中的1種或多種，本發(fā)明解決了大宗固廢綜合利用問題，緩解了水泥制造工業(yè)高能耗高碳排放造成的環(huán)境影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及固體廢棄物資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種固廢基超細(xì)特種復(fù)合膠凝材料的制備方法及膠凝材料。

背景技術(shù)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，水泥工業(yè)消耗了約5％的自然資源，使用了工業(yè)總能源總量的12％～15％，排放的二氧化碳約占總量的6％。自然資源的衰竭，高能耗高碳排放的環(huán)境影響嚴(yán)重制約了水泥工業(yè)的發(fā)展?；诖?，采用大宗固廢替換水泥制備高性能膠凝材料具有較好的經(jīng)濟(jì)環(huán)境效益。

礦渣、粉煤灰、污泥焚燒灰、生活垃圾焚燒爐渣、鋼渣、磷石膏、赤泥和電石渣是常見的工業(yè)固體廢棄物，礦渣、鋼渣是提煉鋼鐵過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物，每生產(chǎn)一噸鋼鐵，會(huì)有0.3噸的礦渣和0.2噸的鋼渣產(chǎn)生，據(jù)統(tǒng)計(jì)中國(guó)每年會(huì)生產(chǎn)2.4億噸礦渣和超過一億噸的鋼渣；粉煤灰是火電廠排放的最主要的固體廢棄物之一，是燃煤電廠經(jīng)捕塵裝置從煙氣中收集而得到的細(xì)灰，近年來隨著資源消耗量的增加，粉煤灰產(chǎn)量呈逐年上升趨勢(shì)，2019年我國(guó)工業(yè)粉煤灰年產(chǎn)量約5.4×108噸，綜合利用率為74.7％，但是總量巨大，已成為中國(guó)最大單一固體污染源；污水處理廠每天都會(huì)處理大量的污水從而會(huì)有大量的污泥產(chǎn)生，如果對(duì)污泥進(jìn)行填埋處置不僅侵占寶貴的土地資源，而且破壞生態(tài)環(huán)境。目前，污泥焚燒處理工藝能最大程度實(shí)現(xiàn)無害化、減量化、能量回收等，成為我國(guó)污泥處理的主流技術(shù)之一。生活垃圾焚燒爐渣是垃圾焚燒生活垃圾的產(chǎn)物，由不燃物和少部分為燃燒的物質(zhì)組成，如碎玻璃、碎瓷片和一些金屬物質(zhì)等，產(chǎn)量巨大，其體積是進(jìn)場(chǎng)時(shí)的20％左右。赤泥是生產(chǎn)氧化鋁產(chǎn)生的副產(chǎn)物，磷石膏是濕法制備磷酸工藝而產(chǎn)生的工業(yè)副產(chǎn)物。每生產(chǎn)一噸氧化鋁將會(huì)產(chǎn)生1～2噸的赤泥，到2015年我國(guó)的堆存量已經(jīng)達(dá)到了4億噸；每生產(chǎn)1噸磷酸產(chǎn)生4.5～5.5噸磷石膏，現(xiàn)在我國(guó)每年有超7000萬噸磷石膏產(chǎn)生，現(xiàn)在磷石膏的總量已經(jīng)超過6億噸。電石渣是電石水解得到乙炔的次生產(chǎn)物，主要成分與石灰非常相似，每1噸電石渣水解后可產(chǎn)生約10噸固體含量約為12％的電石渣漿，按此計(jì)算我國(guó)每年產(chǎn)生的電石渣高達(dá)4300萬噸。這幾種固體廢物的產(chǎn)量大，且主要以堆存的方式為主，占用大量的土地資源，赤泥、磷石膏、礦渣、粉煤灰的顆粒細(xì)小，容易隨風(fēng)飄到空氣中對(duì)環(huán)境造成污染，這些固體廢棄物長(zhǎng)期堆存里邊的一些有害物質(zhì)會(huì)隨著雨水滲入到地下，對(duì)周圍環(huán)境造成影響并影響地下水，對(duì)人類身體健康造成傷害。這些大宗固體廢棄物難以處理，制約著城市的低碳發(fā)展，因此資源化利用這些固廢迫在眉睫。

因此，本發(fā)明利用大宗固體廢棄物(礦渣、粉煤灰、污泥焚燒灰、生活垃圾焚燒爐渣、鋼渣、磷石膏、赤泥和電石渣)潛在的火山灰質(zhì)活性，基于固廢協(xié)同利用原理，開發(fā)了固廢基超細(xì)特種復(fù)合膠凝材料，用于部分代替或者全部代替水泥，不僅可以提高固體廢棄物的利用率，減少堆存問題，而且可以減少環(huán)境污染，減輕工業(yè)廢棄物造成的環(huán)境負(fù)擔(dān)，有利于建筑工業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種固廢基超細(xì)特種復(fù)合膠凝材料及其制備方法，主要以大宗固廢為原料，采用顆粒級(jí)配多級(jí)超細(xì)定向調(diào)節(jié)，界面調(diào)控改性工藝，制備高性能固廢基超細(xì)特種復(fù)合膠凝材料。主要原理是利用鋼渣、礦渣以及粉煤灰等潛在火山灰活性，協(xié)同處理建筑垃圾、污泥焚燒灰、生活垃圾焚燒爐渣和磷石膏等固體廢棄物，利用赤泥和電石渣的強(qiáng)堿性作為固廢堿性調(diào)和劑，降低堿激發(fā)劑用量，通過多級(jí)破碎粉磨，界面改性激發(fā)活性，促進(jìn)水化反應(yīng)時(shí)膠凝材料中Al酸鹽和Si酸鹽離子溶出，從而生成更多的水化產(chǎn)物，提高強(qiáng)度和耐久性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：