[发明专利]一种生态胶凝材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种生态胶凝材料及其制备方法，涉及建筑材料技术领域，生态胶凝材料原料按照质量分数计，包括以下组分：赤泥5～20份、石膏5～25份、矿渣粉30～50份以及粉煤灰30～50份。本发明原料包括赤泥、工业副产石膏、其他硅铝质工业固体废弃物(如粉煤灰、矿渣等)，将原料粉磨至一定细度后混合均匀、加水拌和、成型、标准养护，完成生态胶凝材料的制备。通过充分发挥赤泥与工业副产石膏的耦合激发作用，提高该生态胶凝材料的胶凝活性，使其水化产物之间连结更加紧密，从而使得胶凝材料的整体结构致密。其28天抗压强度可达50MPa以上，具有强度合理的特性。

技术领域

建筑材料技术领域，特别是涉及一种生态胶凝材料及其制备方法。

背景技术

普通硅酸盐水泥(简称水泥)是目前应用最广泛的胶凝材料，其生产工艺可以概括为“两磨一烧”，在生产过程中需要消耗大量的矿物原料和能量并产生CO₂的排放。目前水泥工业的CO₂排放约占全国CO₂排放总量的18％～22％，年消耗石灰石矿物的数量约为31.05亿吨。每生产1吨水泥熟料约消耗热能为3200KJ/kg，每生产1吨水泥约消耗电能80kWh，同时排出大量的粉尘和氮氧化物。因此，水泥工业存在高污染、高能耗、高排放的状况，急需可替代水泥的无熟料或者少熟料的低碳生态胶凝材料。

与此同时，近年来，随着氧化铝冶炼工业的快速增长，生产能力的快速发展，氧化铝行业的副产品-赤泥的处理问题变得日益严峻。赤泥是以铝土矿为原料生产氧化铝过程中产生的极细颗粒强碱性固体废物。其产出量因矿石品位、生产方法和技术水平而异，目前大多数生产厂家每生产1t氧化铝将附带产生0.8t～1.5t赤泥。2020年赤泥综合利用量为849万吨，综合利用率仅为8％。

工业副产石膏是指工业生产中由化学反应生成的以硫酸钙(含零至两个结晶水)为主要成分的废渣，主要包括：以磷矿石和硫酸为原料生产磷酸或其他磷酸盐过程中排出的磷石膏；石灰石/石灰-石膏湿法脱硫工艺中产生的脱硫石膏；采用硫酸酸解钛铁矿生产钛白粉时所产生的钛石膏；发酵法制备柠檬酸的过程中产生的柠檬酸石膏；用硫酸分解萤石制备氢氟酸的过程中产生的氟石膏；以及废陶模石膏等。其中，磷石膏、脱硫石膏以及钛石膏是最主要的工业副产石膏，三者占工业副产石膏总产量的80％以上。

钛白粉生产主要以硫酸法生产工艺为主，在生产钛白粉的过程中也产生了大量的以二水石膏钙为主要成分的钛石膏，硫酸法生产一吨钛白粉产生的钛石膏大约6-10吨。钛石膏主要成分是CaSO₄·2H₂O。近年来，随着钛产业的迅速升温，钛白粉的产量逐年攀升。目前国内钛白粉90％以上采用硫酸法生产工艺进行生产。目前堆存的磷石膏已达2亿多吨，实际利用率不足40％。由于通常含有磷、氟及有机物等有害杂质，到目前为止，大量磷石膏还没有得到有效地利用，堆存和填埋这些磷石膏渣不仅占用大量土地，还易对大气和地下水造成严重污染。与此同时，烧结烟气脱硫尚处于发展时期，对脱硫副产物的利用尚未形成完整的工业链。因此，脱硫石膏在国内并没有得到有效的再利用，除部分用于水泥缓凝剂或建筑石膏外，大部分仍釆取堆放方式处置，不仅占用大量土地，浪费资源，而且也会对周边环境造成二次污染。

因此，如何大规模、高效地利用赤泥、工业副产石膏等废弃物，实现环境减负，企业增效，成为了迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种生态胶凝材料(利用赤泥-工业副产石膏协同激发其他固废制备的PRM生态胶凝材料)及其制备方法，利用赤泥的碱性以及石膏中的CaSO₄·2H₂O增强效应以及早强效应，耦合激发矿渣粉与粉煤灰的硅铝活性，生成的水化产物钙矾石、C-S-H和C-A-S-H凝胶，充分发挥各类固废材料的特性，制备全固废胶凝材料制品，解决现有技术中利用工业固废低碳制备生态胶凝材料普遍存在制造成本高、制造工艺复杂不适于工业化生产、生态胶凝材料性能偏低的共性关键技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：