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CN106186772B - 一种碱渣保水剂及其喷雾干燥制备方法与应用 - Google Patents

一种碱渣保水剂及其喷雾干燥制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碱渣保水剂及其喷雾干燥制备方法与应用，利用喷雾干燥工艺把除氯碱渣浆体制备成0.30mm筛余小于10wt%的粉体，用作保水剂。本发明制备的无机粉体保水剂保水性好，经济环保，能够用于改善砂浆的保水性和混凝土的收缩性。

Description

一种碱渣保水剂及其喷雾干燥制备方法与应用
技术领域
本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种利用喷雾干燥工艺把除氯碱渣浆体制备成粉体，用作保水剂的方法及应用。
背景技术
碱渣是氨碱法生产纯碱而产生的废渣，我国目前是世界上最大的纯碱生产国，每年因生产纯碱而产生的碱渣高达300万吨，如此大量的碱渣早已引起了许多环境污染问题。但碱渣氯离子含量极高，在绝干状态下，氯离子的离子质量分数可达到10％，这给碱渣的综合治理带来了极大的困难，目前我国碱渣利用率只有3～4％，主要还是堆存或填海处理，这也造成了很大的环境问题。
通过对碱渣微观结构的分析，发现碱渣中有大量微小孔隙，因此考虑将碱渣除氯后，用作砂浆和混凝土的保水剂。
目前砂浆和混凝土保水剂领域研究较多的是有机保水剂。
(1)砂浆中主要采用纤维素醚类保水剂改善砂浆粘结性能。近年来，各类新型墙体材料被广泛应用，其表面粗糙多孔，涂抹在其上的砂浆中的拌合水会很快被墙体材料吸走，这对砂浆性能，特别是粘结强度和抗裂性能均提出了更高的要求。掺入纤维素醚类保水剂能够有效解决这一问题，但这种保水剂也存在价格高的问题，急需开发低价的无机保水剂。
(2)混凝土中主要采用高吸水性树脂(SAP)改善混凝土性能。混凝土的自收缩一直是水泥基胶凝材料难以避免的问题。尤其是高性能混凝土水灰比低，自收缩较大，更易于产生裂缝，影响结构耐久性。国内外研究主要借助SAP的高吸水性，实现混凝土的内养护，改善混凝土的收缩。但SAP同样存在价格较高的问题，而且SAP具有吸水膨胀性，掺合到混凝土中，当SAP释放其储藏的水分时，SAP体积缩小，易引起混凝土空隙率大等一系列问题。目前我国正在大力推广高性能混凝土，急需能够低成本解决高性能混凝土的自干燥收缩问题的技术。
为提高砂浆的保水率，前期申请人进行了用除氯碱渣作为砂浆保水剂的研究，并取得良好效果，但除氯碱渣经过脱水-干燥处理后，会粘结成团，难以分散。因此前期均采用在使用前将除氯碱渣加水制浆的方式进行应用，但这种方式存在实际施工操作不便的问题。
有鉴于此，提出将除氯碱渣制粉，使用时作为保水剂加入砂浆和混凝土中的思路。制备粉体的方法可以是直接采用粉磨的方法把除氯碱渣制备成粉体，但此方法会破坏除氯碱渣的部分内部孔隙结构，致使保水性会有所下降。如果采用喷雾干燥工艺，将除氯碱渣制粉，既可将除氯碱渣制备成粉体，又可最大程度地保留除氯碱渣内部的孔隙结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：采用喷雾干燥工艺对除氯碱渣进行处理，在保证除氯碱渣保水性能的同时，将其制备成粉体保水剂，解决砂浆和混凝土的性能问题，实现变废为宝，建筑工业绿色化。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案如下。
一种碱渣保水剂的喷雾干燥制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将碱渣和水混合均匀后得到碱渣与水的混合物，将碱渣与水的混合物进行脱水处理，得到氯离子含量低于混合物中固体总质量1.5wt％的除氯碱渣；
2)往氯离子含量低于混合物中固体总质量1.5wt％的除氯碱渣中加入水，充分搅拌均匀，制成除氯碱渣浆体；
3)将除氯碱渣浆体引入喷雾干燥设备，制成0.30mm筛余小于10wt％的粉体，即所述碱渣保水剂。
进一步地，步骤2)中所述除氯碱渣浆体的固体质量百分比取决于喷雾干燥设备所允许的浆体浓度以及喷雾形成的液滴粒径的大小，优选为20wt％～40wt％。
进一步地，步骤3)中所述喷雾干燥设备采用的雾化器为具有雾化效果的装置，包括离心式雾化器、压力式雾化器和气流式雾化器中的一种。
进一步地，步骤3)中，干燥室内的温度控制范围是不超过120℃或为360℃～800℃。
由以上所述制备方法制得的碱渣保水剂。
所述碱渣保水剂在砂浆中的使用方法是取代砂浆中的胶凝材料，取代量为总的胶凝材料量的3wt％～15wt％。
所述碱渣保水剂在混凝土中的使用方法是取代混凝土中的胶凝材料，取代量为总的胶凝材料量的1wt％～10wt％。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明使用喷雾干燥设备制备除氯碱渣粉体保水剂，能够最大程度的保留除氯碱渣内部的孔隙结构，不影响除氯碱渣的保水性能。。
(2)本发明制备的粉体保水剂粒径均匀，碱渣含量大，具有极高保水性。(3)本发明制备的粉体保水剂，主要成分为无机材料，性能稳定，能有效改善砂浆和混凝土性能，且极大降低了保水剂的使用成本，具有可观的经济性。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
利用喷雾干燥法和除氯碱渣制备碱渣保水剂：
1)将碱渣和水混合均匀后得到碱渣与水的混合物，将碱渣与水的混合物进行脱水处理，脱水后含水率为95％，得到氯离子含量为混合物中固体总质量1.2wt％的除氯碱渣；
2)往氯离子含量为混合物中固体总质量1.2wt％的除氯碱渣中加入水，充分搅拌均匀，制成固体质量百分比为20wt％的除氯碱渣浆体；
3)将除氯碱渣浆体引入雾化器是离心式雾化器的喷雾干燥设备，干燥室内的控制温度为80℃，得到0.30mm筛余为4wt％的碱渣保水剂。
实施例2
利用喷雾干燥法和除氯碱渣制备碱渣保水剂：
1)将碱渣和水混合均匀后得到碱渣与水的混合物，将碱渣与水的混合物进行脱水处理，脱水后含水率为96％，得到氯离子含量为混合物中固体总质量0.9wt％的除氯碱渣。
2)往氯离子含量为混合物中固体总质量0.9wt％的除氯碱渣中加入水，充分搅拌均匀，制成固体质量百分比为30wt％的除氯碱渣浆体；
3)将除氯碱渣浆体引入雾化器是气流式雾化器的喷雾干燥设备，干燥室内的控制温度为100℃，得到0.30mm筛余为8wt％的碱渣保水剂。
实施例3
利用喷雾干燥法和除氯碱渣制备碱渣保水剂：
1)将碱渣和水混合均匀后得到碱渣与水的混合物，将碱渣与水的混合物进行脱水处理，脱水后含水率为93％，得到氯离子含量为混合物中固体总质量0.5wt％的除氯碱渣；
2)往氯离子含量为混合物中固体总质量0.5wt％的除氯碱渣中加入水，充分搅拌均匀，制成固体质量百分比为40wt％的除氯碱渣浆体；
3)将除氯碱渣浆体引入雾化器是离心式雾化器的喷雾干燥设备，干燥室内的控制温度为120℃，得到0.30mm筛余为7wt％的碱渣保水剂。
实施例4
利用喷雾干燥法和除氯碱渣制备碱渣保水剂：
1)将碱渣和水混合均匀后得到碱渣与水的混合物，将碱渣与水的混合物进行脱水处理，脱水后含水率为95％，得到氯离子含量为混合物中固体总质量0.3wt％的除氯碱渣。
2)往氯离子含量为混合物中固体总质量0.3wt％的除氯碱渣中加入水，充分搅拌均匀，制成固体质量百分比为30wt％的除氯碱渣浆体。
3)将除氯碱渣浆体引入雾化器是压力式雾化器的喷雾干燥设备，干燥室内的控制温度为360℃，得到0.30mm筛余为10wt％的碱渣保水剂。
实施例5
利用喷雾干燥法和除氯碱渣制备碱渣保水剂：
1)将碱渣和水混合均匀后得到碱渣与水的混合物，将碱渣与水的混合物进行脱水处理，脱水后含水率为94％，得到氯离子含量为混合物中固体总质量0.8wt％的除氯碱渣。
2)往氯离子含量为混合物中固体总质量0.8wt％的除氯碱渣中加入水，充分搅拌均匀，制成固体质量百分比为30wt％的除氯碱渣浆体。
3)将除氯碱渣浆体引入雾化器是压力式雾化器的喷雾干燥设备，干燥室内的控制温度为800℃，得到0.30mm筛余为9wt％的碱渣保水剂。
将实施例1～5制得的碱渣保水剂掺入按水泥胶砂强度检验方法(ISO法)制作的水泥胶砂中，掺入的碱渣保水剂取代水泥，测得水泥胶砂的保水性如表1。
表1掺入各碱渣保水剂的水泥胶砂的保水性
实施例编号 掺量(wt％) 保水性(％)
空白 — 85.8
1 3 92.1
1 10 96.3
1 15 98.6
2 10 96.2
3 10 97.4
4 10 96.9
5 10 96.6
由表1可知，掺加所述碱渣保水剂后，随着碱渣保水剂掺量的增加，保水性不断提高，当保水剂掺加量为10wt％时，水泥胶砂的保水性达到96wt％以上。
将实施例1～5中得到的碱渣保水剂分别掺入配合比如表2的混凝土中。
表2混凝土配合比
其中，当碱渣保水剂掺入配合比如表2的混凝土中时，掺入的碱渣保水剂的掺量平均分为两部分，分别取代粉煤灰和粒化高炉矿渣微粉。掺入碱渣保水剂的混凝土的24h自收缩率如表3。
表3掺入碱渣保水剂的混凝土24h自收缩率
由表3可知，掺加所述碱渣保水剂后，混凝土的收缩性明显减小，当掺入10wt％时，24h自收缩性可减少60％左右。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种碱渣保水剂的喷雾干燥制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将碱渣和水混合均匀后得到碱渣与水的混合物，将碱渣与水的混合物进行脱水处理，得到氯离子含量低于混合物中固体总质量1.5wt%的除氯碱渣；
2）往氯离子含量低于混合物中固体总质量1.5wt%的除氯碱渣中加入水，充分搅拌均匀，制成除氯碱渣浆体；所述的除氯碱渣浆体的固体质量百分比为20wt%~40wt%；所述的除氯碱渣浆体的固体质量百分比取决于喷雾干燥设备所允许的浆体浓度以及喷雾形成的液滴粒径的大小；
3）将除氯碱渣浆体引入喷雾干燥设备，制成0.30mm筛余小于10wt%的粉体，得到所述碱渣保水剂；干燥室内的温度控制范围是不超过120℃或为360℃~800℃；所述的喷雾干燥设备采用的雾化器为具有雾化效果的装置，包括离心式雾化器、压力式雾化器和气流式雾化器中的一种；所述碱渣保水剂在砂浆中的使用方法是取代砂浆中的胶凝材料，取代量为总的胶凝材料量的3wt%~15wt%；所述碱渣保水剂在混凝土中的使用方法是取代混凝土中的胶凝材料，取代量为总的胶凝材料量的1wt%~10wt%。
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