CN111559899A - 一种再生材料地坪砖及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种再生材料地坪砖及其制备方法，原料包括胶凝材料和骨料，其特点是：胶凝材料为原料总质量的25%~50%，骨料为原料总质量的50%~75%，胶凝材料中各组分包括：赤泥、石油焦脱硫灰渣、电石渣、矿渣粉、水玻璃及硫酸钠；骨料为河沙。制备方法是：按配比称取上述原料备用；将赤泥、石油焦脱硫灰渣及电石渣进行烘干和粉磨，与矿渣粉混合均匀，再加入河砂，得到混合均匀的混合料后，放入砂浆搅拌容器后加适量水搅拌，浇筑成型，放置在室内20‑30小时后拆模，然后，养护至25‑30天即可。废料资源得到利用，能够减少环境污染，降低地坪砖制造成本；其制备方法快速、简单，适用于大规模工业化生产。

Description

一种再生材料地坪砖及其制备方法

技术领域

本发明属于土木工程、固体废弃物资源化再生利用及建筑材料领域，具体说是一种再生材料地坪砖及其制备方法。

背景技术

近年来我国氧化铝产量在全球产量的占比中超过50%，截至2017年3月我国的氧化铝产能达到7071万吨，巨大的产能同时推动着我国铝行业的发展。目前，生产氧化铝的方式以拜耳法为主，其产量约占全球氧化铝总产量的90%，其主要优势在于能够有效降低能耗。然而，拜耳法生产氧化铝的过程中通常加入烧碱、石灰等原料，在氧化铝溶出的同时，其它不溶于碱的物质被过滤出来，这种生产过程中产生的固体废渣就是赤泥。因氧化铝生产工艺、原料等因素的影响，拜耳法赤泥颗粒极细，且具有较高的碱性，容易产生粉尘污染，堆放过程中析出的碱或其它重金属物质也可能会渗入地下，也会造成土壤碱化或污染地下水源。

据统计我国每年的赤泥排放量超过7000万吨，累积堆存量超过3.5亿吨。由于监管不到位，企业在堆放赤泥时很难做到无害化处理，给堆场周边及附近地区造成严重环境污染；而且随着城镇化建设的发展，土地资源匮乏，环境问题也日益成为社会发展中首当其冲需要解决的问题，对氧化铝工业来说，解决赤泥的综合回收利用问题才能更好的实现可持续发展。目前，我国对赤泥的综合利用一是取其中的有用成分，例如提取有价金属等；二是作为原料整体加以利用，如用作环境修复材料或用于建筑材料。回收有价金属成分的工艺复杂成本较高，用于环境修复材料工艺简单成本也相对较低，但可能在应用中产生二次污染。这两种应用方式在一定程度上降低了赤泥的排放量，但对它的消耗仍然有限，且无法保证在应用过程中不产生二次污染。

与此同时，我省沿海地区大型炼油厂主要从中东地区进口的原油，重质、劣质原油中的硫、氮和金属元素含量不断增加，导致石油焦只能作为燃料。目前常用的高硫石油焦处理技术是通过循环流化床锅炉燃烧，通过添加石灰石高温分解出的CaO与石油焦燃烧出的硫反应生成CaSO₄，从而达到石油焦脱硫的目的，这些脱硫石膏与其他燃烧产物的混合物形成石油焦脱硫灰渣。以某地的 一家炼油厂为例，其石油焦脱硫石膏渣年排放量在50万吨以上，目前，只能露天堆放，尚无合适的途径开展大规模处理，造成了严重的环境污染。石油焦脱硫灰渣是燃料中存在的水分与燃料中的氢元素燃烧后形成的水分一起呈气态在锅炉受热面所结灰垢。矿物杂质成为灰分，基本上以金属和非金属氧化物的形式存在，如硅、铝、铁、钙、钾、钠、镍、镁等氧化物。石油焦渣的资源化利用技术一直是国内外研究的热点和难点，虽然成果多，但实际推广应用的少，资源化利用的水平亟待提高。

无论是有价金属回收还是用于环境修复等方面，都很难实现拜耳法赤泥的大宗利用，成为赤泥资源化综合利用的一大难点。

如何利用炼油业固体废弃物脱硫石油焦渣为主要原料制备拜耳法赤泥的活性激发剂，掺加电石渣等废弃物制备地坪砖。发挥以废治废的思想，降低成本，利用大掺量石油焦脱硫灰渣和其他辅料对拜耳法赤泥进行活化处理，达到氧化铝废渣和炼油业固废双重资源化利用的目的。这是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种再生材料地坪砖及其制备方法，达到氧化铝废渣和炼油业固废双重资源化利用的目的，能够有效地减少环境污染，降低地坪砖制造成本，且原料易得，制备方法快速、简单，适用于大规模工业化生产。

为解决以上问题，本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种再生材料地坪砖，所述再生材料地坪砖的原料包括胶凝材料和骨料，其特征在于，所述胶凝材料为原料总质量的25%~ 50%，所述骨料为原料总质量的50%~ 75%，所述胶凝材料中各组分的质量百分比为：赤泥为30%~70%，石油焦脱硫灰渣为20%~60%，电石渣为0%~35%，矿渣粉为7.5%~30%，水玻璃为1%~2%，硫酸钠为1%~2%；所述骨料为河沙。

对上述技术方案的改进：所述胶凝材料中各组分的质量百分比为：赤泥为45%~70%，石油焦脱硫灰渣为20%~55%，电石渣为0%~30%，矿渣粉为7.5%~25%，水玻璃为1%~2%，硫酸钠为1%~2%。

对上述技术方案的进一步改进：外掺水的用量为胶凝材料质量的10%~ 15%，所述外掺水不计入所述再生材料地坪砖原料的质量百分比。

对上述技术方案的进一步改进：所述赤泥为拜耳法赤泥，所述拜耳法赤泥是使用拜耳法浸出铝土矿中氧化铝排出的泥状残渣；所述石油焦脱硫灰渣为含重金属的石油焦在锅炉中燃烧与石灰粉混合产生的废渣；所述电石渣为电石水解出乙炔气体后产生的固体沉积物。

本发明还提供一种上述再生材料地坪砖的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：

（1）按原料配合比称取赤泥、石油焦脱硫灰渣、电石渣、矿渣和河砂，备用；

（2）将赤泥、石油焦脱硫灰渣、电石渣及矿渣进行烘干和粉磨，按比例混合，再加入河砂，得到混合均匀的混合料；

（3）将混合料放入砂浆搅拌容器后加适量水搅拌，充分搅拌后浇筑成型，放置在室内20-30小时后拆模，然后，在自然环境中养护至 25-30天，即可得到赤泥免烧尾矿砖。

对上述技术方案的改进：所述胶凝材料为原料总质量的25%~ 50%，所述骨料为原料总质量的50%~ 75%，所述胶凝材料中各组分的质量百分比为：赤泥为30%~70%，石油焦脱硫灰渣为20%~60%，电石渣为0%~35%，矿渣粉为7.5%~30%，水玻璃为1%~2%，硫酸钠为1%~2%。

对上述技术方案的进一步改进：所述胶凝材料中各组分的质量百分比为：赤泥为45%~70%，石油焦脱硫灰渣为20%~55%，电石渣为0%~30%，矿渣粉为7.5%~25%，水玻璃为1%~2%，硫酸钠为1%~2%。

对上述技术方案的进一步改进：外掺水的用量为胶凝材料质量的10%~ 15%，所述外掺水不计入所述再生材料地坪砖原料的质量百分比。

对上述技术方案的进一步改进：所述赤泥为拜耳法赤泥，所述拜耳法赤泥是使用拜耳法浸出铝土矿中氧化铝排出的泥状残渣；所述石油焦脱硫灰渣为含重金属的石油焦在锅炉中燃烧与石灰粉混合产生的废渣；所述电石渣为电石水解出乙炔气体后产生的固体沉积物。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和积极效果：

本发明拜耳法赤泥活性激发剂是利用炼油废灰为主要原料制备的，与拜耳法赤泥以一定比例混合均匀即可得到较好的强度。本发明可以达到氧化铝废渣和炼油业固废双重资源化利用的目的，可以减少对周边环境的污染程度，减少资源浪费，具有巨大的经济价值、社会价值及环保价值。还可以降低地坪砖制造成本，且原料易得，制备方法快速、简单，适用于大规模工业化生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明一种再生材料地坪砖的具体实施方式，所述再生材料地坪砖的原料包括胶凝材料和骨料，所述胶凝材料为原料总质量的25%~50%，所述骨料为原料总质量的50%~75%，所述胶凝材料中各组分的质量百分比为：赤泥为30%~70%，石油焦脱硫灰渣为20%~60%，电石渣为0%~35%，矿渣粉为7.5%~30%，水玻璃为1%~2%，硫酸钠为1%~2%；所述骨料为河沙。

优选地，所述胶凝材料中各组分的质量百分比为：赤泥为45%~70%，石油焦脱硫灰渣为20%~55%，电石渣为0%~30%，矿渣粉为7.5%~25%，水玻璃为1%~2%，硫酸钠为1%~2%。

进一步地，外掺水的用量为胶凝材料质量的10%~ 15%，所述外掺水不计入所述再生材料地坪砖原料的质量百分比。

具体而言：所述赤泥为拜耳法赤泥，所述拜耳法赤泥是使用拜耳法浸出铝土矿中氧化铝排出的泥状残渣；所述石油焦脱硫灰渣为含重金属的石油焦在锅炉中燃烧与石灰粉混合产生的废渣；所述电石渣为电石水解出乙炔气体后产生的固体沉积物。

本发明还提供一种上述再生材料地坪砖的制备方法的具体实施方式，包括以下步骤：

（1）按原材料配合比称取赤泥、石油焦脱硫灰渣、电石渣、矿渣和河砂，备用；

（2）将赤泥、石油焦脱硫灰渣、电石渣及矿渣进行烘干和粉磨，按比例混合，再加入河砂，得到混合均匀的混合料；

（3）将混合料放入砂浆搅拌容器后加适量水搅拌，充分搅拌后浇筑成型，放置在室内20-30小时后拆模，然后，在自然环境中养护至 25-30天，即可得到赤泥免烧尾矿砖。

以下为本发明再生材料地坪砖的具体实施例：

尾矿砖材料选用拜耳法赤泥、石油焦渣、电石渣、矿渣和河砂。试验采用两种成型方式，分别是静力浇筑成型和压制成型。试验检测方法参考（GB/T 4111-2013）《混凝土砌块和砖试验方法》进行力学性能、干燥收缩、软化系数和抗冻性能检测。各项性能满足《非烧结垃圾尾矿砖》（JC/T422-2007）规定的各项指标要求。

实施例1：

将拜耳法赤泥、石油焦渣、电石渣和矿渣进行烘干和粉磨，然后按比例混合，并加入部分河砂。将混合料放入砂浆搅拌锅后加适量水搅拌，充分搅拌后浇筑成型，放置于室内1d后拆模，最后在自然环境中养护至 28d即可得到赤泥免烧尾矿砖。具体配比（质量百分比）：拜耳法赤泥12.25%、石油焦脱硫灰渣3.5%、电石渣1.75%、矿渣7.5%、河砂75%，外加0.2%聚羧酸减水剂、12.5%的水。浇注成型的40×100×200mm³的路面砖，28d抗折强度6.6MPa，抗压强度21.8MPa，平均吸水率8.4%，干燥收缩0.512mm/m，软化系数为1.07，25次慢冻冻融循环后质量损失率为0，强度损失率9.05%。

实施例2：

将拜耳法赤泥、石油焦渣、电石渣和矿渣进行烘干和粉磨，然后按比例混合，并加入部分河砂。将混合料放入砂浆搅拌锅后加适量水搅拌，充分搅拌后浇筑成型，放置于室内1d后拆模，最后在自然环境中养护至 28d即可得到赤泥免烧尾矿砖。具体配比（质量百分比）：拜耳法赤泥24.5%、石油焦脱硫灰渣7%、电石渣3.5%、矿渣15%、河砂50%，外加0.5%聚羧酸减水剂、15%的水。浇注成型的40×100×200mm³的路面砖，28d抗折强度10.3MPa，抗压强度43.0MPa，平均吸水率2.6%，干燥收缩0.465mm/m，软化系数为1.0，25次慢冻冻融循环后质量损失率为0，强度损失率1.88%。

实施例3：

将拜耳法赤泥、石油焦渣、电石渣和矿渣进行烘干和粉磨，然后按比例混合，并加入部分河砂。将混合料放入砂浆搅拌锅后加适量水搅拌，充分搅拌后浇筑成型，放置于室内1d后拆模，最后在自然环境中养护至 28d即可得到赤泥免烧尾矿砖。具体配比（质量百分比）：拜耳法赤泥24.5%、石油焦脱硫灰渣10.5%、矿渣15%、河砂50%，外加0.5%聚羧酸减水剂、15%的水。浇注成型的40×100×200mm³的路面砖，28d抗折强度8.9MPa，抗压强度36.9MPa，平均吸水率2.5%，干燥收缩0.467mm/m，软化系数为1.03，25次慢冻冻融循环后质量损失率为0，强度损失率1.12%。

实施例4：

将拜耳法赤泥、石油焦渣、电石渣和矿渣进行烘干和粉磨，然后按比例混合，并加入部分河砂。将混合料放入砂浆搅拌锅后加适量水搅拌，充分搅拌使用压力试验机80KN压制成型，放置于室内1d后拆模，最后，在自然环境中养护至 28d即可得到赤泥免烧尾矿砖。具体配比（质量百分比）：拜耳法赤泥12.25%、石油焦脱硫灰渣3.5%、电石渣1.75%、矿渣7.5%、河砂75%，外加12.5%的水。压制成55×100×200mm³的路面砖，28d抗折强度8.4MPa，抗压强度29.6MPa，平均吸水率11%，干燥收缩0.10mm/m，软化系数为0.95，25次慢冻冻融循环后质量损失率为0.6%，强度损失率7.92%。

本发明根据配方进行实验，将赤泥中掺入激发剂，养护24h后拆模，此时试块胶结成型，可以完整脱模且具有一定强度，最高可达25MPa，可直接用于硬化地坪和铺地砖。在试块中，石油焦脱硫灰渣进一步提高赤泥粉体的活性，高贝利特水泥及水玻璃等辅助材料中的活性成分与赤泥复合反应生成具有胶凝性质的物质，提高材料的密实度和强度。

以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对被发明进行了详细的说明，但对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而对这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种再生材料地坪砖，所述再生材料地坪砖的原料包括胶凝材料和骨料，其特征在于，所述胶凝材料为原料总质量的25%~50%，所述骨料为原料总质量的50%~75%，所述胶凝材料中各组分的质量百分比为：赤泥为30%~70%，石油焦脱硫灰渣为20%~60%，电石渣为0%~35%，矿渣粉为7.5%~30%，水玻璃为1%~2%，硫酸钠为1%~2%；所述骨料为河沙。

2.根据权利要求1所述的再生材料地坪砖，其特征在于，所述胶凝材料中各组分的质量百分比为：赤泥为45%~70%，石油焦脱硫灰渣为20%~55%，电石渣为0%~30%，矿渣粉为7.5%~25%，水玻璃为1%~2%，硫酸钠为1%~2%。

3.根据权利要求1或2所述的再生材料地坪砖，其特征在于，外掺水的用量为胶凝材料质量的10%~ 15%，所述外掺水不计入所述再生材料地坪砖原料的质量百分比。

4.根据权利要求1或2所述的再生材料地坪砖，其特征在于，所述赤泥为拜耳法赤泥，所述拜耳法赤泥是使用拜耳法浸出铝土矿中氧化铝排出的泥状残渣；所述石油焦脱硫灰渣为含重金属的石油焦在锅炉中燃烧与石灰粉混合产生的废渣；所述电石渣为电石水解出乙炔气体后产生的固体沉积物。

5.根据权利要求3所述的再生材料地坪砖，其特征在于，所述赤泥为拜耳法赤泥，所述拜耳法赤泥是使用拜耳法浸出铝土矿中氧化铝排出的泥状残渣；所述石油焦脱硫灰渣为含重金属的石油焦在锅炉中燃烧与石灰粉混合产生的废渣；所述电石渣为电石水解出乙炔气体后产生的固体沉积物。

6.根据权利要求1-5任一项所述的再生材料地坪砖的制备方法，其特征在于，制备方法包括以下步骤：

（1）按原料配合比称取赤泥、石油焦脱硫灰渣、电石渣、矿渣和河砂，备用；

（2）将赤泥、石油焦脱硫灰渣、电石渣及矿渣进行烘干和粉磨，按比例混合，再加入河砂，得到混合均匀的混合料；

（3）将混合料放入砂浆搅拌容器后加适量水搅拌，充分搅拌后浇筑成型，放置在室内20-30小时后拆模，然后，在自然环境中养护至 25-30天，即可得到赤泥免烧尾矿砖。