專利名稱：一種拜爾赤泥水泥速凝劑及其生產(chǎn)方法
一種拜爾赤泥水泥速凝劑及其生產(chǎn)方法[技術(shù)領(lǐng)域]
本發(fā)明屬于有色冶金、環(huán)保建材和工業(yè)廢渣的綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及拜耳法氧化鋁生產(chǎn)工藝所排放的拜爾赤泥廢渣的綜合利用方法，具體地說是以拜爾法氧化鋁生產(chǎn)過程中形成的工業(yè)廢棄物拜爾赤泥為原料，制備的一種拜爾赤泥水泥速凝劑及其生產(chǎn)方法。[背景技術(shù)]
目前，在有色冶金工業(yè)領(lǐng)域，仍然采用拜耳法和燒結(jié)法兩大工藝技術(shù)或兩大工藝技術(shù)的串聯(lián)(混聯(lián))生產(chǎn)氧化鋁。在我國(guó)，85%的氧化鋁產(chǎn)品來(lái)源于拜耳法生產(chǎn)，拜耳法生產(chǎn)氧化鋁仍然是當(dāng)今世界的主流生產(chǎn)方法。本發(fā)明所指的拜爾赤泥即采用拜耳法工藝技術(shù)生產(chǎn)氧化鋁所排放的赤泥，區(qū)別于燒結(jié)法工藝所排放的赤泥。
拜耳赤泥是鋁土礦經(jīng)拜爾濕法冶金工藝過程提取氧化鋁后的廢棄物。利用拜耳法工藝每生產(chǎn)一噸氧化鋁，要產(chǎn)出O. 8-1. 5噸拜爾赤泥(隨鋁土礦品位不同而異)。
我國(guó)是氧化鋁生產(chǎn)大國(guó)，2009年生產(chǎn)氧化鋁2378萬(wàn)噸，約占世界總產(chǎn)量的30%， 產(chǎn)生的赤泥近3000萬(wàn)噸。目前我國(guó)赤泥綜合利用率僅為4%，累積堆存量達(dá)到2億噸。隨著我國(guó)氧化鋁產(chǎn)量的逐年增長(zhǎng)和鋁土礦品位的逐漸降低，赤泥的年產(chǎn)生量還將不斷增加， 預(yù)計(jì)到2015年，赤泥累計(jì)堆存量將達(dá)到3. 5億噸。赤泥大量堆存，既占用土地，浪費(fèi)資源， 又易造成環(huán)境污染和安全隱患。
赤泥是氧化鋁廠最大的污染物，屬危險(xiǎn)固體廢棄物。拜耳赤泥所含的氧化鋁 (15 25% )和氧化鈉(4 12% ),較之燒結(jié)法赤泥所含的氧化招(5 15% )和氧化鈉 (I 5% )，還存在較大的資源浪費(fèi)。拜耳赤泥由于沒有燒結(jié)法赤泥具有的水硬性，因此，對(duì)于拜耳法氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)，拜爾赤泥堆存的難度和風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)大于燒結(jié)法氧化鋁生產(chǎn)企業(yè)。
為貫徹落實(shí)國(guó)務(wù)院《有色金屬產(chǎn)業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，提高赤泥綜合利用率和綜合利用技術(shù)水平，減少赤泥堆存對(duì)環(huán)境、安全造成的影響，促進(jìn)赤泥綜合利用工作。工業(yè)和信息化部、科技部聯(lián)合編制了《赤泥綜合利用指導(dǎo)意見》(工信部聯(lián)節(jié)[2010]401號(hào))。給出的赤泥綜合利用發(fā)展目標(biāo)為到2015年力爭(zhēng)赤泥綜合利用率達(dá)到20%。其中赤泥在水泥及建材行業(yè)的應(yīng)用是一個(gè)鼓勵(lì)的發(fā)展方向。
水泥速凝劑，是一種使水泥漿體在數(shù)分鐘內(nèi)凝結(jié)的促凝劑，主要用于快凝砂漿和噴射混凝土?？炷皾{和噴射混凝土有廣泛的用途地下支護(hù)與襯砌工程、地基基礎(chǔ)與邊坡工程、損壞建筑結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固、薄殼結(jié)構(gòu)和析板新型建筑結(jié)構(gòu)。此外，水泥速凝劑還可以用于礦山井巷、堵漏、錨固、搶修工程和耐火混凝土的施工。屬于水泥混凝土外加劑中用量較大的一個(gè)品種?，F(xiàn)階段國(guó)內(nèi)還沒有研究出應(yīng)用拜耳赤泥生產(chǎn)水泥速凝劑的方法。[發(fā)明內(nèi)容]
本發(fā)明的目的在于提供一種用拜爾赤泥燒結(jié)熟料代替鋁礦石燒結(jié)熟料制備的水泥速凝劑。該拜爾赤泥水泥速凝劑具有生產(chǎn)成本低、低堿、且提高了水泥砂漿混凝土的后期強(qiáng)度的特點(diǎn)。
本發(fā)明的拜爾赤泥水泥速凝劑，是以拜耳赤泥為主要原料加工生產(chǎn)的一種低堿粉狀水泥速凝劑，其原料重量配比為
拜爾赤泥燒結(jié)熟料萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)三乙醇胺(TEA)拜爾赤泥粉煤灰外加劑=47 55% : 6 12% : O. 5 1. 2% : 15 20% : 10 15% : 5 15%。所述的外加劑是指半水石膏和/或石灰。
其中，所述的拜爾赤泥配入料最高為47 55%。
本發(fā)明的另一目的在于還提供了一種所述的拜爾赤泥水泥速凝劑的生產(chǎn)方法。利用拜爾赤泥燒結(jié)熟料取代利用鋁土礦生產(chǎn)水泥速凝劑熟料的傳統(tǒng)方法相比，有節(jié)約資源， 保護(hù)環(huán)境之優(yōu)勢(shì)，不僅屬于氧化鋁工業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)利用范疇，同時(shí)屬于國(guó)家《赤泥綜合利用指導(dǎo)意見》鼓勵(lì)應(yīng)用領(lǐng)域，產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于國(guó)家建材行業(yè)現(xiàn)行的JC477-2005標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明的拜爾赤泥水泥 速凝劑的生產(chǎn)方法，采用以下步驟制備
(I).拜爾赤泥的烘干，將拜爾赤泥置于空心槳葉干燥機(jī)中，烘干溫度設(shè)置在 250°C 300°C，烘干時(shí)間為10至30分鐘,含水率小于4%以下。
(2).拜爾赤泥燒結(jié)孰料是將烘干的拜爾赤泥與純堿和/或石灰通過高溫?zé)Y(jié)后的反應(yīng)物，燒結(jié)溫度1200 1250°C，燒結(jié)時(shí)間O. 5至4. 5小時(shí)。
(3).按重量比例稱取拜爾赤泥燒結(jié)熟料、萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)、三乙醇胺 (TEA)、拜爾赤泥、粉煤灰和外加劑，所述的外加劑是指半水石膏和/或石灰，拜爾赤泥燒結(jié)熟料、萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)、三乙醇胺(TEA)、拜爾赤泥、粉煤灰、外加劑重量比例為 47 55%、6 12%、0· 5 L 2%、15 30%、10 15%、5 15%。
(4).將步驟(2)中稱取的物料混合、用對(duì)輥破碎機(jī)破碎、放入球磨機(jī)粉磨，過200 目篩，包裝，制成拜耳赤泥水泥速凝劑。
其中，所述的拜爾赤泥燒結(jié)熟料、萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)、三乙醇胺(TEA)、拜爾赤泥、粉煤灰、外加劑重量比例為50%,10%,1%>20%,14%,5%0
其中，所述的拜爾赤泥燒結(jié)熟料、萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)、三乙醇胺(TEA)、拜爾赤泥、粉煤灰、外加劑重量比例為55%,8%,O. 5%,15%,10%,11. 5%0
其中，所述的拜爾赤泥燒結(jié)熟料、萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)、三乙醇胺(TEA)、拜爾赤泥、粉煤灰、外加劑重量比例為47%、12%、1%、15%、15%、10%。
本發(fā)明具有以下效果
1、替代了鋁礦石燒結(jié)熟料作為水泥速凝劑主要成份的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法，本發(fā)明的生產(chǎn)工藝是將氧化鋁企業(yè)產(chǎn)生的拜耳赤泥(固體廢棄物)循環(huán)再利用，節(jié)約了資源，保護(hù)了環(huán)境。
2、本發(fā)明生產(chǎn)的產(chǎn)品，由于采用了拜爾赤泥的石灰燒結(jié)工藝生產(chǎn)拜爾赤泥燒結(jié)孰料，降低了水泥速凝劑的堿含量，在確保凝結(jié)時(shí)間符合標(biāo)準(zhǔn)的前提下，提高了水泥砂漿混凝土的后期強(qiáng)度。
3、本發(fā)明充分利用了拜耳赤泥這一強(qiáng)吸水性礦物材料的特點(diǎn)，降低了水泥速凝劑的生產(chǎn)成本。
4、本發(fā)明是建筑行業(yè)的一種外加劑替代產(chǎn)品，為水泥速凝劑的生產(chǎn)開辟了一種新的原料利用途徑。[


]
圖1為本發(fā)明拜爾赤泥水泥速凝劑的生產(chǎn)方法流程示意圖。[具體實(shí)施方式
]
為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的拜爾赤泥水泥速凝劑及其生產(chǎn)方法，其具體實(shí)施方式
、 結(jié)構(gòu)、特征及其功效，說明如后。
本發(fā)明一種拜耳赤泥水泥速凝劑，是以拜耳赤泥為主要原料加工生產(chǎn)的一種水泥速凝劑，其原料重量配比為
拜爾赤泥燒結(jié)熟料萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)三乙醇胺(TEA)拜爾赤泥粉煤灰外加劑=47 55% : 6 12% : O. 5 1. 2% : 15 30% : 10 15% : 5 15%，總和以100%計(jì)。所指的外加劑是指半水石膏和/或石灰。
本發(fā)明充分利用了拜爾赤泥中的氧化鋁、氧化鈉、硅酸鈉、鋁酸鈣等成份，并通過燒結(jié)固相反應(yīng)，生成水泥速凝劑的有效組分(偏)鋁酸鈉和鋁酸鈣。
其中，外加劑是促使拜爾赤泥中的鋁酸鈣轉(zhuǎn)化為鈣礬石時(shí)，產(chǎn)生反應(yīng)熱，這是水泥促凝早強(qiáng)的重要原因。
放熱反應(yīng)機(jī)理如下
3 (CaO · Al2O3) +3 (CaSO4 · 2H20) +32H20 —3Ca0 · Al2O3 · 3CaS04 · 32H20) +2 (Al2O3 · 3H20)
拜爾赤泥燒結(jié)熟料中的鋁酸鈉組分水解生成的Al (0H)jPNa0H，Al (OH)3能與CaO、 CaSO4反應(yīng)生成早強(qiáng)礦物高硫型水化硫酸鈣，同時(shí)結(jié)合大量的水；NaOH的作用還可以消除水泥的緩凝組分，促進(jìn)早凝。機(jī)理如下
NaA102+2H20 — Al (OH) 3+NaOH
2Na0H+CaS04 — Na2S04+Ca (OH) 2
萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)、粉煤灰，對(duì)水泥凝結(jié)的減水效果顯著，添加粉煤灰，可以減少萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)的配入，還利用了粉煤灰中活性氧化鋁和粉煤灰中氧化硅的潛在活性，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢渣的循環(huán)再利用。
拜爾赤泥有促進(jìn)早凝的效果，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢渣的有利使用，可減少水泥速凝成份的配入。
三乙醇胺(TEA)對(duì)水泥水化產(chǎn)物的后期強(qiáng)度有增強(qiáng)作用。
綜合反應(yīng)機(jī)理如下
Al (OH) 3+Ca0+3CaS04+29H20 — 3Ca0 · Al2O3 · 3CaS04 · 32H20
Na2C03+Ca (OH) 2 — CaC03+2Na0H
Na2O · nSi02+Ca (OH) 2+H20 — C-S_H+2Na0H
CaSO4 · 0. 5H20+1. 5H20 — CaSO4 · 2H20
在鋁酸鈣的系列固溶體化合物中，只有鋁酸三鈣、七鋁十二酸鈣和一鋁酸鈣(C3A、 C12A7和CA)是實(shí)用的水泥快凝活性礦物，而且活性很高。用其配制的水泥噴射混凝土要優(yōu)于硅酸鹽水泥噴射混凝土，它們不但快凝，而且快硬，通過優(yōu)化配比，噴射混凝土在數(shù)小時(shí)就能達(dá)到使用強(qiáng)度要求，該快凝礦物可用來(lái)配制低堿或無(wú)堿粉狀速凝劑。反應(yīng)機(jī)理如下
12Ca0 · 7A1203+12 (CaSO4 · 2H20) +113H20 —
4 (3Ca0 · Al2O3 · 3CaS04 · 32H20) +3 (Al2O3 · 3H20)
3 (CaO · Al2O3) · 3CaS04+2 (CaSO4 · 2H20) +34H20 —
3CaO · Al2O3 · 3CaS04 · 32H20) +2 (Al2O3 · 3H20)
3 (I ICaO · 7A1203 · CaF2+33CaS04+382H20 —
3CaO · Al2O3 · 3CaS04 · 32H20+3CaF2+10 (Al2O3 · 3H20)
Al2O3 · 3H20+2Ca (OH) 2+3CaS04+26H20 —
3CaO · Al2O3 · 3CaS04 · 32H20
現(xiàn)階段的水泥速凝劑為堿性粉狀水泥速凝劑，過多摻入水泥混凝土中，雖然可以有效地縮短水泥混凝土的凝結(jié)時(shí)間和提高水泥混凝土的早期強(qiáng)度，但會(huì)使水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)疏松而大幅度降低水泥混凝土的后期強(qiáng)度，因此現(xiàn)有水泥速凝劑的用量一般控制在4%以下。 本發(fā)明的拜耳赤泥水泥速凝劑由于加大了鋁酸鈣的促凝成份的含量，降低了堿性，同時(shí)拜耳赤泥屬于強(qiáng)吸水性礦物材料，不但凝結(jié)時(shí)間能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，而且降低了水泥速凝劑的生產(chǎn)成本，使水化產(chǎn)物28d抗壓強(qiáng)度比提高至85%以上(本試驗(yàn)以水泥凈漿抗壓強(qiáng)度42. 5 兆帕作比較)。
如圖1所示，本發(fā)明一種拜耳赤泥水泥速凝劑的生產(chǎn)方法，采用以下步驟制備
(I).拜爾赤泥的烘干，將拜爾赤泥置于空心槳葉干燥機(jī)，烘干溫度設(shè)置在 250°C 300°C，烘干時(shí)間10至30分鐘，含水率小于4%以下，烘干后的拜爾赤泥經(jīng)過配料， 在1200 1250°C溫度條件下反應(yīng)O. 5至4. 5小時(shí)，制備成拜爾赤泥燒結(jié)孰料。
(2).按重量比例稱取拜爾赤泥燒結(jié)熟料、萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)、三乙醇胺 (TEA)、拜爾赤泥、粉煤灰和外加劑。
具體比例為
拜爾赤泥燒結(jié)熟料萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)三乙醇胺(TEA)拜爾赤泥粉煤灰外加劑=47 55% : 6 12% : O. 5 1. 2% : 15 30% : 10 15% : 5 15%。
(3).將2步中稱取的物料混合、用對(duì)輥破碎機(jī)破碎、放入球磨機(jī)粉磨，過200目篩， 包裝，制成拜耳赤泥水泥速凝劑。
本發(fā)明的工業(yè)試驗(yàn)是在華中科技大學(xué)產(chǎn)學(xué)研基地進(jìn)行。
實(shí)施例所采用的拜耳赤泥為中鋁貴州分公司拜爾法系統(tǒng)排放的拜爾赤泥。
采用拜爾赤泥的化學(xué)成分(％ ):
權(quán)利要求
1.一種拜爾赤泥水泥速凝劑，其特征在于，是以拜耳赤泥為主要原料加工生產(chǎn)的一種低堿粉狀水泥速凝劑，其原料重量配比為 拜爾赤泥燒結(jié)熟料萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)三乙醇胺(TEA)拜爾赤泥粉煤灰外加劑=47 55% 6 12% : O. 5 1. 2% : 15 20% 10 15% 5 15%。所述的外加劑是指半水石膏和/或石灰。
2.如權(quán)利要求1所述的拜爾赤泥水泥速凝劑，其特征在于，所述的拜爾赤泥配入料最高為47 55%。
3.一種拜爾赤泥水泥速凝劑的生產(chǎn)方法，其特征在于，采用以下步驟制備 (1).拜爾赤泥的烘干，將拜爾赤泥置于空心槳葉干燥機(jī)中，烘干溫度設(shè)置在250°C 300°C，烘干時(shí)間10到30分鐘，含水率小于4% ;拜耳法燒結(jié)孰料的特征是在拜爾赤泥烘干后，配入純堿和/或石灰通過高溫?zé)Y(jié)后的反應(yīng)物，燒結(jié)溫度1200 1250°C，燒結(jié)時(shí)間O. 5至4. 5小時(shí)后冷卻。
(2).按重量比例稱取拜爾赤泥燒結(jié)熟料、萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)、三乙醇胺(TEA)、拜爾赤泥、粉煤灰和外加劑，所述的外加劑是指半水石膏和/或石灰，拜爾赤泥燒結(jié)熟料、萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)、三乙醇胺(TEA)、拜爾赤泥、粉煤灰、外加劑重量比例為47 55%、6 12%、0· 5 1. 2%、15 30%、10 15%、5 15%。
(3).將步驟(2)中稱取的物料混合、用對(duì)輥破碎機(jī)破碎、放入球磨機(jī)粉磨，過200目篩，包裝，制成拜耳赤泥水泥速凝劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種拜爾赤泥水泥速凝劑，其原料重量配比為拜爾赤泥燒結(jié)熟料∶萘磺酸甲醛縮聚物(FDN)∶三乙醇胺(TEA)∶拜爾赤泥∶粉煤灰∶外加劑＝47～55％∶6～12％∶0.5～1.2％∶15～20％∶10～15％∶5～15％。所述的外加劑是指半水石膏和/或石灰。該速凝劑按照下列方法制備，先將拜爾赤泥烘干制備成拜爾赤泥燒結(jié)孰料，再按重量比例稱取各原料組份，將稱好的各原料組份混合、破碎、粉磨，過200目篩，包裝，制成拜耳赤泥水泥速凝劑。本發(fā)明的凝結(jié)時(shí)間不僅能符合國(guó)家建材現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，而且降低了水泥速凝劑的生產(chǎn)成本，使試件28d抗壓強(qiáng)度比未添加拜爾赤泥水泥速凝劑的時(shí)間強(qiáng)度提高至85％以上，為氧化鋁行業(yè)拜爾赤泥綜合利用探索出了又一可行之路。
文檔編號(hào)C04B103/12GK102992684SQ20111026670
公開日2013年3月27日 申請(qǐng)日期2011年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月9日
發(fā)明者鄢金松, 楊家寬, 張澤林 申請(qǐng)人:北京億維德曼科技發(fā)展有限公司