利用工業(yè)廢渣制備堿激發(fā)水泥

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1、材料研究與應(yīng)用廣東建材2013年第2期利用工業(yè)廢渣制備堿激發(fā)水泥謝舜光夏冬瑞肖帆嚴(yán)家豪姚建勇尹雄杰何春保陸金馳(華南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院)摘要：本項(xiàng)目研究利用工業(yè)廢渣油頁巖灰渣與偏高嶺土為主要原料制備新型膠凝材料，研究激發(fā)材料對(duì)偏高嶺土一油頁巖灰渣系膠凝材料的激發(fā)效果；結(jié)果表明，當(dāng)用Na：SiO。為激發(fā)劑時(shí)，膠凝材料的強(qiáng)度最高，并得到SiO：／Na：0=1．5時(shí)，材料獲得最佳強(qiáng)度性能，同時(shí)優(yōu)選得到激發(fā)劑／(偏高嶺土一油頁巖灰渣)=O．25為最佳堿激發(fā)劑摻量。關(guān)鍵詞：工業(yè)廢渣：油頁巖灰渣；偏高嶺土；激發(fā)劑1引言硅酸鹽水泥是一種高污染、高能耗

2、及消耗大量資源的膠凝材料。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2009年我國生產(chǎn)了16．3億t水泥，其中熟料就有約1i億t。而每生產(chǎn)it熟料所排放的C0：總量約為lt，C0。是導(dǎo)致地球溫室效應(yīng)的主要原因。此外，水泥生產(chǎn)過程還排出大量有害氣體。僅從環(huán)保角度考慮，制備堿激發(fā)水泥能耗低并且不排出有害氣體，大力推廣新型膠凝材料的發(fā)展勢在必行。加之，我國大量工業(yè)廢渣堆積，占用土地，對(duì)環(huán)境造成污染，因此，利用工業(yè)廢渣制備堿激發(fā)水泥是提高工業(yè)廢渣利用率和解決工業(yè)廢渣堆積的有效途徑之一。堿激發(fā)水泥不同于傳統(tǒng)硅酸鹽水泥，生產(chǎn)過程不會(huì)造成環(huán)境污染，表現(xiàn)出水化熱低、收縮小、抗?jié)B耐

3、凍、耐腐蝕、耐高溫、耐水熱等優(yōu)良性能。礦渣和偏高嶺土作為堿激發(fā)水泥或硅酸鹽水泥原料已比較普遍，但是資源有限，而且硅酸鹽水泥是一種高污染、高能耗的膠凝材料，因此必須大力開發(fā)新型膠凝材料技術(shù)。油頁巖是一種重要的能源礦產(chǎn)，它可用于提煉頁巖油、直接用作燃料燃燒、發(fā)電等。僅僅在廣東茂名地區(qū)的油頁巖儲(chǔ)量就有約67噸[1]。由于長時(shí)間的開發(fā)，且油頁巖燃燒產(chǎn)生大量灰渣，茂名地區(qū)形成了兩個(gè)巨大的廢渣堆放場，其廢渣總量高達(dá)214×108tE3]。此外，廢渣場滲出水呈強(qiáng)酸性，pH為3～4，致使周圍的農(nóng)田、魚塘以及地下水都受到嚴(yán)重影響H]，同時(shí)在我國房屋建筑材料中的7

4、0％是墻體材料，因此利用各種廢棄物發(fā)展蒸壓硅酸鹽制品[引，對(duì)可持續(xù)發(fā)展有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。試驗(yàn)證實(shí)，加入了油頁巖渣后，能增強(qiáng)水泥的硬度和抗凍能力，以及降低它的滲透性，從而改良水泥的性能口]。通過不同工業(yè)廢渣的合理搭配，采用物理、化學(xué)、低溫?zé)崃Φ燃夹g(shù)手段使油頁巖灰渣類硅鋁質(zhì)廢棄物原來的硅酸鹽網(wǎng)絡(luò)解體，再在以水為介質(zhì)條件下聚合成以硅鋁長鏈為主的化學(xué)鍵合陶瓷結(jié)構(gòu)，獲得一種既具有傳統(tǒng)水泥的操作性和經(jīng)濟(jì)性，但性能又比傳統(tǒng)水泥優(yōu)良的新型膠凝材料。主要原料為工業(yè)廢渣，成本低廉，來源豐富，具有顯著的環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，系統(tǒng)地研究利用工業(yè)廢渣制備堿激發(fā)水泥

5、的形成機(jī)理、性能和相關(guān)因素，可以指導(dǎo)利用工業(yè)廢渣制備出性能優(yōu)良的堿激發(fā)水泥，真正實(shí)現(xiàn)變廢為寶、保護(hù)環(huán)境的目標(biāo)。此應(yīng)用基礎(chǔ)研究不但具有較高的理論和學(xué)術(shù)價(jià)值，而且預(yù)期成果將對(duì)我國的生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)、資源合理利用和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略產(chǎn)生積極有益的影響。2實(shí)驗(yàn)原料與方法2．1實(shí)驗(yàn)原料本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原料分別有油頁巖灰渣、偏高嶺土、生石灰、水泥熟料、氫氧化鈉和水玻璃六種。(1)油頁巖灰渣：是本研究課題的主要材料，實(shí)驗(yàn)用的油頁巖灰渣共2種，包括兩種油頁巖灰渣(OSAl一OSA2)，分別選自廣東省某火力發(fā)電廠，油頁巖灰渣是火力發(fā)電廠以油頁巖作為燃料，經(jīng)過低溫干餾后的

6、脫油殘?jiān)蚪?jīng)燃燒后生成的灰渣，屬于含有少量殘?zhí)嫉念愃苹鹕交业鸟ば栽?，有一定的顆粒度，具有良好的活性[8

7、。其化學(xué)成分見表1。(2)偏高嶺土：高嶺土原礦來自廣東廉江，經(jīng)800℃煅燒3h變成偏高嶺土，其化學(xué)成份見表2。(3)生石灰：市售，其化學(xué)成分見表3。表1油頁巖灰渣的化學(xué)組成(wt％)typesSi02A1203Fe203CaOMgONa20+K20S03LOIOSAl(Oilshaleash1)52．5220．518．6010．320．920．581．034．69OSA2(Oilshaleash2)47．4720．8312．7511．780

8、．87O．350．323．79—18—廣東建材2013年第2期材料研究與應(yīng)用表2偏高嶺土的化學(xué)組成(wt％)表3石灰的化學(xué)組成(wt％)(4)水泥熟料：廣州某水泥廠提供，28d齡期標(biāo)準(zhǔn)膠砂抗壓強(qiáng)度為48．5MPa，其礦物組成見表4。表4水泥熟料礦物成分l礦物成分lc3sc2sc4C4AFl質(zhì)量分?jǐn)?shù)％I53．820．18．713．4(5)氫氧化鈉：俗稱燒堿，分析純。(6)水玻璃：水玻璃是由堿金屬氧化物和二氧化硅結(jié)合而成的可溶性堿金屬硅酸鹽材料，又稱泡花堿。水玻璃可根據(jù)堿金屬的種類分為鈉水玻璃和鉀水玻璃，其分子式分別為Na20．nSiO。和K：0．

9、nSi02，式中的系數(shù)n稱為水玻璃模數(shù)，是水玻璃中的氧化硅和堿金屬氧化物的分子比(或摩爾比)。水玻璃模數(shù)是水玻璃的重要參數(shù)，一般在1．5～3．5之間。