阅读说明：本技术 一种液体模板法赤泥/土壤水泥多孔复合材料的制备及应用 (Preparation and application of red mud/soil cement porous composite material by liquid template method ) 是由 武世宏 孙玉梅 迟明梅 王佐兵 赵金杰 董云云 史春丽 陈祥光 于 2020-05-12 设计创作，主要内容包括：本发明涉及固体废物综合利用领域,是一种采用液体模板法制备赤泥/土壤水泥多孔复合材料的技术,并探讨了其应用。本发明着眼于经济低碳的液体模板成孔免烧技术,主要利用赤泥、氧化镁及磷酸类肥料制备了性能较好的多孔复合材料,并且强化了重金属离子的固化作用,避免环境的污染,所述多孔复合材料包括按质量百分比计的以下成分,赤泥30~70份,轻烧氧化镁30-70份,辐射消减剂5~15份,缓凝剂3~20份,水为20-70份,强化纤维3-10份,强化骨料5-20份。据本发明所述方法制备的赤泥/土壤水泥免烧多孔复合材料,具有生产成本低,低碳环保等特点,该赤泥/土壤水泥多孔复合材料有望应用于道桥工程、海岸防护工程、河道治理工程、人行步道铺装以及其他的建筑工程方面。(The invention relates to the field of comprehensive utilization of solid wastes, in particular to a technology for preparing a red mud/soil cement porous composite material by adopting a liquid template method, and discusses the application of the red mud/soil cement porous composite material. The invention aims at an economical low-carbon liquid template pore-forming baking-free technology, and mainly utilizes red mud, magnesium oxide and phosphoric acid fertilizers to prepare a porous composite material with better performance, strengthens the curing effect of heavy metal ions, and avoids environmental pollution, wherein the porous composite material comprises the following components, by mass, 30-70 parts of red mud, 30-70 parts of light-burned magnesium oxide, 5-15 parts of a radiation reduction agent, 3-20 parts of a retarder, 20-70 parts of water, 3-10 parts of reinforcing fibers and 5-20 parts of reinforcing aggregates. The red mud/soil cement baking-free porous composite material prepared by the method has the characteristics of low production cost, low carbon, environmental protection and the like, and is expected to be applied to road and bridge engineering, coast protection engineering, river treatment engineering, pavement of sidewalks and other construction engineering.)

一种液体模板法赤泥/土壤水泥多孔复合材料的制备及应用

技术领域：

本发明属于固体废物综合治理技术领域，涉及了一种采用液体模板法制备赤泥/土壤水泥多孔复合材料及其应用。合理的液体模板法的使用而无需使用造孔剂，更经济更环保，利用土壤水泥良好的粘接特性以及强化相的合理添加，从而得到可满足不同行业要求的复合材料。

背景技术:

赤泥是制铝工业提炼氧化铝时产生的固体废物，其主要化学成分是氧化铁、氧化铝、二氧化硅以及氧化钙等，富含硅、铝元素，属于高碱废渣。长期大量的堆积不仅占用了土地资源也给环境造成了巨大的负担，赤泥的综合利用已成为世界性难题。基于此，结合赤泥的组成特点，探索有效的赤泥资源化利用途径，已引起国内外学者的共同关注，在利用赤泥烧制建筑材料，赤泥/玻璃粉两步法混烧制备透水砖，赤泥/磷石膏路基材料，利用赤泥烧制水泥，从赤泥中提取有价金属等领域已经取得了一些成绩。但是，这其中多孔发泡材料大多使用发泡剂，而发泡剂的使用既增加了成本也给环境带来了额外的负担，经济性与环保性还有待进一步提高。例如：在文献专利中CN201911262860.1，CN201911203183.6，CN201911111135.4，CN201911111155.1，CN201911136174.X都有这些方面的记述。

发明内容

：

本发明涉及了一种采用液体模板法制备赤泥/土壤水泥多孔复合材料及其应用，着眼于经济低碳的液体模板成孔免烧技术，利用含水赤泥，烧结菱镁尾矿石，激发剂，缓凝剂获得了生产成本低，强度较好的能够满足几个行业需求的多孔复合材料，具有一定的创新意义及工程实用价值，有一定的市场前景。众所周知赤泥具有一定的重金属离子吸附作用，但有一定的流动性。本发明利用磷镁水泥中的活性氧化镁所具有的重金属离子（铬金属离子除外）的强力固化作用及胶结作用，进一步确保了重金属的有效固化，避免环境的污染，因此，本发明所制备的材料有望应用于保温材料，降噪隔断材料，公路路基材料，人行步道的铺装以及透水砖的支撑材料。

附图说明：

附图1是试样的孔隙率、堆积密度和压缩强度的示意图。测试结果表明，用水量与孔隙率，用水量与压缩强度基本上成线性关系，也就是说用水量大孔隙率高，密度小，强度低；用水量小孔隙率低，密度大，压缩强度高。另外，作为强化相的纤维和海沙分别对弯曲强度和压缩强度起到了应有的强化作用。

具体实施方式

：

本发明的一种采用液体模板法制备赤泥/土壤水泥多孔复合材料的技术，实验方法是：本发明的实验，使用的是来自烟台南山铝业的拜耳法赤泥，含水率在30%左右（也可使用含水率在5%以下的干燥赤泥，但希望不要有结块），土壤水泥中的轻烧氧化镁来自于大石桥市华镁集团，激发剂采用的是肥料用途的磷酸二氢钾和磷酸二氢铵的混合物，缓凝剂采用的是试验级硼酸，氧化铝纤维来自于浙江嘉华集团，以上是本实验的原料。其组份分别为：赤泥30-70份，轻烧氧化镁30-70份，激发剂为3-20份，缓凝剂为1-20份，水为20-70份，强化纤维3-10份，强化骨料5-20份。

实施方式1：

为了降低成本，本发明利用氧化铝生产线直接排出的湿润赤泥，减少了干燥筛选工艺过程。首先称取1000克赤泥；氧化镁的用量为赤泥重量的20%；水的用量为赤泥重量（包括赤泥中的含水量）的30%；磷酸二氢铵和磷酸二氢钾混合物用量为氧化镁的80%；硼酸的用量为氧化镁重量的5%,氧化铝短纤维用量为4%。其次，将水与赤泥混合并搅拌均匀，然后依次加入氧化镁、氧化铝纤维、硼酸继续搅拌，直到均匀为止，最后加入磷酸二氢铵和磷酸二氢钾混合物均匀混合后注入模具成型。7天的养生工艺包括塑膜的遮盖以避免过量的空气接触，并保证足够的湿度。脱模后需要不低于21天的自然干燥或者100℃条件下强制干燥10小时。

实施方式2：

首先称取1000克赤泥；氧化镁的用量为赤泥重量的20%；水的用量为赤泥重量（包括赤泥中的含水量）的30%；磷酸二氢铵和磷酸二氢钾混合物用量为氧化镁的80%；硼酸的用量为氧化镁重量的5%,氧化铝短纤维用量为4%。为了满足建筑材料行业的要求，降低赤泥中重金属的辐射，本发明在材料体系中添加了5%的重晶石粉，其粒度不小于200目。其次，将水与赤泥混合并搅拌均匀，然后依次加入氧化镁、氧化铝纤维、重晶石粉、硼酸继续搅拌，直到均匀为止，最后加入磷酸二氢铵和磷酸二氢钾混合物均匀混合后注入模具成型。7天的养生工艺包括塑膜的遮盖以避免过量的空气接触，并保证足够的湿度。脱模后需要不低于21天的自然干燥或者100℃条件下强制干燥10小时。然后视产品需求进行表面修饰，本发明采用的是有机硅溶液浸渍法进行的疏水或着色修饰。

实施方式3：

首先称取1000克赤泥；氧化镁的用量为赤泥重量的20%；水的用量为赤泥重量（包括赤泥中的含水量）的35%；磷酸二氢铵和磷酸二氢钾混合物用量为氧化镁的80%；硼酸的用量为氧化镁重量的5%,氧化铝短纤维用量为4%。其次，将水与赤泥混合并搅拌均匀，然后依次加入氧化镁、氧化铝纤维、硼酸继续搅拌，直到均匀为止，最后加入磷酸二氢铵和磷酸二氢钾混合物均匀混合后注入模具成型。7天的养生工艺包括塑膜的遮盖以避免过量的空气接触，并保证足够的湿度。脱模后需要不低于21天的自然干燥或者100℃条件下强制干燥10小时。

实施方式4：

首先称取1000克赤泥；氧化镁的用量为赤泥重量的20%；水的用量为赤泥重量（包括赤泥中的含水量）的40%；磷酸二氢铵和磷酸二氢钾混合物用量为氧化镁的80%；硼酸的用量为氧化镁重量的5%,氧化铝短纤维用量为4%。其次，将水与赤泥混合并搅拌均匀，然后依次加入氧化镁、氧化铝纤维、硼酸继续搅拌，直到均匀为止，最后加入磷酸二氢铵和磷酸二氢钾混合物均匀混合后注入模具成型。7天的养生工艺包括塑膜的遮盖以避免过量的空气接触，并保证足够的湿度。脱模后需要不低于21天的自然干燥或者100℃条件下强制干燥10小时。

实施方式5：

首先称取1000克赤泥；氧化镁的用量为赤泥重量的20%；水的用量为赤泥重量（包括赤泥中的含水量）的30%；磷酸二氢铵和磷酸二氢钾混合物用量为氧化镁的80%；硼酸的用量为氧化镁重量的5%,氧化铝短纤维用量为4%。为了满足路基材料的要求，提高抗压性能，本发明在材料体系中添加了10%的未清洗海沙，其粒度不大于3mm。其次，将水与赤泥混合并搅拌均匀，然后依次加入氧化镁、氧化铝纤维、海沙、硼酸继续搅拌，直到均匀为止，最后加入磷酸二氢铵和磷酸二氢钾混合物均匀混合后注入模具成型。7天的养生工艺包括塑膜的遮盖以避免过量的空气接触，并保证足够的湿度。脱模后需要不低于21天的自然干燥或者100℃条件下强制干燥10小时。试样的材料组份如表1所示：

实施方式6：

本发明对采用液体模板法制备赤泥/土壤水泥多孔复合材料进行了性能测试，本发明采用了阿基米德排水法进行了材料的孔隙率及密度表征，使用材料万能试验机进行了压缩强度的测试。试样的孔隙率、堆积密度和压缩强度如图1所示。