本發明涉及(ji)新型(xing)材(cai)料領域，具體涉及(ji)一(yi)種基于鎂渣(zha)-堿渣(zha)-黃河泥(ni)沙聯(lian)用的地聚物(wu)材(cai)料及(ji)其制備方法。

背景技術：

1、地質聚(ju)合物(wu)(geopolymer，簡(jian)稱地聚(ju)物(wu))，是近年來(lai)研(yan)究熱點中新出現的(de)一種新型非水(shui)泥基綠色無機膠泥材料，它被視作是最有(you)前景的(de)水(shui)泥替代品之一。地聚(ju)物(wu)生(sheng)產(chan)工(gong)藝(yi)簡(jian)單，不(bu)需要高溫煅燒(shao)，因而能耗大幅(fu)度降低。地聚(ju)物(wu)生(sheng)產(chan)的(de)碳排放(fang)量(liang)約為水(shui)泥的(de)20％，而且幾乎不(bu)產(chan)生(sheng)有(you)害氣體，基本上實現污(wu)染物(wu)零(ling)排放(fang)。因此，地聚(ju)物(wu)對于建筑(zhu)業實現可持續發展與(yu)綠色建造具有(you)重要意義。

2、地(di)聚物來(lai)源(yuan)廣、獲取(qu)成(cheng)本低并且實現工(gong)業廢(fei)棄物的循環(huan)利用，因此不需要大量消(xiao)耗礦(kuang)產資源(yuan)。鎂(mei)渣(zha)是一種利用皮江法煉鎂(mei)所得的工(gong)業廢(fei)棄物，含有大量的重金屬元素以及堿性氧化物。據(ju)估算，我國(guo)每年可(ke)產生650萬(wan)噸以上鎂(mei)渣(zha)。鎂(mei)渣(zha)在(zai)傳(chuan)統的應用中(zhong)，由(you)于氧化鎂(mei)的存(cun)在(zai)，往往導(dao)致利用鎂(mei)渣(zha)的建材制品體積穩定性不良(liang)，容(rong)易(yi)造成(cheng)安(an)全隱患(huan)。

3、黃(huang)河(he)(he)每年平均輸沙(sha)量達16億噸，大量的泥沙(sha)堆積在(zai)河(he)(he)床，導致河(he)(he)床連年升高，以至于出現“地(di)上懸河(he)(he)”的情況。因(yin)此，采用(yong)適當的方(fang)式(shi)利用(yong)黃(huang)河(he)(he)泥沙(sha)有助于降低河(he)(he)床、保證(zheng)行洪安全、恢復(fu)水(shui)利工程庫容(rong)等，具有重大的經濟(ji)環境(jing)社會效益。

技術實現思路

1、針(zhen)對現有技術問題和不足，本發(fa)明提供(gong)了一種基于(yu)鎂渣-堿渣-黃河泥沙聯用的地(di)聚物材料及其制備(bei)方法。

2、基(ji)于上述目的，本(ben)發(fa)明采(cai)用如下(xia)技術方(fang)案：

3、第一(yi)(yi)方面，本發明(ming)提供了一(yi)(yi)種(zhong)基于(yu)鎂(mei)渣(zha)(zha)-堿渣(zha)(zha)-黃河泥(ni)沙聯用的地聚物(wu)材料(liao)，按質量(liang)份計，由以下(xia)原料(liao)制得：鎂(mei)渣(zha)(zha)40～60份、堿渣(zha)(zha)5～10份、黃河泥(ni)沙26～45份、地聚物(wu)激發劑(ji)(ji)2～5份、無(wu)機增強晶須0.5～2份、分散劑(ji)(ji)1～2份、表面活性劑(ji)(ji)0.5～1份、水15～20份。

4、進一步地，所述(shu)鎂渣(zha)由皮江法煉(lian)鎂產(chan)生的還原(yuan)渣(zha)自然冷卻后(hou)，破碎(sui)粉磨為粉體顆粒制成。

5、進一步(bu)地，所(suo)述堿渣(zha)為堿性白泥顆粒。

6、更進一步地(di)，所述(shu)堿渣由氨(an)堿工(gong)業所產生的堿性白(bai)泥(ni)烘干后，破碎粉磨為粉體顆粒制成。

7、更進一步地，所述堿性白泥烘干溫度為(wei)105～115℃。

8、進(jin)一(yi)步(bu)地，所述黃河(he)泥沙(sha)由黃河(he)細(xi)砂烘干后，破(po)碎粉磨為(wei)粉體(ti)顆粒制(zhi)成。

9、更進一(yi)步地，所述黃(huang)河(he)泥沙烘干溫度為105～115℃。

10、進(jin)一步地，所述(shu)鎂(mei)渣粒(li)徑(jing)小(xiao)(xiao)于(yu)300μm，堿渣粒(li)徑(jing)小(xiao)(xiao)于(yu)300μm，黃河泥(ni)沙粒(li)徑(jing)小(xiao)(xiao)于(yu)600μm。

11、優選地(di)，所述地(di)聚(ju)物激發劑為磷(lin)酸、磷(lin)酸二氫鋁中(zhong)的至少(shao)一種。

12、優選(xuan)地，所述無機(ji)增(zeng)強晶須(xu)(xu)為氧化鋯短晶須(xu)(xu)、氮化硼晶須(xu)(xu)、碳化硅晶須(xu)(xu)中的至少一種(zhong)。

13、優選地，所述分散劑為三(san)聚磷(lin)酸鈉、六偏(pian)磷(lin)酸鈉中的至少(shao)一種。

14、優選地，所述(shu)表面活性劑為聚羧酸鈉鹽。

15、優選(xuan)地，所述水為去離子水。

16、第二方(fang)面，本(ben)發明提(ti)供了(le)一種基于鎂渣-堿渣-黃(huang)河泥沙(sha)聯用(yong)的地聚物材料的制備方(fang)法(fa)，包括以下步驟：

17、(1)將地聚物激發劑(ji)、無機增強晶須、分(fen)散劑(ji)、表面活(huo)性(xing)劑(ji)依次(ci)加入(ru)水中(zhong)混勻，得到混合溶(rong)液(ye)；

18、(2)在混合溶(rong)液中(zhong)加入鎂渣(zha)混勻，再依(yi)次加入堿渣(zha)、黃河泥(ni)沙混勻，澆筑(zhu)成(cheng)型，在40～60℃溫度下密封(feng)養護12～48h，即得(de)基于(yu)鎂渣(zha)-堿渣(zha)-黃河泥(ni)沙聯用的地聚物材料。

19、進一(yi)步(bu)地，步(bu)驟(zou)(2)中所(suo)述(shu)鎂渣混勻時間為2～5min。

20、進(jin)一步(bu)地，步(bu)驟(2)中(zhong)所述堿渣、黃河泥沙混勻時間為1～2min。

21、與現有技(ji)術相比(bi)，本發明(ming)的有益效果如下：

22、1.本發明充分利用了鎂(mei)渣中(zhong)(zhong)的(de)較難處(chu)理的(de)游離氧(yang)化鎂(mei)以及堿(jian)渣中(zhong)(zhong)的(de)多余氯離子(zi)，使(shi)其在地質聚合反應過(guo)程中(zhong)(zhong)相(xiang)互(hu)固結，生成了水化氯氧(yang)鎂(mei)膠凝物質，提高了地聚物材料的(de)強度。

23、2.本發明通(tong)過固結(jie)鎂渣中的游(you)離氧化鎂，減少了(le)鎂渣在建材化利用(yong)(yong)過程(cheng)中體積安定性不良的隱患，同時(shi)在利用(yong)(yong)堿渣時(shi)，簡化了(le)“脫氯”這一堿渣利用(yong)(yong)中傳統的處理工序，節約成(cheng)本的同時(shi)，提高了(le)生產(chan)效率。

24、3.本發明采(cai)用無機增強晶須增強地(di)聚物(wu)材(cai)料(liao)(liao)的(de)力學性(xing)能、熱(re)穩定性(xing)、增耐磨(mo)性(xing)和耐腐蝕性(xing)，從(cong)而克服了地(di)聚物(wu)材(cai)料(liao)(liao)脆性(xing)較大的(de)缺(que)點，使其應(ying)用領域更加廣泛。

25、4.本發(fa)明采用分散劑改(gai)善無機增(zeng)強(qiang)晶(jing)須(xu)(xu)(xu)在地(di)(di)聚物(wu)材(cai)料中的(de)分散狀況(kuang)，提高無機增(zeng)強(qiang)晶(jing)須(xu)(xu)(xu)的(de)分散度和分散穩定性(xing)，避免無機增(zeng)強(qiang)晶(jing)須(xu)(xu)(xu)的(de)團(tuan)聚和凝結(jie)使其在地(di)(di)聚物(wu)漿體中出現(xian)沉降現(xian)象，從而提高地(di)(di)聚物(wu)材(cai)料的(de)整(zheng)體性(xing)能。

26、5.本(ben)發明采用(yong)(yong)鎂渣-堿渣-黃(huang)河泥沙聯用(yong)(yong)的(de)(de)方式制備了一種(zhong)新型(xing)的(de)(de)地聚物材料，不僅(jin)充分利(li)用(yong)(yong)了年產量巨(ju)大(da)的(de)(de)工(gong)業固體廢棄物，還利(li)用(yong)(yong)了黃(huang)河過量的(de)(de)泥沙，減少黃(huang)河淤積，保障行洪(hong)通(tong)道，不僅(jin)具有節能環保、循環利(li)用(yong)(yong)的(de)(de)價值，并且(qie)具備良好的(de)(de)經(jing)濟社會效益。

技術特征：

1.一(yi)種基(ji)于鎂(mei)渣(zha)-堿(jian)渣(zha)-黃河泥(ni)沙(sha)聯用的地聚(ju)物材料，其特征在于，按質量份(fen)(fen)計，由(you)以下原料制得：鎂(mei)渣(zha)40～60份(fen)(fen)、堿(jian)渣(zha)5～10份(fen)(fen)、黃河泥(ni)沙(sha)26～45份(fen)(fen)、地聚(ju)物激發劑(ji)2～5份(fen)(fen)、無機增強晶須(xu)0.5～2份(fen)(fen)、分散劑(ji)1～2份(fen)(fen)、表(biao)面活性劑(ji)0.5～1份(fen)(fen)、水15～20份(fen)(fen)。

2.如(ru)權利要求1所述(shu)的基于鎂渣(zha)(zha)-堿渣(zha)(zha)-黃(huang)河(he)泥(ni)沙聯(lian)用的地聚物材料，其特(te)征在于，所述(shu)鎂渣(zha)(zha)由皮江(jiang)法煉(lian)鎂產生的還原渣(zha)(zha)自然(ran)冷卻后，破碎粉磨(mo)為(wei)粉體顆粒制成。

3.如權利(li)要求1所述的基于(yu)鎂渣-堿渣-黃河泥(ni)沙聯用的地聚物材料，其特征在于(yu)，所述堿渣為堿性白泥(ni)顆粒。

4.如權利(li)要求(qiu)1-3任一(yi)所述(shu)的基(ji)于(yu)(yu)(yu)(yu)鎂渣-堿渣-黃(huang)河泥沙聯用的地聚物(wu)材料，其特征在于(yu)(yu)(yu)(yu)，所述(shu)鎂渣粒徑小于(yu)(yu)(yu)(yu)300μm，堿渣粒徑小于(yu)(yu)(yu)(yu)300μm，黃(huang)河泥沙粒徑小于(yu)(yu)(yu)(yu)600μm。

5.如權利(li)要(yao)求(qiu)1所(suo)述的基(ji)于鎂渣-堿渣-黃河泥沙聯用的地聚(ju)物(wu)材料，其特(te)征在于，所(suo)述地聚(ju)物(wu)激發(fa)劑為磷(lin)酸(suan)、磷(lin)酸(suan)二(er)氫鋁(lv)中的至(zhi)少一種。

6.如權利要(yao)求(qiu)1所述的基于鎂渣-堿渣-黃河泥沙聯用的地(di)聚物(wu)材料，其特征(zheng)在(zai)于，所述無機增強晶(jing)須為氧化鋯(gao)短晶(jing)須、氮化硼晶(jing)須、碳化硅晶(jing)須中的至少一種。

7.如權利要求1所(suo)述的基于(yu)鎂渣-堿渣-黃(huang)河(he)泥(ni)沙聯(lian)用的地聚物材(cai)料，其特(te)征在于(yu)，所(suo)述分(fen)散劑為三聚磷酸鈉(na)、六偏磷酸鈉(na)中的至少(shao)一種。

8.如權利要(yao)求(qiu)1所(suo)述的(de)基于鎂(mei)渣-堿渣-黃河泥(ni)沙聯(lian)用的(de)地聚物材料(liao)，其特征在(zai)于，所(suo)述表面(mian)活性劑為聚羧酸鈉(na)鹽。

9.如權(quan)利要求1-8任一所述的基于鎂(mei)渣-堿(jian)渣-黃河泥沙(sha)聯(lian)用的地(di)聚物(wu)材料的制備方法，其特(te)征在(zai)于，包括以下(xia)步驟：

技術總結
本發明屬于新型材料領域，公開了一種基于鎂渣?堿渣?黃河泥沙聯用的地聚物材料及其制備方法。所述地聚物材料包括以下重量份的原料：鎂渣40～60份、堿渣5～10份、黃河泥沙26～45份、地聚物激發劑2～5份、無機增強晶須0.5～2份、分散劑1～2份、表面活性劑0.5～1份、水15～20份。制備方法包括：將地聚物激發劑、無機增強晶須、分散劑、表面活性劑依次加入水中混勻，得到混合溶液；在混合溶液中加入鎂渣混勻，再依次加入堿渣、黃河泥沙混勻，澆筑成型，即得基于鎂渣?堿渣?黃河泥沙聯用的地聚物材料。本發明的地聚物材料不僅具有節能環保、循環利用的價值，并且具備良好的經濟社會效益。

技術研發人員：海然,劉俊霞,張茂亮,楊勇,黃正強,馬炎,李建偉,萬欣娣,王今華,惠存,王曉,田靜思,楊飛,程學磊
受保護的技術使用者：河南科技大學
技術研發日：
技術公布日：2024/10/14