利用工业废渣制备碱激发水泥

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1、材料研究与应用广东建材2013年第2期利用工业废渣制备碱激发水泥谢舜光夏冬瑞肖帆严家豪姚建勇尹雄杰何春保陆金驰(华南农业大学水利与土木工程学院)摘要：本项目研究利用工业废渣油页岩灰渣与偏高岭土为主要原料制备新型胶凝材料，研究激发材料对偏高岭土一油页岩灰渣系胶凝材料的激发效果；结果表明，当用Na：SiO。为激发剂时，胶凝材料的强度最高，并得到SiO：／Na：0=1．5时，材料获得最佳强度性能，同时优选得到激发剂／(偏高岭土一油页岩灰渣)=O．25为最佳碱激发剂掺量。关键词：工业废渣：油页岩灰渣；偏高岭土；激发剂1引言硅酸盐水泥是一种高污染、高能耗

2、及消耗大量资源的胶凝材料。据国家统计局数据显示，2009年我国生产了16．3亿t水泥，其中熟料就有约1i亿t。而每生产it熟料所排放的C0：总量约为lt，C0。是导致地球温室效应的主要原因。此外，水泥生产过程还排出大量有害气体。仅从环保角度考虑，制备碱激发水泥能耗低并且不排出有害气体，大力推广新型胶凝材料的发展势在必行。加之，我国大量工业废渣堆积，占用土地，对环境造成污染，因此，利用工业废渣制备碱激发水泥是提高工业废渣利用率和解决工业废渣堆积的有效途径之一。碱激发水泥不同于传统硅酸盐水泥，生产过程不会造成环境污染，表现出水化热低、收缩小、抗渗耐

3、冻、耐腐蚀、耐高温、耐水热等优良性能。矿渣和偏高岭土作为碱激发水泥或硅酸盐水泥原料已比较普遍，但是资源有限，而且硅酸盐水泥是一种高污染、高能耗的胶凝材料，因此必须大力开发新型胶凝材料技术。油页岩是一种重要的能源矿产，它可用于提炼页岩油、直接用作燃料燃烧、发电等。仅仅在广东茂名地区的油页岩储量就有约67吨[1]。由于长时间的开发，且油页岩燃烧产生大量灰渣，茂名地区形成了两个巨大的废渣堆放场，其废渣总量高达214×108tE3]。此外，废渣场渗出水呈强酸性，pH为3～4，致使周围的农田、鱼塘以及地下水都受到严重影响H]，同时在我国房屋建筑材料中的7

4、0％是墙体材料，因此利用各种废弃物发展蒸压硅酸盐制品[引，对可持续发展有着重大的现实意义。试验证实，加入了油页岩渣后，能增强水泥的硬度和抗冻能力，以及降低它的渗透性，从而改良水泥的性能口]。通过不同工业废渣的合理搭配，采用物理、化学、低温热力等技术手段使油页岩灰渣类硅铝质废弃物原来的硅酸盐网络解体，再在以水为介质条件下聚合成以硅铝长链为主的化学键合陶瓷结构，获得一种既具有传统水泥的操作性和经济性，但性能又比传统水泥优良的新型胶凝材料。主要原料为工业废渣，成本低廉，来源丰富，具有显著的环保效益和经济效益。因此，系统地研究利用工业废渣制备碱激发水泥

5、的形成机理、性能和相关因素，可以指导利用工业废渣制备出性能优良的碱激发水泥，真正实现变废为宝、保护环境的目标。此应用基础研究不但具有较高的理论和学术价值，而且预期成果将对我国的生态环境良性循环、资源合理利用和可持续发展战略产生积极有益的影响。2实验原料与方法2．1实验原料本实验的实验原料分别有油页岩灰渣、偏高岭土、生石灰、水泥熟料、氢氧化钠和水玻璃六种。(1)油页岩灰渣：是本研究课题的主要材料，实验用的油页岩灰渣共2种，包括两种油页岩灰渣(OSAl一OSA2)，分别选自广东省某火力发电厂，油页岩灰渣是火力发电厂以油页岩作为燃料，经过低温干馏后的

6、脱油残渣或经燃烧后生成的灰渣，属于含有少量残碳的类似火山灰的瘠性原料，有一定的颗粒度，具有良好的活性[8

7、。其化学成分见表1。(2)偏高岭土：高岭土原矿来自广东廉江，经800℃煅烧3h变成偏高岭土，其化学成份见表2。(3)生石灰：市售，其化学成分见表3。表1油页岩灰渣的化学组成(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—广东建材2013年第2期材料研究与应用表2偏高岭土的化学组成(wt％)表3石灰的化学组成(wt％)(4)水泥熟料：广州某水泥厂提供，28d龄期标准胶砂抗压强度为48．5MPa，其矿物组成见表4。表4水泥熟料矿物成分l矿物成分lc3sc2sc4C4AFl质量分数％I53．820．18．713．4(5)氢氧化钠：俗称烧碱，分析纯。(6)水玻璃：水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料，又称泡花碱。水玻璃可根据碱金属的种类分为钠水玻璃和钾水玻璃，其分子式分别为Na20．nSiO。和K：0．

9、nSi02，式中的系数n称为水玻璃模数，是水玻璃中的氧化硅和碱金属氧化物的分子比(或摩尔比)。水玻璃模数是水玻璃的重要参数，一般在1．5～3．5之间。