专利摘要
本发明公开了一种常温单一赤泥地聚合物及其制备方法，涉及固体废弃物资源化和新型建筑材料制备技术领域；包括原料：拜耳法赤泥、碱激发剂、水，且所有原料中总的Si/Al原子摩尔比为1.4，Na/Al的原子摩尔比为2.0‑2.4，水与固体质量比值为0.7，碱激发剂为水玻璃溶液和氢氧化钠分析纯配置的混合溶液；在常温下制备的单一赤泥地聚合物的抗压强度在28d最高可以达到35MPa以上，解决在地聚合物的生产中增加赤泥的掺量导致地聚合物强度下降的问题，本发明采用单一赤泥为材料，在常温下制备地聚合物，制备工艺简单，易于实现工业化生产，本发明降低赤泥对环境的危害以及赤泥的资源化利用起到积极的推动作用。
权利要求
1.一种常温单一赤泥地聚合物，其特征在于，由以下重量份的原料制成：拜耳法赤泥95-110份，碱激发剂115-124份，水3-7份，且所有原料中总的Si/Al原子摩尔比为1.4，Na/Al的原子摩尔比为2.2，水与固体质量比值为0.7，所述的碱激发剂为水玻璃溶液和氢氧化钠分析纯配置的混合溶液。
2.根据权利要求1所述的一种常温单一赤泥地聚合物，其特征在于，所述水玻璃溶液的重量份为98份，氢氧化钠分析纯重量份为17-26份。
说明书
技术领域
本发明涉及固体废弃物资源化和新型建筑材料制备技术领域，具体涉及一种常温单一赤泥地聚合物及其制备方法。
背景技术
赤泥是在氧化铝生产过程中，用苛性钠溶液溶化铝土矿后，产生的不溶性固体残渣，对环境造成了严重的污染。
为了最大限度地减少赤泥对环境的破坏，已经投入了大量的努力来开发赤泥资源化利用的途径。目前，可以实现赤泥大规模利用，最具潜力的途径是利用赤泥生产建筑材料。在赤泥所生产的建筑材料中最主要的就是地聚合物材料。地聚合物是一种碱激发胶凝材料，是以硅铝质材料为主要原材料，通过碱对原材料潜在活性的激发，所制备的一种高性能胶凝材料。但是，由于赤泥的成分和性能的波动性很大，发现单一赤泥在地聚合物的合成中，反应性不够，因此通常与反应性更强的铝硅酸盐材料混合，主要是粉煤灰、偏高岭土、硅粉、矿渣等，这样使得赤泥的掺量减小，很难通过制备地聚合物的途径，大规模利用赤泥。在实际生产中，单纯提高赤泥的掺量又会带来负面的效果，即使地聚合物整体的强度下降。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提出一种常温单一赤泥地聚合物及其制备方法，解决在地聚合物的生产中增加赤泥的掺量导致地聚合物强度下降的问题。
为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。
一种常温单一赤泥地聚合物，包括以下重量份的原料：拜耳法赤泥95-110份，碱激发剂115-124份，水3-7份，且所有原料中总的Si/Al原子摩尔比为1.4，Na/Al的原子摩尔比为2.0-2.4，水与固体质量比值为0.7，所述的碱激发剂为水玻璃溶液和氢氧化钠分析纯配置的混合溶液。
优选的，所述水玻璃溶液的重量份为98份，氢氧化钠分析纯重量份为17-26份。
优选的，原料中Si/Al的原子摩尔比为1.4，Na/Al的原子摩尔比为2.2。
一种常温单一赤泥地聚合物的制备方法，具体包括以下步骤：
a）原料处理：将拜耳法赤泥风干粉碎后过筛制成赤泥粉末进行烘干。
b）试样制作：按照质量的份数比称取相应拜耳法赤泥加入到搅拌机中进行搅拌，转速150r/min，搅拌2min后，待固料搅拌均匀后，加入碱激发剂，继续搅拌3min，转速150r/min，使得固料和液料完全搅拌均匀形成地聚合物前驱体的浆料。
c）养护：将浆料加入到模具中，放到振动台上振动20s，将模具表面刮平，对模具进行密封，24h后拆模将试块放入到常温（20℃~25℃）中养护，得到地聚合物。
赤泥原料中主要矿物有钙霞石族矿、加藤石、赤铁矿、方解石、三水铝矿等，通过XRD图谱显示的都是尖锐的峰，没有明显的驼峰，表明赤泥原料中非晶相物质不多。其中钙霞石族矿是类似长石矿物的一种，是含碱性的硅铝酸盐矿，其中赤泥中是由多种钙霞石矿物混合的状态。利用赤泥中含有较少的可溶性铝硅酸盐，在高碱性的水玻璃溶液中溶解，形成了硅氧四面体和铝氧四面体的结构单元，最终发生缩聚反应，形成三维网状结构的地聚合物。
如图1所示，通过本发明方法形成赤泥地聚合物的XRD图谱相对于赤泥生成了沸石类矿物，而沸石类矿物类似于地壳中的岩石具有高强特点。沸石类矿物是在强碱环境下，OH
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。
（1）本发明采用单一赤泥作为地聚合物的原材料，价格低廉，来源广泛，并可以减少赤泥的堆放量，降低赤泥对环境的危害。
（2）本发明通过严格限定的原料中的硅铝比及钠铝比，制备的单一赤泥地聚合物的抗压强度在28d最高可以达到35MPa以上，满足建筑材料的要求，开发了赤泥资源化利用的新途径。
（3）本发明是在常温下制备和养护地聚合物材料，制备工艺简单，并且易于实现工业化生产。
附图说明
图1为赤泥和Si/Al原子摩尔比为1.4，Na/Al原子摩尔比分别为2.0、2.2、2.4时制备的地聚合物试样的XRD图谱。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
（1）原料选取与加工：
所用材料包括山西河津铝厂的拜耳法赤泥，其化学成分如表1所示。
表1拜耳法赤泥的化学成分。
水玻璃溶液为市售的工业水玻璃（SiO2含量24.73%，Na2O含量8.17%，模数3.12，波美度40，密度1.375g/cm
（2）原料加工：
将拜耳法赤泥自然风干，采用破碎机粉碎后过0.075mm的筛；破碎过筛后的赤泥粉末放入烘箱105℃烘干24h得到试验所需赤泥原料比表面积平均粒径为2.64μm，比表面积为2270m
按照质量称取1000g拜耳法赤泥，备用；
按照设置的Si/Al（原料中Si/Al的原子摩尔比为1.4）、Na/Al（原料中Na/Al的原子摩尔比分别为2.0、2.1、2.2、2.3、2.4）和水与固体质量比（水与固体质量比为0.7，水的质量包括加入水玻璃溶液中水与加入蒸馏水的质量之和，固体质量包括拜耳法赤泥）计算并称取水玻璃溶液、氢氧化钠分析纯和蒸馏水，其中水玻璃溶液为980g，蒸馏水为50g，氢氧化钠分析纯分别为170g、200g、220g、240g、260g。
将170g、200g、220g、240g、260g的氢氧化钠分析纯分别加入5个980g水玻璃溶液中，并分别向5个980g水玻璃溶液中加入50g蒸馏水，得到不同Na/Al下的碱激发溶液，待碱激发溶液冷却至室温后，补加上由于放热所损失的水分，控制水与固体质量比值为0.7，备用。
（3）试样制作与养护：
拜耳法赤泥加入到搅拌机中进行搅拌，转速150r/min，搅拌2min后，待固料搅拌均匀后，将碱激发溶液加入搅拌机中，继续搅拌3min，转速150r/min，使得固料和液料完全搅拌均匀形成地聚合物前驱体的浆料。
将浆料加入到边长为40mm的三联方钢模中，放到振动台上振动20s，用刮刀将模具表面刮平，并用塑料薄膜密封钢膜，24h后拆模将试块放入到常温（20℃~25℃）中进行养护。
试样强度测试：在7d、14d、21d、28d龄期时测试地聚合物试块的抗压强度，其中测试速率为2mm/min。
5种配方下单一赤泥地聚合物在4个龄期下的强度如表2所示。
表2各龄期单一赤泥地聚合物抗压强度。
从表2可以得出，在拜耳法赤泥掺量为100份时，控制Si/Al的原子摩尔比为1.4，不同Na/Al的原子摩尔比产生的地聚合物的强度不同。在Na/Al的原子摩尔为2.2时，也就是氢氧化钠分析纯掺量为22份时，单一赤泥聚合物强度在每个龄期下达到最佳，7d抗压强度可达28.24MPa，28d抗压强度可达37.77MPa。
图1为赤泥和Si/Al原子摩尔比为1.4，Na/Al原子摩尔比分别为2.0、2.2、2.4时制备的地聚合物试样的XRD图谱。
赤泥原料中主要矿物有钙霞石族矿、加藤石、赤铁矿、方解石、三水铝矿等，并且显示的都是尖锐的峰，没有明显的驼峰，表明非晶相物质不多。其中钙霞石族矿是类似长石矿物的一种，是含碱性的硅铝酸盐矿，其中赤泥中是由多种钙霞石矿物混合的状态。
通过本发明方法形成赤泥地聚合物的XRD图谱相对于赤泥生成了沸石类矿物，而沸石类矿物类似于地壳中的岩石具有高强特点。沸石类矿物是在强碱环境下，OH
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
一种常温单一赤泥地聚合物及其制备方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
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