利用冶金废渣制备高铁铝酸盐相胶凝材料

由于工业发展和城市化，工业固体废弃物产量大，消耗大量的物质资源，占用大量土地资源.据统计，世界固体废物产量高达 70 亿 ～ 100 亿 t.其中，赤泥堆存占地面积超过 60 km2 . 赤泥是氧化铝生产排放的强碱性固体废弃物，每生产 1 t 氧化铝就要附带产生赤泥 1～1. 5 t，但因其碱度高和重金属含量高而难以使用. 大量堆存的赤泥对环境造成了巨大的危害，因此，低成本、无害化大宗消纳利用赤泥是亟待解决的世界性难题. 钢渣是冶金工业产生的重要固体废物，其主要成分为Fe、Si、Al、Ca 等化学元素的氧化物，在固体废物中的含量超过 78%. 煤矸石是煤炭采选过程和洗选加工过程中排出一种固体废弃物，其含碳量较低，含少量可燃物[8].国内外赤泥综合利用的主要方式是赤泥选铁和筑路，其次是生产陶瓷透水砖、透水混凝土、砂浆、水泥、陶粒、微晶材料、无机纤维、石油压裂支撑剂、炼钢功能性辅料以及用于烟气湿法脱硫等; 现阶段钢铁企业磁选后的钢渣除少量用于返回烧结和炼钢外，其余主要用于道路充填材料、水泥混合材料、砂石骨料和混凝土掺合料等; 煤矸石主要用于发电、建筑材料、水泥混凝土、耐火材料等领域. 这些利用途径目前停留在单一固废利用阶段，产品附加值低，且目前固废受处置成本、自身价值、产业模式等多因素限制，综合利用没有根本突破. 堆积日增，环境社会压力巨大. 如何综合开发利用赤泥、钢渣和煤矸石，实现无废料生产，高附加值利用，达到治理环境，增加经济效益是急需解决的问题.利用具有潜在胶凝活性的固体废弃物制备绿色水泥类胶凝材料前景广阔，符合环保产业和色建筑的发展需求. 为了解决赤泥、钢渣和煤矸石的利用难题，本试验以拜尔法赤泥、钢渣、煤矸石等固废为原料，通过高温煅烧制备固废基高铁铝酸盐相胶凝材料，重点对高铁铝酸盐相胶凝材料的最佳合成温度、物相组成、微观结构、力学性能和水化产物进行了系统研究，并通过抗折强度透水系数分析，对固废基高铁铝酸盐相胶凝材料在透水混凝土中的应用进行可行性研究. 本文用全固废代替传统原料制备高铁铝酸盐相胶凝材料，并通过合成胶凝材料制备透水混凝土，主要目的是确认整套工艺的可行性，从而能够大规模处置这三种固废.

1) 利用赤泥、钢渣和煤矸石等固废原料制备固废基高铁铝酸盐相胶凝材料是可行的，最佳煅烧温度为 1300 ℃，其矿物组成主要有七铝酸十二钙( C12A7 ) 、无水硫铝酸钙( C4A3 S^ ) 、硅酸二钙( C2 S) 和铁铝酸四钙( C4AF) .( 2) 固废基高铁铝酸盐相胶凝材料具有良好的力学性能，3、7 和 28 d 抗压强度分别为 15. 55、19. 20 和 27. 75 MPa; 早期强度和后期强度均优于普通硅酸盐水泥.( 3) 固废基高铁铝酸盐相胶凝材料水化产物主要为钙矾石、水化铝酸钙、未反应的硅酸二钙和以及少量方解石.( 4) 利用冶金废渣制备固废基高铁铝酸盐相胶凝材料可用于制备高性能绿色透水混凝土，其力学性能和透水性能均满足规范要求.