利用碱渣制备碱激发胶凝材料的探索
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２ ０ １ ５ 年・ 第２ 期
技术与研究
材料科 技与设 备 （ 双月刊）
利 用碱 渣 制 备碱 激 发 胶 凝 材 料 的探 索
高雁凌 ，封孝信 ，刘刚 ，周朋
（ 河北联 合大学材 料科 学与工程学 院 ，河北省无机非金属材料重点实验室 ，河北 唐山 ０ ６ ３ ０ ０ ９ ）
摘要 ：以碱渣 、矿渣粉 、石灰为原料 ，分别以 Ｎａ ＯＨ、Ｎａ ２ Ｃ ０ ３ 、水玻璃 为碱 激发 剂制备碱 激发胶凝 材料 ，考察 了水
材 料科技与设备 （ 双月刊 ）
利用碱渣 制备碱激发胶凝材料的探索
２ ０ １ ５ 年・ 第２ 期
２ ． ２碱 激 发 剂 的 影 响
碱 激 发 剂 掺 量 以 当量 Ｎａ ｚ （ ） 计定 为 ８ ，通 过 Ｎ ａ ｚ Ｏ 碱 当 量 计 算 得 出 Ｎａ ＯＨ，Ｎａ ｚ Ｃ （ ） ３ ，Ｎａ ２ Ｓ ｉ Ｏ ： ￣ 相 应 的 质 量 ，通
作Ｅ ３ － １ ｚ ］ ，在建筑材料 、烟气脱硫 、橡 胶填料 、土壤改 良剂 等方面得 到了应用 ，但应用量还 有限 ，还 很难从 根本 上解 决碱渣 的利用 问题 ，还需要开辟新 的应用途径 。 碱 渣中含有 较多的碱 ，那么是 否可 以作为 碱激发 胶凝 材料 的原料使用 呢？本课 题就是 在碱激发 矿渣胶 凝材 料 中 掺 人部 分碱 渣 ，探讨 制备矿渣 一碱渣碱 激发胶 凝材料 的可
的龄期 它们 的激发强度不 同；以 Ｎａ （ ） Ｈ 为激发剂时 ，材料 的强度 随矿 渣掺 入量增加 而提 高；以水玻璃 为激发剂 时，碱渣 与矿渣在 某一比例 时，材料的强度最 高。
关键词 ：碱渣 ；矿渣 ；碱 激发 ；胶凝材料 中图分类号 ：Ｔ Ｕ５ ２ ８ ． ０ ４ ４ 文献标识码 ：Ａ
度的影响符合一般规 律性 ，即随着水 胶 比的增大 ，强 度降
低 。但 Ｉ ３ ｏ ． 试 样 的 强 度 稍 低 于 ． ｓ 试 样 的强 度 ，其 原 因 是
在实验操作 过程 中发 现 ，Ｂ 。 试样 浆体 的 和易 性较 差 ，导 致试件 的密实度下 降。
过设定的水胶 比计算 相 应 的用水 量 ，同 时掺 人 ２ 的生
石 灰 ，配 比方 案 见 表 ３ 。
３ ． ２激 发 剂 种 类 对 强 度 的 影 响
对不 同配 比不 同碱 激发剂 所制试块 在各龄 期测 量抗压
强度 ，并取平均值 得 到结果 见表 ４ 。为 了便 于 比较 ，按激 发剂种类及碱渣用量 分别作 图 ，如图 ２和图 ３ 所示 。
胶 比、碱渣掺量 、碱激发 剂种 类对材 料抗 压 强度 的影 响。结果 表 明随 着水 胶 比的增 大 ，材 料抗 压 强度 降低 ；Ｎａ ＯＨ 和 Ｎａ ２ ｃ （ ｈ 对碱 渣无激发作用 ，水玻璃 有一定的激发作 用；Ｎａ ＯＨ和水玻 璃对碱渣 与矿 渣的混合物 均有激发作 用，但在 不 同
信（ １ ９ ６ ２ 一） ， 男， 博 士， 教授 ， 主要从事水泥与混凝 土材料方面的研究。Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： ｆ ｅ ｎ ｇ ｘ ｉ ａ ｏ ｘ ｉ ｎ ＠ｔ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ ． ｏ ｒ ｇ ． ｃ ｎ
・
４ ２・ ｈ ｔ ｔ ｐ ｜ ｜ Ａ ． ｃ ｍ ａ ｓ ｔ ｅ ｑ ． Ｃ Ｏ ＇ Ｉ Ｔ Ｉ
能性。
的纯碱工业 基 本采用 氨碱 法生 产工 艺 ，碱渣 （ 俗 称 白泥 ） 是 氨碱法制碱过程 中排放 的一种＿ 丁业 废料 ， 目前 的 “ 氨 碱 法 ”工艺 中每生产 ｌ ｔ 纯碱 ，将会排放 含水 量为 ６ Ｏ 左右的 同体碱渣 １ ｔ Ｃ ２ ］ 。目前 ，碱 渣基 本都 采取地 表堆积 的处理 方 式 ，大量 的碱渣沉积后形成一片 “ 白海 ” ，造成 了周 围海 域 的污染 ，也污染 了陆居 人们 的生活环 境。大量 的碱渣 ，长 期得不 到合理 的处理 和利用 ，存放 碱渣 的地 带更是 白雾 弥 漫 ，这不仅造成资 源浪费 ，消耗 了大 量 的人 力 、物 力、财 力加 以管理 。还侵 占了土地 ，加 重了空 气污染 ，破 坏 了生
态平衡 ，而且这也有 可能制约碱 厂的生 产发展 ，威 胁碱 厂
１ 原 材 料
实验用原材料有碱渣 、矿渣 、生石灰 、分析纯 Ｎ ａ （ ） Ｈ、 分析纯 Ｎａ ｚ Ｃ 、分析纯水 玻璃 。碱渣取 自唐 山三友碱 厂 ，
矿渣和生石灰均 取 自唐 山的生产 企业 。分 析纯 Ｎａ ＯＨ、分 析纯 Ｎａ Ｃ ０３ 、分析纯水玻璃 （ Ｎａ ２ Ｓ ｉ （ ） ３・９ Ｈ２ ０）均 由天津 市永大化学试剂 有限公 司生产 。碱渣 、矿 渣和 生石灰 的化 学 组成见表 １ 。
国内外学 者 对 碱渣 的 开发 利 用 进行 了大 量 的研 究 工
０ 引 言
纯碱被称为工业 之母 ，广 泛用 于建材 、化 工 、冶金 等 行业 。我 国 目前 已是世界上最大 的纯碱生 产国 ，２ ０ ０ ４年 纯 碱产量 １ ２ ６ ６ ． ７ ７万 ｔ ，２ ０ １ ３年达 到了 ２ ４ ４ ８ ． ５ ５万 ｔ ［ １ ］ 。我 国
的生存 。
表 １ 原材料的化学组成
／ ｗｔ
２ 实 验 方 案
主要是 考察水胶 比、碱激 发剂种类 、碱渣用 量对 材料
强度 的影 响。
表 ２ 水胶 比的影响实验配 比方案
Baidu Nhomakorabea
２ ． １ 水胶 比的影响
拟 定碱 渣与矿 渣 比例为 ２： １ ，碱激 发 剂选 择 Ｎａ （ ） Ｈ，
碱激发剂掺量为 １ Ｏ 。设 置不同的水胶 比，考察其 对材料
强度的影响 ，具 体配比方 案见表 ２ 。
＊作者简介 ：高雁凌（ １ ９ ８ ９ 一） ， 女， 硕士研究生 ， 主要从事 复合材料方面的研究。Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：ｇ ａ ｏ ｙ ａ ｎ ｌ ｉ ｎ ｇ ２ ２ ６ ５ ＠１ ２ ６ ． ｃ ０ ｍ； 通讯联系人 ： 封孝
技术与研究
材料科 技与设 备 （ 双月刊）
利 用碱 渣 制 备碱 激 发 胶 凝 材 料 的探 索
高雁凌 ，封孝信 ，刘刚 ，周朋
（ 河北联 合大学材 料科 学与工程学 院 ，河北省无机非金属材料重点实验室 ，河北 唐山 ０ ６ ３ ０ ０ ９ ）
摘要 ：以碱渣 、矿渣粉 、石灰为原料 ，分别以 Ｎａ ＯＨ、Ｎａ ２ Ｃ ０ ３ 、水玻璃 为碱 激发 剂制备碱 激发胶凝 材料 ，考察 了水
材 料科技与设备 （ 双月刊 ）
利用碱渣 制备碱激发胶凝材料的探索
２ ０ １ ５ 年・ 第２ 期
２ ． ２碱 激 发 剂 的 影 响
碱 激 发 剂 掺 量 以 当量 Ｎａ ｚ （ ） 计定 为 ８ ，通 过 Ｎ ａ ｚ Ｏ 碱 当 量 计 算 得 出 Ｎａ ＯＨ，Ｎａ ｚ Ｃ （ ） ３ ，Ｎａ ２ Ｓ ｉ Ｏ ： ￣ 相 应 的 质 量 ，通
作Ｅ ３ － １ ｚ ］ ，在建筑材料 、烟气脱硫 、橡 胶填料 、土壤改 良剂 等方面得 到了应用 ，但应用量还 有限 ，还 很难从 根本 上解 决碱渣 的利用 问题 ，还需要开辟新 的应用途径 。 碱 渣中含有 较多的碱 ，那么是 否可 以作为 碱激发 胶凝 材料 的原料使用 呢？本课 题就是 在碱激发 矿渣胶 凝材 料 中 掺 人部 分碱 渣 ，探讨 制备矿渣 一碱渣碱 激发胶 凝材料 的可
的龄期 它们 的激发强度不 同；以 Ｎａ （ ） Ｈ 为激发剂时 ，材料 的强度 随矿 渣掺 入量增加 而提 高；以水玻璃 为激发剂 时，碱渣 与矿渣在 某一比例 时，材料的强度最 高。
关键词 ：碱渣 ；矿渣 ；碱 激发 ；胶凝材料 中图分类号 ：Ｔ Ｕ５ ２ ８ ． ０ ４ ４ 文献标识码 ：Ａ
度的影响符合一般规 律性 ，即随着水 胶 比的增大 ，强 度降
低 。但 Ｉ ３ ｏ ． 试 样 的 强 度 稍 低 于 ． ｓ 试 样 的强 度 ，其 原 因 是
在实验操作 过程 中发 现 ，Ｂ 。 试样 浆体 的 和易 性较 差 ，导 致试件 的密实度下 降。
过设定的水胶 比计算 相 应 的用水 量 ，同 时掺 人 ２ 的生
石 灰 ，配 比方 案 见 表 ３ 。
３ ． ２激 发 剂 种 类 对 强 度 的 影 响
对不 同配 比不 同碱 激发剂 所制试块 在各龄 期测 量抗压
强度 ，并取平均值 得 到结果 见表 ４ 。为 了便 于 比较 ，按激 发剂种类及碱渣用量 分别作 图 ，如图 ２和图 ３ 所示 。
胶 比、碱渣掺量 、碱激发 剂种 类对材 料抗 压 强度 的影 响。结果 表 明随 着水 胶 比的增 大 ，材 料抗 压 强度 降低 ；Ｎａ ＯＨ 和 Ｎａ ２ ｃ （ ｈ 对碱 渣无激发作用 ，水玻璃 有一定的激发作 用；Ｎａ ＯＨ和水玻 璃对碱渣 与矿 渣的混合物 均有激发作 用，但在 不 同
信（ １ ９ ６ ２ 一） ， 男， 博 士， 教授 ， 主要从事水泥与混凝 土材料方面的研究。Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： ｆ ｅ ｎ ｇ ｘ ｉ ａ ｏ ｘ ｉ ｎ ＠ｔ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ ． ｏ ｒ ｇ ． ｃ ｎ
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能性。
的纯碱工业 基 本采用 氨碱 法生 产工 艺 ，碱渣 （ 俗 称 白泥 ） 是 氨碱法制碱过程 中排放 的一种＿ 丁业 废料 ， 目前 的 “ 氨 碱 法 ”工艺 中每生产 ｌ ｔ 纯碱 ，将会排放 含水 量为 ６ Ｏ 左右的 同体碱渣 １ ｔ Ｃ ２ ］ 。目前 ，碱 渣基 本都 采取地 表堆积 的处理 方 式 ，大量 的碱渣沉积后形成一片 “ 白海 ” ，造成 了周 围海 域 的污染 ，也污染 了陆居 人们 的生活环 境。大量 的碱渣 ，长 期得不 到合理 的处理 和利用 ，存放 碱渣 的地 带更是 白雾 弥 漫 ，这不仅造成资 源浪费 ，消耗 了大 量 的人 力 、物 力、财 力加 以管理 。还侵 占了土地 ，加 重了空 气污染 ，破 坏 了生
态平衡 ，而且这也有 可能制约碱 厂的生 产发展 ，威 胁碱 厂
１ 原 材 料
实验用原材料有碱渣 、矿渣 、生石灰 、分析纯 Ｎ ａ （ ） Ｈ、 分析纯 Ｎａ ｚ Ｃ 、分析纯水 玻璃 。碱渣取 自唐 山三友碱 厂 ，
矿渣和生石灰均 取 自唐 山的生产 企业 。分 析纯 Ｎａ ＯＨ、分 析纯 Ｎａ Ｃ ０３ 、分析纯水玻璃 （ Ｎａ ２ Ｓ ｉ （ ） ３・９ Ｈ２ ０）均 由天津 市永大化学试剂 有限公 司生产 。碱渣 、矿 渣和 生石灰 的化 学 组成见表 １ 。
国内外学 者 对 碱渣 的 开发 利 用 进行 了大 量 的研 究 工
０ 引 言
纯碱被称为工业 之母 ，广 泛用 于建材 、化 工 、冶金 等 行业 。我 国 目前 已是世界上最大 的纯碱生 产国 ，２ ０ ０ ４年 纯 碱产量 １ ２ ６ ６ ． ７ ７万 ｔ ，２ ０ １ ３年达 到了 ２ ４ ４ ８ ． ５ ５万 ｔ ［ １ ］ 。我 国
的生存 。
表 １ 原材料的化学组成
／ ｗｔ
２ 实 验 方 案
主要是 考察水胶 比、碱激 发剂种类 、碱渣用 量对 材料
强度 的影 响。
表 ２ 水胶 比的影响实验配 比方案
Baidu Nhomakorabea
２ ． １ 水胶 比的影响
拟 定碱 渣与矿 渣 比例为 ２： １ ，碱激 发 剂选 择 Ｎａ （ ） Ｈ，
碱激发剂掺量为 １ Ｏ 。设 置不同的水胶 比，考察其 对材料
强度的影响 ，具 体配比方 案见表 ２ 。
＊作者简介 ：高雁凌（ １ ９ ８ ９ 一） ， 女， 硕士研究生 ， 主要从事 复合材料方面的研究。Ｅ － ｍａ ｉ ｌ ：ｇ ａ ｏ ｙ ａ ｎ ｌ ｉ ｎ ｇ ２ ２ ６ ５ ＠１ ２ ６ ． ｃ ０ ｍ； 通讯联系人 ： 封孝