本發(fā)明涉及工業(yè)固體廢物資源化，尤其涉及一種磷石膏基多固廢再生骨料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、礦產(chǎn)資源的開發(fā)和利用加速了社會發(fā)展，但同時也堆積了大量工業(yè)固體廢物。固體廢棄物的堆積改變了自然地貌，影響了周圍的生態(tài)平衡和自然環(huán)境，還會對地下水資源產(chǎn)生影響。在人類生產(chǎn)生活過程中，產(chǎn)生了大量有殘余利用價值但難以直接利用到生產(chǎn)生活過程中的固體廢物。例如磷石膏是濕法磷酸工藝過程中產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物；粉煤灰是火電廠煙氣中捕集的固體廢物；鋼渣是煉鋼過程中的一種副產(chǎn)物；廢棄化學(xué)纖維是生活垃圾的重要組成部分。目前，上述幾種工業(yè)固體廢棄物的綜合利用率均較低。因此，將工業(yè)固體廢棄物資源化利用化至關(guān)重要。

2、公開號為cn116283118a的中國發(fā)明專利公開了一種基于有機-無機膠凝材料協(xié)同穩(wěn)定磷石膏與再生骨料的路面基層材料的制備和應(yīng)用，其中的路面基層材料以水泥基膠凝材料、煅燒磷石膏、天然細集料、再生粗骨料、硅酸鈉、硬脂酸鈣乳液、聚合物乳液和水為主要原料制備而成，在固體廢棄物高效資源化利用的同時，有效保證所得路面基層材料較優(yōu)異的力學(xué)強度與長期穩(wěn)定性能等。

3、公開號為cn1149566288a的中國發(fā)明專利公開了一種高強度磷石膏基再生骨料，其制備方法是：將物料混合處理后加水形成的混合物料加入環(huán)模造粒機中，采用環(huán)模和壓輥壓制成型，然后進行碳化養(yǎng)護和自然養(yǎng)護，可以替代天然碎石，有利于節(jié)能環(huán)保。

4、公開號為cn117964271a的中國發(fā)明專利公開了一種二氧化碳養(yǎng)護磷石膏基膠凝材料及其制備方法，能夠高效節(jié)能地對固廢膠凝材料進行養(yǎng)護，且獲得的養(yǎng)護膠凝材料具有較好的力學(xué)性能，能夠為固廢材料的回收再利用提供技術(shù)支持。

5、以上方法雖均對固體廢物有一定利用，但存在固體廢物取代率低、工藝養(yǎng)護復(fù)雜、實際應(yīng)用效果不佳等問題，且部分方法需要進行煅燒或造粒改善性能，材料成本高，不利于固體廢物的大規(guī)模利用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種磷石膏基多固廢再生骨料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明以磷石膏為主要原料，輔以多種固體廢物協(xié)同制備再生骨料，所得再生骨料對天然砂石的取代率高，制成的路面基層材料強度高，生態(tài)風(fēng)險低，且制備方法簡單、彌補了單一固廢作為再生骨料時的性能缺陷，能夠?qū)崿F(xiàn)固體廢棄物的大規(guī)模資源化利用。

2、為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、一種磷石膏基多固廢再生骨料，包括干混料和纖維；所述干混料包括磷石膏、粉煤灰和鋼渣；所述磷石膏、粉煤灰和鋼渣的質(zhì)量比為1～2：1～2：1～2；所述纖維的質(zhì)量為所述干混料質(zhì)量的0.5～3％。

4、優(yōu)選的，所述磷石膏中caso4·2h2o的質(zhì)量百分含量≥80％；所述磷石膏、粉煤灰和鋼渣的粒徑獨立地小于0.075mm。

5、優(yōu)選的，所述鋼渣的成分包括sio2和cao；所述鋼渣的堆比重為2.0～3.5噸/立方米，含水率為3～8％，孔隙度為10％～30％，比表面積為4000～6000cm2/g。

6、優(yōu)選的，所述粉煤灰中sio2的質(zhì)量百分含量≥50％；所述粉煤灰的容重為0.5～1.0kg/l，孔隙度為60～70％，比表面積為2000～4000cm2/g。

7、優(yōu)選的，所述纖維為廢棄化纖紡織品經(jīng)打碎后得到的單絲狀纖維；所述纖維的長度為5～20mm。

8、本發(fā)明還提供了上述方案所述磷石膏基多固廢再生骨料的制備方法，包括以下步驟：

9、將磷石膏、粉煤灰和鋼渣進行干混，得到干混料；

10、將所述干混料和纖維混合，得到所述磷石膏基多固廢再生骨料。

11、優(yōu)選的，所述干混的時間為1～5min。

12、優(yōu)選的，所述干混時或所述干混料和纖維混合時，還加入激發(fā)劑，所述激發(fā)劑為氫氧化鈣和硅酸鈉；所述氫氧化鈣和硅酸鈉的質(zhì)量比為1～2:1～2；所述激發(fā)劑的質(zhì)量為所述磷石膏、粉煤灰和鋼渣總質(zhì)量的1～5％。

13、本發(fā)明還提供了上述方案所述的磷石膏基多固廢再生骨料或上述方案所述制備方法制備的磷石膏基多固廢再生骨料在混凝土中的應(yīng)用；所述磷石膏基多固廢再生骨料中干混料對混凝土中天然砂石的取代率為45～90％。

14、優(yōu)選的，所述磷石膏基多固廢再生骨料中，磷石膏對混凝土中天然砂石的取代率為15～30％，粉煤灰對混凝土中天然砂石的取代率為15～30％，鋼渣對混凝土中天然砂石的取代率為15～30％。

15、本發(fā)明提供了一種磷石膏基多固廢再生骨料，包括干混料和纖維；所述干混料包括磷石膏、粉煤灰和鋼渣；所述磷石膏、粉煤灰和鋼渣的質(zhì)量比為1～2：1～2：1～2；所述纖維的質(zhì)量為所述干混料質(zhì)量的0.5～3％。本發(fā)明以磷石膏為主要原料，同時輔以粉煤灰、鋼渣和纖維進行協(xié)同作用，得到本發(fā)明的多固廢再生骨料；其中，磷石膏中硫含量高，作為再生骨料中的高硫材料替代天然骨料中的含硫成分；粉煤灰中的鋁含量較高，且具有火山灰反應(yīng)的特點，能優(yōu)化再生骨料制備的膠凝材料的水化過程；鋼渣為高硅材料，且強度較高可以取代天然骨料中的高強度組分。本發(fā)明將磷石膏、粉煤灰和鋼渣進行配合，經(jīng)激發(fā)劑進行自激發(fā)后，多種固廢能在激發(fā)作用下進行水化膠凝反應(yīng)產(chǎn)生更多c-s-h和三硫型水化硫鋁酸鈣(aft)等能有效提高材料強度的成分，水化形成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能將固體廢物中的重金屬、磷和氟等有害物質(zhì)有效包裹，大幅降低了材料的浸出毒性；同時添加到化學(xué)纖維在材料內(nèi)部形成有效牽拉大幅提高內(nèi)力傳導(dǎo)的效率和均勻性，因此，利用本發(fā)明的多組分固廢制備的路面基層材料強度高，生態(tài)風(fēng)險低。

16、此外，本發(fā)明提供的再生骨料對天然砂石的取代率高，對孔隙的填充效果好、同時有較小的密度，在實際應(yīng)用中可以提高產(chǎn)品的抗壓抗折強度和平滑程度，減輕材料的運輸壓力。并且，本發(fā)明充分利用廢棄纖維抗拉強度高的特點，解決了廢棄纖維種類多、成分雜，不易分離再生的難題；同時，本發(fā)明充分利用磷石膏、鋼渣、粉煤灰等工業(yè)固體廢物中的鈣、鐵、鋁、硅等有利資源，可實現(xiàn)多種固體廢物的高值化利用，提高了固體廢物的利用率，符合可持續(xù)發(fā)展理念。

17、本發(fā)明還提供了上述方案所述磷石膏基多固廢再生骨料的制備方法，本發(fā)明先將磷石膏、粉煤灰和鋼渣進行干混，再將所得干混料和纖維混合，即可得到所述磷石膏基多固廢再生骨料。本發(fā)明的磷石膏基多固廢再生骨料制備方法簡單，無需進行煅燒和造粒，成本低，有利于實現(xiàn)固體廢棄物的大規(guī)模資源化利用。

技術(shù)特征：

1.一種磷石膏基多固廢再生骨料，其特征在于，包括干混料和纖維；所述干混料包括磷石膏、粉煤灰和鋼渣；所述磷石膏、粉煤灰和鋼渣的質(zhì)量比為1～2：1～2：1～2；所述纖維的質(zhì)量為所述干混料質(zhì)量的0.5～3％。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷石膏基多固廢再生骨料，其特征在于，所述磷石膏中caso4·2h2o的質(zhì)量百分含量≥80％；所述磷石膏、粉煤灰和鋼渣的粒徑獨立地小于0.075mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷石膏基多固廢再生骨料，其特征在于，所述鋼渣的成分包括sio2和cao；所述鋼渣的堆比重為2.0～3.5噸/立方米，含水率為3～8％，孔隙度為10～30％，比表面積為4000～6000cm2/g。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷石膏基多固廢再生骨料，其特征在于，所述粉煤灰中sio2的質(zhì)量百分含量≥50％；所述粉煤灰的容重為0.5～1.0kg/l，孔隙度為60％～70％，比表面積為2000～4000cm2/g。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磷石膏基多固廢再生骨料，其特征在于，所述纖維為廢棄化纖紡織品經(jīng)打碎后得到的單絲狀纖維；所述纖維的長度為5～20mm。

6.權(quán)利要求1～5任意一項所述磷石膏基多固廢再生骨料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述干混的時間為1～5min。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述干混時或所述干混料和纖維混合時，還加入激發(fā)劑，所述激發(fā)劑為氫氧化鈣和硅酸鈉；所述氫氧化鈣和硅酸鈉的質(zhì)量比為1～2:1～2；所述激發(fā)劑的質(zhì)量為所述磷石膏、粉煤灰和鋼渣總質(zhì)量的1～5％。

9.權(quán)利要求1～5任意一項所述的磷石膏基多固廢再生骨料或權(quán)利要求6～8任意一項所述制備方法制備的磷石膏基多固廢再生骨料在路面基層材料中的應(yīng)用；所述磷石膏基多固廢再生骨料中干混料對路面基層材料中天然砂石的總?cè)〈蕿?5～90％。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，所述磷石膏基多固廢再生骨料中，磷石膏對路面基層材料中天然砂石的取代率為15～30％，粉煤灰對路面基層材料中天然砂石的取代率為15～30％，鋼渣對路面基層材料中天然砂石的取代率為15～30％。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及工業(yè)固體廢物資源化技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種磷石膏基多固廢再生骨料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明以磷石膏為主要原料，輔以粉煤灰、鋼渣和纖維進行協(xié)同作用，得到本發(fā)明的多固廢再生骨料。本發(fā)明提供的再生骨料對孔隙的填充效果好、具有較小的密度和更高的強度，可以提高產(chǎn)品的抗壓抗折強度和平滑程度，對天然砂石的取代率高，并且性能優(yōu)質(zhì)、環(huán)境友好、制備方法簡單、成本低。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)多種固體廢物的高值化利用，提高了固體廢物的利用率，符合可持續(xù)發(fā)展理念。

技術(shù)研發(fā)人員：李睿源,孫鑫,戴取秀,寧平,李凱,黃一敏,李趙芮,李錦旗,梁福東
受保護的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8