CN106007632B - 一种利用煤矸石制备高强度胶凝材料的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用煤矸石制备高强度胶凝材料的方法，本发明利用废弃的煤矸石制备的凝胶以硅、铝凝胶为主，具有很高的强度和施工性能，其中加入硬脂酸钙作为稳定剂，容易形成C‑S‑H凝胶,起到胶结的作用，进一步提高了凝胶的强度，本发明充分利用了废弃的煤矸石，大量的节约了资源。
Description
技术领域
本发明主要涉及胶凝材料领域，尤其涉及一种利用煤矸石制备高强度胶凝材料的方法。
背景技术
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2 O3 、SiO2 ，另外还含有数量不等的Fe2 O3 、CaO、MgO、Na2 O、K2 O、P2 O5 、SO3 和微量稀有元素；
煤矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。中国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。为了消除污染，自60年代起，很多国家开始重视煤矸石的处理和利用。
煤矸石代替燃料：化铁；烧锅炉；烧石灰；回收煤炭。生产水泥：生产普通硅酸盐水泥；生产特种水泥；生产无熟料水泥。生产建筑材料：煤矸石烧结砖，质量较好，颜色均匀；煤矸石生产轻骨料，轻骨料是为了较少混凝土的相对密度，而选用的一类多孔骨料；生产煤矸石棉，以煤矸石和石灰为原料，经高温融化，喷吹而成的一种建筑材料。生产化工产品：制结晶三氯化铝，以煤矸石和化工工业副产盐酸为主要原料，经过破碎、培烧、磨碎、酸浸、沉淀、浓缩结晶和脱水等生产工艺而制成，是一种新型的净水剂；制水玻璃；生产硫酸铵，煤矸石内的硫化铁在高温下生产SO2 ，再氧化而生产SO3 ，遇水生产硫酸，并与氨的化合物生产硫酸铵。
利用途径有以下几种：
①回收煤炭和黄铁矿：通过简易工艺，从煤矸石中洗选出好煤，通过筛选从中选出劣质煤，同时拣出黄铁矿。或从选煤用的跳汰机──平面摇床流程中回收黄铁矿、洗混煤和中煤。回收的煤炭可作动力锅炉的燃料，洗矸可作建筑材料，黄铁矿可作化工原料。
②用于发电：主要用洗中煤和洗矸混烧发电。中国已用沸腾炉燃烧洗中煤和洗矸的混合物（发热量每公斤约2000大卡）发电。炉渣可生产炉渣砖和炉渣水泥。日本有10多座这种电厂；所用中煤和矸石的混合物，一般每公斤发热量为3500大卡；火力不足时,用重油助燃。德意志联邦共和国和荷兰把煤矿自用电厂和选煤厂建在一起，以利用中煤、煤泥和煤矸石发电。
测试煤矸石的发热量应使用专门的仪器进行，微机量热仪可以满足发热量的测试。
③制造建筑材料：代替粘土作为制砖原料，可以少挖良田。烧砖时，利用煤矸石本身的可燃物，可以节约煤炭。
煤矸石烧结空心砖，是指以页岩，煤矸石或粉煤灰为主要原料，经焙烧而成的具有竖向孔洞（孔洞率不小于25%,孔的尺寸小而数量多）的砖。其外形尺寸，长度为290,240,190mm,宽度为240,190,180,175,140,115mm,高度为90mm.由两两相对的顶面、大面及条面组成直角六面体，在中部开设有至少两个均匀排列的条孔，条孔之间由肋相隔，条孔与大面、条面平行，其间为外壁，条孔的两开口分别位于两顶面上，在所述的条孔与条面之间分别开设有若干孔径较小的边排孔，边排孔与其相邻的边排孔或相邻的条孔之间为肋。
煤矸石可以部分或全部代替粘土组分生产普通水泥。自燃或人工燃烧过的煤矸石，具有一定活性,可作为水泥的活性混合材料，生产普通硅酸盐水泥(掺量小于20%)、火山灰质水泥（掺量20～50%）和少熟料水泥（掺量大于50%）。还可直接与石灰、石膏以适当的配比，磨成无熟料水泥，可作为胶结料，以沸腾炉渣作骨料或以石子、沸腾炉渣作粗细骨料制成混凝土砌块或混凝土空心砌块等建筑材料。英国、比利时等国有专用煤矸石代替硅质原料生产水泥的工厂。
煤矸石可用来烧结轻骨料。日本于1964年用煤矸石作主要原料制造轻骨料，用于建造高层楼房，建筑物重量减轻20%。
用盐酸浸取可得结晶氯化铝。浸取后的残渣，主要为二氧化硅，可作生产橡胶填充料和湿法生产水玻璃的原料。剩余母液内所含的稀有元素（如锗、镓、钒、铀等），视含量决定其提取价值。
此外，煤矸石还可用于生产低热值煤气，制造陶瓷，制作土壤改良剂，或用于铺路、井下充填、地面充填造地。在自燃后的矸石山上也可种草造林，美化环境。
到目前为止.煤矸石的利用力度还不够大。技术不完善，地区发展不平衡，对环境的影响依然很严重，主要表现在下述几个方面。
1、影响土地资源的利用煤矸石堆场多位于井口附近，大多紧邻居民区，煤矸石的大量堆放一方面占用大量的土地面积，另一方面还在影响着比堆放面积更大的土地资源，使得周围的耕地变得贫瘠，不能被利用。
2、污染大气 煤矸石露天堆放会产生大量扬尘，这主要是由于在地面堆放的煤矸石受到长时间的日晒雨淋后，将会风化粉碎；另外，煤矸石吸水后会崩解，从而很容易产生粉尘。在风力的作用下，将会恶化矿区大气的质量。此外，煤矸石中含有残煤、碳质泥岩和废木材等可燃物，其中C,S可构成煤矸石自燃的物质基础。煤矸石业务露天堆放，日积月累，矸石山内部的热量逐渐积累。当温度达到可燃物的燃烧点时，矸石堆中的残煤便可自燃。自燃后，矸石山内部温度为800-1000℃，使矸石融结并放出大量的CO，CO2，SO2，H2S，NOx等有害气体，其中以SO2为主。一座矸石山自燃可长达十余年至几十年。这些有害气体的排放，不仅降低矸石山周围的环境空气质量，影响矿区居民的身体健康，还常常影响周围的生态环境，使树木生长缓慢、病虫害增多，农作物减产，至死亡。
3、危害水土煤矸石除含有粉尘、SiO2 ，A12 O3 以及Fe，Mn等常量元素外，还有其他微量重金属元素，如Pb，Sn，As，Cr等，这些元素为有毒重金属元素。当露天堆放的煤矸石山经雨水淋蚀后，产生酸性水，污染周围的上地和水体。当矸石堆场的矸石堆放不合理时，矸石堆易发生边坡失稳，从而导致矸石堆的崩塌、滑移，特别在暴雨季节，这种现象在山区尤为常见，易发生泥石流，从而殃及下游的农田、河流及人员安全。
因此为了更进一步提高煤矸石的资源利用率，就需要研究其在不同领域的适用性。
发明内容
本发明目的就是为了充分利用废弃的煤矸石资源，提供一种利用煤矸石制备高强度胶凝材料的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用煤矸石制备高强度胶凝材料的方法，包括以下步骤：
（1）取干燥的固体废弃物煤矸石，研磨成细粉，过100-170目筛，与其重量1-2%的硫酸铝铵混合，在200-300℃下煅烧40-50分钟，冷却至常温，加入混合料重量10-14%的活化乳液，80-100转/分搅拌16-20分钟，送入150-200℃的油浴中，保温搅拌7-10分钟，出料冷却，过滤除去滤液；
（2）将得到的滤渣水洗3-4次，送入到马弗炉中，800-900℃下焙烧30-40分钟，冷却至常温，加入到其重量20-30%的、浓度为3-5mol/l的氢氧化钠溶液中，磁力搅拌1-2分钟，过滤，得二次滤液、二次滤渣；
（3）在上述二次滤液中加入其重量0.6-1%的无水乙醇中，搅拌均匀，升高温度为60-70℃，滴加浓度为97-98%的硫酸，调节pH为1-3，在上述温度下保温反应1-2小时，得多硅溶胶；
（4）将上述二次滤渣加入到其重量70-80%的、浓度为10-15mol/l的盐酸溶液中，搅拌混合40-50分钟，过滤除去滤渣，在滤液中滴加氢氧化钠，调节pH为7-8，静置20-30分钟，加入滤液重量10-13倍的去离子水，磁力搅拌2.6-3分钟，与上述多硅溶胶混合，加入混合料重量2-3%的稳定剂、0.7-1%的乳化剂，600-1000转/分搅拌10-14分钟，即得。
一种利用煤矸石制备高强度胶凝材料的方法，所述的活化乳液是由下述重量份的原料混合组成的：
氟硅酸钠7-10、氯化钠0.1-0.2、sp-80 0.1-0.2、羧甲基纤维素钠1-2、去离子水100-130。
一种利用煤矸石制备高强度胶凝材料的方法，所述的稳定剂为硬脂酸钙，所述的乳化剂为羧甲基纤维素钠。
本发明的优点是：
本发明利用废弃的煤矸石制备的凝胶以硅、铝凝胶为主，具有很高的强度和施工性能，其中加入硬脂酸钙作为稳定剂，容易形成C -S -H 凝胶, 起到胶结的作用，进一步提高了凝胶的强度，本发明充分利用了废弃的煤矸石，大量的节约了资源。
具体实施方式
实施例1
一种利用煤矸石制备高强度胶凝材料的方法，包括以下步骤：
（1）取干燥的固体废弃物煤矸石，研磨成细粉，过170目筛，与其重量2%的硫酸铝铵混合，在300℃下煅烧50分钟，冷却至常温，加入混合料重量14%的活化乳液，100转/分搅拌20分钟，送入200℃的油浴中，保温搅拌10分钟，出料冷却，过滤除去滤液；
（2）将得到的滤渣水洗3次，送入到马弗炉中，900℃下焙烧40分钟，冷却至常温，加入到其重量30%的、浓度为3mol/l的氢氧化钠溶液中，磁力搅拌1分钟，过滤，得二次滤液、二次滤渣；
（3）在上述二次滤液中加入其重量0.6%的无水乙醇中，搅拌均匀，升高温度为70℃，滴加浓度为98%的硫酸，调节pH为3，在上述温度下保温反应1小时，得多硅溶胶；
（4）将上述二次滤渣加入到其重量80%的、浓度为15mol/l的盐酸溶液中，搅拌混合50分钟，过滤除去滤渣，在滤液中滴加氢氧化钠，调节pH为8，静置20分钟，加入滤液重量13倍的去离子水，磁力搅拌2.6分钟，与上述多硅溶胶混合，加入混合料重量2%的稳定剂、0.7%的乳化剂，1000转/分搅拌14分钟，即得。
一种利用煤矸石制备高强度胶凝材料的方法，所述的活化乳液是由下述重量份的原料混合组成的：
氟硅酸钠10、氯化钠0.2、sp-80 0.2、羧甲基纤维素钠1、去离子水130。
一种利用煤矸石制备高强度胶凝材料的方法，所述的稳定剂为硬脂酸钙，所述的乳化剂为羧甲基纤维素钠。
Claims (1)
1.一种利用煤矸石制备高强度胶凝材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取干燥的固体废弃物煤矸石，研磨成细粉，过100-170目筛，与其重量1-2%的硫酸铝铵混合，在200-300℃下煅烧40-50分钟，冷却至常温，加入混合料重量10-14%的活化乳液，80-100转/分搅拌16-20分钟，送入150-200℃的油浴中，保温搅拌7-10分钟，出料冷却，过滤除去滤液；所述的活化乳液是由下述重量份的原料混合组成的：氟硅酸钠7-10、氯化钠0.1-0.2、sp-80 0.1-0.2、羧甲基纤维素钠1-2、去离子水100-130；
（2）将得到的滤渣水洗3-4次，送入到马弗炉中，800-900℃下焙烧30-40分钟，冷却至常温，加入到其重量20-30%的、浓度为3-5mol/L的氢氧化钠溶液中，磁力搅拌1-2分钟，过滤，得二次滤液、二次滤渣；
（3）在上述二次滤液中加入其重量0.6-1%的无水乙醇，搅拌均匀，升高温度为60-70℃，滴加浓度为97-98%的硫酸，调节pH为1-3，在上述温度下保温反应1-2小时，得多硅溶胶；
（4）将上述二次滤渣加入到其重量70-80%的、浓度为10-15mol/L的盐酸溶液中，搅拌混合40-50分钟，过滤除去滤渣，在滤液中滴加氢氧化钠，调节pH为7-8，静置20-30分钟，加入滤液重量10-13倍的去离子水，磁力搅拌2.6-3分钟，与上述多硅溶胶混合，加入混合料重量2-3%的稳定剂、0.7-1%的乳化剂，600-1000转/分搅拌10-14分钟，即得；所述的稳定剂为硬脂酸钙，所述的乳化剂为羧甲基纤维素钠。
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