CN101289204A - 从煤灰提氧化铝同时生成β－C2S及含镁胶凝材料法 - Google Patents

从煤灰提氧化铝同时生成β－C2S及含镁胶凝材料法 Download PDF

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Abstract

一种从粉煤灰中提取氧化铝，同时生成活性β－C2S并含有少量M2S胶凝材料的方法。此粉煤灰为原料与选择的石灰混合，加水成型，进行常压蒸汽养护，使石灰的原料中的铝、硅充分反应，生成C3AH6和C2SH2，M2SH2，的物资，经700－900℃煅脱水(包括结晶水)后，生成含有C12A7、CA和β－C2S，M2S的熟料，再用纯减溶液提取氧化铝。原料中的氧化铝、二氧化硅与混合石灰的配比；C/A＝0.9－1.0∶C/S＝1.6－1.8，M/S＝2，选用的活性掺料，硅铝酸盐碎块掺量为2－5％；电解质掺料有Na2CO3、NaOH、Na2CO4、NaCl等四种，掺量为0.2－1.5％。活性胶凝材料β－C2S，将提取氧化铝后的残渣，在700－900℃煅烧后成为β－C2S占主要成分的含镁活性胶凝材料。此种材料不仅能形成较高标号的水泥还能用作农田，提高粮食产量。

Description

从煤灰提氧化铝同时生成β-C2S及含镁胶凝材料法
技术领域：
本发明涉及一种从粉煤灰中提取氧化铝的方法，尤其涉及一种从上述方法中同时生成β-C2S含镁胶凝材料的方法。以用于提高水泥标号并用于农田，提高粮食产量。
背景技术：
我国粉煤灰排量与日俱增，目前每年已超过6亿吨，为了保护环境，发展循环经济，防治大气变暖，造福人民，综合利用煤灰是当务之急。从粉煤灰提了氧化铝，国外报导，主要工艺为烧结法和氯化法，波兰采用石灰石烧结法，从粉煤灰中提了氧化铝，残渣生产普通硅酸盐水泥。烧结温度为1300℃，熟料采用自粉化法，以解决熟料粉磨及溶出率问题但如生成硅酸钠，则需增设脱硅工艺。美国衣阿华州立大学化学工程系及AMES实验室经过数年努力，于1984年发表了石灰烧结法生产氧化铝，残渣生产水泥的报告，其方法仍为高温烧结，并需脱硅工艺，但氧化铝的回收率从50％提高到80％。1980年安徽省电力局委托冶金研究所，采用石灰石烧结法，对安徽田家庵发电厂粉煤灰进行了试验，烧结温度1380℃，氧化铝溶出率为77-90％，仍需脱硅工艺。综上所述，国内外的已知方法的问题在于制取氧化铝的烧结温度高，难于粉磨，溶出率低，又均需脱硅。
本发明人曾在92年申请了一个从煤灰提氧化铝同时生成β-C2S胶凝材料的方法，虽然是用石灰低温烧结，取消了脱硅工序，同时残渣经低温煅烧脱水可生成粒经小，并能直接使用的β-C2S胶凝材料。但此方法仅仅局限于水泥混凝土，使用范围还不够广，效果也没达到予期值，还没有延伸到更广的领域。
发明内容：
本发明的目的在于：设计一种从煤灰提取氧化铝的同时生成β-C2S及含镁胶凝材料法，不仅用于水泥混凝土还可用于农业领域。本发明主要创新之处是改变了原来的配比、配方，增加了适量的氧化镁组份。氧化镁也属于胶材料范围。并保持了原有的水、热工艺制度和原产品的优良性能。使提取氧化铝后的剩余物是以β-C2S为主的含镁胶凝材料，这就符合了硅钙肥料的国内外标准，扩大了其使用范围和效果，进入了农业应用领域。试验表明，在中性和酸性土壤中，本科农作物增产10％，茎杆较壮，可多吸收空气中的CO2，在水稻田中可以减排甲烷气对减排和吸收温室气体，能做出特殊贡献。
本发明是这样实现的：本文所用的化学分子式代号为：
C-CaO   S-SiO2    M-MgO   A-Al2O3    H-H2O
如C12A2＝12Cao·7Al2O3     C3AH6＝3Cao·Al2O3·6H2O
本发明是由两部分组成：
一、从粉煤灰中提取氧化铝的熟料制取方法：
1、工艺流程：以粉煤灰为原料，与含氧化镁或外加白云石质石灰，使石灰的氧化镁含量为5-6.5％，与活性渗料混合加水成型，进行常蒸压蒸汽养护的低温液相反应，使石灰和原料中的硅、铝充分反应，生成C3AH6和C2SH2、M2SH2的物料低温煅烧脱水(包括结晶水)后成含有C12A7、CA和β-C2S、MrS的熟料，再用纯碱溶液提氧化铝。其残渣烘干后为活性的β-C2S及MrS胶凝材料。
2、成分配比：粉煤灰石与石灰的配比，按照其化学成分中的C(氧化钙)、M(氧化镁)、S(二氧化硅)、A(三氧化二铝)的总和重量比计算。
C/A＝0.9-1.0    C/S＝1.6-1.8    M/S＝2
3、蒸养：为常压蒸汽养护100℃，低温煅烧，煅烧温度为700℃-900℃，蒸养与煅烧时间视块体大小，密实度的高低，化学反应程度而定，要求是：全部反应化合，蒸养时间为6-12小时，控制煅烧时间为1-4小时。
4、活性掺料的作用主要是提高反应率，一种是加快结晶的掺料，用量为2-5％，即硅铝酸盐碎块，一种是电解质掺料，用量为0.2-1.5％，有Na2CO3、NaOH、Na2SO4、NaCl等四种电解质。
本发明在化学反应上改变了传统的高温烧结固相反应为常压蒸养的液相反应，生成C3AH6和C2SH2、M2SHr。
5、本发明达到的指标：
a、溶出率82-92％；
b、产品纯度：其杂质含量SiO2小于0.03％；Fe2O3小于0.03％，符合国家标准一级品的要求。
c、蒸养时，石灰的配比，以不生成CSH(B)和蒸养后少存在f-CaO为原则，以确保β-C2S含镁胶凝材料的纯度。
d、低温煅烧后，CA中的Al2O3占总A量的35-40％，C12A7中的Al2O3占总A量的60-65％。
二、活性β-C2S胶凝材料的制取方法
熟料中的C12A7，经纯碱溶液溶出A，而β-C2S则逐渐水化为C2SH2，M2S则经过逐渐水化成M2SH，经过700-900℃煅烧，又恢复成为活性β-C2S及M2S的胶凝材料。其技术牲不同于普通硅酸盐水泥中的β-C2S。
1、活性β-C2S含量为75-85％；
2、平均粒径6微米以下；
3、容重为0.55g/cm3；
4、矿物为绒球状无定型晶体，水化速度快。
5、柠檬酸溶解性mg0含量大于1％。
本发明的优点在于：
本发明生成的活性胶凝材料，能提高水泥强度，改善粒径级配。替代15％的水泥时/28天可提高原水泥的抗压强度10-20Mpa，对改善和稳定水泥厂的水泥标号，效果尤其明显。此种方法采用常压蒸养，低温煅烧，脱结晶水工艺，使石灰与粉煤灰充分反应，硅、铝全部化合，溶出率和回收率高，不需脱硅，纯高度的氧化铝。同时残渣经低温煅烧脱水，可生成粒径小，用途广，并能直接使用β-C2S含镁胶凝材料。
应用到农田35-75kg/亩，可提高粮食产量10％，特别是中性或酸性土质，农作物茎叶较状，多吸收CO2。用于水稻田，除增产外，还能抑制甲烷菌，减少甲烷生成量80-82％，可防治全球大气变暖。
用于农业的原理为：
硅在植物体内，特别是禾本科作物的茎杜中，广泛地存在，如水稻植株中二氧化硅的含量高达10％-20％，硅素沉积茎叶的表皮组织，形成硅化细胞，构成强健植株，增强对病虫的搞性，控制叶面水份的蒸发。
镁是植物叶绿素的中心离子，植物的光合作用(吸收空气中的CO2，排出O2气)全靠叶绿素进行，叶绿素是个化工厂，叶绿素对太阳能的转化率为100％，干燥的植物，其碳氢比为5∶1，这是叶绿素的作用。氢来源于植物根部吸收的水。缺镁的土壤、植物枯黄，富含镁的土壤茎叶茂盛。
钙可以促进土壤中固完磷的转化，从而为植株吸收。在水稻田中钙、镁为碱性，可以中和水中的有机酸，有机酸是甲烷菌的食物、营养源，这就切断了甲烷菌的食物链，抑制了甲烷菌的生存，抑制率为80-82％。在水稻田中，甲烷气是由甲烷菌排出的，夏天水稻田中冒泡，就甲烷气。
β-C2S含镁胶凝材料为胶凝物质，在土壤的水中，很易逐渐水解、离解成钙离子、镁离子、硅酸和硅酸根离子被农作物吸收。
本项目，根据测土配方施加一定量的氮、磷、钾还可制成混合肥。
本项目除含原专利优势外，对粮食增产，、防治温室气体、减缓全球大气变暖具有现实意义和科学价值。

Claims (1)

  1. 一种从煤灰提氧化铝同时生成β-C2S及含镁胶凝材料法，其特征在于：本方法包括两部分：
    本文中所用的化学分子式代号为：
    C-CaO  S-S  M-MgoA-Al2O3  H-H2O
    如：C12A7＝12CaO·7Al2O3    C3AH6＝3CaO·7Al2O3·6H2O
    Figure A20081008447200021
    从粉煤灰中提取氧化铝的熟料制取方法：
    Figure A20081008447200022
    工艺流程：以粉煤灰为原料，与含氧化镁或外加白云石质石灰，使石灰的氧化镁含量为5-6.5％，与活性渗透料混合加水成型，进行常蒸压蒸汽养护的低温液相反应，使石灰和原料中的硅、铝充分反应，生成C3AH6和C2SH2、M2SH2的物料，经低温煅烧脱水，其中包括结晶水，后成含有C12A7、CA和β-C2S、MrS的熟料，再用纯碱溶液提氧化铝，其残渣烘干后为活性的β-C2S及MrS胶凝材料；
    Figure A20081008447200023
    成分配比：粉煤灰石与石灰的配比，按照其化学成分中的C代表氧化钙；M代表氧化镁；S代表二氧化硅；A代表三氧化二铝的总和重量比计算
    Figure A20081008447200024
    C/A＝0.9-1.0    C/S＝1.6-1.8    M/S＝2
    Figure A20081008447200025
    蒸养：为常压蒸汽养护100℃，低温煅烧，煅烧温度为700℃-900℃，蒸养与煅烧时间视块体大小，密实度的高低，化学反应程度而定，要求是：全部反应化合，蒸养时间为6-12小时，控制煅烧时间为1-4小时；
    Figure A20081008447200026
    活性掺料的作用主要是提高反应率，一种是加快结晶的掺料，用量为2-5％，即硅铝酸盐碎块，一种是电解质掺料，用量为0.2-1.5％，有Na2CO3、NaOH、Na2CO4、NaCl四种电解质；
    本发明在化学反应上改变了传统的高温烧结固相反应为常压蒸养的液相反应，生成C3AH6和C2SH2、M2SHr；
    Figure A20081008447200027
    本发明达到的指标；
    a、溶出率82-92％；
    b、产品纯度：其杂质含量SiO2小于0.03％；Fe2O3小于0.03％，符合国家标准一级品的要求；
    c、蒸养时，石灰的配比，以不生成CSH(B)和蒸养后少存在f-Cao为原则，以确保β-C2S含镁胶凝材料的纯度；
    d、低温度煅烧后，CA中的Al2O3占总A量的35-40％，C12A7中的Al2O3占总A量的60-65％；
    Figure A20081008447200031
    活性β-C2S胶凝材料的制取方法：
    熟料中的C12A7，经纯碱溶液溶出A，而β-C2S则逐渐水化为C2SH2，M2S则经过逐渐水化成M2SH2，经过700-900℃煅烧，又恢复成为活性β-C2S及M2S的胶凝材料，其技术指标为：
    Figure A20081008447200032
    活性β-C2S含量为75-85％
    Figure A20081008447200033
    Figure A20081008447200034
    平均粒径6微米以下；
    Figure A20081008447200035
    容重为0.55g/cm3；
    Figure A20081008447200036
    矿物为绒球状无定型晶体，水化速度快；
    Figure A20081008447200037
    柠檬酸溶解性mgO含量大于1％。
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