CN101544015B - 一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法 - Google Patents
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Abstract
一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法，涉及蒸压养护制备建筑材料的方法。本发明方法以固硫灰渣、水泥熟料、水泥为胶结材料的原料，对粒块状原料磨细后，加入砂子集料和拌合水，搅拌成型后再经蒸压养护制得成品。本发明方法简单，可采用常规蒸压釜生产，操作简便，成本低，固硫灰渣利用率高达75％～100％，有利用环保，对固硫灰渣制品的抑制膨胀效果好，早期强度明显提高，便于推广应用等。本发明可广泛应用于制备体积安定的固硫灰渣建筑材料制品。
Description
技术领域
本发明属于蒸压养护制备建筑材料技术领域，具体涉及采用蒸压养护抑制固硫灰渣制品膨胀的方法。
背景技术
中国是煤炭资源比较丰富的国家，由于资源禀赋条件，煤炭一直在我国能源消费存量中占绝对主导地位。原煤燃烧后不但会产生大量的灰渣，更重要的是会产生大量的SO2和NOX等酸性气体。研究表明，由SO2和NOX造成的酸雨占酸雨总量的90％以上，而煤炭燃烧造成的SO2和NOX污染是发生酸雨的根本原因，由此引起的环境问题已经严重的影响了我国的经济发展。在这种形势下，采用先进的燃煤固硫技术就非常必要。
目前，流化床燃煤技术是一种较为先进的清洁煤燃烧技术，特别是对以劣质煤或高硫煤发电及小型锅炉的环保改造，有着明显的优势，通过采用燃烧过程中添加石灰石的方法，可以在不降低燃烧效率的同时把含硫煤燃烧产生的SO2固定下来，大大降低SO2向空气中的排放量，符合产业政策和环保要求，因此我国目前正大力推广这种燃煤技术。我国目前每年固硫灰渣排放量在2000万吨左右，随着一些新建流化床锅炉的电厂建成投产和国家对燃煤SO2排放控制力度的加强以及我国电力高速发展，固硫灰渣的排放量近期将很快突破3000万吨，所以固硫灰渣资源化利用问题急待解决。
现有关于固硫灰渣资源化利用的方法，如申请号为89108564.5的“一种用燃煤固硫渣制作固硫渣水泥的方法”专利，公开的是以20％～60％的固硫渣与80％～40％的硅酸盐水泥孰料共同磨细，经成型后自然养护制成成品。但是该专利使用的是固硫渣，没有利用产量更大的固硫灰，掺量也较低，不能根本解决固硫灰渣的资源化利用的难题。同时固硫渣和水泥熟料的比例与固硫渣的硫含量密切相关，这增加了实际操作中的难度、有碍于大规模工业生产，不便推广应用。
由于固硫灰渣具有一定的水硬性和火山灰活性，理论上是可以作为胶凝材料用于制作固硫灰渣建材制品，但是因为固硫灰渣中的游离氧化钙和CaSO4(无水石膏)成分含量较多，使得固硫灰渣在作为胶凝材料时会导致体积稳定性差，同其他燃煤灰渣相比，其后期膨胀性较大，从而导致了利用流化床燃煤固硫灰渣制成建材商品的技术难题。
现有控制固硫灰渣制品膨胀的方法，如2005年12月第51卷第S2期《武汉大学学报(理学版)》中“固硫渣胶凝材料安定性改性实验研究”一文，公开的是在60％～70％的固硫渣中加入1％的由多种工业固体废弃物组成的HAZ促安剂，经过磨细过筛后，再掺入水泥熟料，经过成型后，自然养护制得成品。该方法是通过采用化学激发和机械磨细等物理化学方法对固硫渣胶凝材料进行改性，结果表明，促安剂HAZ可以改善固硫渣胶凝材料的安定性和提高其强度。此方法主要缺点有：①本方法只涉及到了流化床固硫渣而不适合产量更大的固硫灰。②固硫渣的最大掺量也仅有70％，水泥熟料掺量相对较高，从而成本较高。③固硫灰渣成分变化复杂，可能存在促安剂与固硫灰渣适应性不良的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有控制固硫灰渣制品膨胀方法的不足，提供了一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法，具有抑制膨胀的效果好、强度发展良好、利于工业生产等特点。
本发明的机理：固硫灰渣在常温常压下水化会生成大量的钙矾石，而经过蒸压养护后，产物中只有少量或没有钙矾石生成，在钙含量较充足的情况下还会有托贝莫来石生成。钙矾石结合了大量的水，生成过程会带来很大的体积膨胀，而托贝莫来石是一种强度高，体积稳定性好的水化产物。同时经过蒸压养护后，固硫灰渣系统的水化产物加丰富，而且结晶更完善。由于结晶体完善，系统的强度更大，体积稳定性更好。而自然条件养护下的试样明显没有那么多完善的结晶产物，以絮状水化产物为主，有少量块状和针状的结晶产物。所以蒸压后固硫灰渣制品的体积稳定性更好，而且经过蒸压的固硫灰渣制品可在12小时内获得所需强度，且其强度也能得到一定程度提高。
实现本发明目的的技术方案是：一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法，以固硫灰渣、水泥熟料、水泥为胶结材料的原料，对粒块状原料磨细后，加入砂集料和拌和水，搅拌成型后再经蒸压养护制得成品。具体的方法步骤如下：
(1)原料的制备
将流化床锅炉燃煤电厂排出的固硫渣和水泥厂生产的水泥熟料，分别经粉磨设备磨细，细度至180目(筛余＜10％)后备用。对水泥厂生产的水泥和流化床锅炉燃煤电厂排出的原状固硫灰直接利用。
(2)固硫灰渣制品的成型
在第(1)步完成后，以固硫灰渣粉和水泥熟料粉及水泥为胶结材料的原料，按固硫灰渣粉∶水泥熟料粉∶水泥的质量百分数之比为75～100％∶0～25％∶0～25％的比例，在胶结材料中，先加入砂，再加入拌和水，搅拌均匀后置于成型模中成型。其中：胶结材料∶砂的质量比为1∶0.0～5.0。拌和水的用量为：当采用浇注成型时，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.4～0.7；当采用压制成型时，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.1～0.3。
(3)蒸压养护
第(2)步完成后，将第(2)步制成的固硫灰渣制品拆模后放入蒸压釜内，先将压力升至1.0～1.7兆帕，升压时间为1～4小时；再恒压下蒸压养护，恒压蒸养时间为2～10小时；然后降压出釜，降压时间为1～4小时。出釜后即可得到膨胀被显著抑制的、强度发展良好的固硫灰渣制品。
本发明采用上述技术方案后，主要具备以下特点：
1、本发明方法可采用常规的蒸压釜进行生产，生产工艺简单，成本较低，非常适合实际建材制品生产，便于推广应用。
2、蒸压养护后可显著改善固硫灰渣制品的体积稳定性，将固硫灰渣制品的膨胀控制在无害的范围内，抑制效果好。
3、蒸压养护可以使固硫灰渣制品的强度得到一定的改善，早期强度明显提高，后期强度也有一定的提高。
4、蒸压养护进一步激发固硫灰渣潜在的火山灰活性，改善固硫灰渣体系的水化产物，使水化产物更加完善，从而进一步提高了固硫灰渣制品的强度和体积稳定性。
5、固硫灰渣的利用率高达75％～100％，不但有利于环保，还为固硫灰渣的资源化利用提供了新的途径，解决了固硫灰渣资源化利用中的难题。
本发明可广泛应用于制备体积安定性优异的固硫灰渣建筑材料制品。
具体实施方式
下面将结合具体实施方式对本发明进一步说明。
实施例1
一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法的具体步骤如下：
(1)原料的制备
将流化床锅炉燃煤电厂排出的固硫渣和水泥厂生产的水泥熟料，分别经粉磨设备(即球磨机)磨细，细度至180目(筛余＜10％)后备用。对水泥厂生产的水泥和流化床锅炉燃煤电厂排出的原状固硫灰直接利用。
(2)固硫灰渣制品的成型
在第(1)步完成后，以固硫灰渣粉和水泥熟料粉及水泥为胶结材料的原料，按固硫灰渣粉∶水泥熟料粉∶水泥的质量百分数之比为75％∶25％∶0％的比例，在胶结材料中，先加入砂，再加入拌和水，搅拌均匀后置于成型模中成型。其中：胶结材料∶砂的质量比为1∶2.5，采用浇注成型，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.5。
(3)蒸压养护
第(2)步完成后，将第(2)步制成的固硫灰渣制品拆模后放入蒸压釜内，先将压力升至1.3兆帕，升压时间为2小时；再恒压下蒸压养护，恒压蒸养时间为3小时。然后降压出釜，降压时间为2小时。出釜后即得到膨胀被显著抑制的、强度发展良好的固硫灰渣制品。
实施例2
一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法的具体步骤如下：
(1)原料的制备
同实施例1。
(2)固硫灰渣制品的成型
同实施例1，特征是：固硫灰渣粉∶水泥熟料粉∶水泥的质量百分数为100％∶0％∶0％，胶结材料∶砂的质量比为1∶2.0，采用浇注成型，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.7。
(3)蒸压养护
同实施例1，特征是：压力升至1.7兆帕，升压时间为4小时，恒压蒸养时间为2小时，降压时间为4小时。
实施例3
一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法的具体步骤如下：
(1)原料的制备
同实施例1，特征是：粉磨设备为振动磨。
(2)固硫灰渣制品的成型
同实施例1，特征是：固硫灰渣粉∶水泥熟料粉∶水泥的质量百分数为75％∶0％∶25％，胶结材料∶砂的质量比为1∶3.0，采用浇注成型，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.4。
(3)蒸压养护
同实施例1，特征是：压力升至1.5兆帕，升压时间为3小时，恒压蒸养时间为6小时，降压时间为3小时。
实施例4
一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法的具体步骤如下：
(1)原料的制备
同实施例1。
(2)固硫灰渣制品的成型
同实施例1，特征是：固硫灰渣粉∶水泥熟料粉∶水泥的质量百分数为80％∶10％∶10％，胶结材料∶砂的质量比为1∶5.0，采用压制成型，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.3。
(3)蒸压养护
同实施例1，特征是：压力升至1.0兆帕，升压时间为1小时，恒压蒸养时间为10小时，降压时间为1小时。
实施例5
一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法的具体步骤如下：
(1)原料的制备
同实施例1。
(2)固硫灰渣制品的成型
同实施例1，特征是：固硫灰渣粉∶水泥熟料粉∶水泥的质量百分数为75％∶20％∶5％，胶结材料∶砂的质量比为1∶0.0，采用压制成型，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.1。
(3)蒸压养护
同实施例1，特征是：压力升至1.2兆帕，升压时间为1.5小时，恒压蒸养时间为2小时，降压时间为1小时。
实施例6
一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法的具体步骤如下：
(1)原料的制备
同实施例1，特征是：粉磨设备为振动磨。
(2)固硫灰渣制品的成型
同实施例1，特征是：固硫灰渣粉∶水泥熟料粉∶水泥的质量百分数为100％∶0％∶0％，胶结材料∶砂的质量比为1∶2.0，采用压制成型，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.2。
(3)蒸压养护
同实施例1，特征是：压力升至1.7兆帕，升压时间为4小时，恒压蒸养时间为2小时，降压时间为4小时。
试验结果
用实施例1和实施例3中浇注成型方式制备出的固硫灰渣蒸养制品，按照国标GB/T17671-1996《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》和JC/T 313-82(1996)《膨胀水泥膨胀率检验方法》等测试方法，测得该固硫灰渣蒸养制品的线性膨胀率和强度指标，结果如下：
表1燃煤灰渣蒸养制品的自由线性膨胀率
续表1燃煤灰渣制品蒸压养护的强度
对比试验：用实施例1和实施例3相同的方法，但不用蒸压养护而用自然养护方式，制备出的固硫灰渣制品，按照国标GB/T 17671-1996《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》和JC/T313-82(1996)《膨胀水泥膨胀率检验方法》等测试方法，测得该固硫灰渣自然养护制品的线性膨胀率和强度指标，结果如下的线性膨胀率和强度指标指标，结果如下；
表2燃煤灰渣自然养护制品的自由线性膨胀率
续表2燃煤灰渣制品自然养护的强度
由以上试验结果可知，本专利申请主要有以下两个突出特点：
1采用蒸养养护工艺后显著抑制了固硫灰渣制品的膨胀。蒸压养护的固硫灰渣制品的线性膨胀率仅为万分之五左右；而自然养护的固硫灰渣制品的线性膨胀率高达万分之九十左右，可见本发明专利的蒸压养护工艺能显著抑制固硫灰渣制品的膨胀。
2采用蒸养养护工艺后能显著提高固硫灰渣制品的强度，尤其是早期强度。实施例3中蒸压养护的固硫灰渣制品3天抗压强度高达33.81MPa，28天抗压强度高达35.43MPa；而对比实施粒3中自然养护的固硫灰渣制品的3天抗压强度仅为5.85MPa，28天抗压强度仅为15.36MPa，可见本发明专利的蒸压养护工艺能显著提高强度、尤其是早期强度。
Claims (7)
1.一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法，其特征在于具体的方法步骤如下：
(1)原材料的制备
将流化床锅炉燃煤电厂排出的固硫渣和水泥厂生产的水泥熟料，分别经粉磨设备磨细，细度至180目，对水泥厂生产的水泥和流化床锅炉燃煤电厂排出的原状固硫灰直接利用；
(2)固硫灰渣制品的成型
在第(1)步完成后，以固硫灰渣粉和水泥熟料粉及水泥为胶结材料的原料，按固硫灰渣粉∶水泥熟料粉∶水泥的质量百分数之比为75～100％∶0～25％∶0～25％的比例，在胶结材料中，先加入砂，再加入拌和水，搅拌均匀后置于成型模中成型，其中：胶结材料∶砂的质量比为1∶0.0～5.0，拌和水的用量为：当采用浇注成型时，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.4～0.7；当采用压制成型时，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.1～0.3；
(3)蒸压养护
第(2)步完成后，将第(2)步制成的固硫灰渣制品拆模后放入蒸压釜内，先将压力升至1.0～1.7兆帕，升压时间为1～4小时，再恒压下蒸压养护，恒压蒸养时间为2～10小时，然后降压出釜，降压时间为1～4小时，出釜后即可得到膨胀被显著抑制的、强度发展良好的固硫灰渣制品。
2.按照权利要求1所述的一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法，其特征在于：
第(1)步中，粉磨设备为球磨机；
第(2)步中，固硫灰渣粉∶水泥熟料粉∶水泥的质量百分数为75％∶25％∶0％，胶结材料∶砂的质量比为1∶2.5，采用浇注成型，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.5；
第(3)步中，压力升至1.3兆帕，升压时间为2小时，恒压蒸养时间为3小时，降压时间为2小时。
3.按照权利要求1所述的一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法，其特征在于：
第(1)步中，粉磨设备为球磨机；
第(2)步中，固硫灰渣粉∶水泥熟料粉∶水泥的质量百分数为100％∶0％∶0％，胶结材料∶砂的质量比为1∶2.0，采用浇注成型时，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.7；
第(3)步中，压力升至1.7兆帕，升压时间为4小时，恒压蒸养时间为2小时，降压时间为4小时。
4.按照权利要求1所述的一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法，其特征在于：
第(1)步中，粉磨设备为振动磨；
第(2)步中，固硫灰渣粉∶水泥熟料粉∶水泥的质量百分数为75％∶0％∶25％，胶结材料∶砂的质量比为1∶3.0，采用浇注成型，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.4；
第(3)步中，压力升至1.5兆帕，升压时间为3小时，恒压蒸养时间为6小时，降压时间为3小时。
5.按照权利要求1所述的一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法，其特征在于：
第(1)步中，粉磨设备为球磨机；
第(2)步中，固硫灰渣粉∶水泥熟料粉∶水泥的质量百分数为80％∶10％∶10％，胶结材料∶砂的质量比为1∶5.0，采用压制成型，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.3；
第(3)步中，压力升至1.0兆帕，升压时间为1小时，恒压蒸养时间为10小时，降压时间为1小时。
6.按照权利要求1所述的一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法，其特征在于：
第(1)步中，粉磨设备为球磨机；
第(2)步中，固硫灰渣粉∶水泥熟料粉∶水泥的质量百分数为75％∶20％∶5％，胶结材料∶砂的质量比为1∶0.0，采用压制成型，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.1；
第(3)步中，压力升至1.2兆帕，升压时间为1.5小时，恒压蒸养时间为2小时，降压时间为1小时。
7.按照权利要求1所述的一种抑制固硫灰渣制品膨胀的方法，其特征在于：
第(1)步中，粉磨设备为振动磨；
第(2)步中，固硫灰渣粉∶水泥熟料粉∶水泥的质量百分数为100％∶0％∶0％，胶结材料∶砂的质量比为1∶2.0，采用压制成型时，胶结材料∶拌和水的质量比为1∶0.2；
第(3)步中，压力升至1.7兆帕，升压时间为4小时，恒压蒸养时间为2小时，降压时间为4小时。
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20110427 Termination date: 20140420 |