CN101671153A - 一种含有半干法脱硫石膏的生产矿井膏体充填料的方法 - Google Patents

一种含有半干法脱硫石膏的生产矿井膏体充填料的方法 Download PDF

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Abstract

一种含有半干法脱硫石膏的生产矿井膏体充填料的方法，属于矿业工程领域。其特征在于首先将所述的高炉水渣烘干并磨细至比表面积400－600kg/m2，将尾矿砂或河砂或山砂或沙漠砂或戈壁砂或海砂进行含水率检测。然后即按干基重量百分比将所述的半干法脱硫石膏2－27％、高炉水渣磨细粉3－28％和尾矿砂或河砂或山砂或沙漠砂或戈壁砂或海砂70－95％，并补充水使之占原料干基重量15－20％，然后在混料机中混合均匀，就得到合格的矿井膏体充填料。本发明解决了半干法脱硫石膏由于成分复杂而不易综合利用的难题，配制矿井膏体充填料不需要加入水泥、石灰等胶凝材料，其胶凝材料部分100％利用固体废弃物，生产成本低于传统采用水泥和石灰为主要胶凝材料所配制矿井膏体充填料，对于节能和减排具有重要意义。

Description

一种含有半干法脱硫石膏的生产矿井膏体充填料的方法
所属技术领域
本发明属于环境保护工程领域和矿业工程领域，特别涉及一种含有半干法脱硫石膏的生产矿井膏体充填料的方法。
技术背景
燃煤烟气脱硫净化后再向大气中排放是国内外快速发展的一项环保技术，已经在各主要工业领域被广泛采用，其中以石灰或消石灰作为脱硫介质时会产生大量的脱硫石膏。早期的脱硫技术以湿法和干法两种方式为主，湿法脱硫产生大量污泥状的脱硫石膏，而干法脱硫的产物一般与粉煤灰或炉渣一起排出，不会单独排放脱硫石膏。湿法脱硫的石膏目前大量被应用于生产各类建筑材料，已经形成了一套基本成熟的技术体系。
半干法脱硫是近些年快速发展的一类脱硫技术，与湿法脱硫相比，具有不产生污水、脱硫产物不用脱水烘干、占地少、投资小等特点。半干法脱硫的电力消耗仅为湿法脱硫的25％-50％。因此与湿法脱硫相比，半干法脱硫在节能减排方面具有跨越式的进步。但是半干法脱硫要想达到湿法脱硫同样的脱硫效率需要更高的Ca/S比，因此半干法脱硫的脱硫产物中经常含有更多的剩余Ca(OH)2(或CaO)以及KCl、NaCl等盐类。这就使得对湿法脱硫石膏已经比较成熟的综合利用技术又遇到了新的挑战。
在脱硫石膏的利用方面，发明专利“以脱硫石膏为早强剂的混凝土胶凝材料(CN1640845A)”提供了一种混凝土胶凝材料，它含有25-29重量％水泥、40-48重量％矿渣粉、17-21重量％粉煤灰和2-18重量％脱硫石膏，以混凝土胶凝材料的总重量为基准。通过在矿渣粉、粉煤灰等掺合料的加入量超过50重量％的混凝土胶凝材料中加入脱硫石膏，可以明显提高大掺量掺合料混凝土的早期强度，后期强度的增长也很明显。而且还有效利用了燃煤发电厂产生的废弃物，减少了环境污染。该专利所描述的脱硫石膏颜色灰白，经过离心真空脱水后含水率为10-20％，呈粉末状，0.045mm方孔筛筛余为1.0％。脱硫石膏的主要成分是CaSO4·2H2O(石膏)，少量杂质为CaCO3(方解石)和SiO2(α-石英)。从以上描述可以看出，该发明所使用的石膏为湿法脱硫石膏，而加入量只有2-18％，并需要加入25-29％的水泥。
上海大学的杨瑞海等发明了“脱硫石膏制备干粉批墙腻子的方法(CN101050072)”该发明涉及一种以脱硫石膏为主要原料制备脱硫石膏干粉批墙腻子的方法，属化学建筑材料和固体废弃物综合利用技术领域。该发明的脱硫石膏干粉批墙腻子各组分及其重量百分比为：脱硫石膏65-80％，增钙剂5-15％，粉状填充料10-20％，复合激发剂0.5-3％，粘结剂0.5-2％，缓凝剂0.1-0.2％，保水剂0.2-0.5％，聚丙烯纤维0.05-0.15％。该发明的脱硫石膏干粉批墙腻子利用脱硫石膏替代天然石膏制备脱硫石膏干粉批墙腻子，可以降低腻子的成本，充分利用资源，减少脱硫石膏堆放的面积，节约宝贵的土地资源，达到环保、利废的双重功效，且能够与建筑内外墙基面牢固粘结，具有刮涂层不开裂、不易脱落、耐碱、耐水、无毒、无味等优点。该发明脱硫石膏掺量高达65-80％，但仍然是以湿法脱硫的脱硫石膏为主要原材料，同时批墙腻子所需要的强度较低，只有砌筑砂浆强度的1/5-1/20。
上述公开的各种脱硫石膏综合利用的技术都是采用湿法脱硫石膏。
发明内容
本发明目的是为了解决半干法脱硫石膏的经济利用问题，采用使用固体废弃物作为矿井膏体充填料的胶凝材料，不需加入水泥，并大大提高了脱硫石膏的掺量。
采用半干法石灰脱硫的副产物虽然也称为“半干法脱硫石膏”但其主要成分并不是CaSO4·nH2O或CaSO3·nH2O，而是Ca(OH)2，CaCO3等，并含有较高的K、Na的氯化物盐类。这就使得原来的一些脱硫石膏的综合利用技术不再适用。
本发明所采用半干法脱硫的脱硫石膏重量百分比组成为：Ca(OH)2 15-35％，CaCO3 15-35％，CaSO4·nH2O 10-30％，CaSO3·nH2O 3-5％，Fe2O3 3-10％，Al2O30.5-2.5％，SiO2 0.5-3.5％，KCl 3-8％，NaCl 0.3-2％，其他0.1-2.5％。可以看出这种半干法脱硫石膏与湿法脱硫石膏和天然石膏相比，其成分有很大差别。其主要特点就是CaSO4·nH2O的含量太低，Ca(OH)2和CaCO3含量很高，并含有较高的KCl和NaCl。这种脱硫石膏按照传统的方法代替天然石膏作为生产水泥的原料和作为混凝土的掺合料都遇到了一些难以克服的困难。因此本发明针对这些特点发明了一种以半干法脱硫石膏和高炉水渣为主要原料生产矿井膏体充填料方法。其技术原理是高炉水淬矿渣微粉在Ca(OH)2和CaSO4·nH2O存在的条件下遇水能够具有胶凝活性，生成钙矾石和C-S-H凝胶，从而使充填料具有粘结作用，并硬化和产生较高的强度。由于其反应后的成分与水泥的水化产物非常相近，因此也具有很好的耐久性和耐水性。脱硫石膏中的KCl和NaCl是促进这个体系水化硬化的良好激发剂，而高炉水渣含量高的胶凝体系具有比普通硅酸水泥更强的固结K+、Na+和Cl-的作用。脱硫石膏中的CaCO3是CaO或Ca(OH)2在脱硫过程中与CO2的反应生成物，因此含有微米或亚微米的极细颗粒，这种CaCO3不但作为极细的惰性充填物对矿井膏体充填料的级配具有积极贡献，而且还参与胶凝物的生成。
一种含有半干法脱硫石膏的生产矿井膏体充填料的方法，本发明的实施步骤如下：
(1)首先将高炉水渣烘干，要求含水率为0.01-1％，将烘干后的高炉水渣磨细至比表面积400-600kg/m2。
(2)将半干法脱硫石膏进行含水率检测，并按半干法脱硫石膏的加入总量将其含水率换算成含水量。
(3)将尾矿砂或河砂或山砂或沙漠砂或戈壁砂或海砂进行含水量检测，并按其的加入总量将其含水率换算成含水量。
(4)按干基重量百分比将上述准备的高炉水渣的磨细粉3-28％，脱硫石膏2-27％，尾矿砂或河砂或山砂或沙漠砂或戈壁砂或海砂70-95％并补充水使之占原料干基重量百分数的15-20％，然后在混料机中混合均匀，就得到合格的矿井膏体充填料。
本发明的有益之处：
(1)解决了半干法脱硫石膏由于成分复杂而不易综合利用的难题；(2)配制矿井膏体充填料不需要加入水泥、石灰等胶凝材料，其胶凝材料部分100％利用固体废弃物，对于节能和减排具有重要意义；(3)生产成本低于传统采用水泥和石灰为主要胶凝材料所配制矿井膏体充填料；(4)充分利用了半干法脱硫石膏中含有较多Ca(OH)2，CaCO3和KCl及NaCl而CaSO4·nH2O含量较低的特点，实现加入半干法脱硫石膏掺量大和提高产品性能的双重目标。
具体实施方式
实施例1
(1)首先将高炉水渣烘干，烘干后的高炉水渣含水量为0.8％，将烘干后的高炉水渣磨细至比表面积490m2/kg。
(2)将半干法脱硫石膏进行含水率检测，并按半干法脱硫石膏的加入总量将其含水率换算成含水量。
(3)将尾矿砂或河砂或山砂或沙漠砂或戈壁砂或海砂进行含水量检测，并按其的加入总量将其含水率换算成含水量。
(4)按干基重量百分比将上述准备的高炉水渣的磨细粉15％，脱硫石膏15％，尾矿砂或河砂或山砂或沙漠砂或戈壁砂或海砂70％，并补充水使之占原料干基重量的20％，然后在混料机中混合均匀，就得到合格的矿井膏体充填料。
按上述步骤制备出的矿井膏体充填料具有如表1所示的性能指标，其中保水性试验方法按DBJ/T01-73-2003的规定进行，其它性能按JGJ70进行。
表1实施例1中矿井膏体充填料主要性能指标
 28天抗压强度(MPa)   17.8
 稠度(mm)   82
 分层度(mm)   12
 保水性(％)   95
 初凝时间(h)   3.8
 终凝时间(h)   6.2
 微膨胀率(％)   0.015
实施例2
(1)首先将高炉水渣烘干，烘干后的高炉水渣含水量为1.0％，将烘干后的高炉水渣磨细至比表面积430m2/kg。
(2)将半干法脱硫石膏进行含水率检测，并按半干法脱硫石膏的加入总量将其含水率换算成含水量。
(3)将尾矿砂或河砂或山砂或沙漠砂或戈壁砂或海砂进行含水量检测，并按其的加入总量将其含水率换算成含水量。
(4)按干基重量百分比将上述准备的高炉水渣的磨细粉10％，脱硫石膏10％，尾矿砂或河砂或山砂或沙漠砂或戈壁砂或海砂80％，并补充水使之占原料干基重量的18％，然后在混料机中混合均匀，就得到合格的矿井膏体充填料。
按上述步骤制备出的矿井膏体充填料具有如表2所示的性能指标，其中保水性试验方法按DBJ/T01-73-2003的规定进行，其它性能按JGJ70进行。
表2实施例2中矿井膏体充填料主要性能指标
 28天抗压强度(MPa)   11.2
 稠度(mm)   72
 分层度(mm)   16
 保水性(％)   88
 初凝时间(h)   4.8
 终凝时间(h)   8.2
 微膨胀率(％)   0.012
实施例3
(1)首先将高炉水渣烘干，烘干后的高炉水渣含水量为0.7％，将烘干后的高炉水渣磨细至比表面积510m2/kg。
(2)将半干法脱硫石膏进行含水率检测，并按半干法脱硫石膏的加入总量将其含水率换算成含水量。
(3)将尾矿砂或河砂或山砂或沙漠砂或戈壁砂或海砂进行含水量检测，并按其的加入总量将其含水率换算成含水量。
(4)按干基重量百分比将上述准备的高炉水渣的磨细粉10％，脱硫石膏5％，尾矿砂或河砂或山砂或沙漠砂或戈壁砂或海砂85％，并补充水使之占原料干基重量百分数的17％，然后在混料机中混合均匀，就得到合格的矿井膏体充填料。
按上述步骤制备出的矿井膏体充填料具有如表3所示的性能指标，其中保水性试验方法按DBJ/T01-73-2003的规定进行，其它性能按JGJ70进行。
表3实施例3中矿井膏体充填料主要性能指标
 28天抗压强度(MPa)   8.8
 稠度(mm)   86
 分层度(mm)   11
 保水性(％)   91
 初凝时间(h)   2.8
 终凝时间(h)   5.2
 微膨胀率(％)   0.0042
实施例4
(1)首先将高炉水渣烘干，烘干后的高炉水渣含水率为0.9％，将烘干后的高炉水渣磨细至比表面积540m2/kg。
(2)将半干法脱硫石膏进行含水率检测，并按半干法脱硫石膏的加入总量将其含水率换算成含水量。
(3)将尾矿砂或河砂或山砂或沙漠砂或戈壁砂或海砂进行含水量检测，并按其的加入总量将其含水率换算成含水量。
(4)按干基重量百分比将上述准备的高炉水渣的磨细粉5％，脱硫石膏5％，尾矿砂或河砂或山砂或沙漠砂或戈壁砂或海砂90％，并补充水使之占原料干基重量16％，然后在混料机中混合均匀，就得到合格的矿井膏体充填料。
按上述步骤制备出的矿井膏体充填料具有如表4所示的性能指标，其中保水性试验方法按DBJ/T01-73-2003的规定进行，其它性能按JGJ70进行。
表4实施例4中矿井膏体充填料主要性能指标
 28天抗压强度(MPa)   4.6
 稠度(mm)   76
 分层度(mm)   16
 保水性(％)   87
 初凝时间(h)   4.2
 终凝时间(h)   8.2
 微膨胀率(％)   0.0038

Claims (2)

1、一种含有半干法脱硫石膏的生产矿井膏体充填料的方法，其特征在于，所采用半干法脱硫的脱硫石膏重量百分比为：Ca(OH)2 15-35％，CaCO3 15-35％，CaSO4·nH2O 10-30％，CaSO3·nH2O 3-5％，Fe2O3 3-10％，Al2O3 0.5-2.5％，SiO20.5-3.5％，KCl 3-8％，NaCl 0.3-2％，其他0.1-2.5％；将半干法脱硫石膏进行含水率检测，并按半干法脱硫石膏的加入总量将其含水率换算成含水量；将尾矿砂或河砂或山砂或沙漠砂或戈壁砂或海砂或尾矿砂进行含水率检测，并按其加入的总量将其含水率换算成含水量；将所采用的高炉水渣烘干到含水率0.01-1％，将烘干后的高炉水渣磨细至比表面积400-600kg/m2。
2、如权利要求1所述的一种含有半干法脱硫石膏的生产矿井膏体充填料的方法，其特征在于按重量百分比将所述的高炉水渣的磨细粉3-28％，脱硫石膏2-27％，尾矿砂或河砂或山砂或沙漠砂或戈壁砂或海砂或70-95％，并补充水使之占原料干基重量百分数的15-20％，然后在混料机中混合均匀，就得到合格的矿井膏体充填料。
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