CN101973719A

CN101973719A - 基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料及其制备方法

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Publication number: CN101973719A
Application number: CN2010105108546A
Authority: CN
Inventors: 薛永杰; 韩旭; 魏世发; 王志龙; 张岩丰
Original assignee: Wuhan Kaidi Electric Power Co Ltd
Current assignee: Wuhan Kaidi Electric Power Co Ltd
Priority date: 2010-10-18
Filing date: 2010-10-18
Publication date: 2011-02-16

Abstract

一种基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料及其制备方法。该材料以燃煤电站烟气脱硫处理产生的脱硫灰为主料，辅以矿渣、石膏和水泥熟料，经过混合研磨而成。其中各组份重量百分比为：脱硫灰30～40％、矿渣45～55％、石膏3～5％、水泥熟料8～12％。由于它以脱硫灰作为原料制备无机胶凝材料，可不用或少用天然资源，减少脱硫灰的二次污染。其制备方法包括原料选取、预先研磨、混合研磨的步骤。由于它采用机械研磨手段，无需对原料高温煅烧处理，不仅制作工艺十分简洁、生产成本极为低廉，而且可避免因煅烧造成的高能耗、高污染现象，大幅节约能源，满足节能减排的需要。经检测本发明的无机胶凝材料各项检验指标符合GB/T3183-2003《砌筑水泥》中22.5强度等级的要求，完全可以取代传统产品。

Description

基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体地指一种基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料及其制备方法。

背景技术

随着我国国民经济的迅猛发展，急剧增加的、未作为二次资源加以利用的工业固体废物不仅占用了大量的土地资源、造成诸多的二次污染问题，而且也是一种资源浪费的行为、与不断提高的环境保护要求以及实现可持续性发展的经济政策不相协调。有关工业固体废物的资源化利用已经日益成为科研工作者的研究热点。

烟气脱硫技术(FGD)是世界上应用最广泛的一种控制SO₂排放的技术。根据其脱硫剂及脱硫灰的形态，一股可分为湿法、干法和半干法脱硫。燃煤电站半干法烟气脱硫灰(以下简称为脱硫灰)的资源化利用技术是目前国内外研究的热点，研究表明脱硫灰的材料组成和性能因脱硫工艺、煤种的差异而变化较大，主要表现为硫和游离氧化钙的含量较高，这一特点给脱硫灰在无机非金属材料及其制品领域中应用带来了困难。目前，针对这类高硫高钙灰渣开展的综合利用研究较少，大量的脱硫灰仍然以露天堆放为主，不仅占用了紧张的土地资源，而且会对环境造成二次污染。对脱硫灰进行资源化利用技术研究，既是一个处于国际学术前沿的重点研究课题，也是我国现阶段处置燃煤电站烟气脱硫副产物所需要解决的关键问题之一。综合考虑脱硫灰的资源化利用关系到我国燃煤电站半干法烟气脱硫产业的发展，也关系到环境保护与国民经济相协调发展、以及节约土地、保护生态环境、资源再利用等一系列的重大问题。

而在建筑领域，石膏、石灰和水泥共称为三大无机胶凝材料，具有悠久的应用历史。这三种无机胶凝材料的生产均需要高温煅烧，不仅消耗了大量的煤、电资源(其能耗占世界总能耗的15％左右)，而且还消耗了大量的石灰石、铁矿石、粘土和石膏等自然资源，尤其是生产过程中排放出巨量的温室效应气体CO₂，对环境产生较大冲击。因此，开发新型无机胶凝材料，特别是能兼顾利用废弃物资源通过免烧或者更为先进(节能、降耗、减排)的工艺制备无机胶凝材料是一个重要的发展趋势。

研究表明，在有化学助剂存在的情况下，机械研磨可以使矿渣、粉煤灰等无机非金属材料的比表面积更大、颗粒更细，从而可以激发并提高它们的水化活性。而脱硫灰是产自于燃煤电站烟气脱硫工艺的废弃物，通过回填、筑路的方式虽然可以大量消耗脱硫灰，但很难产生经济效益；存在于脱硫灰中的CaSO₃在高温下可能分解出SO₂，因此脱硫灰难以用来烧制水泥。另外，CaSO₃的化学稳定性将影响以脱硫灰为原材料的建材制品的耐久性能，而作为水泥缓凝剂使用时，其缓凝效果又比石膏差。本领域技术人员一直在尝试用脱硫灰为原料制备新型无机胶凝材料的试验，但至今为此所取得的效果并不理想。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料及其制备方法。其以燃煤电站的烟气脱硫灰作为原料制备无机胶凝材料，可不用或少用天然资源，减少脱硫灰的二次污染；且其制备工艺无需高温煅烧处理，可大幅降低能源消耗，有益于生态环境的保护和改善。

为实现上述目的，本发明所研制的基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料，是以燃煤电站烟气脱硫处理产生的脱硫灰为主料，辅以矿渣、石膏和水泥熟料，经过混合研磨而成的。其中各组份重量百分比为：脱硫灰30～40％、矿渣45～55％、石膏3～5％、水泥熟料8～12％。

进一步地，上述脱硫灰是由循环流化床(CFB)或回流式循环流化床(RCFB)半干法烟气脱硫工艺所产生的脱硫副产物经过烘干、筛分而得的粉料，其含水率控制在1％以下，0.074mm方孔筛上筛余率控制在5％以下。

再进一步地，上述脱硫灰中钙、硫氧化物含量较高，硅、铝氧化物含量较低。通常情况下，钙的重量百分比(以氧化钙计)介于50～65％之间，硫的重量百分比(以三氧化硫计)介于25～30％之间，硅、铝的重量百分比(以氧化铝、二氧化硅计)合计不超过8％。

更进一步地，上述矿渣为国标GB/T-203中的粒化高炉矿渣，其粒径控制在2.0mm以下，含水率控制在1％以下；上述石膏为国标GB5483-85《用于水泥中的石膏和硬石膏》中的一级二水石膏；上述水泥熟料为国标GB175-2007《通用硅酸盐水泥》中的P.O硅酸盐水泥熟料。

上述基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

1)原料选取：按各组份重量百分比选取干燥的脱硫灰30～40％、矿渣45～55％、石膏3～5％、水泥熟料8～12％备用；

2)预先研磨：分别将矿渣和水泥熟料投入到球磨机中，在料球比为1∶9～11的条件下强制研磨0.5～1h；

3)混合研磨：将脱硫灰、预先研磨的矿渣、石膏和预先研磨的水泥熟料全部投入到球磨机中，在料球比为1∶9～11的条件下强制研磨1～3h，直至获得比表面积为350～450m²/kg的无机胶凝材料。

本发明考虑到脱硫灰与矿渣、石膏、水泥熟料等传统无机材料在化学组成上有相似之处，将其科学地复配在一起，利用化学和物理激发的方法，以“磨制”工艺替代传统无机胶凝材料的“烧制”工艺，制备出免煅烧的无机胶凝材料，其优点主要体现在如下几个方面：

其一，本发明采用脱硫灰作为无机胶凝材料的原料，且脱硫灰利用率较高，其掺加量最高可达40％，既可解决脱硫灰利用困难而产生的二次污染和资源浪费等问题，又可减少取用石灰石、铁矿石、粘土等原料对土地资源的破坏以及脱硫灰大量堆放占用土地资源的缺憾。

其二，本发明利用矿渣、石膏、水泥熟料和脱硫灰材料之间化学激发效应，所得无机胶凝材料的性能十分出色，各项检验指标符合GB/T3183-2003《砌筑水泥》中22.5强度等级的要求，其胶砂试件3天抗压强度大于10Mpa，28天抗压强度大于22.5MPa；3d和28d的抗折强度分别大于2和4MPa；沸煮法检验产品安定性指标合格，完全可以取代传统的胶凝材料。

其三，本发明采用机械研磨手段，不需要对原料进行高温烧结，不仅制作工艺十分简洁、生产成本极为低廉，而且可避免因煅烧造成的高能耗、高污染现象，大幅节约能源、满足节能减排的需要。

其四，所制得的无机胶凝材料符合绿色建筑材料环境友好、经济、多功能以及固体废弃物资源化利用的发展方向，是我国现行墙体建筑材料改革的方向，具有显著的经济及社会效益。

附图说明

附图为本发明基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料的制备方法的工艺流程图。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合附图和具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1：

一种无机胶凝材料，它以燃煤电站烟气脱硫处理产生的脱硫灰为主料，辅以矿渣、石膏和水泥熟料，经过混合研磨而成。其中：脱硫灰选用循环流化床半干法烟气脱硫工艺所产生的脱硫副产物经过烘干、筛分而得的粉料，检测其含水率约为0.86％，0.074mm方孔筛上筛余率约为3.48％，脱硫灰中氧化钙含量为55％、硫氧化物含量为28％，硅、铝氧化物含量合计为6％。矿渣选用国标GB/T-203中的粒化高炉矿渣，检测其含水率约为0.85％，粒径全部控制在2.0mm以下。石膏选用国标GB5483-85中的一级二水石膏。水泥熟料选用国标GB175-2007中的P.O硅酸盐水泥熟料。上述各组份重量百分比为：脱硫灰30％、矿渣55％、石膏5％、水泥熟料10％。

上述无机胶凝材料的制备方法参见附图所示的工艺流程，其主要包括如下步骤：

1)原料选取：按各组份重量百分比选取干燥的脱硫灰30kg、矿渣55kg、石膏5kg、水泥熟料10kg。

2)预先研磨：分别将矿渣和水泥熟料投入到球磨机中，在料球比为1∶9～11的条件下强制研磨1h。

3)混合研磨：将脱硫灰、预先研磨的矿渣、石膏和预先研磨的水泥熟料全部投入到球磨机中，在料球比为1∶9～11的条件下强制研磨2h，直至获得比表面积为350～450m²/kg的无机胶凝材料。

4)包装封存：将获得的无机胶凝材料密封包装和贮存，避免产品受潮和混入杂质即可。

对所得无机胶凝材料成品进行抽样检测，其性能指标符合国标GB/T3183-2003《砌筑水泥》22.5强度等级的标准。

实施例2：

另一种无机胶凝材料，它以燃煤电站烟气脱硫处理产生的脱硫灰为主料，辅以矿渣、石膏和水泥熟料，经过混合研磨而成。其中：脱硫灰选用回流式循环流化床半干法烟气脱硫工艺所产生的脱硫副产物经过烘干、筛分而得的粉料，检测其含水率约为0.64％，0.074mm方孔筛上筛余率约为4.76％，脱硫灰中脱硫灰中氧化钙含量为60％、硫氧化物含量为26％，硅、铝氧化物含量合计为5.8％。矿渣选用国标GB/T-203中的粒化高炉矿渣，检测其含水率约为0.90％，粒径全部控制在2.0mm以下。石膏选用国标GB5483-85中的一级二水石膏。水泥熟料选用国标GB175-2007中的P.O硅酸盐水泥熟料。上述各组份重量百分比为：脱硫灰38％、矿渣45％、石膏5％、水泥熟料12％。

1)原料选取：按各组份重量百分比选取干燥的脱硫灰38kg、矿渣45kg、石膏5kg、水泥熟料12kg。

2)预先研磨：分别将矿渣和水泥熟料投入到球磨机中，在料球比为1∶9～11的条件下强制研磨0.5h。

3)混合研磨：将脱硫灰、预先研磨的矿渣、石膏和预先研磨的水泥熟料全部投入到球磨机中，在料球比为1∶9～11的条件下强制研磨3h，直至获得比表面积为350～450m²/kg的无机胶凝材料。

对所得无机胶凝材料成品进行抽样检测，其性能指标符合国标GB/T3183-2003《砌筑水泥》22.5强度等级的标准，其中胶砂试件28天的抗压强度大于32.5MPa。

涉及本发明各原料的上下限取值、及其区间值均可实现本发明，在此不一一列举实施例；本发明各工艺参数的上下限取值、及其区间值均可实现本发明，在此亦不一一列举实施例。

Claims

1.一种基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料，其特征在于：它以燃煤电站烟气脱硫处理产生的脱硫灰为主料，辅以矿渣、石膏和水泥熟料，经过混合研磨而成；其中各组份重量百分比为：脱硫灰30～40％、矿渣45～55％、石膏3～5％、水泥熟料8～12％。

2.根据权利要求1所述的基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料，其特征在于：所说的脱硫灰是由循环流化床或回流式循环流化床半干法烟气脱硫工艺所产生的脱硫副产物经过烘干、筛分而得的粉料，其含水率控制在1％以下，0.074mm方孔筛上筛余率控制在5％以下。

3.根据权利要求2所述的基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料，其特征在于：所说的脱硫灰中氧化钙的重量百分比为50～65％、三氧化硫的重量百分比为25～30％、氧化铝和二氧化硅的重量百分比合计不超过8％。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料，其特征在于：所说的矿渣为国标GB/T-203中的粒化高炉矿渣，其粒径控制在2.0mm以下，含水率控制在1％以下；所说的石膏为国标GB5483-85中的一级二水石膏；所说的水泥熟料为国标GB175-2007中的P.O硅酸盐水泥熟料。

5.一种权利要求1所述的基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

6.根据权利要求5所述的基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料的制备方法，其特征在于：所说的脱硫灰的含水率控制在1％以下，0.074mm方孔筛上筛余率控制在5％以下。

7.根据权利要求6所述的基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料的制备方法，其特征在于：所说的脱硫灰中氧化钙的重量百分比为50～65％、三氧化硫的重量百分比为25～30％、氧化铝和二氧化硅的重量百分比合计不超过8％。

8.根据权利要求5或6或7所述的基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料的制备方法，其特征在于：所说的矿渣的粒径控制在2.0mm以下，含水率控制在1％以下。