CN102942315A - 一种利用造纸白泥、页岩和煤矸石混烧制成的水泥混合材 - Google Patents

一种利用造纸白泥、页岩和煤矸石混烧制成的水泥混合材 Download PDF

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张礼华
周永生
郑爱中
曹加均
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Abstract

本发明公开了一种利用造纸白泥、页岩和煤矸石混烧制成的水泥混合材。该水泥混合材是由废弃造纸白泥、储量丰富的页岩、价格较低的煤矸石按照一定比例混合,再经过陈化、成型、干燥、煅烧、冷却而获得的。其火山灰活性与二级粉煤灰相当,可部分或全部替代粉煤灰或其他水泥混合材。利用造纸白泥等固体废弃物混烧制备的水泥混合材,不仅改善水泥性能,节能减排,变废为宝,有利于环境保护,而且生产成本较低、利润可观,还可缓解水泥混合材的日益紧缺局面,社会效益和经济效益显著。

Description

—种利用造纸白泥、页岩和煤矸石混烧制成的水泥混合材
技术领域
[0001] 本发明具体涉及一种利用造纸白泥、页岩和煤矸石混烧制成的水泥混合材,属于硅酸盐水泥技术领域。
背景技术
[0002] 水泥的生产消耗了大量的能源及石灰石、粘土等矿产资源,还排放了大量的污染物。同时,工业废渣(粉煤灰、高炉矿渣、煤矸石、造纸白泥等)排放量的逐年增加,不但占用了大量的土地,甚至污染水源、大气、土壤,给经济建设和人民生活带来很大危害。大量研究 结果表明,将工业废渣用作水泥混合材,不仅有效利用了工业废渣,减少了废渣引起的环境污染及土地占用,降低了水泥的生产成本,减少了由于生产水泥造成的环境污染及能源、资源消耗,同时还可以改善水泥抗腐蚀性,降低水化热,优化水泥石孔结构,提高水泥石强度
坐寸ο
[0003] 现有的含硅酸盐水泥熟料的水泥,一般由水泥混合材、硅酸盐水泥熟料和石膏按一定比例混合粉磨制成,通常利用矿渣或粉煤灰等火山灰质混合材作水泥混合材,以调节水泥的标号和水泥的性能,降低水泥的生产成本和节约能源。但目前粉煤灰、矿渣等优质混合材越来越紧缺,价格逐年攀升,急需寻找新的替代物来缓解水泥混合材材供的紧张局面。
[0004] 白泥是碱法化学制浆过程中黑液经浓缩,燃烧,溶解后形成绿液(主要化学成分碳酸钠),将其与石灰乳液混合使碳酸钠转变为氢氧化钠,经洗涤及过滤回收氢氧化钠后,最终得到含水率25°/Γ60%的沉淀物。
[0005] 我国已成为纸张生产大国、消费大国、进口大国,造纸产量和消费量分别占到世界总量的23. 3%和23. 1%,如此大的造纸产量必然造成大量的造纸白泥废弃物排放,目前,大多数企业采用填埋或堆放的方式处理造纸白泥,填埋处理虽然简便易行、投资少,但需占用大量的土地资源,而且在污泥的填埋过程中由于压实、降雨和微生物分解等原因,会产生高浓度渗滤液和残留碱的溶解,造成地下水污染。长期堆积的白泥堆场在恶劣天气等条件下还存在溃塌风险,成为社会危害的隐患。
[0006] 纵观近年来国内外白泥综合利用研究与开发情况,制浆造纸白泥的综合利用还存在各种技术障碍或者受制于经济效益的影响难以推广,特别是非木制浆造纸白泥的产业化推广应用几乎没有先例。因此,要解决竹浆造纸白泥的综合利用问题,还须因地制宜、趋利避害、通过创造性地开展新技术研究以降低生产处理成本,提高副产物的附加值。
发明内容
[0007] 本发明的目的是提供一种由造纸白泥、页岩和煤矸石在较低温度下混烧制得的水泥混合材,其火山灰活性与二级粉煤灰相当,可部分或全部替代粉煤灰或其他混合材。
[0008] 本发明的内容是:利用造纸白泥、页岩和煤矸石混烧制成的水泥混合材,其特征在于:造纸白泥、页岩粉、煤矸石粉混合均匀后,经过陈化、成型、干燥、再经过煅烧并保温、最后急冷至环境温度而获得的块状烧结物;控制原料中的Ca/Si摩尔比为I. 2〜2. 2,煤矸石粉料的掺量为混合材总重量的25%〜35%。
[0009] 本发明的内容还包括一种利用白泥、页岩、煤矸石低温烧制混合材的原料的预处理方法:其特征在于原料白泥不需任何处理,页岩和煤矸石分别需要经过颚式破碎机破碎成粒径小于2cm,然后经过球磨机粉磨约30min制成比表面积约300_350m2/kg的粉体。
[0010] 本发明的内容还包括一种利用白泥、页岩、煤矸石低温烧制混合材的工艺方法:其特征在于原料按照一定比例搅拌混合至均匀后,陈化12h〜24h,然后在成型压力不高于IOMPa的压力下成型,成型后的试块在105°C下干燥4h〜6h,然后在950°C〜1100°C下煅烧,升温速率控制在·5°C /min〜10°C /min,保温时间为30min〜90min,最后米用风冷的方式急冷至环境温度。所述急冷至环境温度是将加热处理后的烧结物的温度在5min〜15min的时间内降低至环境温度。
[0011] 在上述发明内容中所制成的混合材按照GBT2847-2005《用于水泥中的火山灰质混合材料》标准检测得到的28天抗压强度比与二级粉煤灰基本相当,水泥胶砂28d抗压强度比达73%〜109%,可部分或全部替代粉煤灰或其他混合材。
具体实施方式
[0012] 以下结合具体实施例,对本发明进行详细说明。
[0013] 实施例I 根据白泥、页岩、煤矸石的化学成分分析以及煤矸石的发热量测定结果,按照Ca/Si摩尔比为I. 2作为白泥与页岩的配比,煤矸石按照总质量的30%进行配料,混合均匀后陈化24h,水分含量11. 5%,然后将混合物在3-5MPa的压力下成型,干燥6h后再在高温炉内以5°C /min的升温速率随炉升温至1000°C,并保温30min,然后急冷至环境温度即制成混合材。按照GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》要求,将混合材在试验小磨中粉磨约30min,磨细至80 μ m方孔筛筛余为1_3%,将混合材按照30%的比例掺入到硅酸盐水泥中,再外掺5%的石膏充分混合均匀制成样品,将样品和42. 5硅酸盐水泥分别按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度试验方法》进行水泥胶砂28d抗压强度试验,水灰比取O. 5,然后用样品的28d抗压强度与42. 5硅酸盐水泥的28d抗压强度进行对比,结果用R28表示,R28为79. 2%。
[0014] 实施例2 根据白泥、页岩、煤矸石的化学成分分析以及煤矸石的发热量测定结果,按照Ca/Si摩尔比为I. 6作为白泥与页岩的配比,煤矸石按照总质量的30%进行配料,混合均匀后陈化24h,水分含量13. 3%,然后将混合物在3-5MPa的压力下成型,干燥6h后再在高温炉内以5°C /min的升温速率随炉升温至1000°C,并保温30min,然后急冷至环境温度即制成混合材。按照GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》要求,将混合材在试验小磨中粉磨约30min,磨细至80 μ m方孔筛筛余为1_3%,将混合材按照30%的比例掺入到硅酸盐水泥中,再外掺5%的石膏充分混合均匀制成样品,将样品和42. 5硅酸盐水泥分别按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度试验方法》进行水泥胶砂28d抗压强度试验,水灰比取O. 5,然后用样品的28d抗压强度与42. 5硅酸盐水泥的28d抗压强度进行对比,结果用R28表示,R28为89. 6%。
[0015] 实施例3 根据白泥、页岩、煤矸石的化学成分分析以及煤矸石的发热量测定结果,按照Ca/Si摩尔比为2. O作为白泥与页岩的配比,煤矸石按照总质量的30%进行配料,混合均匀后陈化24h,水分含量14. 4%,然后将混合物在3-5MPa的压力下成型,干燥6h后再在高温炉内以5°C /min的升温速率随炉升温至1000°C,并保温30min,然后急冷至环境温度即制成混合材。按照GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》要求,将混合材在试验小磨中粉磨约30min,磨细至80 μ m方孔筛筛余为1_3%,将混合材按照30%的比例掺入到硅酸盐水泥中,再外掺5%的石膏充分混合均匀制成样品,将样品和42. 5硅酸盐水泥分别按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度试验方法》进行水泥胶砂28d抗压强度试验,水灰比取O. 5,然后用样品的28d抗压强度与42. 5硅酸盐水泥的28d抗压强度进行对比,结果用R28表示,R28为97. 2%。
[0016] 实施例4 根据白泥、页岩、煤矸石的化学成分分析以及煤矸石的发热量测定结果,按照Ca/Si摩尔比为2. 2作为白泥与页岩的配比,煤矸石按照总质量的30%进行配料,混合均匀后陈化24h,水分含量14. 8%,然 后将混合物在3-5MPa的压力下成型,干燥6h后再在高温炉内以5°C /min的升温速率随炉升温至1000°C,并保温30min,然后急冷至环境温度即制成混合材。按照GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》要求,将混合材在试验小磨中粉磨约30min,磨细至80 μ m方孔筛筛余为1_3%,将混合材按照30%的比例掺入到硅酸盐水泥中,再外掺5%的石膏充分混合均匀制成样品,将样品和42. 5硅酸盐水泥分别按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度试验方法》进行水泥胶砂28d抗压强度试验,水灰比取O. 5,然后用样品的28d抗压强度与42. 5硅酸盐水泥的28d抗压强度进行对比,结果用R28表示,R28为109. 4%。
[0017] 实施例5 根据白泥、页岩、煤矸石的化学成分分析以及煤矸石的发热量测定结果,按照Ca/Si摩尔比为2. 2作为白泥与页岩的配比,煤矸石按照总质量的30%进行配料,混合均匀后陈化24h,水分含量14. 8%,然后将混合物在3-5MPa的压力下成型,干燥6h后再在高温炉内以5°C /min的升温速率随炉升温至950°C,并保温60min,然后急冷至环境温度即制成混合材。按照GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》要求,将混合材在试验小磨中粉磨约30min,磨细至80 μ m方孔筛筛余为1_3%,将混合材按照30%的比例掺入到硅酸盐水泥中,再外掺5%的石膏充分混合均匀制成样品,将样品和42. 5硅酸盐水泥分别按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度试验方法》进行水泥胶砂28d抗压强度试验,水灰比取O. 5,然后用样品的28d抗压强度与42. 5硅酸盐水泥的28d抗压强度进行对比,结果用R28表示,R28为88. 2%。
[0018] 实施例6 根据白泥、页岩、煤矸石的化学成分分析以及煤矸石的发热量测定结果,按照Ca/Si摩尔比为2. 2作为白泥与页岩的配比,煤矸石按照总质量的30%进行配料,混合均匀后陈化24h,水分含量14. 8%,然后将混合物在3-5MPa的压力下成型,干燥6h后再在高温炉内以5°C /min的升温速率随炉升温至1050°C,并保温60min,然后急冷至环境温度即制成混合材。按照GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》要求,将混合材在试验小磨中粉磨约30min,磨细至80 μ m方孔筛筛余为1_3%,将混合材按照30%的比例掺入到硅酸盐水泥中,再外掺5%的石膏充分混合均匀制成样品,将样品和42. 5硅酸盐水泥分别按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度试验方法》进行水泥胶砂28d抗压强度试验,水灰比取O. 5,然后用样品的28d抗压强度与42. 5硅酸盐水泥的28d抗压强度进行对比,结果用R28表示,R28为82. 3%。
[0019] 实施例7 根据白泥、页岩、煤矸石的化学成分分析以及煤矸石的发热量测定结果,按照Ca/Si摩尔比为2. 2作为白泥与页岩的配比,煤矸石按照总质量的30%进行配料,混合均匀后陈化24h,水分含量14. 8,然后将混合物在3-5MPa的压力下成型,干燥6h后再在高温炉内以5°C /min的升温速率随炉升温至1100°C,并保温60min,然后急冷至环境温度即制成混合材。按照GB/T12957-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》要求,将混合材在试验小磨中粉磨约30min,磨细至80 μ m方孔筛筛余为1_3%,将混合材按照30%的比例掺入到硅酸盐水泥中,再外掺5%的石膏充分混合均匀制成样品,将样品和42. 5硅酸盐水泥分别按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度试验方法》进行水泥胶砂28d抗压强度试验,水灰比取O. 5,然后用样品的28d抗压强度与42. 5硅酸盐水泥的28d抗压强度进行对比,结果用R28表示,R28为73. 0%。 [0020] 应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换,而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (2)

1. 一种利用造纸白泥、页岩和煤矸石混烧制成的水泥混合材,其特征在于:造纸白泥、页岩粉、煤矸石粉混合均匀后,经过陈化、成型、干燥、再经过煅烧并保温、最后急冷至环境温度而获得的块状烧结物;控制原料中的Ca/Si摩尔比为I. 2〜2. 2,煤矸石粉料的掺量为混合材总重量的25%〜35%。
2.根据权利要求I所述的一种利用造纸白泥、页岩和煤矸石混烧制成的水泥混合材,其生产工艺特征在于陈化时间为12h〜24h,成型压力不高于lOMPa,在105°C下干燥4h〜6h,煅烧温度为950°C〜1100°C,升温速率控制在5°C /min〜10°C /min,保温时间为30min〜90min ;急冷方式采用风冷。
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