CN102951862A - 一种用于水泥和混凝土中的改性粉煤灰及其制备方法 - Google Patents

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顾文飞
徐兵
周维
黄晓锋
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Abstract

本发明公开了一种用于水泥和混凝土中的改性粉煤灰及其制备方法，所述改性粉煤灰，原料组成为：F类粉煤灰或C类粉煤灰95wt%~99wt%，烧结干法脱硫灰1wt%-5wt%，所得改性粉煤灰其细度不大于25.0%，需水量比不大于105%，烧失量不大于8.0%，含水量不大于1.0%，三氧化硫不大于3.0%，游离氧化钙不大于4.0%，安定性合格，强度活性指数不小于78%。本发明的改性粉煤灰较普通粉煤灰28天活性指数有较大提高；细度要求可适当降低，可有效降低粉煤灰粉磨能耗。

Description

一种用于水泥和混凝土中的改性粉煤灰及其制备方法
技术领域
本发明属于新材料、环保节能技术领域，具体涉及一种用于水泥和混凝土中的改性粉煤灰及其制备方法，为钢铁企业烧结干法脱硫副产物－干法脱硫灰等固体废弃物的资源化利用提供了一条有效途径。
背景技术
中国钢铁行业是仅次于电力行业的第二大二氧化硫排放行业，其中烧结工序中产生的二氧化硫又占全行业二氧化硫排放总量的90%。为完成国家“十二五”节能减排的目标，钢铁行业在“十二五”末将全面实施烧结烟气脱硫。随着烧结烟气脱硫的加快推进，烧结脱硫副产物的发生量迅速增加，特别是干法脱硫产生的脱硫灰副产物－干法脱硫灰含有大量的亚硫酸钙不稳定相和成分复杂的含铁粉尘，由于缺乏利用技术面临着处置利用的难题。
在欧美国家，针对电厂烟气干法脱硫副产物的处理利用已开展多年的研究，拥有比较成熟的技术和应用经验，主要用于矿井回填、土地复垦、道路路基建设等方面。如美国俄亥俄州已经利用电厂干法脱硫副产物为路基材料，建设了多条不同等级的高速公路。而针对烧结干法脱硫副产物的处置利用少见报道。
在国内，无论是电厂烟气干法脱硫副产物还是烧结干法脱硫灰，其处置利用研究工作则还刚起步，烧结干法脱硫灰基本上采取填埋或堆置方式处理。
为了避免在解决大气SO2污染的同时因脱硫副产物得不到及时有效处置利用而引发新的二次污染，迫切需要研究开发烧结干法脱硫灰的利用技术途径。
粉煤灰是燃煤电厂产生的工业废弃物。粉煤灰具有火山灰活性已作为一种活性矿物掺合料在混凝土制备中得到应用，但由于其早期活性低，在混凝土胶凝材料中大多充当非活性填料，大大制约其高效利用。
烧结脱硫灰是一种高钙高硫型固废物，笔者研究发现其具有硫酸盐矿物激发作用，在粉煤灰中添加少量烧结脱硫灰可有效提高粉煤灰掺合料的强度活性。经检索，未见有关烧结脱硫灰用于粉煤灰掺合料的技术文献和烧结脱硫灰改性粉煤灰矿物掺合料的设计及制备技术的相关专利。
发明内容
本发明目的在于利用烧结干法脱硫灰激发粉煤矿物灰掺合料的强度活性，并提出一种制备烧结干法脱硫灰改性粉煤灰的方法，以制备出性能优于GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的高性能混凝土矿物掺合料。
本发明可以通过以下技术方案来实现：
一种用于水泥和混凝土中的改性粉煤灰，其特征在于，原料组成为：F类粉煤灰或C类粉煤灰95wt%~99wt%，烧结干法脱硫灰1wt%-5wt%。
所述的F类粉煤灰或C类粉煤灰指标符合GB/T 1596-2005-2008《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》要求：所述F类粉煤灰细度不大于25.0%，需水量比不大于105%，烧失量不大于8.0%，含水量不大于1.0%，三氧化硫不大于3.0%，游离氧化钙不大于1.0%，安定性不大于5.0mm；所述C类粉煤灰细度不大于25.0%，需水量比不大于105%，烧失量不大于8.0%，含水量不大于1.0%，三氧化硫不大于3.0%，游离氧化钙不大于4.0%，安定性不大于5.0mm。
所述烧结干法脱硫灰为烧结烟气干法脱硫工艺产生的含硫酸盐物质的脱硫副产物，其主要化学成分为：SiO2 1.0wt%～14.5wt%、CaO 28.5wt%~50.5wt%、MgO 0.5wt%~2.5wt%、Al2O3 0.5wt%～10wt%和SO3 2.0wt%~5wt%，含水量不大于1wt％，比表面积不小于400m2/kg。
本发明所述改性粉煤灰的制备方法为：
将F类粉煤灰或C类粉煤灰和烧结脱硫灰按照以下比例混合：F类粉煤灰或C类粉煤灰95wt%~99wt%，烧结干法脱硫灰1wt%-5wt%。
上述方法制得的改性粉煤灰其各项指标仍符合GB/T 1596-2005-2008《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》要求：细度不大于25.0%，需水量比不大于105%，烧失量不大于8.0%，含水量不大于1.0%，三氧化硫不大于3.0%，游离氧化钙不大于4.0%，安定性合格，强度活性指数不小于78%。
上述技术方案的采用使得本发明与现有技术相比具有如下优势：本发明的改性粉煤灰较普通粉煤灰28天活性指数有较大提高；细度要求可适当降低，可有效降低粉煤灰粉磨能耗。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，以下实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
本发明所采用的原材料：C类粉煤灰（指标符合GB/T 203-2008）、烧结干法脱硫灰（其含水量不大于1％，比表面积不小于400m2/kg）。
实施例1：
C类粉煤灰99wt%，28d活性指数77%；
烧结干法脱硫灰1wt%。
将以上二种物料经机械搅拌混合均匀后制成改性粉煤灰。参照GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，检验活性指数。测试结果见表1。
实施例2：
C类粉煤灰97wt%，28d活性指数77%；
烧结干法脱硫灰3wt%。
将以上二种物料经机械搅拌混合均匀后制成改性粉煤灰。参照GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，检验活性指数。测试结果见表1。
实施例3：
C类粉煤灰95wt%，28d活性指数77%；
烧结干法脱硫灰5wt%。
将以上二种物料经机械搅拌混合均匀后制成改性粉煤灰。参照GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，检验活性指数。测试结果见表1。
实施例4：
F类粉煤灰99wt％，28d活性指数77%；
烧结干法脱硫灰1wt%。
将以上二种物料经机械搅拌混合均匀后制成改性粉煤灰。参照GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，检验活性指数。测试结果见表1。
实施例5：
F类粉煤灰95wt％，28d活性指数77%；
烧结干法脱硫灰5wt%。
将以上二种物料经机械搅拌混合均匀后制成改性粉煤灰。参照GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，检验活性指数。测试结果见表1。
注：对比样1组成为：
C类粉煤灰100wt％，28d活性指数77%；
对比样2组成为：
F类粉煤灰100wt%，28d活性指数75%；
表1改性粉煤灰性能试验结果
Figure BDA00002308886000041
Figure BDA00002308886000051
由表1可以看出本发明的改性粉煤灰各项性能指标满足GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，且实施例1-5活性指数均优于对比样。如果采用本发明的烧结干法脱硫灰改性粉煤灰，可适当降低粉煤灰细度，从而降低粉煤灰粉磨能耗，有利于实现低碳经济。
本发明在产品性能提高的同时，能充分利用烧结干法脱硫灰，变废为宝，使之成为一种高附加值资源，也将为我国钢铁行业的节能减排和实现低碳经济生产做出贡献。

Claims (4)

1.一种用于水泥和混凝土中的改性粉煤灰，其特征在于，原料组成为：F类粉煤灰或C类粉煤灰95wt%~99wt%，烧结干法脱硫灰1wt%-5wt%。
2.根据权利要求1所述的用于水泥和混凝土中的改性粉煤灰，其特征在于，所述的F类粉煤灰或C类粉煤灰指标符合GB/T 1596-2005-2008《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》要求：所述F类粉煤灰细度不大于25.0%，需水量比不大于105%，烧失量不大于8.0%，含水量不大于1.0%，三氧化硫不大于3.0%，游离氧化钙不大于1.0%，安定性不大于5.0mm，所述C类粉煤灰细度不大于25.0%，需水量比不大于105%，烧失量不大于8.0%，含水量不大于1.0%，三氧化硫不大于3.0%，游离氧化钙不大于4.0%，安定性不大于5.0mm。
3.根据权利要求1所述的用于水泥和混凝土中的改性粉煤灰，其特征在于，所述烧结干法脱硫灰为烧结烟气干法脱硫工艺产生的含硫酸盐物质的脱硫副产物，其主要化学成分为：SiO21.0wt%~14.5wt%、CaO 28.5wt%~50.5wt%、MgO0.5wt%~2.5wt%、Al2O30.5wt%~10wt%和SO32.0wt%~5wt%，含水量不大于1wt％，比表面积不小于400m2/kg。
4.根据权利要求1、2或3所述的改性粉煤灰的制备方法，其特征在于，将F类粉煤灰或C类粉煤灰和烧结脱硫灰按照以下比例混合：F类粉煤灰或C类粉煤灰95wt%~99wt%，烧结干法脱硫灰1wt%-5wt%。
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