CN104529332B - 一种以复合化学激发煤矸石为原料制备煤矸石-水泥胶砂试块的方法 - Google Patents

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Abstract

一种以复合化学激发煤矸石为原料制备煤矸石-水泥胶砂试块的方法，以质量分数计，原材料为水泥熟料、煤矸石粉末、无水硫酸钠、硅酸钠、生石灰、石膏、标准砂和水，将水、水泥熟料、煤矸石粉末和化学激发剂倒入搅拌锅内，低速搅拌后加入标准砂，再高速搅拌得到胶砂料；将胶砂料装入试模中在振动台振实得到胶砂试样，试样与模一起在湿气中养护24小时，然后脱模，脱模后胶砂试样水平或竖直放在水中养护28天制得产品，本发明对煤矸石进行复合激发，提高了煤矸石活性，同时，提高了煤矸石在水泥复合体系中的掺量，促进其在工业生产中得到广泛应用。

Description

一种以复合化学激发煤矸石为原料制备煤矸石-水泥胶砂试块的方法
技术领域
本发明涉及一种以复合化学激发煤矸石为原料制备煤矸石-水泥胶砂试块的方法。
背景技术
随着世界经济高速迅猛的发展，各行各业对能源的需求越来越大，而煤炭作为目前世界上储量巨大的固体燃料，一直以来都受到人们的青睐，成为日常生活和生产不可或缺的供能物质。但是，随着煤炭的大量开采，以煤矸石为代表的固体废弃物被源源不断地开采出来，由于其碳含量较低，同时含有大量的粘土类矿物，不易做供能物质。因此，被大量任意堆放，一方面不仅占用了大量的土地和农田，另一方面大量堆积的煤矸石，往往发生自燃，产生有毒气体和大量粉尘，这些物质溶于大气和土壤中，对附近生态环境造成了严重的污染。
随着国家“节能减排”方针的大力推行，如何治理和综合利用煤矸石，正越来越得到人们的重视，国内的众多学者对煤矸石的研究也越来越多。中国专利200310108987.0公开了煤矸石工业废渣用激发剂及其制备方法；中国专利201110341913.6公开了一种利用煤矸石制备构件用活性粉末混凝土。由于煤矸石中含有大量的粘土类矿物，煅烧后具有一定活性，可以用作掺和料。通过激发煤矸石的活性并将其用作掺和料，是处理这种废弃物的一种有效途径。虽然化学激发剂的种类和掺量研究比较深入，但单一的活性激发方法对煤矸石的活性激发效果有限，导致其活性较低，无法在工业生产中应用，而且对于复掺化学激发剂对煤矸石-水泥体系的影响研究很少。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种以复合化学激发煤矸石为原料制备煤矸石-水泥胶砂试块的方法，以不同掺量和不同类型激发剂对煤矸石胶凝活性的作用，利用低温煅烧的活化固体废弃物煤矸石代替部分水泥，制备煤矸石-水泥胶砂试块，解决了水泥胶砂试块生产成本高，以及堆积的煤矸石占用我国大量的土地资源，对周围环境造成极大的污染，严重影响和危害了人们的生活和健康等问题，为拓宽煤矸石原材料的应用领域具有实用价值。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种以复合化学激发煤矸石为原料制备煤矸石-水泥胶砂试块的方法，以质量分数计，按如下比例准备原材料：
水泥熟料12.77％～17.62％
煤矸石粉末4.26％～8.81％
无水硫酸钠(Na2SO4)0.22％～1.07％
硅酸钠(Na2SiO3)0.22％～1.07％
生石灰(CaO)0.22％～1.07％
石膏(CaSO4·2H2O)0.22％～1.07％
标准砂63.83％～66.08％
水10.64％～11.01％
其中无水硫酸钠(Na2SO4)、硅酸钠(Na2SiO3)、氧化钙(CaO)和石膏(CaSO4·2H2O)组成复合化学激发剂；
依次将水、水泥熟料、煤矸石粉末和化学激发剂倒入搅拌锅内，低速搅拌30秒后加入标准砂，再高速搅拌60秒得到胶砂料；将胶砂料装入试模中在振动台振实得到胶砂试样，试样与模一起在湿气中养护24小时，然后脱模，脱模后胶砂试样水平或竖直放在20±10℃水中养护28天制得产品。
优选地，所述水泥熟料的比表面积为365m2/kg。
优选地，所述煤矸石粉末是将煤矸石在700℃下煅烧并用球磨机磨到200目以下，所述煤矸石中主要矿物为石英(SiO2)和偏高岭石(Al2O3·2SiO2)。
优选地，所述煤矸石的化学成分(质量分数)如下：55.96％的SiO2，21.07％的Al2O3，5.76％的Fe2O3，1.01％的MgO，7.95％的CaO，0.21％的Na2O和2.1％的K2O，以及余量的杂质。
优选地，以质量分数计，所述原材料中，煤矸石粉末4.26％、无水硫酸钠1.06％、硅酸钠1.06％、生石灰1.06％、石膏1.06％、水泥熟料17.03％、标准砂63.83％、水10.64％。
优选地，所述低速搅拌速率为140±5r/min，高速搅拌速率为280±10r/min。
优选地，所述湿气中的湿度为90％以上。
与现有技术相比，本发明采用无水硫酸钠、硅酸钠、生石灰、石膏四种不同掺量的化学物质复合掺入煤矸石—水泥胶砂试块中，对煤矸石进行复合激发，提高了煤矸石活性，避免了单一的活性激发方法对煤矸石的活性激发效果有限，导致其活性较低。另外，提高了煤矸石在水泥复合体系中的掺量，促进其在工业生产中得到广泛应用。鉴于废弃煤矸石的危害如此之大，开发利用煤矸石不仅具有重大的环境意义和较优的社会与经济效益，而且是实施可持续发展战略之必需。
附图说明
图1是本发明实施例1制备出的煤矸石-水泥复合体系胶砂试块的断面图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
实施例1
一种以复合化学激发煤矸石为原料制备煤矸石-水泥胶砂试块的方法，包括如下步骤：
一、原材料选取
煤矸石粉末：将煤矸石在700℃下煅烧并用球磨机磨到200目以下，其化学成分见下表1。煅烧煤矸石试样中主要矿物为石英(SiO2)和偏高岭石(Al2O3·2SiO2)。表2可知煤矸石基本物理检测指标；
表1煤矸石的化学成分(％)
化学成分 SiO2 Al2O3 Fe2O3 MgO CaO Na2O K2O 烧失量
含量(％) 55.96 21.07 5.76 1.01 7.95 0.21 2.1 5.94
表2煤矸石基本物理检测指标
检测指标 密度 比表面积 活性指数 含水量 烧失量
数值 2680kg/m3 455m2/kg 38％(7d) 0.4％ 10.4％
水泥熟料：先将水泥熟料放入水泥实验磨中粉磨，卸料，倒掉盛料斗内物料，完成粉磨过程。密度和比表面积分别参照标准GB/T208-1994《水泥密度测试方法》和标准GB/T8074-2008《水泥比表面积测定方法勃氏法》。本发明水泥熟料粉磨至45分钟时，比表面积达到365m2/kg，符合实验原材料要求；
砂：ISO标准砂；
水：普通自来水；
煤矸石活化化学激发剂：无水硫酸钠(Na2SO4)：分析纯Na2SO4含量≥99.0％；硅酸钠(Na2SiO3)：分析纯Na2O含量19.3％～22.8％；氧化钙(CaO)：分析纯CaO含量(灼烧后)≥98.0％；石膏(CaSO4·2H2O)：工业石膏。
二、原材料在煤矸石-水泥胶砂试块中各组分按下列质量百分含量混合
水泥熟料17.03％
煤矸石4.26％
无水硫酸钠(Na2SO4)1.06％
硅酸钠(Na2SiO3)1.06％
氧化钙(CaO)1.06％
石膏(CaSO4·2H2O)1.06％
标准砂63.83％
水10.64％
三、煤矸石-水泥胶砂试块制备工艺步骤如下：
秤取水、水泥熟料、煤矸石、化学激发剂和标准砂，然后依次将水、水泥熟料、煤矸石和化学激发剂倒入搅拌锅内，低速搅拌30秒后，在第二个30秒开始的同时加入标准砂，高速搅拌60秒。将准备好的胶砂料装入试模中在振动台振实。试样连模一起在湿气中养护24小时，然后用塑料锤或橡皮榔头或专用脱模器脱模，脱模后胶砂试样立即水平或竖直放在20±10℃水中养护28天制得产品。产品断面如图1所示，由图可知的断面均有大量的骨料裸露，分布均很均匀，颜色也均匀一致。骨料表面还覆盖有大量的水化产物，即钙矾石和氢氧化钙晶体形成的骨架结构致密，与骨料表面粘结力较大，界面相强度高。

Claims (7)

1.一种以复合化学激发煤矸石为原料制备煤矸石-水泥胶砂试块的方法，其特征在于，以质量分数计，按如下比例准备原材料：
水泥熟料12.77％～17.62％
煤矸石粉末4.26％～8.81％
无水硫酸钠0.22％～1.07％
硅酸钠0.22％～1.07％
生石灰0.22％～1.07％
CaSO4·2H2O0.22％～1.07％
标准砂63.83％～66.08％
水10.64％～11.01％
其中无水硫酸钠、硅酸钠、生石灰和CaSO4·2H2O组成复合化学激发剂；
依次将水、水泥熟料、煤矸石粉末和复合化学激发剂倒入搅拌锅内，低速搅拌30秒后加入标准砂，再高速搅拌60秒得到胶砂料；将胶砂料装入试模中在振动台振实得到胶砂试样，试样与模一起在湿气中养护24小时，然后脱模，脱模后胶砂试样水平或竖直放在20±10℃水中养护28天制得产品。
2.根据权利要求1所述的以复合化学激发煤矸石为原料制备煤矸石-水泥胶砂试块的方法，其特征在于，所述水泥熟料的比表面积为365m2/kg。
3.根据权利要求1所述的以复合化学激发煤矸石为原料制备煤矸石-水泥胶砂试块的方法，其特征在于，所述煤矸石粉末是将煤矸石在700℃下煅烧并用球磨机磨到200目以下，所述煤矸石中主要矿物为石英和偏高岭石。
4.根据权利要求1所述的以复合化学激发煤矸石为原料制备煤矸石-水泥胶砂试块的方法，其特征在于，以质量分数计，所述煤矸石的化学成分如下：55.96％的SiO2，21.07％的Al2O3，5.76％的Fe2O3，1.01％的MgO，7.95％的CaO，0.21％的Na2O和2.1％的K2O，以及余量的杂质。
5.根据权利要求1所述的以复合化学激发煤矸石为原料制备煤矸石-水泥胶砂试块的方法，其特征在于，以质量分数计，所述原材料中，煤矸石粉末4.26％、无水硫酸钠1.06％、硅酸钠1.06％、生石灰1.06％、CaSO4·2H2O1.06％、水泥熟料17.03％、标准砂63.83％、水10.64％。
6.根据权利要求1所述的以复合化学激发煤矸石为原料制备煤矸石-水泥胶砂试块的方法，其特征在于，所述低速搅拌速率为140±5r/min，高速搅拌速率为280±10r/min。
7.根据权利要求1所述的以复合化学激发煤矸石为原料制备煤矸石-水泥胶砂试块的方法，所述湿气中的湿度为90％以上。
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