CN104876627A - 一种利用煤矸石和铁尾矿制备加气混凝土的方法 - Google Patents

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李丽
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Abstract

本发明公开了一种利用煤矸石和铁尾矿制备加气混凝土的方法，其制备步骤如下：将未经自燃的原状煤矸石，破碎至-2mm后烘干，再将20～30％煤矸石与烘干后的30～45％铁尾矿、22～30％电石渣、3～8％脱硫石膏(以上四种原料用量为煅烧后质量百分数)混匀粉磨至比表面积310～400m2/kg，粉磨后粉料经750～850℃煅烧2～3h，得到自然冷却粉料按1∶0.03～0.07加入水泥，外加占干料总量0.5～0.6‰铝粉膏、57～62％温水、0.25～0.26‰稳泡剂。经浇注、静停养护、坯体切割、蒸压养护，得到绝干抗压强度3.5MPa以上，绝干体积密度550～625kg/m3，加气混凝土合格品。

Description

一种利用煤矸石和铁尾矿制备加气混凝土的方法
技术领域
本发明涉及一种以未经自燃的煤矸石和铁尾矿为主要原料制备加气混凝土的方法。是一种能够大比例利用固体废弃物煤矸石、铁尾矿、电石渣和脱硫石膏生产加气混凝土的制备技术。本发明属于矿山资源综合利用和建筑材料领域。 
背景技术
过去的几十年里，我国的工业发展迅速，因此，产生了许多的诸如煤矸石、铁尾矿类的工业危险固体废弃物。 
煤矸石是煤矿在基本建设和原煤生产、洗选过程中，从原煤中剔除排出的岩石固体废弃物，是目前我国排放的大宗工业固体废弃物之一。我国每年煤矸石的排放量占当年煤炭产量的15～20％。截止2012年，我国煤矸石的累计堆存量已达50亿t，而且仍在以每年1.5～2.0亿t左右的速度递增。大量煤矸石堆存占据了大量土地资源，且长期露天堆放，产生风化和自燃，会向矿区环境中释放大量的粉尘，CO、CO2、SO2、H2S、NOX等有毒有害气体，酸性水及重金属离子水，污染大气、地面水源或地下水质，给矿区环境保护带来一系列问题。事实上，煤矸石是有用的副产物资源，研究表明，它可以燃烧发电，生产胶凝材料、微晶玻璃和矿井充填材料等。由于煤矸石主要化学成分是SiO2和Al2O3，煤矸石与水单独反应的过程极慢，胶凝性能较弱。经过自燃或煅烧的煤矸石由于从外界获取了能量而使其Al-O键和Si-O键被打开，晶体结构发生了破坏，从而激发使其产生较强的胶凝活性。 
另外一种大量堆存的工业固体废弃物是选铁过程中排放的铁尾矿。伴随着我钢铁行业的快速发展，作为钢铁的副产物铁尾矿的大量堆存及其低利用率也带来了诸多的环境问题和社会问题。近几年国家出台了一系列的法律、法规，加强了对固体废弃物进行综合利用的要求。依据《中华人民共和国循环经济促进法》、《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》，工信部印发《金属矿山综合利用专项规划(2010-2015)》的通知(工信部联规[2010]174号)，铁尾矿的综合利用被列为金属尾矿综合利用的重点领域。据中国资源综合利用协会出版《2010-2011年度大宗工业固体废物综合利用发展报告》中统计，2007～2011年，我国尾矿的产生量为62.89亿吨，而铁尾矿的产生量达28.99亿吨，其中2011年铁尾矿的产生量为8.06亿吨，占全年尾矿产生总量的51％。随着矿产资源被开采力度的加大，尾矿排出量呈现每年不断增加，因此加快尾矿的综合利用已迫在眉睫。我国矿产资源中80％为共(伴)生矿，大量有价值的资源被存留在尾矿之中。非金属矿物在尾矿中的不但存量巨大，而且有些具有潜在的高附加值特性。这些尾矿资源如果不加以利用，将造成巨大的资源浪费。在世界各国重视二次资源尾矿的同时，我国的绝大多数尾矿尚未被综合利用，尤其是有色金属尾矿和铁尾矿的综合利用率更低，综合利用率不足10％。 
煤矸石和铁尾矿的堆存量呈现一个紧迫的环境问题，因此对煤矸石和铁尾矿进行综合利用是相当必要的。加气混凝土是以钙质材料和硅质材料为主要原料，通过一系列化学反应形成的多孔轻质混凝土，它是集防火、保温、隔音、施工方便等一体的新型节能墙体材料，在国家禁止使用粘土砖和建筑节能的背景条件下，加气混凝土是目前市场上唯一能够实现建筑节能50％目标的墙体材料。 
目前国内外生粉煤灰和河砂是生产加气混凝土常用的硅质材料，随着河砂和局部地区粉煤灰资源的短缺加剧，利用固体废弃物作为硅质原料生产加气混凝土，可以解决面临资源短缺的问题，还可以降低加气混凝土生产的原料成本，实现资源的循环利用。但是，国内外利用固体废弃物生产加气混凝土使用的数量有限，而且还未见使用煤矸石和铁尾矿作为硅质原料，电石渣作为钙质原料生产加气混凝土的报道。 
煤矸石和铁尾矿其化学成分主要由SiO2、Al2O3、CaO等组成，本发明利用煤矸石和铁尾矿制备加气混凝土。主要利用铁尾矿和煅烧后煤矸石中活性SiO2和Al2O3，与煅烧后电石渣中的CaO溶于水后在碱性性水热环境发生水化反应，生成托贝莫来石、C-S-H凝胶和水石榴石等水化产物，同时未参与反应的煤矸石和铁尾矿惰性颗粒与水化产物结合生产良好的骨架结构，为加气混凝土提供良好的物理力学性能，符合国家标准要求。利用煤矸石、铁尾矿和电石渣制备加气混凝土，降低了加气混凝土生产的原料成本，不仅实现了固体废弃物资源的循环利用，响应了国家节能减排的政策，还可以解决困扰加气混凝土生产原料的问题，也为煤矸石、铁尾矿、电石渣和脱硫石膏的综合利用提供了一条新的途径。 
发明内容
本发明的目的在于为固体废弃物的应用提供一条大宗消纳利用的途径，实现资源化处理，减少固体物堆存给环境带来的污染，为部分地区解决加气混凝土生产资源短缺问题，同时，生产中不使用生石灰，降低生产中的原料成本，减少了CO2排放。制备加气混凝土的的主要原料有煤矸石、铁尾矿、电石渣、脱硫石膏等，生产原料应用固体废弃物量达90％以上。 
本发明中原料制备中包含粉磨和煅烧两个过程，由于煤矸石中含有大量的粘土矿物，其主要化学成分是SiO2和Al2O3，胶凝性能较弱，与水单独反应的过程极慢，经自燃或煅烧后使粘土矿物中Al-O、Si-O键被打开，破坏原有晶体结构，煤矸石的胶凝活性被激发；电石渣只要成分为Ca(OH)2及少量的CaCO3，可以作为加气混凝土生产的钙质原料，但是工业生产中需要钙质原料(普遍采用生石灰)溶于水后放出大量热量，这些热量为铝粉膏发气、水化产物生成、料浆膨胀和坯体硬化提供了条件，但是Ca(OH)2溶于水产生的热量很微量且随着温度升高本身溶解度降低。将电石渣煅烧后，电石渣中Ca(OH)2在500～600℃即脱除羟基生成CaO，CaCO3在800以上发生分解生成CaO，这些CaO为加气混凝土生产提供了钙质原料； 铁尾矿经机械力化学效应活化后，粉磨颗粒会产生一定的活性，同时在煤矸石、电石渣、脱硫石膏复合体系下经煅烧活化处理，煤矸石中粘土矿物和电石渣中Ca(OH)2在加热脱水过程中，使铁尾矿矿物发生一定反应，使其矿物结果畸变度增加，致使整个体系反应性能增加。 
本发明的具体步骤如下： 
1.使用鄂式破碎机将未经自燃的原状煤矸石破碎至-2mm后烘干，再将20～30％煤矸石与烘干后的30～45％铁尾矿、22～30％电石渣、3～8％脱硫石膏(以上四种原料用量为煅烧后质量百分数)混合，将混匀后的混合料粉磨至比表面积310～400m2/kg。 
2.将步骤1中粉磨后得到混合料在750～850℃下煅烧2～3h，煅烧后的混合料自然冷却。 
3.使用步骤2中经自然冷却粉料按1∶0.03～0.07加入水泥混合均匀后，按干料总量57～62％加入温水和0.25～0.26‰稳泡剂，搅拌90～150s，之后加入占干料总量0.5～0.6‰的铝粉膏再搅拌30～50s，得到混合均匀的料浆，搅拌过程中设置保温措施，保证料浆浇注时的入模温度在45～50℃。 
4.将步骤3中搅拌均匀的料浆进行浇注，经过静停养护、坯体切割、蒸压养护，得到加气混凝土的成品。其中静停养护时间为2～3h，静停养护环境温度40～60℃；蒸压养护经过抽真空(升温)，恒温、恒压，降温、降压。蒸压条件为：压力控制在1.1～1.3Mpa，温度控制在170～190℃，恒温(恒压)6～8h。 
附图说明
图1为工艺流程图 
具体实施方式
实施例1： 
1.使用鄂式破碎机将未经自燃的原状煤矸石破碎至-2mm后烘干，再将30％煤矸石与烘干后32％铁尾矿、28％电石渣、5％脱硫石膏(以上四种原料用量为煅烧后质量百分数)混合，将混匀后的混合料粉磨至比表面积330m2/kg。 
2.将步骤1中粉磨后得到混合料在760℃下煅烧2h，煅烧后的混合料自然冷却。 
3.使用步骤2中经自然冷却粉料按1∶0.05加入水泥混合均匀后，按干料总量58％加入温水和0.257‰稳泡剂，搅拌100s，之后加入占干料总量0.54‰的铝粉膏再搅拌40s，得到混合均匀的料浆，搅拌过程中设置保温措施，保证料浆浇注时的入模温度在45℃。 
4.将步骤3中搅拌均匀的料浆进行浇注，经过静停养护、坯体切割、蒸压养护，得到加气混凝土的成品。其中静停养护时间为2h，静停养护环境温度40℃；蒸压养护经过抽真空(升温)，恒温、恒压，降温、降压。蒸压条件为：压力控制在1.1Mpa，温度控制在175℃，恒温(恒压)6h。 
按上述步骤制备的加气混凝土的性能指标如表1所示。 
表1实施实例1制备的加气混凝土性能指标 
性能 绝干体积密度/(kg/m3) 绝干抗压强度/MPa 比强度
指标 596 4.06 6.81
实施例2： 
1.使用鄂式破碎机将未经自燃的原状煤矸石破碎至-2mm后烘干，再将26％煤矸石与烘干后36％铁尾矿、25％电石渣、7％脱硫石膏(以上四种原料用量为煅烧后质量百分数)混合，将混匀后的混合料粉磨至比表面积350m2/kg。 
2.将步骤1中粉磨后得到混合料在810℃下煅烧2.5h，煅烧后的混合料自然冷却。 
3.使用步骤2中经自然冷却粉料按1∶0.06加入水泥混合均匀后，按干料总量59％加入温水和0.258‰稳泡剂，搅拌120s，之后加入占干料总量0.56‰的铝粉膏再搅拌50s，得到混合均匀的料浆，搅拌过程中设置保温措施，保证料浆浇注时的入模温度在47℃。 
4.将步骤3中搅拌均匀的料浆进行浇注，经过静停养护、坯体切割、蒸压养护，得到加气混凝土的成品。其中静停养护时间为2.5h，静停养护环境温度50℃；蒸压养护经过抽真空(升温)，恒温、恒压，降温、降压。蒸压条件为：压力控制在1.25Mpa，温度控制在180℃，恒温(恒压)8h。 
按上述步骤制备的加气混凝土的性能指标如表2所示。 
表2实施实例2制备的加气混凝土性能指标 
性能 绝干体积密度/(kg/m3) 绝干抗压强度/MPa 比强度
指标 592 4.18 7.06
实施例3： 
1.使用鄂式破碎机将未经自燃的原状煤矸石破碎至-2mm后烘干，再将24％煤矸石与烘干后38％铁尾矿、27％电石渣、7％脱硫石膏(以上四种原料用量为煅烧后质量百分数)混合，将混匀后的混合料粉磨至比表面积375m2/kg。 
2.将步骤1中粉磨后得到混合料在800℃下煅烧3h，煅烧后的混合料自然冷却。 
3.使用步骤2中经自然冷却粉料按1∶0.04加入水泥混合均匀后，按干料总量60％加入温水和0.259‰稳泡剂，搅拌130s，之后加入占干料总量0.58‰的铝粉膏再搅拌35s，得到混合均匀的料浆，搅拌过程中设置保温措施，保证料浆浇注时的入模温度在46℃。 
4.将步骤3中搅拌均匀的料浆进行浇注，经过静停养护、坯体切割、蒸压养护，得到加气混凝土的成品。其中静停养护时间为2.5h，静停养护环境温度45℃；蒸压养护经过抽真空 (升温)，恒温、恒压，降温、降压。蒸压条件为：压力控制在1.3Mpa，温度控制在185℃，恒温(恒压)7h。 
按上述步骤制备的加气混凝土的性能指标如表3所示。 
表3实施实例3制备的加气混凝土性能指标 
性能 绝干体积密度/(kg/m3) 绝干抗压强度/MPa 比强度
指标 590 4.35 7.37
实施例4： 
1.使用鄂式破碎机将未经自燃的原状煤矸石破碎至-2mm后烘干，再将28％煤矸石与烘干后35％铁尾矿、26％电石渣、8％脱硫石膏(以上四种原料用量为煅烧后质量百分数)混合，将混匀后的混合料粉磨至比表面积390m2/kg。 
2.将步骤1中粉磨后得到混合料在830℃下煅烧2h，煅烧后的混合料自然冷却。 
3.使用步骤2中经自然冷却粉料按1∶0.03加入水泥混合均匀后，按干料总量57％加入温水和0.260‰稳泡剂，搅拌110s，之后加入占干料总量0.57‰的铝粉膏再搅拌40s，得到混合均匀的料浆，搅拌过程中设置保温措施，保证料浆浇注时的入模温度在48℃。 
4.将步骤3中搅拌均匀的料浆进行浇注，经过静停养护、坯体切割、蒸压养护，得到加气混凝土的成品。其中静停养护时间为2.5h，静停养护环境温度55℃；蒸压养护经过抽真空(升温)，恒温、恒压，降温、降压。蒸压条件为：压力控制在1.2Mpa，温度控制在180℃，恒温(恒压)8h。 
按上述步骤制备的加气混凝土的性能指标如表4所示。 
表4实施实例4制备的加气混凝土性能指标 
性能 绝干体积密度/(kg/m3) 绝干抗压强度/MPa 比强度
指标 597 4.46 7.47
实施例5： 
1.使用鄂式破碎机将未经自燃的原状煤矸石破碎至-2mm后烘干，再将25％煤矸石与烘干后37％铁尾矿、24％电石渣、7％脱硫石膏(以上四种原料用量为煅烧后质量百分数)混合，将混匀后的混合料粉磨至比表面积325m2/kg。 
2.将步骤1中粉磨后得到混合料在850℃下煅烧3h，煅烧后的混合料自然冷却。 
3.使用步骤2中经自然冷却粉料按1∶0.07加入水泥混合均匀后，按干料总量61％加入温水和0.254‰稳泡剂，搅拌90s，之后加入占干料总量0.55‰的铝粉膏再搅拌37s，得到混合均匀的料浆，搅拌过程中设置保温措施，保证料浆浇注时的入模温度在49℃。 
4.将步骤3中搅拌均匀的料浆进行浇注，经过静停养护、坯体切割、蒸压养护，得到加气混凝土的成品。其中静停养护时间为3h，静停养护环境温度56℃；蒸压养护经过抽真空(升温)，恒温、恒压，降温、降压。蒸压条件为：压力控制在1.3Mpa，温度控制在190℃，恒温(恒压)8h。 
按上述步骤制备的加气混凝土的性能指标如表5所示。 
表5实施实例5制备的加气混凝土性能指标 
性能 绝干体积密度/(kg/m3) 绝干抗压强度/MPa 比强度
指标 584 4.63 7.93
实施例6： 
1.使用鄂式破碎机将未经自燃的原状煤矸石破碎至-2mm后烘干，再将27％煤矸石与烘干后37％铁尾矿、24％电石渣、6％脱硫石膏(以上四种原料用量为煅烧后质量百分数)混合，将混匀后的混合料粉磨至比表面积380m2/kg。 
2.将步骤1中粉磨后得到混合料在780℃下煅烧3h，煅烧后的混合料自然冷却。 
3.使用步骤2中经自然冷却粉料按1∶0.06加入水泥混合均匀后，按干料总量62％加入温水和0.252‰稳泡剂，搅拌140s，之后加入占干料总量0.53‰的铝粉膏再搅拌42s，得到混合均匀的料浆，搅拌过程中设置保温措施，保证料浆浇注时的入模温度在48℃。 
4.将步骤3中搅拌均匀的料浆进行浇注，经过静停养护、坯体切割、蒸压养护，得到加气混凝土的成品。其中静停养护时间为2.5h，静停养护环境温度52℃；蒸压养护经过抽真空(升温)，恒温、恒压，降温、降压。蒸压条件为：压力控制在1.15Mpa，温度控制在175℃，恒温(恒压)6h。 
按上述步骤制备的加气混凝土的性能指标如表6所示。 
表6实施实例6制备的加气混凝土性能指标 
性能 绝干体积密度/(kg/m3) 绝干抗压强度/MPa 比强度
指标 588 4.29 7.30

Claims (5)

1.一种利用煤矸石和铁尾矿制备加气混凝土的方法，其特征步骤如下：
(1)使用鄂式破碎机将未经自燃的原状煤矸石破碎至-2mm后烘干，再将20～30％煤矸石与烘干后的30～45％铁尾矿、22～30％电石渣、3～8％脱硫石膏(以上四种原料用量为煅烧后质量百分数)混合，将混匀后的混合料粉磨至比表面积310～400m2/kg。
(2)将步骤1中粉磨后得到混合料在750～850℃下煅烧2～3h，煅烧后的混合料自然冷却。
(3)使用步骤2中经自然冷却粉料按1∶0.03～0.07加入水泥混合均匀后，按干料总量57～62％加入温水和0.25～0.26‰稳泡剂，搅拌90～150s，之后加入占干料总量0.5～0.6‰的铝粉膏再搅拌30～50s，得到混合均匀的料浆，搅拌过程中设置保温措施，保证料浆浇注时的入模温度在45～50℃。
(4)将步骤3中搅拌均匀的料浆进行浇注，经过静停养护、坯体切割、蒸压养护，得到加气混凝土的成品。其中静停养护时间为2～3h，静停养护环境温度40～60℃；蒸压养护经过抽真空(升温)，恒温、恒压，降温、降压。蒸压条件为：压力控制在1.1～1.3Mpa，温度控制在170～190℃，恒温(恒压)6～8h。
2.按照权利要求1的一种利用煤矸石、铁尾矿、电石渣、脱硫石膏制备加气混凝土的方法，其特征在于使用的煤矸石其化学成份以质量百分比计为：SiO240～60％，Al2O310～20％，CaO1～10％，MgO1～5％，Fe2O3+FeO0.1％～7％，K2O0.01％～2％，Na2O0.01％～2％，P2O50.01％～1％，烧失量20～30％，其他0.1～2％。
3.按照权利要求1的一种利用煤矸石、铁尾矿、电石渣制备加气混凝土的方法，其特征在于使用的铁尾矿其化学成份以质量百分比计为：SiO255～75％；Al2O31～15％；Fe2O3+FeO1～15％；MgO1～10％；CaO1～10％；K2O0.01％～2％；Na2O0.01％～2％；SO20.1～4％；烧失量0.1～3％，其他0.1～2％。
4.按照权利要求1的一种利用煤矸石、铁尾矿、电石渣制备加气混凝土的方法，其特征在于使用的电石渣其化学成份以质量百分比计为：SiO20.1～5％，Al2O30.1～3％，Fe2O3+FeO0.01～2％；CaO60～80％，K2O0.01～2％，Na2O0.01～2％，烧失量15～30％；其他0.1～3％。
5.按照权利要求1的一种利用煤矸石、铁尾矿、电石渣、脱硫石膏制备加气混凝土的方法，其特征在于使用的脱硫石膏其化学成份以质量百分比计为：SiO20.1～5％；Al2O30.1～5％；Fe2O3+FeO0.1～5％；MgO0.1％～5％；CaO40～70％；K2O0.01～2％；Na2O0.01～2％；SO220～40％；烧失量0.1～6％。
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