CN106365577B - 利用循环硫化床炉渣制备建筑材料的方法 - Google Patents

利用循环硫化床炉渣制备建筑材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及利用循环硫化床炉渣制备建筑材料的方法，以循环硫化床炉渣、石膏或工业副产石膏、集料、钙质胶凝材料制成干混料，然后外加一定量的水和激发剂，最后经计量、加水拌合、加压成型、蒸汽或自然养护等生产工序，制备出超高强材料。本发明可以解决低品位循环流化床炉渣（CFB）活性低、难利用问题，同时与大量石膏或工业副产石膏耦合，制备出抗压强度60MPa～150MPa的超高强材料。此种材料可通过变化成型模具方法制备高强建筑砖、高强道路砖、高强透水砖、路沿石、各种装饰板材等各种高强、高耐久性产品。

Description

利用循环硫化床炉渣制备建筑材料的方法
技术领域
本发明涉及一种新型材料，特别是一种综合利用循环硫化床炉渣（CFB）与石膏类材料耦合制造建筑材料的方法。
背景技术
近年来煤矸石、劣质煤的产量逐年增加，其燃烧大多数采用循环流化床（CirculationFluidizedBed,简称CFB）锅炉燃烧技术，相比于普通的燃煤炉，CFB锅炉具有燃烧适应性广，燃烧强度大，能煅烧煤矸石、煤泥等低热值燃料的优势。然而，生产工艺要求和受到煤质（灰分大、含硫高）影响，多采用低温燃烧（750～900℃）、炉内脱硫和炉外脱硫工艺，产生大量灰渣（又称"CFB燃煤灰渣"）和脱硫石膏，与普通燃煤电厂的粉煤灰相比，其副产物具有排放量大、烧失量大、含硫高、需水量大、成分波动大等特性，这使得对普通燃煤电厂粉煤灰性质及应用的研究已不在适用，增大了其在建材领域资源化利用的难度。
将其作为水泥混合材，由于含游离钙和无水硫酸钙，会引起缓凝和体积安定性问题；将其制备成免烧砖、加气混凝土会发生开裂，造成CFB燃煤灰渣利用率极低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有循环硫化床炉渣活性低、难利用的问题，而提供一种利用循环硫化床炉渣制备建筑材料的方法。本发明是以循环流化床炉渣（CFB）为主要原料，与石膏类材料耦合制造超高强材料的技术，同时，本发明方法也解决了石膏类产品强度低、耐久性差等缺点。
为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种利用循环硫化床炉渣制备建筑材料的方法，包括步骤：
S1：以质量百分比计的如下原料制成干混料，循环硫化床炉渣20 % ~ 60%，石膏或工业副产石膏15% ~55 %，集料22% ~ 35 %，钙质胶凝材料3 % ~ 12 %；
S2:向步骤S1制得的干混料加入水或溶入了激发剂的水溶液湿混制得湿混料，其中水占全部固体物料干基质量的12% ~20 % ，激发剂为铝硅酸盐类工业废渣干基质量的0.2 %～1.5 %；
S3：将湿混料进行静置，静置时间为15 min～2h；
S4：将经步骤S3处理的物料进行静压成型得到坯体，成型压力为20MPa～50MPa，保压时间为15s～1min；
S5：将步骤S4制得的坯体进行自然养护28天或经静停0.5h～3h后蒸汽养护3h～24h，制得所述材料，其中蒸汽养护温度为70℃～95℃。
作为优选的技术方案，所述的工业副产石膏是以硫酸钙矿物为主要成分的工业废渣。
作为优选的技术方案，所述工业副产石膏是指脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、钛石膏、盐石膏、废模型石膏、柠檬酸石膏中的一种或几种的组合。
作为优选的技术方案，所述的钙质胶凝材料是以氧化钙、硅酸钙或铝酸钙为主要矿物的材料。
作为优选的技术方案，钙质胶凝材料是指石灰、电石渣、水泥熟料和水泥中的一种或多种的组合。
作为优选的技术方案，所述的集料是粒径在0.1～10mm的河砂、机制砂、循环硫化床炉渣颗粒、矿渣颗粒、炉渣颗粒、建筑垃圾再生细集料、各种尾矿中的一种或几种的组合。
作为优选的技术方案，循环硫化床炉渣、石膏或工业副产石膏和钙质胶凝材料采用单独粉磨后混合或者混合后粉磨的方式处理，制得混合粉体，控制混合粉体的比表面积在400m2/kg ~ 800 m2/kg。
作为优选的技术方案，混合粉体与集料按比例混合3～5min制得所述的干混料。
作为优选的技术方案，干混料加入水或溶入了激发剂的水混合3～10 min制得湿混料。
本发明利用循环流化床炉渣（CFB）与石膏类材料耦合制备建筑材料的机理：
（1）、 根据材料最紧密堆积原理和水化活性增强原理设计粉体材料（循环流化床炉渣（CFB）、石膏类材料、钙质胶凝材料）与集料最佳配比范围，与水混合后在较高压力下（以集料抗压强度为限）静压模压成型，获得致密坯体。
（2）、经过细磨的石膏在致密坯体孔隙液中发生溶解和再结晶反应，受到致密坯体孔隙大小和相貌的影响，生成数量巨大的纳米石膏晶须（见图1），穿插在孔隙中和铝硅酸盐矿物的水化产物中，起到了进一步增加致密度和纤维增强作用，极大程度提高了材料强度。
（3）、循环流化床炉渣（CFB）水化产物在碱激发剂作用下还与硫酸根离子（或石膏）反应生成水合硫酸方柱石（(CaO, xNa2O) [ySiO2·zAl2O3] SO3·nH2O），（见图2），使得循环流化床炉渣（CFB）水化产物与石膏晶体或晶须表面薄弱结合区减少，提高了材料的强度和耐水性。
本发明与现有方法相比，具有如下有益效果：
（1）强度高，可达60MPa～150MPa，是现有常规方法制备的石膏基材料强度（10～30MPa）或铝硅酸盐类工业废渣基材料（10～40 MPa）的数倍，甚至十多倍，实现了此类材料强度突破；
（2）耐水性好，克服了含大量石膏制品耐水性差的致命缺陷；
（3）生产工艺简单，可以通过对现有粉煤灰免烧砖生产线进行简单改造即可实现规模化生产；
（4）产品品种调节容易，以实现功能化。利用本发明的技术，可通过变化成型模具方法制备高强建筑砖、高强道路砖、高强透水砖、路沿石、各种装饰板材等各种高强、高耐久性产品；
（5）本发明的实施属于工业固废资源化利用采用本发明的技术方案，对工业副产石膏等固体废弃物的利用率可达90%以上，因此，它可以提高固体废弃物的附加值，真正地实现变废为宝。
附图说明
图1为水化产物特征（晶须增强）图。
图2为超高强材料水化产物能谱图。
图3为利用本发明制备的超高强材料的强度示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好的理解本发明，以下结合实施例对本发明作进一步清楚、完整的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
将比表面积450 m2/kg脱硫石膏400g（40%）、比表面积650m2/kg循环流化床炉渣（CFB）粉300g（30%）、比表面积380 m2/kgP·O42.5水泥50g（5%）和细度模数为2.8的河砂250g（25%）在混合机中干混3min；然后加入180g水（全部固体物料干基质量的18%），水中额外加入1.5g碱性激发剂（占循环流化床炉渣粉的0.5%），湿混10min；静置15min后在40MPa下保压30s，制得超强材料坯体；在混凝土养护室内自然养护28天得超高强材料L1，经静停1h后在75℃下饱和蒸汽养护6h，制得超高强材料L2，抗压强度见图3。
实施例2
将循环流化床炉渣（CFB）2500g、干磷石膏2500g放入500×500mm标准球磨机粉磨50min，制得比表面积698 m2/kg的混合料，取620g混合料（其中循环流化床炉渣（CFB）占总干基物料的31%，磷石膏占总干基物料的31%），与比表面积380 m2/kg P·O42.5水泥80g（占总干基物料的8%）和细度模数为2.8的河砂300g（占总干基物料的30%）在混合机中干混4min；然后加入180g的水（加上石膏带入的水占总干基物料的18%），水中额外加入1.8g碱性激发剂（占循环流化床炉渣（CFB）粉的0.6%），湿混8min；静置30min后在45MPa下保压15s，制得超强材料坯体；在实验室（温度20℃～31℃）自然养护28天得超高强材料L3，经静停1h后在75℃下饱和蒸汽养护12h，制得超高强材料L4，抗压强度见图3。
实施例3
将循环流化床炉渣2800g、氟石膏2200g放入500×500mm标准球磨机粉磨65min，制得比表面积708m2/kg的混合料，取670g混合料（其中循环流化床炉渣（CFB）占总干基物料的37.5%，氟石膏占总干基物料的29.5%），与比表面积380 m2/kg P·O42.5水泥90g（占总干基物料的9%）和细度模数为3.2的机制砂240g（占总干基物料的24%）在混合机中干混3min；然后加入200g的水（加上石膏带入的水占总干基物料的20%），水中额外加入1.4g碱性激发剂（占循环流化床炉渣（CFB）粉的0.47%），湿混9min；静置30min后在45MPa下保压50s，制得超强材料坯体；经静停3h后在90℃下饱和蒸汽养护6h，制得超高强材料L5，抗压强度见图3。
实施例4
将循环流化床炉渣（CFB）2400g、脱硫石膏2300g和石灰300g放入500×500mm标准球磨机粉磨60min，制得比表面积532 m2/kg的混合料，取700g混合料（其中脱硫石膏占总干基物料的32.2%、循环流化床炉渣（CFB）占总干基物料的33.6%、石灰占总干基物料的4.2%），和细度模数为2.8的砂浆再生集料300g（占总干基物料的30%）在混合机中干混3min；然后加入130g的水（占总干基物料的13%），湿混7min；静置30min后在45MPa下保压45s，制得超强材料坯体；经静停2h后在90℃下饱和蒸汽养护6h，制得超高强材料L6，抗压强度见图3。
实施例5
将循环流化床炉渣（CFB）1200g、钛石膏3300g放入500×500mm标准球磨机粉磨67min，制得比表面积400m2/kg的混合料，取750g混合料（其中循环流化床炉渣（CFB）占总干基物料的20%，钛石膏占总干基物料的55%），与比表面积800 m2/kg P·O42.5电石渣30g（占总干基物料的3%）和细度模数为3.2的炉渣颗粒220g（占总干基物料的22%）在混合机中干混5min；然后加入120g的水（占总干基物料的12%），水中额外加入0.4g碱性激发剂（占循环流化床炉渣（CFB）的0.2%），湿混3min；静置2h后在20MPa下保压1min，制得坯体；经静停0.5h后在70℃下饱和蒸汽养护3h，制得超高强材料L7。
实施例6
将循环流化床炉渣（CFB）3600g、柠檬酸石膏900g放入500×500mm标准球磨机粉磨58min，制得比表面积624 m2/kg的混合料，取750g混合料（其中循环流化床炉渣（CFB）占总干基物料的60%，柠檬酸石膏占总干基物料的15%），与比表面积380 m2/kg P·O42.5水泥30g（占总干基物料的3%）和细度模数为2.4的河砂100g和机制砂120g（总共占总干基物料的22%）在混合机中干混5min；然后加入150g的水（占总干基物料的15%），水中额外加入9.0g碱性激发剂（占循环流化床炉渣（CFB）的1.5%），湿混10min；静置30min后在50MPa下保压15s，制得坯体；在实验室（温度20℃～31℃，相对湿度67%～83%）自然养护28天得超高强材料L8，经静停2h后在95℃下饱和蒸汽养护24h，制得超高强材料L9。
实施例7
将循环流化床炉渣（CFB）1680g、脱硫石膏1000g和氟石膏500g放入500×500mm标准球磨机粉磨58min，制得比表面积624 m2/kg的混合料，取530g混合料（其中循环流化床炉渣（CFB）占总干基物料的28%，脱硫石膏和氟石膏占总干基物料的25%），与比表面积380 m2/kg P·O42.5水泥100g和石灰20g（总共占总干基物料的12%）和细度模数为2.4的河砂350g（占总干基物料的35%）在混合机中干混4min；然后加入180g的水（占总干基物料的18%），水中额外加入2.8g碱性激发剂（占循环流化床炉渣（CFB）的1.0%），湿混5min；静置60min后在30MPa下保压30s，制得坯体；经静停1h后在75℃下饱和蒸汽养护10h，制得超高强材料L10。
本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用循环硫化床炉渣制备建筑材料的方法，其特征在于包括步骤：
S1：以质量百分比计的如下原料制成干混料，循环硫化床炉渣20 % ~ 60%，石膏或工业副产石膏15% ~55 %，集料22% ~ 35 %，钙质胶凝材料3 % ~ 12 %；其中，循环硫化床炉渣、石膏或工业副产石膏和钙质胶凝材料采用单独粉磨后混合或者混合后粉磨的方式处理，制得混合粉体，控制混合粉体的比表面积在400m2/kg ~ 800 m2/kg；混合粉体与集料按比例混合3～5min制得所述的干混料；
S2:向步骤S1制得的干混料加入水或溶入了激发剂的水溶液湿混制得湿混料，其中水占全部固体物料干基质量的12% ~20 % ，激发剂为铝硅酸盐类工业废渣干基质量的0.2 %～1.5 %；
S3：将湿混料进行静置，静置时间为15 min～2h；
S4：将经步骤S3处理的物料进行静压成型得到坯体，成型压力为20MPa～50MPa，保压时间为15s～1min；
S5：将步骤S4制得的坯体进行自然养护28天或经静停0.5h～3h后蒸汽养护3h～24h，制得所述材料，其中蒸汽养护温度为70℃～95℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的工业副产石膏是以硫酸钙矿物为主要成分的工业废渣。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述工业副产石膏是指脱硫石膏、磷石膏、氟石膏、钛石膏、盐石膏、废模型石膏、柠檬酸石膏中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的钙质胶凝材料是以氧化钙、硅酸钙或铝酸钙为主要矿物的材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：钙质胶凝材料是指石灰、电石渣、水泥熟料和水泥中的一种或多种的组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的集料是粒径在0.1～10mm的河砂、机制砂、循环硫化床炉渣颗粒、矿渣颗粒、炉渣颗粒、建筑垃圾再生细集料、各种尾矿中的一种或几种的组合。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：干混料加入水或溶入了激发剂的水混合3～10 min制得湿混料。
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