CN107304108B - 利用低品位石灰石制备混凝土膨胀熟料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用低品位石灰石制备混凝土膨胀熟料的方法，以低品位石灰石尾矿为主要钙质原料，以电石渣为钙质原料的调节料，以脱硫石膏为硫质原料，以高铝煤矸石为铝质原料，按重量份数由低品位石灰石50~55份，电石渣25~30份，脱硫石膏5~15份，高铝煤矸石10~15份原料制成。本发明为以废治废开辟了一条制备混凝土膨胀熟料的新途径，很好的解决了工业废弃物对生态环境造成污染的社会问题，实现了资源的再利用，降低了混凝土膨胀熟料的生产成本，提高了混凝土膨胀熟料的市场竞争力，具有显著的社会经济效益。

Description

利用低品位石灰石制备混凝土膨胀熟料的方法

技术领域

本发明涉及资源综合利用技术领域，更具体地说，涉及一种利用低品位石灰石制备混凝土膨胀熟料的方法。

背景技术

水泥混凝土是一种水硬性胶凝材料，在其水化硬化过程中会出现体积缩小现象，约束条件下的收缩在结构内部产生收缩应力，该应力超过混凝土抗拉强度时就会导致混凝土开裂形成收缩裂缝。为了抑制由收缩引起的水泥混凝土的开裂，可采用掺入纤维、减缩剂、养护剂、减蒸剂等多种方法，其中最经济易行的办法是掺加膨胀剂，以膨胀剂水化产生的膨胀来补偿混凝土收缩。根据膨胀源种类可将膨胀剂分为钙矾石型、氧化钙型和氧化镁型，目前应用最广泛的膨胀剂当属氧化钙型。

公开号为CN101333083A的中国专利公开了一种高性能膨胀性水泥熟料及其制备得到的系列膨胀剂。采用石灰石、矾土、石膏和铁粉为原料，对原材料的品质要求为石灰石中CaO含量≥50％、矾土中Al₂O₃含量≥70％、石膏中SO₃含量≥48％以及铁粉中Fe₂O₃含量≥80％。

公开号为CN101774777A的中国专利公开了一种氧化钙类膨胀剂的制备方法。采用石灰石、石膏和铜渣为原料，对原材料的品质要求为石灰石中CaO含量≥53％、石膏中SO₃含量≥48％以及铜渣中CuO含量≥75％。

公开号为CN1369455A的中国专利公开了一种高效硫铝酸钙型膨胀剂及工艺。采用石灰石、铝矾土和石膏为原料，对原材料的品质要求为石灰石中CaO含量≥53％、铝矾土中Al₂O₃含量≥70％、石膏中SO₃含量≥48％。

公开号为CN103951302A的中国专利公开了一种多用途高钙膨胀熟料及其制备方法。采用石灰石和铁粉为原料，对原材料的品质要求为石灰石中CaO含量≥54％、铁粉中Fe₂O₃含量≥70％。

上述膨胀剂的制备方法多以石灰石、矾土和石膏为原料，对原材料的品质要求高。石灰石中CaO含量的最低品位要求大于50％，矾土中Al₂O₃含量的最低品位要求大于70％，石膏中SO₃含量的最低品位要求大于48％。

随着我国工业化、城镇化的迅速发展，各行各业对高品位矿石的开采加速，相应伴生的低品位尾矿及其工业废弃物的堆存越来越多，大量尾矿及工业废弃物的长期堆存不仅占用了土地资源，而且严重污染了人类生活的环境，不利于资源的可持续发展和资源的回收再利用。

如何合理有效的利用低品位尾矿及其工业废弃物已成为十分严峻的问题。

传统膨胀熟料多采用高品位石灰石、矾土和石膏为原料进行制备，制备的膨胀熟料不仅经济成本较高，而且受高品位矿石产地的影响较明显，无法满足基于膨胀剂应用市场需求进行膨胀熟料生产线建设的需要。如何利用廉价易得的材料制备性能优异的膨胀熟料是膨胀剂行业面临的重要课题。

石灰石是制造水泥、石灰等建筑材料的主要原料，现有的水泥、石灰生产技术多采用CaO含量在46％以上的高品位石灰石，消耗了大量的优质石灰石资源，并相应的伴生出大量的石灰石尾矿。石灰石尾矿是石灰石矿的副产品，是石灰石矿山开采、筛选后遗弃堆存的CaO含量低、颗粒尺寸小的矿石。随着我国水泥产业的蓬勃发展，高品位石灰石资源的急剧减少，而低品位的石灰石尾矿明显增多，提高石灰石资源的利用率，充分利用低品位石灰石资源生产新型建筑材料，对石灰石资源的综合利用具有现实意义。

电石渣是化工行业以电石为原料生产乙炔、聚氯乙烯、聚乙烯醇等产品时，电石与水反应生成乙炔气体的过程中产生的工业废弃物，其主要化学成分为Ca(OH)₂，排放量约为电石产量的75％～85％。电石渣具有强碱性，属于Ⅱ类工业固体废弃物，其污染严重，难以处理，若长期堆积不但占用大量土地，而且对土地有严重的侵蚀作用。

目前利用电石渣制水泥已经成为大规模处置电石渣的唯一途径，但受水泥产能过剩及市场价格因素影响，电石渣制备生产的水泥缺乏足够的技术经济竞争优势，导致电石渣在水泥行业中的应用受到限制。要想实现电石渣的高附加值利用，只有在技术上谋求突破，寻求新的治理工艺，综合利用，化害为利，变废为宝。

脱硫石膏是火力发电厂的烟气脱硫装置采用石灰石—石膏湿法烟气脱硫系统时，由SO₂和CaCO₃反应生成的一种工业副产石膏，主要成分为CaSO₄·2H₂O，还有一些杂质,如未反应完全的碳酸钙，以及少量的钾盐和钠盐。脱硫石膏的利用往往只是一种理论上的说法。

我国的矿石膏(CaSO4)资源相当丰富，已探明的储量超过10亿吨，这种矿石膏容易开采、价廉物美，被大量用作建筑物装饰材料和雕塑材料，还广泛地应用于铸造、陶瓷、医疗、化妆品、食品等领域。

而脱硫石膏含有多种杂质，松散如豆腐渣状，其抗压强度、抗拉强度等都无法与矿石膏竞争，因而是价不廉物不美，没人愿意采用，最终不得不作抛弃处理，占用百万亩以上的土地。

专家认为，虽然转换了形态，脱硫石膏还是一种危害严重的污染源，如不采取积极有效的措施，数量惊人的脱硫石膏将可能对土地、地下水和大气环境造成新的污染。

煤矸石是一种与煤伴生的发热量低、灰分高，主要由含碳岩石和其他岩石组成的混合物。我国在利用煤炭作为主要能源的同时，也排出大量的煤矸石，随着煤炭产量逐年增加，煤矸石积累的也愈来愈多，成为我国排放量最大的工业固体废弃物之一。目前国内对煤矸石的利用多集中在回填煤矿采空区、铺路、土壤改良、做建筑材料和发电等。其中利用煤矸石在沸腾炉燃烧产生的热量来发电或供暖，是煤矸石能源化再利用的最有效方式，但是煤矸石燃烧后将产生大量的灰渣，如果处理不当会对环境产生二次污染。煤矸石中即含有较多的Al₂O₃、SiO₂等矿物资源，又含有一定发热量的可燃能源，如何实现煤矸石矿物资源和可燃能源的综合开发利用，以此来提高煤矸石附加值，是社会经济可持续发展节能减排的必然要求。

在提倡可持续发展的今天，能源资源的高效利用和环境保护问题受到越来越多人的关注。如何充分利用工业生产过程中副产的大量石灰石尾矿、电石渣、脱硫石膏及煤矸石的有效成分，成为亟待解决的技术问题，但现有的技术中尚没有很好的解决办法。特别是关于综合利用石灰石尾矿、电石渣、脱硫石膏及煤矸石中富含的钙质、硫质和铝质矿物资源及一部分的发热能源，生产制备混凝土膨胀熟料的方法也未见报道。

发明内容

针对目前膨胀熟料及膨胀剂的制备过程中，普遍采用高品位石灰石、石膏和矾土为原料，给矿物资源的可持续发展带来不可逆影响等问题，本发明提供一种利用低品位石灰石制备混凝土膨胀熟料及其制备方法。

本发明所述低品位石灰石制备混凝土膨胀熟料以低品位石灰石尾矿为主要钙质原料、以电石渣为钙质原料的调节料、以脱硫石膏为硫质原料及高铝煤矸石为铝质原料制备混凝土膨胀熟料的方法。

本发明所述利用低品位石灰石制备的混凝土膨胀熟料由四大组分按下述重量份数比组成：

所述低品位石灰石为石灰石尾矿，CaO含量42％～45％

所述电石渣为干排电石渣，用于调节低品位石灰石中的CaO含量，其含水率≤10％，CaO含量≥65％；

所述脱硫石膏为含水率≤1％的干粉，颗粒细度250～325目，SO₃含量≥42％；

所述高铝煤矸石中Al₂O₃含量≥35％，发热值2000kcal/kg～3000kcal/kg。

本发明所述的利用工业废渣的混凝土膨胀熟料的制备方法如下：

⑴先将低品位石灰石和高铝煤矸石两种原料按上述重量份数配料后送入球磨机粉磨至200～250目，粉磨后得到混合物料，将其送入混合物料库存储；

⑵经装载机将电石渣装入给料箱，通过卸料输送机和皮带输送机送至叶轮给料机，然后经过打散机将打散过的电石渣喂入旋风干燥机，与从窑尾引入的热烟气进行充分的热交换，烘干后电石渣干粉经旋风收尘器收集后送入电石渣干粉库存储；

⑶将步骤⑴所得的混合物料与⑵所得的电石渣干粉及外购的脱硫石膏粉经各自存储库底的自动配料系统配料，经混合机混合均匀后送入生料库存储；

⑷生料库内的生料粉经库底卸料装置、空气输送斜槽、斗式提升机输送至窑尾稳流喂料小仓，由固体流量计计量后喂入回转窑煅烧，煅烧温度为1250℃～1350℃，煅烧时间为40～60分钟，得到混凝土膨胀熟料。

⑸经回转窑煅烧的混凝土膨胀熟料由窑头卸出，冷却后粉磨至比表面积为200～300m²/kg，即得到本发明一种利用低品位石灰石制备的混凝土膨胀熟料。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

⑴本发明以低品位石灰石尾矿为主要钙质原料，以电石渣为钙质原料的补充调节料，通过低品位石灰石尾矿和电石渣的复合，调配了钙质原料中CaO含量，实现了低品位石灰石尾矿的高品位应用。

⑵本发明以低品位石灰石尾矿、电石渣、脱硫石膏和高铝煤矸石四种工业废弃物为原料，通过以废治废开辟了一条制备混凝土膨胀熟料的新途径，很好的解决了工业废渣对生态环境造成污染的社会问题，实现了资源的再利用。

⑶本发明充分利用高铝煤矸石中热值能源，使煤矸石在熟料烧成过程中放出自身热量，有效降低了膨胀熟料的烧成热耗，在保护环境的同时有效降低了生产成本，显著增加了膨胀熟料的市场竞争力。

⑷本发明的工艺充分利用窑尾尾气的余热烘干电石渣，实现了能量的梯级合理利用，节能效果显著。

⑸本发明所用原料均为工业废弃物，不受矿产资源地理位置限制，且廉价易得，与现有的以高品位石灰石、石膏和铝矾土为原料制备的膨胀熟料相比，生产成本低、市场竞争力强，便于推广应用。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详细说明。本发明下述实施例中使用的低品位石灰石来自江苏船山矿业股份有限公司；电石渣来自安徽华塑股份有限公司；脱硫石膏来自江苏华电句容发电有限公司；高铝煤矸石来源山西大同矿区。

实施例1

本发明实施例1混凝土膨胀熟料按重量份数由下列原料组成：

本实施例1混凝土膨胀熟料的制备方法包括如下步骤：

⑴先将50份低品位石灰石和15份高铝煤矸石按比例配料后送入球磨机粉磨至200目，其后送入混合物料库存储；

⑵经装载机将电石渣装入给料箱，通过卸料输送机和皮带输送机送至叶轮给料机，然后经过打散机将打散过的电石渣喂入旋风干燥机，与从窑尾引入的热烟气进行充分的热交换，烘干后电石渣干粉经旋风收尘器收集后送入电石渣干粉库存储；

⑶通过存储库库底的自动配料系统将65份混合物料、25份电石渣和10份脱硫石膏送入混合机，经混合机混合均匀后送入生料库存储；

⑷生料库内的生料粉经库底卸料装置、空气输送斜槽、斗式提升机输送至窑尾稳流喂料小仓，由固体流量计计量后喂入回转窑煅烧，煅烧温度为1250℃，煅烧时间为60分钟。

⑸经回转窑煅烧的混凝土膨胀熟料由窑头卸出，冷却后粉磨至比表面积为300m²/kg，即得到本发明一种利用低品位石灰石制备的混凝土膨胀熟料H1。

采用GB8076规定的基准水泥，在水泥中掺入10％％的本发明所制得膨胀熟料H1，按照GB23439-2009《混凝土膨胀剂》的规定进行检测，其物理性能见表1。

表1

实施例2

本发明实施例2混凝土膨胀熟料按重量份数由下列原料组成：

本实施例2混凝土膨胀熟料的制备方法包括如下步骤：

⑴先将55份低品位石灰石和10份高铝煤矸石按比例配料后送入球磨机粉磨至250目，其后送入混合物料库存储；

⑵经装载机将电石渣装入给料箱，通过卸料输送机和皮带输送机送至叶轮给料机，然后经过打散机将打散过的电石渣喂入旋风干燥机，与从窑尾引入的热烟气进行充分的热交换，烘干后电石渣干粉经旋风收尘器收集后送入电石渣干粉库存储；

⑶通过存储库库底的自动配料系统将65份混合物料、30份电石渣和5份脱硫石膏送入混合机，经混合机混合均匀后送入生料库存储；

⑷生料库内的生料粉经库底卸料装置、空气输送斜槽、斗式提升机输送至窑尾稳流喂料小仓，由固体流量计计量后喂入回转窑煅烧，煅烧温度为1350℃，煅烧时间为40分钟。

⑸经回转窑煅烧的混凝土膨胀熟料由窑头卸出，冷却后粉磨至比表面积为250m²/kg，即得到本发明一种利用低品位石灰石制备的混凝土膨胀熟料H2。

采用GB8076规定的基准水泥，在水泥中掺入10％％的本发明所制得膨胀熟料H2，按照GB23439-2009《混凝土膨胀剂》的规定进行检测，其物理性能见表2。

表2

实施例3

本发明实施例3混凝土膨胀熟料按重量份数由下列原料组成：

本实施例3混凝土膨胀熟料的制备方法包括如下步骤：

⑴先将50份低品位石灰石和10份高铝煤矸石按比例配料后送入球磨机粉磨至200目，其后送入混合物料库存储；

⑵经装载机将电石渣装入给料箱，通过卸料输送机和皮带输送机送至叶轮给料机，然后经过打散机将打散过的电石渣喂入旋风干燥机，与从窑尾引入的热烟气进行充分的热交换，烘干后电石渣干粉经旋风收尘器收集后送入电石渣干粉库存储；

⑶通过存储库库底的自动配料系统将60份混合物料、25份电石渣和15份脱硫石膏送入混合机，经混合机混合均匀后送入生料库存储；

⑷生料库内的生料粉经库底卸料装置、空气输送斜槽、斗式提升机输送至窑尾稳流喂料小仓，由固体流量计计量后喂入回转窑煅烧，煅烧温度为1350℃，煅烧时间为40分钟。

⑸经回转窑煅烧的混凝土膨胀熟料由窑头卸出，冷却后粉磨至比表面积为250m²/kg，即得到本发明一种利用低品位石灰石制备的混凝土膨胀熟料H3。

采用GB8076规定的基准水泥，在水泥中掺入10％％的本发明所制得膨胀熟料H3，按照GB23439-2009《混凝土膨胀剂》的规定进行检测，其物理性能见表3。

表3

实施例4

本发明实施例4混凝土膨胀熟料按重量份数由下列原料组成：

本实施例1混凝土膨胀熟料的制备方法包括如下步骤：

⑴先将52份低品位石灰石和10份高铝煤矸石按比例配料后送入球磨机粉磨至250目，其后送入混合物料库存储；

⑵经装载机将电石渣装入给料箱，通过卸料输送机和皮带输送机送至叶轮给料机，然后经过打散机将打散过的电石渣喂入旋风干燥机，与从窑尾引入的热烟气进行充分的热交换，烘干后电石渣干粉经旋风收尘器收集后送入电石渣干粉库存储；

⑶通过存储库库底的自动配料系统将62份混合物料、28份电石渣和10份脱硫石膏送入混合机，经混合机混合均匀后送入生料库存储；

⑷生料库内的生料粉经库底卸料装置、空气输送斜槽、斗式提升机输送至窑尾稳流喂料小仓，由固体流量计计量后喂入回转窑煅烧，煅烧温度为1300℃，煅烧时间为50分钟。

⑸经回转窑煅烧的混凝土膨胀熟料由窑头卸出，冷却后粉磨至比表面积为200m²/kg，即得到本发明一种利用低品位石灰石制备的混凝土膨胀熟料H4。

采用GB8076规定的基准水泥，在水泥中掺入10％％的本发明所制得膨胀熟料H4，按照GB23439-2009《混凝土膨胀剂》的规定进行检测，其物理性能见表4。

表4

对比例1：缺少电石渣，其余与实施例1相同。

对比例2：缺少脱硫石膏，其余与实施例1相同。

对比例3：缺少高铝煤矸石，其余与实施例1相同。

采用GB8076规定的基准水泥，在水泥中掺入10％％的对比例1-3所得膨胀熟料，按照GB23439-2009《混凝土膨胀剂》的规定进行检测，其物理性能见表5。

Claims (1)

1.一种利用低品位石灰石制备的混凝土膨胀熟料，其特征在于，由四大组分按下述重量份数比组成：

所述低品位石灰石为石灰石尾矿，CaO含量42％～45％；

所述电石渣为干排电石渣，用于调节低品位石灰石中的CaO含量，其含水率≤10％，CaO含量≥65％；

所述脱硫石膏为含水率≤1％的干粉，颗粒细度250～325目，SO₃含量≥42％；

所述高铝煤矸石中Al₂O₃含量≥35％，发热值2000kcal/kg～3000kcal/kg；

所述的利用低品位石灰石制备的混凝土膨胀熟料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

⑴先将低品位石灰石和高铝煤矸石两种原料按上述重量份数配料后送入球磨机粉磨至200～250目，粉磨后得到混合物料，将其送入混合物料库存储；

⑵经装载机将电石渣装入给料箱，通过卸料输送机和皮带输送机送至叶轮给料机，然后经过打散机将打散过的电石渣喂入旋风干燥机，与从窑尾引入的热烟气进行充分的热交换，烘干后电石渣干粉经旋风收尘器收集后送入电石渣干粉库存储；

⑶将步骤⑴所得的混合物料与步骤⑵所得的电石渣干粉及外购的脱硫石膏粉经各自存储库底的自动配料系统配料，经混合机混合均匀后送入生料库存储；

⑷生料库内的生料粉经库底卸料装置、空气输送斜槽、斗式提升机输送至窑尾稳流喂料小仓，由固体流量计计量后喂入回转窑煅烧，煅烧温度为1250℃～1350℃，煅烧时间为40～60分钟，得到混凝土膨胀熟料；

⑸经回转窑煅烧的混凝土膨胀熟料由窑头卸出，冷却后粉磨至比表面积为200～300m²/㎏，即得到所述的利用低品位石灰石制备的混凝土膨胀熟料。