CN108264323A - 用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板及其制备方法 - Google Patents

用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种隔墙条板，具体涉及一种用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板及其制备方法。包括以下重量百分数的原料：粉煤灰40％‑80％、脱硫石膏5％‑20％、骨料5％‑30％和外加剂5％‑20％，外加剂包括以下重量份数的成分：硅酸盐30‑35份、硼酸盐3‑5份、硫酸盐1‑2份、磷酸盐3‑5份、氢氧化物3‑5份、卤素盐1‑2份和木质素磺酸盐1‑5份。在外加剂各组分协同作用下，粉煤灰中各种氧化物发生键合反应，生成莫来石晶体结构、钙矾石晶体结构等硬化骨架，经外加剂处理后的粉煤灰表现出稳定的物理化学性能。本发明将难以处理的粉煤灰处理得到隔墙条板，具有优异的轻质、保温、强度高、防火防水等功能。

Description

用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种隔墙条板，具体涉及一种用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板及其制备方法。
背景技术
粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，粉煤灰是燃煤电厂排出的主要固体废物。
电厂的粉煤灰对环境的影响主要表现在:
①贮灰需占据大量的土地或农田,浪费土地资源,污染土壤；②扬尘污染空气。只要有四级以上的风力,即可将表层灰粒剥离扬弃,扬灰高度可达20～50m,悬浮于大气中的粉煤灰不仅影响能见度,而且在潮湿环境中会对建筑物、工程设施等表面造成腐蚀③湿法排灰会浪费水资源并造成地表水体的污染，粉煤灰进入水体,使水浊度大大增加,形成的沉积物会堵塞河床、使湖泊变浅,悬浮物和可溶物会恶化水质。④贮存在灰场的粉煤灰飘浮于大气中的粉煤灰降落到地面都会污染土壤,造成土质碱化及其他影响,影响农作物、植物生长及养殖业、畜牧业生产；⑤粉煤灰中含有重金属元素、有毒物质、放射性物质等有害物质污染环境并影响体健康。
目前,国内对粉煤灰综合利用主要集中在用于烧砖、筑路、做水泥和混凝土的掺合料、选取漂珠、改良土壤等方面,只有少部分用于化工工业和废水处理。
国内粉煤灰综合利用存在的问题
国内粉煤灰综合利用主要存在以下问题：(1)粉煤灰综合利用率偏低，据有关资料报道，我国粉煤灰综合利用率只有30％左右，而国外对粉煤灰的利用率达70％-80％。(2)粉煤灰综合利用途径相对狭窄，国内粉煤灰综合利用主要集中在筑路和建工建材领域，在其它领域使用较少，在化工工业和环保领域的使用也只处于起步阶段。(3)在综合利用过程中，尚存在对环境的某些负面影响，如贮灰场和运输车的扬尘污染、提取有用物质后废渣的处理、农用过程中重金属积累及建材制品的放射性问题等。(4)政策落实难，利用工作不尽人意。许多企业、基层干部及部分领导不知道有关粉煤灰综合利用政策。
目前对粉煤灰活性的激发主要有：(1)物理方法：粉煤灰的粉磨，分选和养护温度的控制。(2)化学方法：各类酸性激发、碱性激发、硫酸盐激发、氯盐外加剂。化学激发是相对简单有效的激发方法，只需直接加入少量外加剂，便能达到激发的目的。
粉煤灰外加剂目前存在的问题有国内外的外加剂主要是采用无机材料或有机材料和无机材料通过简单复配制成，适用性和稳定性都较差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板，利用脱硫石膏、粉煤灰，免煅烧工艺，成本低，保护环境，不会产生二次污染；制备的隔墙条板质量稳定，防火等级为A1级，具有优异的轻质、保温、强度高、防火、防水等功能；本发明还提供其制备方法。
本发明所述的用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板，包括以下重量百分数的原料制成：粉煤灰40％-80％、脱硫石膏5％-20％、骨料5％-30％和外加剂5％-20％，外加剂包括以下重量份数的成分：硅酸盐30-35份、硼酸盐3-5份、硫酸盐1-2份、磷酸盐3-5份、氢氧化物3-5份、卤素盐1-2份和木质素磺酸盐1-5份。
其中：
所述的硼酸盐选自硼酸钠或硼酸钙中的至少一种；
所述的硫酸盐选自硫酸钙、硫酸钠、硫酸亚铁、硫酸镁或硫酸铝中的至少一种；
所述的磷酸盐选自磷酸钠或偏磷酸钠中的至少一种；
所述的氢氧化物选自氢氧化钙或氢氧化钠中的至少一种；氢氧化物优选为氢氧化钙和氢氧化钠按重量比为2:1混合的混合物；
所述的卤素盐选自氯化钙、氯化钠、氯化铵或氯化铁中的至少一种，优选为CaCl2；
所述的木质素磺酸盐选自木质素磺酸钠或木质素磺酸钙的至少一种。
其中：
本发明粉煤灰为任何级别粉煤灰，含水率不受限制。
骨料为工业废渣、河砂、石英砂、碎石、建筑垃圾、煤矸石、尾矿渣中的一种或多种。骨料优选为工业废渣，工业废渣为钢渣、水渣、炉渣或电石泥中的一种或多种。工业废渣主要起到骨料的作用，在制品中中起骨架和支撑作用。
骨料粒径≤30mm，并要求连续级配。选用连续级配骨料能够降低骨料的空隙率和总表面积，提高强度、耐久性，改善和易性。
所述的硅酸盐为A组分、B组分和C组分按重量比为40-70：15-30：10的混合物，其中：A组分为硅酸二钙，B组分为硅酸三钙，C组分为硅酸钠、偏硅酸钠或硅酸钾中的至少一种。
本发明使用的磷酸盐在与其他原料混合时处于一定碱性条件下发生水合作用，磷酸盐与本发明中的钙离子、卤素离子发生多种反应生成氯基磷灰石、羟基磷灰石等，磷酸盐与本发明中的钙离子、氯离子发生多种反应生成磷灰石。
本发明添加木质素磺酸盐，木质素磺酸盐在制备时起到分散剂的作用，易于产品搅拌均匀，同时作为减水剂可大幅降低使用时的用水量，从而降低孔隙率以增强制品的密实度，提高制品强度。
本发明添加硼酸盐，以硼酸钠为例，硼酸钠在体系中电离分解，起到调节pH的作用，分子式：NaB4O7+2H2O＝2Na++2OH-+H2B4O7；同时将硼酸盐掺入到体系中能促使钙离子和氧化铝形成钙矾石，提高制品的致密度和强度。
本发明添加硫酸盐，硫酸盐外加剂在水合系统中溶解后电离出的SO42+，离子不仅能吸附在玻璃体表面，使反应活化点上的硅氧键和铝氧键断裂，协助OH-的腐蚀作用，还能与系统中已经生成的水合产物或原有活性物质反应产生钙矾石。钙矾石体积膨胀为水合反应提供了一些有利因素:一方面玻璃体内部一些活性物质随着钙矾石体积膨胀、玻璃体表面裂开而暴露出来，使火山灰反应物浓度增加；另一方面，Ca2+可以通过钙矾石松散的结构进入到玻璃体内部，增强水合反应。
所述的硅酸盐为A组分、B组分和C组分按重量比为40-70：15-30：10的混合物，其中：A组分为硅酸二钙，B组分为硅酸三钙，C组分为硅酸钠、偏硅酸钠或硅酸钾中的至少一种。采用该复合硅酸盐，具有高反应活性、水化快、放热量多的优点，其体系中高钙、高硫的化学环境有利于粉煤灰活性激发，Ca(OH)2吸收和钙矾石的快速大量形成。钙矾石生成速率加快，促进粉煤灰玻璃体中ALO2 -的溶出，粉煤灰玻璃体网络结构易被激活，解聚速率加快。并且硅酸钙矿物自身可水化形成C-S-H凝胶，凝胶将粉煤灰颗粒包裹粘接，形成强度。
硫酸盐激发主要是指是SO4 2-在Ca2+的作用下，与溶解于液相的活性Al2O3反应生成稳定的钙矾石；从而有利于Ca2+扩散到粉煤灰颗粒内部,与内部活性Al2O3和SiO2反应，提高粉煤灰活性激发的程度。硫酸盐加入系统后与Ca(OH)2结合，相当于生成了KOH或NaOH和CaSO4，KOH或NaOH的溶解度远大于Ca(OH)2，相当于增加了OH-的浓度，使反应活化点上的硅氧键和铝氧键断裂作用增强，加速粉煤灰表面玻璃体的解聚。
所述的氢氧化物优选为氢氧化钙和氢氧化钠按重量比为2:1混合的混合物，氢氧化钙与氢氧化钠协同对粉煤灰进行激发，氢氧化物占3-5份，含量如果过高，产物的比表面积会急剧下降，含量如果过低，对粉煤灰的激发作用差。
Si-OH-+NaOH→-Si-ONa+H2O
Si-O-Si-+2NaOH→2(-Si-ONa)+H2O
Si-ONa中的Na+可以被Ca2+置换，生成水合硅酸钙，置换出的Na+继续循环反应，使反应不断进行。
所述的卤素盐选自氯化钙、氯化钠、氯化铵或氯化铁中的至少一种；优选为氯化钙。CaCl2对粉煤灰活性的激发作用，主要通过形成水化氯铝酸盐、提高体Ca2+浓度和降低水化产物的ξ电位来实现。
本发明所述的用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板的制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：将原料按比例称重，备用；
(2)搅拌：利用卧式双辊搅拌机搅拌，依次加粉煤灰、脱硫石膏、骨料及外加剂，搅拌，然后加入水，再搅拌；
(3)陈化：将步骤(2)搅拌好的混合料送入陈化仓；
(4)成型、切割：将步骤(3)陈化好的混合料送入挤出机挤出成型，按照所需的条板长度进行切割；
(5)养护、码垛、打包：将步骤(4)中的条板避水避光自然养护，码垛，打包。
步骤(2)中加入水后的水料比为0.1-0.4。
步骤(2)为：利用卧式双辊搅拌机搅拌，依次加粉煤灰、脱硫石膏、骨料及外加剂，搅拌1-2min，然后加入水，再搅拌3-10min。
步骤(3)中在陈化仓中的陈化时间为30min-5h。
步骤(5)中养护时间为30min-6h。
本发明外加剂在粉煤灰里具有直接或间接发生粉煤灰表面化学改性、粉煤灰颗粒之间物质的改性，促进凝胶物质的产生和各种结构晶体生成的特点。随时间的增长，粉煤灰之间逐步形成C-S-H凝胶、钙矾石针状晶体、莫来石晶体，钠长石晶体，磷灰石晶体等硬化骨架。经过外加剂处理后的粉煤灰表现出稳定的物理化学性能，如抗压强度高等。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)在本发明外加剂各组分的协同作用下，粉煤灰中的各种氧化物发生键合反应，生成莫来石晶体结构、钙矾石晶体结构等硬化骨架，经过外加剂处理后的粉煤灰表现出稳定的物理化学性能如抗压强度等。
(2)本发明经大量研究，选择本发明特定外加剂，将难以处理的粉煤灰、脱硫石膏和工业废渣处理得到隔墙条板；具有重大意义。
(3)本发明利用脱硫石膏、粉煤灰，免煅烧工艺，成本低，保护了环境，不会产生二次污染。
(4)本发明所用原料易得，制备的粉煤灰脱硫石膏隔墙条板，质量稳定，防火等级为A1级，具有优异的轻质、保温、强度高、防火、防水等功能。
(5)本发明制作工艺简单，符合节能环保的国家政策。
附图说明
图1是本发明实施例1制备的隔墙条板的SEM电子图像；
图2是本发明实施例1制备的隔墙条板的SEM电子图像；
图3是本发明实施例1制备的隔墙条板的SEM电子图像。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种隔墙条板，由以下重量百分数的原料制成：
粉煤灰：50％
脱硫石膏：10％
水渣：30％
外加剂：10％。
外加剂包括以下重量份数的成分：硅酸盐30份、硼酸盐3份、硫酸盐1.5份、磷酸盐4份、氢氧化物3份、卤素盐1.5份和木质素磺酸盐1份。
所述的硅酸盐为硅酸二钙、硅酸三钙和硅酸钠按重量比为70：30：10的混合物；
所述的硼酸盐选自硼酸钠和硼酸钙等重量比的混合物；
所述的硫酸盐选自硫酸钙和硫酸铝等重量比的混合物；
所述的磷酸盐选自磷酸钠；
所述的氢氧化物为氢氧化钙和氢氧化钠按重量比为2:1混合的混合物；
所述的卤素盐为CaCl2。
制备方法，包括以下步骤：
(1)配料：将原料按比例称重，备用；
(2)搅拌：利用卧式双辊搅拌机搅拌，依次加粉煤灰、石膏、骨料及外加剂，搅拌1-2min，然后加入水，再搅拌3-10min，水料比为0.3；
(3)陈化：将步骤(2)搅拌好的混合料送入陈化仓，陈化时间为30min-5h；
(4)成型、切割：将步骤(3)陈化好的混合料送入挤出机挤出成型，按照所需的条板长度进行切割；
(5)养护、码垛、打包：将步骤(4)中的条板避水避光自然养护，养护时间为30min-6h，码垛，打包。
对制备得到的隔墙条板进行测试：
首先进行X射线衍射分析，结果如下：
通过上述XRD分析结果，可见通过添加外加剂形成了莫来石、钠长石等矿物，这些矿物作为硬质骨架可起到支撑强度的作用，从而提高产品的力学性能。
实施例2
一种隔墙条板，由以下重量百分数的原料制成：
粉煤灰：70％
脱硫石膏10％
水渣：15％
外加剂：5％。
外加剂包括以下重量份数的成分：硅酸盐35份、硼酸盐5份、硫酸盐2份、磷酸盐5份、氢氧化物5份、卤素盐2份和木质素磺酸盐5份。
所述的硅酸盐为硅酸二钙、硅酸三钙和偏硅酸钠按重量比为40：15：10的混合物；
所述的硼酸盐选自硼酸钙；
所述的硫酸盐选自硫酸铝；
所述的磷酸盐选自偏磷酸钠；
所述的氢氧化物为氢氧化钙和氢氧化钠按重量比为2:1混合的混合物；
所述的卤素盐为CaCl2。
实施例2制备方法与实施例1相同。
对制备得到的隔墙条板进行测试：
首先进行X射线衍射分析，结果如下：
通过上述XRD分析结果，可见通过添加外加剂形成了莫来石等矿物，这些矿物作为硬质骨架可起到支撑强度的作用，从而提高产品的力学性能。
图1、图2、图3是本发明实施例1制备的隔墙条板不同地方的SEM电子图像。通过SEM电子图像，可观察到球形的粉煤灰表面覆盖的一层C-S-H凝胶(图1)，将粉煤灰颗粒胶结在了一起，形成了连续的结构，并且可以得出玻璃化的粉煤灰表面已经被激发解聚的结论。观察SEM图像，图2可以明显看到在制品的内部形成了针状、层状晶体，图3可以明显看出在制品的内部形成了板状晶体，这些晶体作为硬质骨架以提供强度。并观察到粉煤灰的表明也有晶体产生，也可以得出玻璃化的粉煤灰表面已经被激发解聚的结论。

Claims (10)

1.一种用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板，其特征在于：包括以下重量百分数的原料制成：粉煤灰40％-80％、脱硫石膏5％-20％、骨料5％-30％和外加剂5％-20％，外加剂包括以下重量份数的成分：硅酸盐30-35份、硼酸盐3-5份、硫酸盐1-2份、磷酸盐3-5份、氢氧化物3-5份、卤素盐1-2份和木质素磺酸盐1-5份。
2.根据权利要求1所述的用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板，其特征在于：所述的硅酸盐为A组分、B组分和C组分按重量比为40-70：15-30：10的混合物，其中：A组分为硅酸二钙，B组分为硅酸三钙，C组分为硅酸钠、偏硅酸钠或硅酸钾中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板，其特征在于：
所述的硼酸盐选自硼酸钠或硼酸钙中的至少一种；
所述的硫酸盐选自硫酸钙、硫酸钠、硫酸亚铁、硫酸镁或硫酸铝中的至少一种；
所述的磷酸盐选自磷酸钠或偏磷酸钠中的至少一种；
所述的氢氧化物选自氢氧化钙或氢氧化钠中的至少一种；
所述的卤素盐选自氯化钙、氯化钠、氯化铵或氯化铁中的至少一种；
木质素磺酸盐选自木质素磺酸钠或木质素磺酸钙的至少一种。
4.根据权利要求3所述的用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板，其特征在于：
氢氧化物为氢氧化钙和氢氧化钠按重量比为2:1混合的混合物；
卤素盐为CaCl2。
5.根据权利要求1所述的用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板，其特征在于：骨料为工业废渣，工业废渣为钢渣、水渣、炉渣或电石泥中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板，其特征在于：骨料粒径≤30mm，并要求连续级配。
7.一种权利要求1-6任一所述的用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)配料：将原料按比例称重，备用；
(2)搅拌：利用卧式双辊搅拌机搅拌，依次加粉煤灰、脱硫石膏、骨料及外加剂，搅拌，然后加入水，再搅拌；
(3)陈化：将步骤(2)搅拌好的混合料送入陈化仓；
(4)成型、切割：将步骤(3)陈化好的混合料送入挤出机挤出成型，按照所需的条板长度进行切割；
(5)养护、码垛、打包：将步骤(4)中的条板避水避光自然养护，码垛，打包。
8.根据权利要求7所述的用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板的制备方法，其特征在于：步骤(2)中加入水后的水料比为0.1-0.4。
9.根据权利要求7所述的用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板的制备方法，其特征在于：
步骤(2)为：利用卧式双辊搅拌机搅拌，依次加粉煤灰、脱硫石膏、骨料及外加剂，搅拌1-2min，然后加入水，再搅拌3-10min。
10.根据权利要求7所述的用粉煤灰和脱硫石膏制备的隔墙条板的制备方法，其特征在于：
步骤(3)中在陈化仓中的陈化时间为30min-5h；
步骤(5)中养护时间为30min-6h。
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