CN109133683A - 一种煤矸石综合一体化利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤矸石综合一体化利用方法，涉及煤矸石的应用技术领域。所述方法包括：1)以煤矸石、脱硫石膏、铝灰、电渣石制备硫铝酸盐胶凝材料；2)以煤矸石、城市污泥制备轻质高强陶粒；3)利用步骤1)中硬硫铝酸盐胶凝材料对煤矸石进行包覆改性，制备煤矸石生态骨料；4)以步骤1)中硫铝酸盐胶凝材料、步骤3)中煤矸石生态骨料为原料，制备透水混凝土；5)以步骤1)中硫铝酸盐胶凝材料、步骤2)中轻质高强陶粒、步骤3)中煤矸石生态骨料为原料，制备轻质生态混凝土。本发明以煤矸石为主要原料，以脱硫石膏、铝灰、石灰石、城市污泥等为辅助原料，对煤矸石进行了多级化的交叉、综合利用，实现了煤矸石的高附加值利用。

Description

一种煤矸石综合一体化利用方法
技术领域
本发明涉及煤矸石的应用技术领域，尤其涉及一种利用煤矸石制备多级建筑产品的工业固废再利用的方法。
背景技术
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al2O3、SiO2，另外还含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和碳以及微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。
煤矸石是我国排放量最大的工业废物，约占我国工业固体废物的四分之一。有关部门的材料显示，全国历年累计堆存的煤矸石约36亿吨，规模较大的矸石山约2600座，占地1.2万公顷。随着我国现代化建设事业的发展和环境保护工作力度的加大、洁净煤技术的发展和采煤机械化水平的提高，煤矸石、煤泥等排放量还要增加。
近几年来，随着煤炭生产的高速增长，每年新增煤矸石8000万吨左右。大量的煤矸石弃置不用，不仅占用大片土地，浪费大量土地资源，煤矸石中的硫化物逸出或浸出还会污染大气、土壤和水体，对人类的生活和健康造成巨大的安全隐患。另外，矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成严重灾害等。煤矸石山的大量产生不仅危害生态环境，更对人类的生活和健康构成危害。因此需要加强煤矸石的组分、结构与特性等基础方面的研究，根据煤矸石的特性和实际需要，开发新的利用途径，加快煤矸石的综合利用步伐。煤矸石应用于道路材料，可以实现固体废弃物的无害化、减量化和资源化，具有显著的经济效益、社会效益和环境效益，有着很好的前景和重要的意义。
目前，我国煤矸石的综合利用率在75％左右，由于其巨大的产生量和堆存量，每年还有大量的煤矸石山亟待处理。我国针对煤矸石的研究有很多，利用煤矸石作为制造建筑材料的原料，不但工艺简单，而且用量大，可以全部利用，是煤矸石利用的主要途径，包括煤矸石制砖，煤矸石改性可以生产矸石砖空心砖，且利用煤矸石制砖不需要燃料，实现了制砖不用黏土、烧砖不用燃料的效果，取得了良好的环境和经济效益。还有煤矸石制水泥、混凝土、陶瓷、煤矸石吸附剂等。
然而，上述现有技术中针对煤矸石的利用要么利用途径比较单一，要么产品附加值比较低，导致对煤矸石缺乏系统的利用方法，因此，有必要研究和开发煤矸石的综合一体化利用方法，以期实现煤矸石的高效率和高附加值利用。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种煤矸石综合一体化利用方法。本发明以煤矸石为主要原料，以脱硫石膏、铝灰、石灰石、城市污泥等为辅助原料，对煤矸石进行了多级化的交叉、综合利用，制备出了硫铝酸盐绿色胶凝材料、轻质高强陶粒、煤矸石生态骨料、透水混凝土、轻质生态混凝土等多种建材产品，实现了煤矸石的高附加值、综合利用，且本发明的制备方法、所需设备简单，利于工业化生产，极具应用前景。
为实现上述发明目的，具体的，本发明公开了下述技术方案：
一种煤矸石综合一体化利用方法，包括如下步骤：
(1)将煤矸石、脱硫石膏、铝灰、电渣石混合均匀后，经低温煅烧后制备硫铝酸盐胶凝材料；
(2)利用煤矸石、城市污泥经低温煅烧后制备轻质高强陶粒；
(3)利用步骤(1)制备的硬硫铝酸盐胶凝材料对煤矸石进行包覆改性，制备煤矸石生态骨料；
(4)以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，制备透水混凝土；
(5)以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(2)制备的轻质高强陶粒、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，制备轻质生态混凝土。
步骤(1)中，所述胶凝材料的制备方法包括如下步骤：
1)先将大块的煤矸石破碎，然后将粒径大于25mm和低于5mm煤矸石筛分出来，留下粒径5-25mm煤矸石备用；
2)将筛余的大于25mm和小于5mm的煤矸石协同脱硫石膏、铝灰、电渣石经过研磨、混合均匀后煅烧，即得硫铝酸盐胶凝材料。
所述胶凝材料的制备方法的步骤2)中，按质量百分比计，煤矸石、脱硫石膏、铝灰、电石渣的比例为：20-30％，20-30％，20-30％，30-40％。
所述胶凝材料的制备方法的步骤2)中，煅烧温度为1250±50℃，时间为1-3h。
所述胶凝材料的制备方法的步骤2)中，制备的胶凝材料比表面积为400-450kg/m2。
所述胶凝材料的制备方法的步骤2)中，制备的胶凝材料养护1d、3d、28d的抗压强度为分别为50、65、90MPa。
步骤(2)中，所述制备轻质高强陶粒的方法为：以质量百分数计，取步骤(1)中的粒径5-25mm的煤矸石60-90％，取城市污泥10-40％，经混合、搅拌、粉磨、造粒，造粒完成后取陶粒生坯，烘干后低温煅烧制得轻质高强陶粒。
所述制备轻质高强陶粒的方法中，烘干温度和时间分别为110℃、2h。
所述制备轻质高强陶粒的方法中，低温煅烧温度为1070±20℃，时间为1h。
所述制备轻质高强陶粒的方法中，制备的陶粒的堆积密度900Kg/m3，筒压强度6.0MPa，1h吸水率≤10％。
所述制备轻质高强陶粒的方法中，制备的轻质高强陶粒的堆积密度为600-1000Kg/m3筒压强度为4.0-6.5MPa，1h吸水率≤10％。
步骤(3)中，所述包覆改性的方法为：以步骤(1)中的粒径5-25mm的煤矸石、胶凝材料为原料，用圆盘型造粒机，圆盘在电机带动下旋转带动煤矸石旋转，旋转的同时向煤矸石喷水，待煤矸石表面润湿后再喷撒步骤(1)中制备的胶凝材料，直至煤矸石表面包覆一层均匀致密的胶凝材料形成的外壳，即得煤矸石生态骨料。
所述包覆改性的方法中，制备的煤矸石生态骨料的平均压碎值9％，吸水率1.9％。
步骤(4)中，所述制备透水混凝土的方法包括如下步骤：
1)按质量百分比计，以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，按骨胶比(煤矸石生态骨料与胶凝材料的质量比)3-3.5:1将原料混合；
2)按相应水胶比(水和胶凝材料的质量比)0.28-0.36：1向步骤1)中的混合原料中加水，然后按占胶凝材料掺量的0.1％-0.3％加入聚羧酸减水剂，最后搅拌制浆，将均匀的浆体装入磨具中震动、成型，即得透水混凝土。
所述制备透水混凝土的方法的步骤1)中，煤矸石生态骨料的粒径为5-10mm。
所述制备透水混凝土的方法的步骤2)中，搅拌制浆时，搅拌时间为3-5min。
所述制备透水混凝土的方法的步骤2)中，制得的透水混凝土的孔隙率为15％-30％。
所述制备透水混凝土的方法的步骤2)中，制得的透水混凝土的抗压强度为25-35MPa。
所述制备透水混凝土的方法的步骤2)中，制得的透水混凝土的透水系数≥1.0×10-2cm/s。
所述制备透水混凝土的方法的步骤2)中，制得的透水混凝土的D25抗冻性测试抗压强度损失率<15％，质量损失<5％。
步骤(5)中，所述生态混凝土的制备方法包括如下步骤：
1)以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(2)制备的轻质高强陶粒、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，所述煤矸石生态骨料粒径尺寸为5-25mm；
2)将轻质高强陶粒预湿处理，防止出现上浮现象；
3)以体积分数比(Kg/m3)计，按胶凝材料、轻质高强陶粒、矸石生态骨料、粉煤灰、标准砂＝400：200-350：200-350：50-80：770的比例准备物料，所述轻质高强陶粒为步骤2)中经过预湿处理的陶粒，用水量和凝胶材料的质量比为0.28-0.30；
4)然后先将步骤(2)中轻质高强陶粒、煤矸石生态骨料、粉煤灰按比例混合均匀后，按比例加入胶凝材料、标准砂，继续混合均匀，然后加水制浆、成型，即得生态混凝土。
优选的，所述生态混凝土的制备方法的步骤1)中，胶凝材料的比表面积400-450Kg/m2，采用0.08mm方孔筛筛余百分数控制在3％以下；轻质高强陶粒粒径为5-20mm，堆积密度900Kg/m3，筒压强度6.0MPa，1h吸水率≤10％；平均压碎值9％，吸水率1.9％。
优选的，所述生态混凝土的制备方法的步骤2)中，预湿处理的时间为1-2h，使陶粒吸水率达到饱和程度的80％以上。
优选的，所述生态混凝土的制备方法的步骤3)中，用水量和凝胶材料的质量比为0.29。
优选的，所述生态混凝土的制备方法额步骤4)中，成型工艺按照JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》执行。
优选的，所述生态混凝土的制备方法的步骤4)中，按GB50081《普通混凝土力学性能试验方法》养护后的生态混凝土的干表观密度1400-1500Kg/m3，塌落度90-110mm，28d强度41.6-45.3MPa。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果是：
(1)本发明以煤矸石为主要原料，以脱硫石膏、铝灰、电渣石、城市污泥等为辅助原料，不采用任何天然矿物原料，以全固废的形式对煤矸石进行了多级化的交叉、综合利用，制备出了硫铝酸盐绿色胶凝材料、轻质高强陶粒、煤矸石生态骨料、透水混凝土、轻质生态混凝土等多种建材产品，实现了煤矸石的高附加值、综合利用。
(2)本发明制备的胶凝材料的比表面积为400-450kg/m2；制备的轻质高强陶粒的堆积密度为600-1000Kg/m3筒压强度为4.0-6.5MPa，1h吸水率≤10％；煤矸石生态骨料的平均压碎值9％，吸水率1.9％；制得的透水混凝土的D25抗冻性测试抗压强度损失率<15％，质量损失<5％，完全符合CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中对无砂水泥透水混凝土的抗冻性要求是25次冻融循环后的抗压强度损失率不大于20％，25次冻融循环后质量损失率不大于5％的技术要求；制得的透水混凝土的孔隙率为15％-30％，抗压强度达到25-35MPa，透水系数≥1.0×10-2cm/s；按GB50081《普通混凝土力学性能试验方法》养护后的生态混凝土的干表观密度1400-1500Kg/m3，塌落度90-110mm，28d强度41.6-45.3MPa。
(3)本发明所制备硫铝酸盐胶凝材料可完全替代硫铝酸盐水泥使用，甚至性能比硫铝酸盐水泥更好，目前市面硫铝酸盐水泥价格约在900-1300元/吨之间，而本发明制备产品完全使用固废为原料，成本大约在300元/吨左右，利润空间极大。
本发明所制备的煤矸石改性生态骨料完全可取代目前石子等骨料，制备原料仅需10％左右硫铝酸盐胶凝材料，需硫铝酸盐胶凝材料的成本约在30元/吨左右，而目前市面上石子价格约70-90元/吨。
本发明所烧制轻质高强陶粒完全符合国家对轻质高强陶粒的标准，以堆积密度为900Kg/m3的陶粒为例，制备成本约在50-60元/m3,而目前市面上销售轻质高强陶粒(700-900Kg/m3)价格约在120-140元/m3.
本发明所制备透水混凝土成本价约在180-220元/m3，目前市面上销售透水混凝土价格约在450-600元/吨。
本发明所制备生态混凝土完全可取代目前市面上普通陶粒混凝土使用，目前市面上普通陶粒混凝土价格约在290-350元/m3之间，而本发明所制备生态混凝土原料全部为自产自造，成本价约在120-130元/m3。
因此本发明不仅实现了煤矸石一体化利用，而且真正做到了煤矸石的价值提升，利润空间巨大，具有很好的经济效益和社会效益。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中针对煤矸石的利用要么利用途径比较单一，要么产品附加值比较低，导致对煤矸石缺乏系统的利用方法，因此，本发明提出了一种煤矸石综合一体化利用方法，所述包括如下步骤：
(1)将煤矸石、脱硫石膏、铝灰、电渣石混合均匀后，经低温煅烧后制备硫铝酸盐胶凝材料；
(2)利用煤矸石、城市污泥经低温煅烧后制备轻质高强陶粒；
(3)利用步骤(1)制备的硬硫铝酸盐胶凝材料对煤矸石进行包覆改性，制备煤矸石生态骨料；
(4)以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，制备透水混凝土；
(5)以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(2)制备的轻质高强陶粒、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，制备轻质生态混凝土。
为使本领域技术人员更加清楚地了解本发明的技术方案，现结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
本发明所提供煤矸石及城市污泥均来源于新泰市，其中煤矸石以及城市污泥化学成分分析如下(wt.％)：
实施例1
步骤(1)中，所述胶凝材料的制备方法包括如下步骤：
1)先将大块的煤矸石破碎，然后将粒径大于25mm和低于5mm煤矸石筛分出来，留下粒径5-25mm煤矸石备用；
2)将筛余的大于25mm和小于5mm的煤矸石协同脱硫石膏、铝灰、电渣石经过研磨、混合均匀后煅烧，即得硫铝酸盐胶凝材料。
所述煤矸石、脱硫石膏、铝灰、电石渣的比例为(质量百分数)20％：20％：30％：30％。
所述胶凝材料的制备方法中，低温煅烧温度为1250℃，时间为2h。
步骤(2)中，所述制备轻质高强陶粒的方法为：以质量百分数计，取步骤(1)中的粒径5-25mm的煤矸石90％，取城市污泥10％，经混合、搅拌、粉磨、造粒，造粒完成后取陶粒生坯，在110℃中烘干2h后，在1050℃下低温煅烧1h，即得轻质高强陶粒。
步骤(3)中，所述包覆改性的方法为：以步骤(1)中的粒径5-25mm的煤矸石、胶凝材料为原料，用圆盘型造粒机，圆盘在电机带动下旋转带动煤矸石旋转，旋转的同时向煤矸石喷水，待煤矸石表面然后再喷撒步骤(1)中制备的胶凝材料，直至煤矸石表面包覆一层均匀致密的胶凝材料形成的外壳，即得煤矸石生态骨料。
步骤(4)中，所述制备透水混凝土的方法包括如下步骤：
1)按质量百分比计，以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，并将骨料进一步筛分到5-10mm单一粒级，按骨胶比(煤矸石生态骨料与胶凝材料的质量比)3:1将原料混合；
2)按相应水胶比(水和胶凝材料的质量比)0.3：1向步骤1)中的混合原料中加水，然后按占胶凝材料掺量的0.2％加入聚羧酸减水剂，最后搅拌4min制成浆体，将浆体装入磨具中震动、成型，待2h固化后脱模，放入标准养护箱中养护，即得透水混凝土试块。
步骤(5)中，所述生态混凝土的制备方法包括如下步骤：
1)以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(2)制备的轻质高强陶粒、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，按以下要求选取各原料：所述胶凝材料的比表面积400-450Kg/m2，采用0.08mm方孔筛筛余百分数控制在3％以下；所述轻质高强陶粒粒径为5-20mm，堆积密度900Kg/m3，筒压强度6.0MPa，1h吸水率≤10％；所述煤矸石生态骨料粒径尺寸为5-25mm，平均压碎值9％，吸水率1.9％；
2)将轻质高强陶粒预湿处理2h，使其吸水率达到饱和程度的80％以上，防止出现上浮现象；
3)以体积分数比(Kg/m3)计，按胶凝材料、轻质高强陶粒、矸石生态骨料、粉煤灰、标准砂＝400：350：350：50：770的比例准备物料，所述轻质高强陶粒为步骤2)中经过预湿处理的陶粒；用水量和凝胶材料的质量比为0.29；
4)然后先将步骤(2)中轻质高强陶粒、煤矸石生态骨料、粉煤灰按比例混合均匀后，按比例加入胶凝材料，继续混合均匀，然后加水制浆、按照JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》进行成型，按GB50081《普通混凝土力学性能试验方法》养护后，即得生态混凝土试块。
通过测试，本实施例制备的胶凝材料的比表面积为450kg/m2，养护1d、3d、28d的抗压强度为分别为50、65、90MPa；所制备的陶粒的堆积密度为900Kg/m3，筒压强度6.0MPa，1h吸水率≤10％。所制备的煤矸石生态骨料的平均压碎值9％，吸水率1.9％。所制备的透水混凝土的孔隙率为21.3％，抗压强度达到31MPa，透水系数为1.7×10-2cm/s。D25抗冻性测试抗压强度损失率12.6％，质量损失2.8％，符合CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中对无砂水泥透水混凝土的抗冻性要求是25次冻融循环后的抗压强度损失率不大于20％，25次冻融循环后质量损失率不大于5％的技术要求。所制备的生态混凝土的干表观密度1480Kg/m3，塌落度90mm，28d抗压强度42MPa，达到LC40混凝土标准。
实施例2
步骤(1)中，所述胶凝材料的制备方法包括如下步骤：
1)先将大块的煤矸石破碎，然后将粒径大于25mm和低于5mm煤矸石筛分出来，留下粒径5-25mm煤矸石备用；
2)将筛余的大于25mm和小于5mm的煤矸石协同脱硫石膏、铝灰、电渣石经过研磨、混合均匀后煅烧，即得硫铝酸盐胶凝材料。
所述胶凝材料的制备方法中，煤矸石、脱硫石膏、铝灰、电石渣的比例为(质量百分数)：20％:20％:20％:40％
所述胶凝材料的制备方法中，低温煅烧温度为1200℃，时间为3h。
步骤(2)中，所述制备轻质高强陶粒的方法为：以质量百分数计，取步骤(1)中的粒径5-25mm的煤矸石60％，取城市污泥40％，经混合、搅拌、粉磨、造粒，造粒完成后取陶粒生坯，在110℃中烘干2h后，在1070℃下低温煅烧1h，即得轻质高强陶粒。
步骤(3)中，所述包覆改性的方法为：以步骤(1)中的粒径5-25mm的煤矸石、胶凝材料为原料，用圆盘型造粒机，圆盘在电机带动下旋转带动煤矸石旋转，旋转的同时向煤矸石喷水，待煤矸石表面然后再喷撒步骤(1)中制备的胶凝材料，直至煤矸石表面包覆一层均匀致密的胶凝材料形成的外壳，即得煤矸石生态骨料。
步骤(4)中，所述制备透水混凝土的方法包括如下步骤：
1)按质量百分比计，以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，并将骨料进一步筛分到5-10mm单一粒级，按骨胶比(煤矸石生态骨料与胶凝材料的质量比)3.5:1将原料混合；
2)按相应水胶比(水和胶凝材料的质量比)0.36：1向步骤1)中的混合原料中加水，然后按占胶凝材料掺量的0.1％加入聚羧酸减水剂，最后搅拌5min制成浆体，将浆体装入磨具中震动、成型，待1h固化后脱模，放入标准养护箱中养护，即得透水混凝土试块。
步骤(5)中，所述生态混凝土的制备方法包括如下步骤：
1)以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(2)制备的轻质高强陶粒、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，按以下要求选取各原料：所述胶凝材料的比表面积400-450Kg/m2，采用0.08mm方孔筛筛余百分数控制在3％以下；所述轻质高强陶粒粒径为5-20mm，堆积密度900Kg/m3，筒压强度6.0MPa，1h吸水率≤10％；所述煤矸石生态骨料粒径尺寸为5-25mm，平均压碎值9％，吸水率1.9％；
2)将轻质高强陶粒预湿处理2h，使其吸水率达到饱和程度的80％以上，防止出现上浮现象；
3)以体积分数比(Kg/m3)计，按胶凝材料、轻质高强陶粒、矸石生态骨料、粉煤灰、标准砂＝400：200：200：80：770的比例准备物料，所述轻质高强陶粒为步骤2)中经过预湿处理的陶粒；用水量和凝胶材料的质量比为0.30；
4)然后先将步骤(2)中轻质高强陶粒、煤矸石生态骨料、粉煤灰按比例混合均匀后，按比例加入胶凝材料，继续混合均匀，然后加水制浆、按照JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》进行成型，按GB50081《普通混凝土力学性能试验方法》养护后，即得生态混凝土试块。
通过测试，本实施例制备的胶凝材料的比表面积为400kg/m2；所制备的轻质高强陶粒的堆积密度为1000Kg/m3，筒压强度6.5MPa，1h吸水率≤10％。所制备的煤矸石生态骨料的平均压碎值9％，吸水率1.9％。所制备的透水混凝土的孔隙率为15％，抗压强度达到35MPa，透水系数为2.1×10-2cm/s。D25抗冻性测试抗压强度损失率11.2％，质量损失2.4％，符合CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中对无砂水泥透水混凝土的抗冻性要求是25次冻融循环后的抗压强度损失率不大于20％，25次冻融循环后质量损失率不大于5％的技术要求。所制备的生态混凝土的干表观密度1400Kg/m3，塌落度110mm，28d抗压强度41.6MPa，达到LC40混凝土的标准。
实施例3
步骤(1)中，所述胶凝材料的制备方法包括如下步骤：
1)先将大块的煤矸石破碎，然后将粒径大于25mm和低于5mm煤矸石筛分出来，留下粒径5-25mm煤矸石备用；
2)将筛余的大于25mm和小于5mm的煤矸石协同脱硫石膏、铝灰、电渣石经过研磨、混合均匀后煅烧，即得硫铝酸盐胶凝材料。
所述胶凝材料的制备方法中，煤矸石、脱硫石膏、铝灰、电石渣的比例为(质量百分数)：30％:20％:20％:30％。
所述胶凝材料的制备方法中，低温煅烧温度为1300℃，时间为1h。
步骤(2)中，所述制备轻质高强陶粒的方法为：以质量百分数计，取步骤(1)中的粒径5-25mm的煤矸石75％，取城市污泥25％，经混合、搅拌、粉磨、造粒，造粒完成后取陶粒生坯，在110℃中烘干2h后，在低温煅烧1090℃下煅烧1h，即得轻质高强陶粒。
步骤(3)中，所述包覆改性的方法为：以步骤(1)中的粒径5-25mm的煤矸石、胶凝材料为原料，用圆盘型造粒机，圆盘在电机带动下旋转带动煤矸石旋转，旋转的同时向煤矸石喷水，待煤矸石表面然后再喷撒步骤(1)中制备的胶凝材料，直至煤矸石表面包覆一层均匀致密的胶凝材料形成的外壳，即得煤矸石生态骨料。
步骤(4)中，所述制备透水混凝土的方法包括如下步骤：
1)按质量百分比计，以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，并将骨料进一步筛分到5-10mm单一粒级，按骨胶比(煤矸石生态骨料与胶凝材料的质量比)3.3:1将原料混合；
2)按相应水胶比(水和胶凝材料的质量比)0.28：1向步骤1)中的混合原料中加水，然后按占胶凝材料掺量的0.3％加入聚羧酸减水剂，最后搅拌5min制成浆体，将浆体装入磨具中震动、成型，待1.5h固化后脱模，放入标准养护箱中养护，即得透水混凝土试块。
步骤(5)中，所述生态混凝土的制备方法包括如下步骤：
1)以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(2)制备的轻质高强陶粒、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，按以下要求选取各原料：所述胶凝材料的比表面积400-450Kg/m2，采用0.08mm方孔筛筛余百分数控制在3％以下；所述轻质高强陶粒粒径为5-20mm，堆积密度900Kg/m3，筒压强度6.0MPa，1h吸水率≤10％；所述煤矸石生态骨料粒径尺寸为5-25mm，平均压碎值9％，吸水率1.9％；
2)将轻质高强陶粒预湿处理1.5h，使其吸水率达到饱和程度的80％以上，防止出现上浮现象；
3)以体积分数比(Kg/m3)计，按胶凝材料、轻质高强陶粒、矸石生态骨料、粉煤灰、标准砂＝400：280：280：70：770的比例准备物料，所述轻质高强陶粒为步骤2)中经过预湿处理的陶粒；用水量和凝胶材料的质量比为0.28；
4)然后先将步骤(2)中轻质高强陶粒、煤矸石生态骨料、粉煤灰按比例混合均匀后，按比例加入胶凝材料，继续混合均匀，然后加水制浆、按照JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》进行成型，按GB50081《普通混凝土力学性能试验方法》养护后，即得生态混凝土试块。
通过测试，本实施例制备的胶凝材料的比表面积为420kg/m2；所制备的轻质高强陶粒的堆积密度为600Kg/m3，筒压强度4.0MPa，1h吸水率≤10％。所制备的煤矸石生态骨料的平均压碎值9％，吸水率1.9％。所制备的透水混凝土的孔隙率为30％，抗压强度达到25MPa，透水系数为2.5×10-2cm/s。D25抗冻性测试抗压强度损失率10.7％，质量损失2.1％，符合CJJ/T135-2009《透水水泥混凝土路面技术规程》中对无砂水泥透水混凝土的抗冻性要求是25次冻融循环后的抗压强度损失率不大于20％，25次冻融循环后质量损失率不大于5％的技术要求。所制备的生态混凝土的干表观密度1500Kg/m3，塌落度103mm，28d抗压强度45.3MPa，达到LC40混凝土的标准。
实施例4
同实施例1，区别在于：所述所述胶凝材料的制备方法中，煤矸石、脱硫石膏、铝灰、电石渣的比例为(质量百分数)：20％:30％:20％:30％。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤矸石综合一体化利用方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
(1)将煤矸石、脱硫石膏、铝灰、电渣石混合均匀后，经低温煅烧后制备硫铝酸盐胶凝材料；
(2)利用煤矸石、城市污泥经低温煅烧后制备轻质高强陶粒；
(3)利用步骤(1)制备的硬硫铝酸盐胶凝材料对煤矸石进行包覆改性，制备煤矸石生态骨料；
(4)以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，制备透水混凝土；
(5)以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(2)制备的轻质高强陶粒、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，制备轻质生态混凝土。
2.如权利要求1所述的煤矸石综合一体化利用方法，其特征在于：步骤(1)中，所述胶凝材料的制备方法包括如下步骤：
1)先将大块的煤矸石破碎，然后将粒径大于25mm和低于5mm煤矸石筛分出来，留下粒径5-25mm煤矸石备用；
2)将筛余的大于25mm和小于5mm的煤矸石协同脱硫石膏、铝灰、电渣石经过研磨、混合均匀后煅烧，即得硫铝酸盐胶凝材料。
3.如权利要求2所述的煤矸石综合一体化利用方法，其特征在于：按质量百分比计，煤矸石、脱硫石膏、铝灰、电石渣的比例为：20-30％，20-30％，20-30％，30-40％；
或，所述步骤2)中，煅烧温度为1250±50℃，时间为1-3h；
或，所述步骤3)中，制备的胶凝材料的比表面积为400-450kg/m2。
4.如权利要求2所述的煤矸石综合一体化利用方法，其特征在于：步骤(2)中，所述制备轻质高强陶粒的方法为：以质量百分数计，取步骤1)中的粒径5-25mm的煤矸石60-90％，取城市污泥10-40％，经混合、搅拌、粉磨、造粒，造粒完成后取陶粒生坯，烘干后低温煅烧制得轻质高强陶粒。
5.如权利要求4所述的煤矸石综合一体化利用方法，其特征在于：所述烘干是在110℃中烘干2h；
或，所述低温煅烧温度为1070±20℃，时间为1h；
或，所述制备轻质高强陶粒的方法制备的陶粒的堆积密度900Kg/m3，筒压强度6.0MPa，1h吸水率≤10％；
或，所述制备轻质高强陶粒的方法制备的轻质高强陶粒的堆积密度为600-1000Kg/m3筒压强度为4.0-6.5MPa，1h吸水率≤10％。
6.如权利要求4所述的煤矸石综合一体化利用方法，其特征在于：步骤(3)中，所述包覆改性的方法为：以步骤(1)中的粒径5-25mm的煤矸石、胶凝材料为原料，采用圆盘型造粒机，圆盘在电机带动下旋转带动煤矸石旋转，旋转的同时向煤矸石喷水，待煤矸石表面润湿后再喷撒步骤(1)中制备的胶凝材料，直至煤矸石表面包覆一层胶凝材料形成的外壳，即得煤矸石生态骨料。
7.如权利要求6所述的煤矸石综合一体化利用方法，其特征在于：所述包覆改性的方法中，制备的煤矸石生态骨料的平均压碎值9％，吸水率1.9％。
8.如权利要求6所述的煤矸石综合一体化利用方法，其特征在于：步骤(4)中，所述制备透水混凝土的方法包括如下步骤：
1)按质量百分比计，以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，按骨胶比(煤矸石生态骨料与胶凝材料的质量比)3-3.5:1将原料混合；
2)按相应水胶比(水和胶凝材料的质量比)0.28-0.36：1向步骤1)中的混合原料中加水，然后按占胶凝材料掺量的0.1％-0.3％加入聚羧酸减水剂，最后搅拌制浆，将得到的均匀浆体装入磨具中震动、成型，即得透水混凝土。
9.如权利要求8所述的煤矸石综合一体化利用方法，其特征在于：步骤1)中，所述煤矸石生态骨料的粒径为5-10mm；
或，步骤2)中，搅拌制浆时，搅拌时间为3-5min；
或，步骤2)中，制得的透水混凝土的孔隙率为15％-30％；
或，步骤2)中，制得的透水混凝土的抗压强度为25-35MPa；
或，步骤2)中，制得的透水混凝土的透水系数≥1.0×10-2cm/s；
或，步骤2)中，制得的透水混凝土的D25抗冻性测试抗压强度损失率<15％，质量损失<5％。
10.如权利要求6所述的煤矸石综合一体化利用方法，其特征在于：步骤(5)中，所述生态混凝土的制备方法包括如下步骤：
1)以步骤(1)制备的硫铝酸盐胶凝材料、步骤(2)制备的轻质高强陶粒、步骤(3)制备的煤矸石生态骨料为原料，所述煤矸石生态骨料粒径尺寸为5-25mm；
2)将轻质高强陶粒预湿处理，防止出现上浮现象；
3)以体积分数比(Kg/m3)计，按胶凝材料、轻质高强陶粒、矸石生态骨料、粉煤灰、标准砂＝400：200-350：200-350：50-80：770的比例准备物料，所述轻质高强陶粒为步骤2)中经过预湿处理的陶粒；
4)然后先将步骤(2)中轻质高强陶粒、煤矸石生态骨料、粉煤灰按比例混合均匀后，按比例加入胶凝材料、标准砂，继续混合均匀，然后加水制浆、成型，即得生态混凝土；
优选的，所述生态混凝土的制备方法的步骤1)中，胶凝材料的比表面积400-450Kg/m2，采用0.08mm方孔筛筛余百分数控制在3％以下；轻质高强陶粒粒径为5-20mm，堆积密度900Kg/m3，筒压强度6.0MPa，1h吸水率≤10％；平均压碎值9％，吸水率1.9％；
或，所述生态混凝土的制备方法的步骤2)中，预湿处理的时间为1-2h，使陶粒吸水率达到饱和程度的80％以上；
或，所述生态混凝土的制备方法的步骤3)中，用水量和凝胶材料的质量比为0.29；
或，所述生态混凝土的制备方法额步骤4)中，成型工艺按照JGJ51-2002《轻骨料混凝土技术规程》执行；
或，所述生态混凝土的制备方法的步骤4)中，按GB50081《普通混凝土力学性能试验方法》养护后的生态混凝土的干表观密度1400-1500Kg/m3，塌落度90-110mm，28d强度41.6-45.3MPa。
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