CN109650805A - 一种利用废弃混凝土制备固碳充填膏体的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用废弃混凝土制备固碳充填膏体的方法，先对工业废气进行除尘及与常温空气混合，然后在工业废气氛围内对废弃混凝土与煤矸石混合物进行破碎，将筛分后的粗骨料、细骨料和细粉体在固碳室中与工业废气中的二氧化碳发生碳化反应；将固碳粗骨料和固碳细骨料、充填膏体添加剂、水泥、相变材料微胶囊及水进行搅拌混合形成充填膏体拌合物，在充填膏体搅拌混合及输送过程中继续注入工业废气，使充填膏体与工业废气中的二氧化碳再次发生碳化反应，即得到固碳充填膏体。本发明充分利用废弃混凝土和二氧化碳的碳化反应，不仅减少废弃混凝土对环境的破坏和减少温室气体排放，而且在碳化反应中充分利用水化热，使固碳充填膏体的充填效果更好。
Description
技术领域
本发明涉及一种充填膏体的制备方法，具体是一种利用废弃混凝土制备固碳充填膏体的方法。
背景技术
膏体充填开采技术不仅能够很好地释放“三下”压煤，提高煤炭资源的采出率，而且还能够从根本上解决地表大面积沉降，破坏地面建筑物、水资源、土地资源的问题。因此，大力推广膏体充填技术的发展显得尤为迫切。充填材料是整个充填系统的核心，目前主要的充填材料为煤矸石，但是许多矿山并没有充足的煤矸石作为充填材料。因此，扩大材料来源范围对推动充填技术的发展十分重要。按照现有情况的推测，到2020年我国废弃混凝土量将达到6.28亿吨，大量堆放既浪费土地资源，又污染生态环境。若能利用城市废弃混凝土制备充填膏体，既可解决充填开采原材料不足的问题，又能减少废弃混凝土对环境的污染。目前专利号：201410178455.2，专利名称为：一种利用废弃混凝土制备煤矿充填膏体的方法的中国专利，该方法用废弃混凝土和煤矸石制作粉体、细骨料和粗骨料，将水泥、细骨料、粗骨料、超细粉体、调节剂和水混合搅拌即可得到充填膏体，但尚未涉及如何在制备过程中固定二氧化碳。因此，如何利用废弃混凝土在充填膏体制备过程中固定工业废气中的二氧化碳、减少温室气体排放成为亟需解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种利用废弃混凝土制备固碳充填膏体的方法，能在废弃混凝土制备充填膏体过程中对工业废气中的二氧化碳进行固定，不仅能有效减少温室气体的排放，而且固定二氧化碳后制备出的固碳充填膏体能达到更好的充填效果。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种利用废弃混凝土制备固碳充填膏体的方法，具体步骤为：
A、将产生的工业废气通过粉尘过滤器进行除尘处理，然后将已除尘的工业废气与常温空气进行混合，使混合后的工业废气温度为35℃～45℃；
B、将废弃混凝土与煤矸石按0.5～6的比例进行混合，然后采用破碎设备对废弃混凝土与煤矸石的混合物进行初步破碎预处理、碾磨和筛分处理，得到粗骨料、细骨料和细粉体；上述整个过程均处于步骤A处理后的工业废气氛围中，使废弃混凝土与工业废气中的二氧化碳发生碳化反应，并将碳化反应后的工业废气进行收集；
C、将步骤B得到的粗骨料、细骨料和细粉体放入固碳室中，然后向固碳室内注入步骤A处理后的工业废气，同时控制固碳室内的湿度为45％～55％，使粗骨料、细骨料和细粉体持续与工业废气中的二氧化碳发生碳化反应，并将碳化反应后的工业废气进行收集，其中粗骨料、细骨料和细粉体在固碳室时间不低于48h，即得到充填膏体所需的固碳粗骨料、固碳细骨料和固碳细粉体；
D、将步骤B和步骤C收集的碳化反应后的工业废气代替步骤A中的常温空气与已除尘的工业废气进行混合，使混合后的工业废气温度为35℃～45℃；
E、按照质量份数将固碳细粉体35～50份、生物质灰渣15～20份、矿渣粉10～20份、粉煤灰8～20份、熟石灰1～2份、氯化钙早强剂1～2份、萘磺酸盐减水剂0.6～1.5份、硝基木质素缓凝剂0.1～0.5份、烷基苯磺酸盐类引气剂0.3～0.8份和正铝酸钙膨胀剂0.1～0.5份进行充分混合并球磨，球磨后经800目筛子筛分，得到筛分后的充填膏体添加剂；
F、根据充填膏体所需达到的性能参数，按照质量份数将固碳粗骨料34～48份，固碳细骨料18～36份，充填膏体添加剂18～35份，水泥6～16份，相变材料微胶囊6～12份和水10～22份进行搅拌混合形成充填膏体拌合物；在充填膏体搅拌混合过程中，向混合容器内持续注入步骤D处理后的工业废气直至混合搅拌结束后停止，使充填膏体拌合物与工业废气中的二氧化碳发生碳化反应，并将碳化反应后的工业废气进行收集，即得到质量浓度为78％～90％并已固定一定量二氧化碳的充填膏体拌合物；
G、将充填膏体拌合物通过充填管道运送到矿井需要充填的地方，在充填膏体拌合物输送过程中，通过进料口注入步骤D处理后的工业废气，使充填膏体拌合物与工业废气中的二氧化碳进一步发生碳化反应，最终制备出固碳充填膏体。
进一步，所述固碳粗骨料的最大粒径为充填膏体输送管道中最小管径的1/6～1/5。
进一步，所述充填膏体添加剂中各组分的具体质量份数为：固碳细粉体45份、生物质灰渣18份、矿渣粉16份、粉煤灰14份、熟石灰1份、氯化钙早强剂2份、萘磺酸盐减水剂0.9份、硝基木质素缓凝剂0.4份、烷基苯磺酸盐类引气剂0.6份和正铝酸钙膨胀剂0.3份。
进一步，所述相变材料微胶囊的相变温度为30℃～40℃，相变材料微胶囊的囊壁材料为水性壁材，相变材料微胶囊的囊芯材料为正十八烷与石蜡按1～2.5的比例混合而成。
进一步，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
与现有技术相比，本发明采用将废弃混凝土和工业废气加入充填膏体制备过程的方式，先对工业废气进行除尘处理，避免了其富含的粉尘影响充填膏体的质量，然后将工业废气与空气混合，控制温度为35℃～45℃，这样能充分利用工业废气的余热，既能加快充填膏体吸收工业废气中的二氧化碳气体，又能由于充填膏体发生碳化反应而提高其强度；将废弃混凝土与煤矸石工业废气氛围中进行破碎处理，有助于大幅度增强废弃混凝土的固碳量；在固碳室内对粗骨料、细骨料和细粉体进行继续固碳，将固碳室内湿度控制在45％～55％，有助于高速率的固定二氧化碳、减少温室气体的排放，同时增加粗骨料和细骨料的抗压强度；将碳化过的工业废气与除尘后的工业废气混合，注入充填膏体混合容器内，其目的是最大限度的减少排入大气中工业废气的二氧化碳含量；充填膏体的添加剂内成分能起到泵送剂的作用，保证充填膏体输送通畅；充填膏体中的相变材料微胶囊，能充分利用水化热，减小水化反应的最高温度，控制温度裂缝，还能使充填膏体长时间维持在30℃～40℃，有助于充填膏体继续在适宜的温度下继续高速率固碳；在充填膏体输送过程中，继续注入工业废气，不但能继续使充填膏体固碳，还能增加膏体输送的动力。
综上所述，本发明充分利用了对土地、环境起破坏作用的废弃混凝土，增加了充填膏体的来源，降低了充填成本；另外本发明充分利用了充填膏体制备的水化热，是固碳充填膏体强度高、和易性好、工艺简单，且能大量的固定工业废气中的二氧化碳，减少温室气体排放，同时固定二氧化碳后制备出的固碳充填膏体能达到更好的充填效果。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步说明。
本发明的具体步骤为：
A、将产生的工业废气(如矿区锅炉、洗煤场等产生的工业废气)通过粉尘过滤器进行除尘处理，然后将已除尘的工业废气与常温空气进行混合，使混合后的工业废气温度为35℃～45℃；
B、将废弃混凝土与煤矸石按0.5～6的比例进行混合，然后采用破碎设备对废弃混凝土与煤矸石的混合物进行初步破碎预处理、碾磨和筛分处理，得到粗骨料、细骨料和细粉体；上述整个过程均处于步骤A处理后的工业废气氛围中，使废弃混凝土与工业废气中的二氧化碳发生碳化反应，并将碳化反应后的工业废气进行收集；
C、将步骤B得到的粗骨料、细骨料和细粉体放入固碳室中，然后向固碳室内注入步骤A处理后的工业废气，同时控制固碳室内的湿度为45％～55％，使粗骨料、细骨料和细粉体持续与工业废气中的二氧化碳发生碳化反应，并将碳化反应后的工业废气进行收集，其中粗骨料、细骨料和细粉体在固碳室时间不低于48h，即得到充填膏体所需的固碳粗骨料、固碳细骨料和固碳细粉体；
D、将步骤B和步骤C收集的碳化反应后的工业废气代替步骤A中的常温空气与已除尘的工业废气进行混合，使混合后的工业废气温度为35℃～45℃；
E、按照质量份数将固碳细粉体35～50份、生物质灰渣15～20份、矿渣粉10～20份、粉煤灰8～20份、熟石灰1～2份、氯化钙早强剂1～2份、萘磺酸盐减水剂0.6～1.5份、硝基木质素缓凝剂0.1～0.5份、烷基苯磺酸盐类引气剂0.3～0.8份和正铝酸钙膨胀剂0.1～0.5份进行充分混合并球磨，球磨后经800目筛子筛分，得到筛分后的充填膏体添加剂；
F、根据充填膏体所需达到的性能参数，按照质量份数将固碳粗骨料34～48份，固碳细骨料18～36份，充填膏体添加剂18～35份，水泥6～16份，相变材料微胶囊6～12份和水10～22份进行搅拌混合形成充填膏体拌合物；在充填膏体搅拌混合过程中，向混合容器内持续注入步骤D处理后的工业废气直至混合搅拌结束后停止，使充填膏体拌合物与工业废气中的二氧化碳发生碳化反应，并将碳化反应后的工业废气进行收集，即得到质量浓度为78％～90％并已固定一定量二氧化碳的充填膏体拌合物；
G、将充填膏体拌合物通过充填管道运送到矿井需要充填的地方，在充填膏体拌合物输送过程中，通过进料口注入步骤D处理后的工业废气，使充填膏体拌合物与工业废气中的二氧化碳进一步发生碳化反应，最终制备出固碳充填膏体。
进一步，所述固碳粗骨料的最大粒径为充填膏体输送管道中最小管径的1/6～1/5。
进一步，所述充填膏体添加剂中各组分的具体质量份数为：固碳细粉体45份、生物质灰渣18份、矿渣粉16份、粉煤灰14份、熟石灰1份、氯化钙早强剂2份、萘磺酸盐减水剂0.9份、硝基木质素缓凝剂0.4份、烷基苯磺酸盐类引气剂0.6份和正铝酸钙膨胀剂0.3份。
进一步，所述相变材料微胶囊的相变温度为30℃～40℃，相变材料微胶囊的囊壁材料为水性壁材，相变材料微胶囊的囊芯材料为正十八烷与石蜡按1～2.5的比例混合而成。
进一步，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
Claims (5)
1.一种利用废弃混凝土制备固碳充填膏体的方法，其特征在于，具体步骤为：
A、将产生的工业废气通过粉尘过滤器进行除尘处理，然后将已除尘的工业废气与常温空气进行混合，使混合后的工业废气温度为35℃～45℃；
B、将废弃混凝土与煤矸石按0.5～6的比例进行混合，然后采用破碎设备对废弃混凝土与煤矸石的混合物进行初步破碎预处理、碾磨和筛分处理，得到粗骨料、细骨料和细粉体；上述整个过程均处于步骤A处理后的工业废气氛围中，使废弃混凝土与工业废气中的二氧化碳发生碳化反应，并将碳化反应后的工业废气进行收集；
C、将步骤B得到的粗骨料、细骨料和细粉体放入固碳室中，然后向固碳室内注入步骤A处理后的工业废气，同时控制固碳室内的湿度为45％～55％，使粗骨料、细骨料和细粉体持续与工业废气中的二氧化碳发生碳化反应，并将碳化反应后的工业废气进行收集，其中粗骨料、细骨料和细粉体在固碳室时间不低于48h，即得到充填膏体所需的固碳粗骨料、固碳细骨料和固碳细粉体；
D、将步骤B和步骤C收集的碳化反应后的工业废气代替步骤A中的常温空气与已除尘的工业废气进行混合，使混合后的工业废气温度为35℃～45℃；
E、按照质量份数将固碳细粉体35～50份、生物质灰渣15～20份、矿渣粉10～20份、粉煤灰8～20份、熟石灰1～2份、氯化钙早强剂1～2份、萘磺酸盐减水剂0.6～1.5份、硝基木质素缓凝剂0.1～0.5份、烷基苯磺酸盐类引气剂0.3～0.8份和正铝酸钙膨胀剂0.1～0.5份进行充分混合并球磨，球磨后经800目筛子筛分，得到筛分后的充填膏体添加剂；
F、根据充填膏体所需达到的性能参数，按照质量份数将固碳粗骨料34～48份，固碳细骨料18～36份，充填膏体添加剂18～35份，水泥6～16份，相变材料微胶囊6～12份和水10～22份进行搅拌混合形成充填膏体拌合物；在充填膏体搅拌混合过程中，向混合容器内持续注入步骤D处理后的工业废气直至混合搅拌结束后停止，使充填膏体拌合物与工业废气中的二氧化碳发生碳化反应，并将碳化反应后的工业废气进行收集，即得到质量浓度为78％～90％并已固定一定量二氧化碳的充填膏体拌合物；
G、将充填膏体拌合物通过充填管道运送到矿井需要充填的地方，在充填膏体拌合物输送过程中，通过进料口注入步骤D处理后的工业废气，使充填膏体拌合物与工业废气中的二氧化碳进一步发生碳化反应，最终制备出固碳充填膏体。
2.根据权利要求1所述的一种利用废弃混凝土制备固碳充填膏体的方法，其特征在于，所述固碳粗骨料的最大粒径为充填膏体输送管道中最小管径的1/6～1/5。
3.根据权利要求1所述的一种利用废弃混凝土制备固碳充填膏体的方法，其特征在于，所述充填膏体添加剂中各组分的具体质量份数为：固碳细粉体45份、生物质灰渣18份、矿渣粉16份、粉煤灰14份、熟石灰1份、氯化钙早强剂2份、萘磺酸盐减水剂0.9份、硝基木质素缓凝剂0.4份、烷基苯磺酸盐类引气剂0.6份和正铝酸钙膨胀剂0.3份。
4.根据权利要求1所述的一种利用废弃混凝土制备固碳充填膏体的方法，其特征在于，所述相变材料微胶囊的相变温度为30℃～40℃，相变材料微胶囊的囊壁材料为水性壁材，相变材料微胶囊的囊芯材料为正十八烷与石蜡按1～2.5的比例混合而成。
5.根据权利要求1所述的一种利用废弃混凝土制备固碳充填膏体的方法，其特征在于，所述水泥为普通硅酸盐水泥。
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