CN109824311B - 一种煤矸石再生护坡砖及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矸石再生护坡砖及其制备方法，包括以下重量份数的原料：水泥300～400份、石粉300～400份、未煅烧的煤矸石250～350份、促进剂2～5份、铝粉2～5份、增稠剂0.1～1份、早强剂10～30份、添加剂2～18份；所述添加剂为乙二醇、三乙醇胺的混合物，其中乙二醇：三乙醇胺的质量比为12～18：0.5～2。本发明在未煅烧的煤矸石废渣中加入一些添加剂作为煤矸石再生护坡砖成分，使煤矸石的性能变得优异，强度增强，脱模时间缩短，可以作为新型墙体材料的砌块砖；回收利用煤矸石废渣，变废为宝。
Description
技术领域
本发明涉及煤矸石再生护坡砖技术领域，尤其涉及一种煤矸石再生护坡砖及其制备方法。
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和微量稀有元素(镓、钒、钛、钴)。中国历年已积存煤矸石约1000Mt，并且每年仍继续排放约100Mt，不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾。煤矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。中国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。为了消除污染，自60年代起，很多国家开始重视煤矸石的处理和利用。利用途径有以下几种：
①回收煤炭和黄铁矿：通过简易工艺，从煤矸石中洗选出好煤，通过筛选从中选出劣质煤，同时拣出黄铁矿。或从选煤用的跳汰机──平面摇床流程中回收黄铁矿、洗混煤和中煤。回收的煤炭可作动力锅炉的燃料，洗矸可作建筑材料，黄铁矿可作化工原料。
②用于发电：主要用洗中煤和洗矸混烧发电。中国已用沸腾炉燃烧洗中煤和洗矸的混合物(发热量每公斤约2000大卡)发电。炉渣可生产炉渣砖和炉渣水泥。日本有10多座这种电厂；所用中煤和矸石的混合物，一般每公斤发热量为3500大卡；火力不足时,用重油助燃。德意志联邦共和国和荷兰把煤矿自用电厂和选煤厂建在一起，以利用中煤、煤泥和煤矸石发电。测试煤矸石的发热量应使用专门的仪器进行，微机量热仪可以满足发热量的测试。
③制造建筑材料：代替粘土作为制砖原料，可以少挖良田。烧砖时，利用煤矸石本身的可燃物，可以节约煤炭。煤矸石可以部分或全部代替粘土原料生产普通水泥。自燃或人工燃烧过的煤矸石，具有一定活性,可作为水泥的活性混合材料，生产普通硅酸盐水泥(掺量小于20％)、火山灰质水泥(掺量20～50％)和少熟料水泥(掺量大于50％)。还可直接与石灰、石膏以适当的配比，磨成无熟料水泥，可作为胶结料，以沸腾炉渣作骨料或以石子、沸腾炉渣作粗细骨料制成混凝土砌块或混凝土空心砌块等建筑材料。英国、比利时等国有专用煤矸石代替硅质原料生产水泥的工厂。
煤矸石虽可以用于建筑材料，但是未加工的煤矸石有很多的弊端，直接用于水泥生产，具有以下危害：传统未煅烧的煤矸石经多孔发泡砖发泡后易塌陷，抗压强度低，且需要脱模和养护时间长，养护成本高，不利于工厂企业大规模生产。
因此，在利用煤矸石的同时必须加以改造，否则煤矸石将无法正确运用到实际生活中，将会堆积在场地里面，达不到废物利用的效果。如何对煤矸石进行废物利用是摆在目前的严峻问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种煤矸石再生护坡砖，在煤矸石废渣中加入一些添加剂作为煤矸石再生护坡砖成分，使煤矸石的性能变得优异，解决了传统煤矸石多孔发泡砖发泡后易塌陷的问题，并提高了抗压强度；脱模和养护时间大大缩短，节约养护成本，有利于工厂企业大规模生产；回收利用煤矸石废渣，变废为宝。
本发明是这样实现的：
本发明目的之一在于提供一种煤矸石再生护坡砖，包括以下重量份数的原料：水泥300～400份、石粉300～400份、未煅烧的煤矸石250～350份、促进剂2～5份、铝粉2～5份、增稠剂0.1～1份、早强剂10～30份、添加剂2～18份；所述添加剂为乙二醇、三乙醇胺的混合物，其中乙二醇：三乙醇胺的质量比为12～18：0.5～2。
优选地，所述煤矸石再生护坡砖包括以下重量份数的原料：水泥340～360份、石粉340～360份、未煅烧的煤矸石290～310份、促进剂3～4份、铝粉3～4份、增稠剂0.3～0.7份、早强剂15～25份、添加剂5～15份。
最为优选地，所述煤矸石再生护坡砖包括以下重量份数的原料：水泥350份、石粉350份、未煅烧的煤矸石300份、促进剂3.5份、铝粉3.7份、增稠剂0.5份、早强剂19.5份、添加剂10份。
优选地，所述添加剂中的所述乙二醇：三乙醇胺的质量比为15～16：1。
优选地，所述的促进剂包括六偏磷酸钠。
优选地，所述的增稠剂包括生石膏、乙氧基化烷基硫化钠、十二烷基磺酸钠中的至少一种。
优选地，所述的早强剂包括甲酸钙、硫酸钠、硫酸钾、硫酸钙、三异丙醇胺中的至少一种。所述早强剂能提高未煅烧的煤矸石的早期强度，并且对后期强度无显著影响的外加剂。
本发明的目的之二在于提供一种煤矸石再生护坡砖的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1、按照配方称取原料，在搅拌釜里加入称好的水泥、石粉和未煅烧的煤矸石，搅拌混匀得到混合浆；
步骤2、将促进剂、早强剂、添加剂、增稠剂、铝粉，加入所述混合浆中进行混合搅拌，使得物料混合均匀，直至混合物的表面没有金属光泽，停止搅拌；
步骤3、将搅拌釜里的混合物倒入模具中，烘干至混合物不再发泡，拿出至常温下自然风干即可。
优选地，步骤2中所述搅拌速度为300～700r/min，搅拌时间1～30min；所述步骤3中烘干步骤具体为：在50℃的烘箱中烘30分钟。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和效果：
1、本发明提供的煤矸石再生护坡砖，各个原料之间具有相互协同作用，增稠剂增加粘稠度；早强剂能提高未煅烧的煤矸石的早期强度；促进剂能促进水泥硬化；铝粉能够促进煤矸石的发泡，孔隙率增加；在减轻砌块砖的重量的前提下，泡孔增加，有利于水分的蒸发；进一步加入添加剂(所述添加剂为乙二醇、三乙醇胺的混合物，其中乙二醇：三乙醇胺的质量比为12～18：0.5～2)，各原料相互配合，增强了煤矸石砌块砖的抗压强度，明显缩短了煤矸石砌块砖的脱模时间。
2、将工业固废煤矸石进行资源化利用，制得的免蒸养煤矸石水泥砌块砖主要用作护坡砖或者绿化，制作流程为免蒸养，相比传统的烧制更绿色环保。
3、本发明提供的煤矸石再生护坡砖，用该组合物制得的砌块砖强度增强，脱模时间缩短，具体地：
(1)本发明实验例中，与空白对照组相比，加入添加剂可以提高煤矸石砌块砖的强度；解决了传统煤矸石多孔发泡砖发泡后易塌陷的问题，并提高了抗压强度。
(2)本发明实验例中，与空白对照组相比，脱模和养护时间大大缩短，节约养护成本，有利于工厂企业大规模生产。
(3)制备得到的砌块砖为煤矸石免蒸养多孔发泡砖，其透水性良好，符合海绵体城市的理念，可用于相关的市政建设。
附图说明
图1为本发明实验例提供的未煅烧的煤矸石的扫描电子显微镜(SEM)图；
图2为本发明实施例1提供的砌块砖的扫描电子显微镜(SEM)图。
具体实施方式
实施例1
1、一种煤矸石再生护坡砖，包括以下重量份数的原料：水泥350份、石粉350份、未煅烧的煤矸石300份、促进剂(六偏磷酸钠)3.5份、铝粉3.7份、增稠剂(生石膏)0.5份、早强剂(硫酸钙)19.5份、添加剂10份；所述添加剂为乙二醇、三乙醇胺的混合物，其中乙二醇：三乙醇胺的质量比为15.5：1。
2、所述煤矸石再生护坡砖的制备方法包括如下步骤：
步骤1、按照配方称取原料，在搅拌釜里加入称好的水泥、石粉和未煅烧的煤矸石，搅拌混匀得到混合浆；
步骤2、先将促进剂加到所述的混合浆里面，搅拌，然后依次加入早强剂和添加剂，加一部分水上搅拌器搅拌，然后在搅拌状态下加增稠剂，再加入一些水，使得搅拌釜的粘稠度和初始的一致，加入铝粉，再搅拌，使得物料混合均匀，直至混合物的表面没有金属光泽，停止搅拌；
步骤3、将搅拌釜里的混合物倒入模具中，在50℃的烘箱中烘30分钟至混合物不再发泡，拿出至常温下自然风干即可。
实施例2
一种煤矸石再生护坡砖，包括以下重量份数的原料：水泥300份、石粉300份、未煅烧的煤矸石250份、促进剂(六偏磷酸钠)2份、铝粉2份、增稠剂(十二烷基磺酸钠)0.1份、早强剂(硫酸钠)10份、添加剂2份；所述添加剂为乙二醇、三乙醇胺的混合物，其中乙二醇：三乙醇胺的质量比为12：0.5。所述煤矸石再生护坡砖的制备方法同实施例1。
实施例3
一种煤矸石再生护坡砖，包括以下重量份数的原料：水泥400份、石粉400份、未煅烧的煤矸石350份、促进剂(六偏磷酸钠)5份、铝粉5份、增稠剂(乙氧基化烷基硫化钠)1份、早强剂(硫酸钾)30份、添加剂18份；所述添加剂为乙二醇、三乙醇胺的混合物，其中乙二醇：三乙醇胺的质量比为18：2。所述煤矸石再生护坡砖的制备方法同实施例1。
实施例4
一种煤矸石再生护坡砖，包括以下重量份数的原料：水泥340份、石粉340份、未煅烧的煤矸石290份、促进剂(六偏磷酸钠)3份、铝粉3份、增稠剂(生石膏+乙氧基化烷基硫化钠)0.3份、早强剂(硫酸钙)15份、添加剂5份；所述添加剂为乙二醇、三乙醇胺的混合物，其中乙二醇：三乙醇胺的质量比为15：1。所述煤矸石再生护坡砖的制备方法同实施例1。
实施例5
一种煤矸石再生护坡砖，包括以下重量份数的原料：水泥360份、石粉360份、未煅烧的煤矸石310份、促进剂(六偏磷酸钠)4份、铝粉4份、增稠剂(乙氧基化烷基硫化钠和十二烷基磺酸钠)0.7份、早强剂(三异丙醇胺)25份、添加剂15份；所述添加剂为乙二醇、三乙醇胺的混合物，其中乙二醇：三乙醇胺的质量比为16：1。所述煤矸石再生护坡砖的制备方法同实施例1。
对比例1
除不加添加剂(即不加乙二醇和三乙醇胺)外，其余原料与含量及制备方法均与实施例1相同。
对比例2
该对比例除将实施例1中的添加剂替换为等量的乙二醇外，其余原料与含量及制备方法均与实施例1相同。
对比例3
该对比例除将实施例1中的添加剂替换为等量的三乙醇胺外，其余原料与含量及制备方法均与实施例1相同。
对比例4
该对比例除将实施例1中的添加剂的乙二醇和三乙醇胺之间的比例更换为20：0.4，其余同实施例1。
对比例5
该对比例除将实施例1中的添加剂的乙二醇和三乙醇胺之间的比例更换为10：3，其余同实施例1。
实验例1
对实施例1-实施例5，以及对比例1-5制备得到的砌块砖的抗压强度、脱模时间。测试结果如下表1所示：
表1
| 项目 | 抗压强度(Mpa) | 脱模时间 |
| 实施例1 | 4.76 | 36h |
| 实施例2 | 2.53 | 42h |
| 实施例3 | 2.71 | 40h |
| 实施例4 | 3.46 | 39h |
| 实施例5 | 3.58 | 37h |
| 对比例1 | 1.62 | 72h |
| 对比例2 | 1.78 | 62h |
| 对比例3 | 2.01 | 48h |
| 对比例4 | 2.23 | 42h |
| 对比例5 | 2.18 | 43h |
由表1可知，与对比例1相比，可知加入添加剂可明显增加砌块砖的抗压强度。与对比例2-3相比可知，加入乙二醇与三乙醇胺的复配，对于增加砌块砖的抗压强度来讲，比单独加乙二醇或三乙醇胺的效果要好。其中，实施例4、实施例5为较优实施例。实施例1为最佳实施例。
与对比例1相比，可知加入添加剂可明显减少砌块砖的脱模时间。由对比例2和对比例3相比可知，加入乙二醇与三乙醇胺的复配，对于减少砌块砖的脱模时间来讲，比单独加乙二醇或三乙醇胺的效果要好。且可知实施1为最佳实施例，其脱模时间最短为36h。
与对比例4-5可知，加入乙二醇：三乙醇胺的质量比为12～18：0.5～2时，能最大限度增强煤矸石砌块砖的抗压强度，明显缩短煤矸石砌块砖的脱模时间。
需要说明的是以上所用的水泥、石粉、未煅烧的煤矸石由荆门市意祥机械责任有限公司提供；促进剂、铝粉、增稠剂、早强剂等由国药集团化学试剂有限公司提供。
所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种煤矸石再生护坡砖，其特征在于，包括以下重量份数的原料：水泥300～400份、石粉300～400份、未煅烧的煤矸石250～350份、促进剂2～5份、铝粉2～5份、增稠剂0.1～1份、早强剂10～30份、添加剂2～18份；所述添加剂为乙二醇、三乙醇胺的混合物，其中乙二醇：三乙醇胺的质量比为12～18：0.5～2；所述的促进剂为六偏磷酸钠；所述增稠剂为乙氧基化烷基硫化钠和十二烷基磺酸钠；所述早强剂为三异丙醇胺。
2.如权利要求1所述的煤矸石再生护坡砖，其特征在于，包括以下重量份数的原料：水泥340～360份、石粉340～360份、未煅烧的煤矸石290～310份、促进剂3～4份、铝粉3～4份、增稠剂0.3～0.7份、早强剂15～25份、所述添加剂5～15份。
3.如权利要求1所述的煤矸石再生护坡砖，其特征在于，包括以下重量份数的原料：水泥350份、石粉350份、未煅烧的煤矸石300份、促进剂3.5份、铝粉3.7份、增稠剂0.5份、早强剂19.5份、所述添加剂10份。
4.如权利要求1-3任一所述的煤矸石再生护坡砖，其特征在于，所述乙二醇：三乙醇胺的质量比为15～16：1。
5.一种如权利要求1-4任一所述的煤矸石再生护坡砖的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1、按照配方称取原料，在搅拌釜里加入称好的水泥、石粉和未煅烧的煤矸石，搅拌混匀得到混合浆；
步骤2、将促进剂、早强剂、添加剂、增稠剂、铝粉，加入所述混合浆中进行混合搅拌，使得物料混合均匀，直至混合物的表面没有金属光泽，停止搅拌；
步骤3、将搅拌釜里的混合物倒入模具中，烘干至混合物不再发泡，拿出至常温下自然风干即可。
6.如权利要求5所述的煤矸石再生护坡砖的制备方法，其特征在于，所述步骤2中先将促进剂加到所述的混合浆里面，搅拌，然后依次加入早强剂和添加剂，加一部分水上搅拌器搅拌，然后在搅拌状态下加增稠剂，再加入一些水，使得搅拌釜的粘稠度和初始的一致，加入铝粉，再搅拌，使得物料混合均匀，直至混合物的表面没有金属光泽，停止搅拌。
7.如权利要求5所述的煤矸石再生护坡砖的制备方法，其特征在于，步骤2中所述搅拌速度为300～700r/min，搅拌时间1～30min；所述步骤3中烘干步骤具体为：在50℃的烘箱中烘30分钟。
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