CN111423138B - 一种利用造气渣-矿渣为原料制备固化剂的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用造气渣‑矿渣为原料制备固化剂的方法，具体为：1）将造气渣、电石渣和硼砂粉磨至400m2/kg～450m2/kg，再加水混合均匀制成混合料，将混合料在40℃～60℃活化1h～3h；2）将活化后的混合料干燥后，与干燥的矿渣、改性石膏、多晶硅废渣等物料混合后粉磨，得到固化剂。本发明根据不同材料的特性，进行多种材料协同作用制备较高强度的固化剂，能够代替进行地下矿井充填、城市垃圾固化的方面的应用。本方法工艺简单、能耗低，具有原料来源广、废渣掺量高、生产成本低的特点，对固体废物的资源化利用和环境保护具有积极的社会效益和经济效益。

Description

一种利用造气渣-矿渣为原料制备固化剂的方法
技术领域
本发明涉及一种固化剂的制备方法，特别是一种利用造气渣-矿渣为原料制备固化剂的方法。
背景技术
近年来，随着国家对水泥行业产能的结构调整和限产政策的实施，导致水泥产品价格持续走高。2019年，32.5#水泥达到400元/吨，42.5#水泥更是超过500元/吨。水泥价格的上涨直接提高了相关应用企业的生产成本，造成了一定的生产和经营困难，对地下矿井回填、污泥固化等低附加值领域企业的影响更大。
造气渣是化工企业特别是化肥厂在生产过程中，将25%的石灰粉和75%的无烟煤粉混合成球，在造气炉中（850℃～950℃）燃烧造气（制水煤气）后产生的大量废渣；其中含有较高的CaO、SiO2、Al2O3等成分，由于经过高温过程具有一定的潜在活性。造气渣随意堆放，不仅大量占用土地，而且对生态环境造成潜在的污染，因此将造气渣进行资源化再利用，变废为宝，既满足经济建设的需要，同时也满足环境保护的需要。造气渣中游离钙含量较高，在直接制备建筑材料时材料的强度较低，甚至会因游离氧化钙水化膨胀导致建材制品开裂的情况，因此，研究造气渣安全、高效的利用方法非常必要。
本发明对造气渣进行改性，消除其所含游离氧化钙的体积膨胀影响，并激发其潜在活性，制备低强度、低成本的固化剂，代替水泥使用，降低生产成本，开拓造气渣废弃物的资源化利用新途径。
发明内容
针对上述问题，本发明涉及一种低成本固化剂的制备方法，具体为以矿渣、造气渣、改性石膏、多晶硅废渣为主要原料，经过机械研磨、活化处理、以及多种材料的协同作用制备低成本的固化剂。
一种利用造气渣-矿渣为原料制备固化剂的方法，具体步骤如下：
1）将干燥的造气渣、电石渣和硼砂磨至比表面积400m2/kg～450m2/kg，再加水混合均匀制成混合料，混合料在40℃～60℃活化1h～3h；
2）将活化后的混合料干燥后，与干燥的矿渣、改性石膏、熟料、多晶硅废渣等物料混合后粉磨，得到固化剂。
一方面，硼砂是造气废渣中游离氧化钙的消解剂，能够抑制游离氧化钙直接生成氢氧化钙Ca(OH)2（此反应过程生成物体积会发生膨胀），可以促使游离氧化钙生成水化硅酸钙（此反应过程生成物体积不会发生膨胀），硼砂磨细后效果更好；而游离氧化钙生成氢氧化钙生成物体积会发生膨胀，造成硬化体开裂，影响使用效果。另一方面，硼砂能够促进造气渣、电石渣活化，提高固化剂强度性能。
进一步地，所述固化剂按重量份其干基物料配比为：造气渣20～30份、矿渣40～55份、硼砂0.03～0.08份、电石渣1～5份、改性石膏5～10份、熟料1～5份、多晶硅废渣1～10份。
进一步地，所述造气渣为氮肥工业合成氨中的造气工序产生的造气废渣，其主要化学成分SiO2含量为28%～40%、Al2O3含量为6%～15%、总CaO含量为30%～45%、游离氧化钙含量2%～6%、烧失量10%～22%。
进一步地，所述固化剂的比表面积400m2/kg～550m2/kg。
进一步地，所述矿渣为颗粒化高炉矿渣，其主要化学成分SiO2含量为35%～45%、Al2O3含量为1%～5%、CaO含量为25%～35%。
进一步地，所述多晶硅废渣为多晶硅生产中产生的废渣，其主要化学成分Cl含量为3%～10%、SiO2含量为20%～30%、CaO含量为20%～30%。
进一步地，所述改性石膏为二水石膏经800℃煅烧后生成的无水石膏。
进一步地，所述电石渣中的Ca(OH)2含量为80%～95%。
积极有益效果：在本发明中，虽然造气渣中含有硅、铝等活性成分，具有一定的潜在活性，但其游离氧化钙含量较高、自身水化活性仍然较低并且其烧失量（即碳含量）也较高，难以直接利用得到强度较高的固化剂（胶凝材料）。活化的能够提高造气渣、电石渣的水化反应活性，进而提高固化剂的力学强度。经过活化改性后，造气渣、电石渣的水化活性明显提高，造气渣中的游离氧化钙得以转化，其膨胀性得到解决，也明显提高了固化剂的强度。
一方面，电石渣给反应体系提供了碱性成分，与硼砂联合作用调控水化反应的pH值，使其保持相对稳定的碱性环境，便于解离造气渣的活性结构，使其中的活性硅、铝溶出，有利于钙矾石AFt的生成。另一方面，该体系通过硼砂的螯合作用以及多种材料的协同作用优化水化产物，生成以钙矾石AFt和水化硅酸钙凝胶C-S-H为主的水化产物，提高了体系的力学强度。
本发明以造气渣、矿渣为主要材料，根据不同材料的特性，进行多种材料协同作用，制备较高强度的固化剂，能够代替进行地下矿井充填、城市垃圾固化的方面的应用。本方法工艺简单、能耗低，具有原料来源广、废渣掺量高、生产成本低的特点，对固体废物的资源化利用和环境保护具有积极的社会效益和经济效益。
具体实施方式
以下对本发明的优选实施例进行详细描述。本发明的实施例按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行。实施例所用材料主要化学成分：造气渣中SiO2含量为32.31%、Al2O3含量为9.84%、总CaO含量为35.42%、游离氧化钙含量3.76%、烧失量18.28%；矿渣中SiO2含量为42.52%、Al2O3含量为4.48%、CaO含量为33.62%；多晶硅废渣中Cl含量为4.56%、SiO2含量为28.78%、CaO含量为28.44%；电石渣中的Ca(OH)2含量为87%。活化前，先将造气渣、电石渣粉磨至比表面积400m2/kg～450m2/kg的粉料。
实施例一
1）将磨细后的20份造气渣、2份电石渣、0.03份硼砂和5份水混合均匀制成混合料，将混合料在40℃活化3h；
2）将活化后的混合料干燥后，再与干燥的55份矿渣、10份改性石膏、3份熟料、1份多晶硅废渣混合均匀得到固化剂，其比表面积为544 m2/kg。
固化剂按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行强度测试。
实施例二
1）将磨细后的25份造气渣、3.5份电石渣、0.06份硼砂和5份水混合均匀制成混合料，将混合料在50℃活化2h；
2）将活化后的混合料干燥后，再与干燥的40份矿渣、7份改性石膏、5份熟料、10份多晶硅废渣混合均匀得到固化剂，其比表面积为462 m2/kg。
固化剂按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行强度测试。
实施例三
1）将磨细后的30份造气渣、5份电石渣、0.08份硼砂和5份水混合均匀制成混合料，将混合料在60℃活化1h；
2）将活化后的混合料干燥后，再与干燥的48份矿渣、5份改性石膏、1份熟料、6份多晶硅废渣混合均匀得到固化剂，其比表面积为416 m2/kg。
固化剂按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行强度测试。
对照例一
与实施例一相比，除造气渣、电石渣未进行活化处理外，其它条件与实施一相同。
将20份造气渣、2份电石渣、0.03份硼砂和55份矿渣、10份改性石膏、3份熟料、1份多晶硅废渣混合均匀得到固化剂，其比表面积为540 m2/kg。
固化剂按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行强度测试。
对照例二
与实施例一相比，未掺硼砂，其它条件与实施一相同。
1）将磨细后的20份造气渣、2份电石渣和5份水混合均匀制成混合料，将混合料在40℃活化3h；
2）将活化后的混合料干燥后，再与干燥的55份矿渣、10份改性石膏、3份熟料、1份多晶硅废渣混合均匀得到固化剂，其比表面积为545 m2/kg。
固化剂按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行强度测试。
Figure 833274DEST_PATH_IMAGE002
以上实施例的作用在于说明本发明的实质性内容，但并不以此限定本发明的保护范围。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和保护范围。

Claims (6)

1.一种利用造气渣-矿渣为原料制备固化剂的方法，其特征在于包含以下步骤如下：
1）将干燥的造气渣、电石渣和硼砂磨至比表面积400m2/kg～450m2/kg，再加水混合均匀制成混合料，混合料在40℃～60℃活化1h～3h；
2）将活化后的混合料干燥后，与矿渣、改性石膏、熟料、多晶硅废渣混合后粉磨，得到固化剂；
所述固化剂按重量份其干基物料配比为，造气渣20～30份、矿渣40～55份、硼砂0.03～0.08份、电石渣1～5份、改性石膏5～10份、熟料1～5份、多晶硅废渣1～10份；
所述改性石膏为二水石膏经800℃煅烧后的无水石膏。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述造气渣为氮肥工业合成氨中的造气工序产生的造气废渣，其主要化学成分SiO2含量为28%～40%、Al2O3含量为6%～15%、总CaO含量为30%～45%、游离氧化钙含量2%～6%、烧失量10%～22%。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述固化剂的比表面积400m2/kg～550m2/kg。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述矿渣为颗粒化高炉矿渣，其主要化学成分SiO2含量为35%～45%、Al2O3含量为1%～5%、CaO含量为25%～35%。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述多晶硅废渣为多晶硅生产中产生的废渣，其主要化学成分Cl含量为3%～10%、SiO2含量为20%～30%、CaO含量为20%～30%。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电石渣中的Ca(OH)2含量为80%～95%。
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