CN113248164A - 一种利用多源煤基固废制备活性粉体技术 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种利用多源煤基固废制备活性粉体的技术，属于固废资源化利用领域。可有效解决工业固废污染水体，占用土地资源等环境问题，制备具有高活性的粉体材料，是一项节约能源、资源循环利用、绿色环保的应用技术。以多源煤基固废为原料对其进行机械与化学协同活化，采用的复合激发剂为硅酸钠和氢氧化钠，复合激发剂的掺量根据整理出的复合方法进行复合得出。本发明采用多源煤基固废为原料，将脱硫石膏、气化渣、粉煤灰三种固体废物同时进行活化利用，全面提升煤基固废利用效率，实现增值化利用。

Description

一种利用多源煤基固废制备活性粉体技术
技术领域
本发明属于固废资源化利用领域，具体涉及一种利用多源煤基固废制备活性粉体的技术。
背景技术
我国煤炭储量、开采量和使用量巨大，煤电和煤化工产业高度集中。随着煤炭开采、燃煤发电和煤化工产业的快速发展，在支持和促进全国经济快速发展的同时，也给产煤地区留下数量巨大的煤基固废，主要包括气化渣、粉煤灰、炉底渣等。随着我国有关环保政策的严格要求，未经无害化处置的煤基固废利用受到了制约，煤炭开发、加工、利用基地固废产生量巨大与综合利用率偏低的急迫问题与生态脆弱问题交织，大宗煤基固废无害化处置、资源化及高值化利用已成为能源与生态安全的重大课题。
然而煤基固废具有各自特性，尤其是原状粉煤灰粒度粗大、分布不均、早期活性指数较低，气化渣粒度大、活性低、含碳量高的问题，提高煤基固废的活性是主要的研究重点。对于煤基固废活性的改善措施目前主要有物理激发、化学激发和物理化学激发。其中化学激发是指通过化学添加剂与煤基固废发生化学反应，使其活性得以激发，化学激发按激发剂的种类可分为:酸激发、碱激发、盐类激发等；物理化学激发主要有高温激活法、预处理法等。目前对活性改善的研究主要侧重于单一的固废，对不同的煤基固废同时利用研究较少。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种利用多源煤基固废制备活性粉体的技术。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：一种利用多源煤基固废制备活性粉体的技术，其特征在于：以多源煤基固废为原料对其进行机械与化学协同活化，采用的复合激发剂为硅酸钠和氢氧化钠，复合激发剂的掺量根据总结出的复合方法进行复合。
所述的多源煤基固废的原料为粉煤灰、气化渣、脱硫石膏，其中气化渣的质量分数不大于30％，脱硫石膏的质量分数不大于10％。
所述的多源煤基固废的原料中气化渣的含碳量不大于28％。
所述的以多源煤基固废为原料对其进行机械与化学协同活化为先对原料进行粉磨至表面积为450-550m2/kg，再掺入复合激发剂对其进行协同活化。
所述的一种利用多源煤基固废制备活性粉体的技术，其特征在于，所述的复合激发剂的质量组成按照以下复合方法得出。
复合方法：
原料的组成对激发剂的激发效果存在一定的影响，为了削弱影响，经大量实验的总结提出了原料的加权系数，粉煤灰、气化渣、脱硫石膏的加权系数分别为1.19、0.85、1.08。
三种原料粉煤灰、气化渣、脱硫石膏分别使用Ash、Slag、DG表示。MAsh、MSlag、MDG分别为多源煤基固废原料中三种原料的质量，单位为kg。
令an为激发原料n需要掺入的激发剂中Na2SiO3的最佳比例系数；
bn为激发原料n需要掺入的激发剂中NaOH的最佳比例系数；
An为激发原料n需要掺入的激发剂中Na2SiO3的质量，kg；
Bn为激发原料n需要掺入的激发剂中NaOH的质量，kg；
激发粉煤灰所需要的激发剂的最佳掺入量分别为
AAsh＝1.19·aAshMAsh
BAsh＝1.19·bAshMAsh
气化渣中的碳含量较高，其含碳量对原料的激发具有负面的影响，在进行活性激发过程中需同时考虑气化渣中碳和灰的量，分别用MSlag，C和MSlag，Ash表示，单位为kg。则激发粉煤灰所需要的激发剂的最佳掺入量分别为
ASlag＝0.85·[aSlag，AshMSlag，Ash+aSlag，CMSlag，C]
BSlag＝0.85·[bSlag，AshMSlag，Ash+bSlag，CMSlag，C]
脱硫石膏可作为硫酸盐激发剂，在混合原料中加入激发剂后脱硫石膏对原料活性的激发也有一定的促进作用，因此复合激发剂的掺量可有少量的减少。
令a′DG为脱硫石膏的激发作用替代激发剂中Na2SiO3量的比例系数；
b′DG为脱硫石膏的激发作用替代激发剂中NaOH量的比例系数；
则掺入原料中复合激发剂可减少的量为
ADG＝1.08·a′DGMDG
BDG＝1.08·b′DGMDG
最后，激发多源煤基固废需掺入的激发剂的量为
A＝AAsh+ASlag-ADG
B＝BAsh+BSlag-BDG
所述的复合激发剂的制备方法，其特征在于，将硅酸钠和氢氧化钠混合均匀，粉磨至比表面积为450-500m2/kg，即得。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
本发明采用多源煤基固废为主要原料，将脱硫石膏、气化渣、粉煤灰三种固体废物同时进行活化利用，全面提升煤基固废利用效率，实现增值化利用。将其应用于建筑行业，不仅可以有效的解决工业固废污染水体，占用土地资源等环境问题，而且是一项节约能源、资源循环利用、绿色环保的应用技术。
附图说明
图1为多源煤基固废制备活性粉体技术的工艺流程图。
具体实施方式
结合以下实例对本发明作进一步描述。
实例1
以多源煤基固废为原料对其进行机械与化学协同活化，采用的复合激发剂为硅酸钠和氢氧化钠，复合激发剂的掺量根据总结出的复合方法进行复合。
多源煤基固废的原料为粉煤灰、气化渣、脱硫石膏，质量比为67：25：8。气化渣的含碳量为20％。先对原料进行粉磨至表面积为450-550m2/kg，备用。
复合激发剂的质量组成按照复合方法计算得出，掺入复合激发剂硅酸钠和氢氧化钠的量分别为总灰量的2.53％、3.79％。
将硅酸钠和氢氧化钠混合均匀，粉磨至比表面积为450-500m2/kg，掺入粉磨过的粉体中对其进行协同活化。水灰比为0.4，恒温60℃养护10h后，将复合材料脱模。
测定抗压强度3d、7d、28d分别为12.36MPa、18.05MPa、24.54MPa。
实例2
以多源煤基固废为原料对其进行机械与化学协同活化，采用的复合激发剂为硅酸钠和氢氧化钠，复合激发剂的掺量根据总结出的复合方法进行复合。
多源煤基固废的原料为粉煤灰、气化渣、脱硫石膏，质量比为73：21：6。气化渣的含碳量为20％。先对原料进行粉磨至表面积为450-550m2/kg，备用。
复合激发剂的质量组成按照复合方法计算得出，掺入复合激发剂硅酸钠和氢氧化钠的量分别为总灰量的2.96％、4.03％。
将硅酸钠和氢氧化钠混合均匀，粉磨至比表面积为450-500m2/kg，掺入粉磨过的粉体中对其进行协同活化。水灰比为0.3，恒温60℃养护10h后，将复合材料脱模。
测定抗压强度3d、7d、28d分别为11.48MPa、15.4MPa、22.61MPa。
以上所述的实例，只是本发明的部分较优选方案，本领域的技术员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明的实质和范围的前提下，本发明的技术方案可进行修改或者等同替换，这些修改和等同替换也应视为本发明的保护范围。
以上所述的实例，只是本发明的部分较优选方案，本领域的技术员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明的实质和范围的前提下，本发明的技术方案可进行修改或者等同替换，这些修改和等同替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种利用多源煤基固废制备活性粉体的技术，其特征在于：以多源煤基固废为原料对其进行机械与化学协同活化，采用的复合激发剂为硅酸钠和氢氧化钠，复合激发剂的掺量根据总结出的复合方法进行复合。
2.如权力要求1所述的一种利用多源煤基固废制备活性粉体的技术，其特征在于，所述多源煤基固废的原料为粉煤灰、气化渣、脱硫石膏，其中气化渣的质量分数不大于30％，脱硫石膏的质量分数不大于10％。
3.如权力要求1所述的一种利用多源煤基固废制备活性粉体的技术，其特征在于，所述多源煤基固废的原料中气化渣的含碳量不大于28％。
4.如权力要求1所述的一种利用多源煤基固废制备活性粉体的技术，其特征在于，所述以多源煤基固废为原料对其进行机械与化学协同活化为先对原料进行粉磨至表面积为450-550m2/kg，再掺入复合激发剂对其进行协同活化。
5.如权力要求1所述的一种利用多源煤基固废制备活性粉体的技术，其特征在于，所述的复合激发剂的质量组成按照以下复合方法得出；
复合方法：
原料的组成对激发剂的激发效果存在一定的影响，为了削弱影响，经大量实验的总结提出了原料的加权系数，粉煤灰、气化渣、脱硫石膏的加权系数分别为1.19、0.85、1.08；
三种原料粉煤灰、气化渣、脱硫石膏分别使用Ash、Slag、DG表示。MAsh、MSlag、MDG分别为多源煤基固废原料中三种原料的质量，单位为kg；
令an为激发原料n需要掺入的激发剂中Na2SiO3的最佳比例系数；
bn为激发原料n需要掺入的激发剂中NaOH的最佳比例系数；
An为激发原料n需要掺入的激发剂中Na2SiO3的质量，kg；
Bn为激发原料n需要掺入的激发剂中NaOH的质量，kg；
激发粉煤灰所需要的激发剂的最佳掺入量分别为：
AAsh＝1.19·aAshMAsh
BAsh＝1.19·bAshMAsh
气化渣中的碳含量较高，其含碳量对原料的激发具有负面的影响，在进行活性激发过程中需同时考虑气化渣中碳和灰的量，分别用MSlag，C和MSlag，Ash表示，单位为kg。则激发粉煤灰所需要的激发剂的最佳掺入量分别为：
ASlag＝0.85·[aSlag，AshMSlag，Ash+aSlag，CMSlag，C]
BSlag＝0.85·[bSlag，AshMSlag，Ash+bSlag，CMSlag，C]
脱硫石膏可作为硫酸盐激发剂，在混合原料中加入激发剂后脱硫石膏对原料活性的激发也有一定的促进作用，因此复合激发剂的掺量可有少量的减少；
令a′DG为脱硫石膏的激发作用替代激发剂中Na2SiO3量的比例系数；
b′DG为脱硫石膏的激发作用替代激发剂中NaOH量的比例系数；
则掺入原料中复合激发剂可减少的量为
ADG＝1.08·a′DGMDG
BDG＝1.08·b′DGMDG
最后，激发多源煤基固废需掺入的激发剂的量为
A＝AAsh+ASlag-ADG
B＝BAsh+BSlag-BDG。
6.如权力要求1所述的一种利用多源煤基固废制备活性粉体的技术中复合激发剂的制备方法，其特征在于，将硅酸钠和氢氧化钠混合均匀，粉磨至比表面积为450-500m2/kg，即得。
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