CN113354312A - 利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法及所制备的活性胶凝材料 - Google Patents

利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法及所制备的活性胶凝材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法及所制备的活性胶凝材料，属于环保技术领域，本发明制备活性胶凝材料以含钙、含硅废渣和反应促进剂为主要原料，通过水热反应和低温活化过程，制备活性胶凝材料。利用工业废物为主要原料制备活性胶凝材料具有资源循环和保护环境的意义。本发明实现了工业废渣的回收利用，同时利用该方法生的胶凝材料性能具有高的胶凝材料活性，活性类比于矿渣，高于粉煤灰，达成了绿色生产的目标。

Description

利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法及所制备的活性胶凝 材料
技术领域
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种工业废渣制备活性胶凝材料的方法。
背景技术
石灰石资源的危机也就是钙资源的危机。人们一边利用有限的石灰石资源一边制造着大量含有钙资源的固体废弃物，目前我国原地堆积的废钙资源达数十亿吨，像造纸白泥、电石渣、高炉渣、飞灰、碱渣等，尤其以焚烧飞灰和电石渣为主。这些废钙既占用宝贵的土地资源，又严重地污染着环境，我们迫切需要将钙的资源化循环利用起来。
水热法是指一种在密封的压力容器中，以水作为溶剂、粉体经溶解和再结晶的制备材料的方法。相对于其他粉体制备方法，水热法制得的粉体具有晶粒发育完整，粒度小，且分布均匀，颗粒团聚较轻，可使用较为便宜的原料，易得到合适的化学计量物和晶形等优点。
工业废渣，如焚烧飞灰、高炉渣、造纸白泥、电石渣、白云石泥等，含有大量可利用的CaO、SiO2、Al2O3和CaSO4等，这些废弃物数量巨大，污染严重，若将工业废渣与水泥生产相结合，既能用做水泥混合材，也可用作水泥熟料的原材料。一定程度上提升了废弃物的利用程度、减轻了水泥的使用程度，改善了水泥制品的性能，这有利于水泥相关产业的绿色、可持续发展。目前进行钙资源利用的水泥生产产品水泥熟料硅酸钙主要由原材料在1500℃左右高温下煅烧熔融制备，能耗较大、成本高。现有工业废渣一般直接用于固废填埋、建筑工程、路基材料、生产砖块、废气废水处理等，导致了钙资源的浪费和环境污染。
发明内容
为了解决现有工业废渣中钙含量较高，但是被当做废物处理造成的资源浪费的现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法及所制备的活性胶凝材料，实现了工业废渣的回收利用，同时利用该方法生的胶凝材料性能具有高的胶凝材料活性，活性类比于矿渣，高于粉煤灰，达成了绿色生产的目标。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，包括如下步骤：
步骤一、将含钙工业废渣及含硅工业废渣放入球磨机中，进行研磨和混合均匀，得到工业废渣粉末；
步骤二、将在所述步骤一中研磨、混合均匀的工业废渣粉末和水加入带搅拌的耐高温高压装置中，形成悬浊液；
步骤三、将在所述步骤二中得到的悬浊液进行搅拌至少30min，加入石灰或NaOH控制悬浊液的pH值为9～12，得到反应物混合液；记为悬浊液A；
步骤四、在所述步骤三中，使反应物混合液在100～300℃下进行水热反应，反应时间为0.5-6h，得到产物混合液；记为悬浊液B；
步骤五、将在所述步骤四中得到的产物混合液进行过滤，水洗至少两次，并干燥，得到干燥的产物粉末；
步骤六、将在所述步骤五中获得的干燥的产物粉末在400-800℃下，进行低温活化处理2～6h，得到活性胶凝材料。
优选地，在所述步骤一中，按照钙硅摩尔比为2:1～3:1的比例含钙工业废渣及含硅工业废渣进行研磨和混合均匀。
优选地，在所述步骤一中，所述工业废渣研磨至直径不大于100微米。
优选地，在所述步骤一中，以氧化钙的质量计，所述含钙工业废渣为含钙质量百分比不低于20wt.％的工业废物。
优选地，在所述步骤一中，所述含钙工业废渣为电石渣、白云石泥、生活垃圾焚烧飞灰、水泥窑灰中的至少一种。
优选地，在所述步骤一中，所述含硅工业废渣为钢渣、污泥焚烧灰、粉煤灰、硫酸铝渣、煤渣中的至少一种。
优选地，在所述步骤二中，按照固体与液体质量比为1:(5～10)的比例，将工业废渣粉末及适量水混合制成悬浊液。
优选地，在所述步骤三中，采用搅拌速度为50～150r/min的低速搅拌对悬浊液进行均匀分散处理。
优选地，在所述步骤四中，所述水热反应过程中在保持密闭环境下进行。
优选地，在所述步骤四中，使反应物混合液在50～500rpm/min的转速条件下进行水热反应。
一种活性胶凝材料，采用本发明利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法制备而成，本发明的方法适用于工业废渣制备活性胶凝材料。按矿渣活性指数法测定，本发明方法制备的胶凝材料活性指数：7d，78-88％；28d，89-95％。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明在较低温度下即可合成具有高活性的硅酸钙化合物，反应时间较短、能耗低的优势；
2.本发明以含钙、含硅废渣和反应促进剂为主要原料，通过水热反应和低温活化过程，制备活性胶凝材料，反应条件温和，易于实现；
3.本发明利用工业废物为主要原料制备活性胶凝材料具有资源循环和保护环境的意义。
附图说明
图1为本发明利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法的工艺过程示意图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一：
在本实施例中，一种利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，进行造纸白泥中钙深度分离，包括如下步骤：
步骤一、将90kg造纸白泥和70kg粉煤灰加入球磨机中，其中造纸白泥中CaO质量含量为98.91％，粉煤灰中SiO2质量含量为44％，进行研磨和混合均匀，研磨至直径小于100微米的细灰；
步骤二、将在所述步骤一中研磨、混合均匀的细灰及水加入到带转动装置的反应釜中，形成悬浊液；细灰和水的质量之比为1:5，形成悬浊液；
步骤三、将在所述步骤二中得到的悬浊液以100rpm/min低速搅拌30min，加入石灰控制pH值为9，得到反应物混合液；
步骤四、在所述步骤三中，反应物混合液在180℃下，以200rpm/min的转速进行反应，反应时间为3h，得到产物混合液；
步骤五、将在所述步骤四中得到的产物混合液进行过滤，水洗两次，并干燥，得到干燥的产物粉末；
步骤六、将在所述步骤五中获得的干燥的产物粉末在500℃下，进行低温活化处理2-6h，得到活性胶凝材料。
按矿渣活性指数法测定，本实施例制备的胶凝材料活性指数：7d，88％；28d，95％。本实施例在较低温度下即可合成具有高活性的硅酸钙化合物，反应时间较短、能耗低的优势，本实施例以含钙、含硅废渣和反应促进剂为主要原料，通过水热反应和低温活化过程，制备活性胶凝材料，反应条件温和，易于实现。
实施例二：
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，进行焚烧飞灰中钙和硫酸钙深度分离，包括如下步骤：
步骤一、将60kg焚烧飞灰、25kg硫酸铝渣和15kg粉煤灰加入球磨机中，其中焚烧飞灰中CaO质量含量为50％，硫酸铝渣中SiO2质量含量为60％，粉煤灰中SiO2质量含量为44％，进行研磨和混合均匀，研磨至直径小于100微米的细灰；
步骤二、将在所述步骤一中研磨、混合均匀的细灰及水加入到带转动装置的反应釜中，形成悬浊液；细灰和水的质量之比为1:10，形成悬浊液；
步骤三、将在所述步骤二中得到的悬浊液以60rpm/min低速搅拌30min，加入石灰控制pH值为9.5，得到反应物混合液；
步骤四、在所述步骤三中，反应物混合液在250℃下，以300rpm/min的转速进行反应，反应时间为0.5h，得到产物混合液；
步骤五、将在所述步骤四中得到的产物混合液进行过滤，水洗两次，并干燥，得到干燥的产物粉末；
步骤六、将在所述步骤五中获得的干燥的产物粉末在500℃下，进行低温活化处理2-6h，得到活性胶凝材料。
本实施例在较低温度下即可合成具有高活性的硅酸钙化合物，反应时间较短、能耗低的优势，本实施例以含钙、含硅废渣和反应促进剂为主要原料，通过水热反应和低温活化过程，制备活性胶凝材料，反应条件温和，易于实现。
实施例三：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，进行电石渣中钙深度分离，包括如下步骤：
步骤一、将100kg电石渣、37.5kg稻壳灰加入球磨机中，其中电石渣中Ca(OH)2质量含量为70％，稻壳灰中SiO2质量含量为80％，进行研磨和混合均匀，研磨至直径小于100微米的细灰；
步骤二、将在所述步骤一中研磨、混合均匀的细灰及水加入到带转动装置的反应釜中，形成悬浊液；细灰和水的质量之比为1:9，形成悬浊液；
步骤三、将在所述步骤二中得到的悬浊液以80rpm/min低速搅拌30min，加入NaOH控制pH值为12，得到反应物混合液；
步骤四、在所述步骤三中，反应物混合液在220℃下，以150rpm/min的转速进行反应，反应时间为5h，得到产物混合液；
步骤五、将在所述步骤四中得到的产物混合液进行过滤，水洗两次，并干燥，得到干燥的产物粉末；
步骤六、将在所述步骤五中获得的干燥的产物粉末在700℃下，进行低温活化处理2-3h，得到活性胶凝材料。
按矿渣活性指数法测定，本实施例制备的胶凝材料活性指数：7d，78％；28d，91％。本实施例在较低温度下即可合成具有高活性的硅酸钙化合物，反应时间较短、能耗低的优势，本实施例以含钙、含硅废渣和反应促进剂为主要原料，通过水热反应和低温活化过程，制备活性胶凝材料，反应条件温和，易于实现。
实施例四：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，进行高炉渣中钙深度分离，包括如下步骤：
步骤一、将250kg高炉渣、100kg煤渣加入球磨机中，其中高炉渣中CaO质量含量为30％，煤渣中SiO2质量含量为50％，进行研磨和混合均匀，研磨至直径小于100微米的细灰；
步骤二、将在所述步骤一中研磨、混合均匀的细灰及水加入到带转动装置的反应釜中，形成悬浊液；细灰和水的质量之比为1:7，形成悬浊液；
步骤三、将在所述步骤二中得到的悬浊液以120rpm/min低速搅拌30min，加入NaOH控制pH值为10，得到反应物混合液；
步骤四、在所述步骤三中，反应物混合液在230℃下，以50rpm/min的转速进行反应，反应时间为6h，得到产物混合液；
步骤五、将在所述步骤四中得到的产物混合液进行过滤，水洗两次，并干燥，得到干燥的产物粉末；
步骤六、将在所述步骤五中获得的干燥的产物粉末在550℃下，进行低温活化处理2-6h，得到活性胶凝材料。
按矿渣活性指数法测定，本实施例制备的胶凝材料活性指数：7d，78％；28d，90％。本实施例在较低温度下即可合成具有高活性的硅酸钙化合物，反应时间较短、能耗低的优势，本实施例以含钙、含硅废渣和反应促进剂为主要原料，通过水热反应和低温活化过程，制备活性胶凝材料，反应条件温和，易于实现。
实施例五：
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，进行白云石泥中钙深度分离，包括如下步骤：
步骤一、将200kg白云石泥、50kg粉煤灰加入球磨机中，其中白云石泥中CaO质量含量为30％，粉煤灰中SiO2质量含量为44％，进行研磨和混合均匀，研磨至直径小于100微米的细灰；
步骤二、将在所述步骤一中研磨、混合均匀的细灰及水加入到带转动装置的反应釜中，形成悬浊液；细灰和水的质量之比为1:8，形成悬浊液；
步骤三、将在所述步骤二中得到的悬浊液以150rpm/min低速搅拌30min，加入NaOH控制pH值为11，得到反应物混合液；
步骤四、在所述步骤三中，反应物混合液在190℃下，以200rpm/min的转速进行反应，反应时间为4h，得到产物混合液；
步骤五、将在所述步骤四中得到的产物混合液进行过滤，水洗两次，并干燥，得到干燥的产物粉末；
步骤六、将在所述步骤五中获得的干燥的产物粉末在450℃下，进行低温活化处理2-6h，得到活性胶凝材料。
按矿渣活性指数法测定，本实施例制备的胶凝材料活性指数：7d，82％；28d，89％。本实施例在较低温度下即可合成具有高活性的硅酸钙化合物，反应时间较短、能耗低的优势，本实施例以含钙、含硅废渣和反应促进剂为主要原料，通过水热反应和低温活化过程，制备活性胶凝材料，反应条件温和，易于实现。
上面结合附图对本发明实施例进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要不背离本发明的技术原理和发明构思，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将含钙工业废渣及含硅工业废渣放入球磨机中，进行研磨和混合均匀，得到工业废渣粉末；
步骤二、将在所述步骤一中研磨、混合均匀的工业废渣粉末和水加入带搅拌的耐高温高压装置中，形成悬浊液；
步骤三、将在所述步骤二中得到的悬浊液进行搅拌至少30min，加入石灰或NaOH控制悬浊液的pH值为9～12，得到反应物混合液；
步骤四、在所述步骤三中，使反应物混合液在100～300℃下进行水热反应，反应时间为0.5-6h，得到产物混合液；
步骤五、将在所述步骤四中得到的产物混合液进行过滤，水洗至少两次，并干燥，得到干燥的产物粉末；
步骤六、将在所述步骤五中获得的干燥的产物粉末在400-800℃下，进行低温活化处理2～6h，得到活性胶凝材料。
2.根据权利要求1所述利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，其特征在于：在所述步骤一中，按照钙硅摩尔比为2:1～3:1的比例含钙工业废渣及含硅工业废渣进行研磨和混合均匀。
3.根据权利要求1所述利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，其特征在于：在所述步骤一中，所述工业废渣研磨至直径不大于100微米。
4.根据权利要求1所述利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，其特征在于：在所述步骤一中，以氧化钙的质量计，所述含钙工业废渣为含钙质量百分比不低于20wt.％的工业废物。
5.根据权利要求1所述利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，其特征在于：在所述步骤一中，所述含钙工业废渣为电石渣、白云石泥、生活垃圾焚烧飞灰、水泥窑灰中的至少一种；或者，所述含硅工业废渣为钢渣、污泥焚烧灰、粉煤灰、硫酸铝渣、煤渣中的至少一种。
6.根据权利要求1所述利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，其特征在于：在所述步骤二中，按照固体与液体质量比为1:(5～10)的比例，将工业废渣粉末及适量水混合制成悬浊液。
7.根据权利要求1所述利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，其特征在于：在所述步骤三中，采用搅拌速度为50～150r/min的低速搅拌对悬浊液进行均匀分散处理。
8.根据权利要求1所述利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，其特征在于：在所述步骤四中，所述水热反应过程中在保持密闭环境下进行。
9.根据权利要求1所述利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法，其特征在于：在所述步骤四中，使反应物混合液在50～500rpm/min的转速条件下进行水热反应。
10.一种活性胶凝材料，其特征在于：采用权利要求1所述利用工业废渣制备活性胶凝材料的方法制备而成。
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