CN113845324B - 一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法 - Google Patents

一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法，制备方法包括如下过程：将煤矸石粉料和电子含氟污泥粉料按照质量份数之比为(1～5):(5～9)混合均匀，得到混合物A；将所述混合物A于600～800℃下烧结115～125分钟，之后冷却，得到所述高性能水泥混合材。本发明采用煤矸石和电子含氟污泥为主要原料，有利于两种固废的资源化利用；制备工艺简单、成本低，有利于工业化生产和推广应用。

Description

一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的 方法
技术领域
本发明涉及建筑材料技术领域，具体是一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法。
背景技术
在芯片、集成电路、半导体等电子器件生产过程中，会使用氢氟酸对硅片、电路板等进行清洗、蚀刻和减薄，从而伴生出大量氢氟酸废液，我国2016版《国家危险危废名录》将该种废液划为HW32危险废弃物。目前，国内外普遍采用石灰中和-混凝沉淀的方法处理氢氟酸废液，经固液分离后所得到的沉淀物即为电子行业伴生的电子含氟污泥。
随着我国电子行业的迅猛发展，其伴生的电子含氟污泥量迅速增大。电子行业产出的含氟污泥是一种Cu、Zn、Ni等重金属离子浸出超标的危险固废，其中CaF2含量为35％～50％，且含有一定量的硅铝质矿物和有机质。众所周知，各种危险废弃物的安全处置和资源化利用问题是我国国民经济可持续性发展面临的挑战和重大需求。然而，目前电子含氟污泥仍以集中填埋和堆存处置为主，不仅浪费其中氟化钙资源，而且严重污染环境，迫切需要对其开展资源化利用研究。
混合材是指水泥生产过程中，为了减少熟料消耗，改善水泥性能、调节水泥强度等级而加到水泥中的矿物质材料。水泥混凝土是最大宗的建筑材料，将各种工业固废用作水泥混合材，是一种大规模安全处置、资源化利用固废的最有效途径。但是，现有的研究表明：电子含氟污泥的天然火山灰活性极低，不经活化直接用作混合材，其掺量极小，无法实现其大量利用。而直接轻烧活化研究表明：直接轻烧电子含氟污泥对其活性提高幅度有限，同时还存在所配制水泥的需水量大且与外加剂的适应性不良等问题。
煤矸石是煤炭工业伴生的主要工业固废，排放量巨大，其资源化利用也是循环经济研究的重要课题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法，本发明能够利用电子含氟污泥和煤矸石这两种固废的特点，制得高性能水泥混合材，能够实现两种固废的资源化有效利用。
本发明采用的技术方案如下：
本发明为解决技术问题所采用的技术方案是：
一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法，包括如下过程：
将煤矸石粉料和电子含氟污泥粉料按照质量份数之比为(1～5):(5～9)混合均匀，得到混合物A；
将所述混合物A于600～800℃下烧结115～125分钟，之后冷却，得到所述高性能水泥混合材。
优选的，所述煤矸石粉料的制备过程包括：
将干燥的煤矸石粉磨至比表面积为300～400m2/kg，得到所述煤矸石粉料。
优选的，将煤矸石粉磨前，先将煤矸石于100～110℃温度下烘干至恒重，之后再进行粉磨。
优选的，所述电子含氟污泥粉料的制备过程包括：
将干燥的电子含氟污泥粉磨至比表面积300～400m2/kg，得到所述电子含氟污泥粉料。
优选的，将电子含氟污泥粉磨前，先将电子含氟污泥于100～110℃温度下烘干至恒重，之后再进行粉磨。
优选的，以质量百分数计，所述煤矸石粉料中含有：
SiO2 59.58％，Al2O3 23.40％，Fe2O3 4.72％，CaO 4.51％，SO3 2.91％，余量为杂质。
优选的，以质量百分数计，电子含氟污泥粉料中含有：
Al2O3 27.70％，CaO 27.03％，P2O5 13.93％，F 13.96％，SiO2 8.99％，Fe2O33.21％，SO3 1.08％，余量为杂质。
优选的，将混合物A烧结完成后，进行自然冷却。
本发明还提供了一种高性能水泥混合材，该高性能水泥混合材通过本发明如上所述的一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法制得，该高性能水泥混合材代替30％水泥时水泥胶砂的活性指数为基准水泥胶砂的82.24％-92.4％。
本发明如上所述高性能水泥混合材的应用，该高性能水泥混合材能够应用在水泥胶砂中。
本发明有益效果如下：
本发明煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法主要是将煤矸石掺杂在电子含氟污泥中轻烧(烧结温度为600～800℃)制备而成。由于含氟污泥具有钙质含量高、硅铝质成分含量低，将其直接轻烧电子含氟污泥存在所制备混合材时存在活性不高、性能欠佳的问题，本发明通过向电子含氟污泥粉料中加入煤矸石粉料进行轻烧，利用煤矸石具有钙质含量低、硅铝质含量高的成分特性，将两种固废进行化学成分互补，煤矸石掺杂于电子含氟污泥中能提供更多的硅铝质成分。煤矸石中的高岭石经轻烧过后开始脱去层间水转化为结晶度较差、活性高的偏高岭石，提高了电子含氟污泥中活性氧化硅、活性氧化铝的含量。同时本发明采用煤矸石和电子含氟污泥为主要原料，成本低，生产工艺简单，有利于工业化生产和推广应用。综上，本发明创新性地提出煤矸石掺杂轻烧电子含氟污泥提高混合材性能的思路，能够利用电子含氟污泥和煤矸石这两种固废的特点，制得高性能水泥混合材，能够实现两种固废的资源化有效利用。
具体实施方式
除非另有定义，本发明中所使用的所有科学和技术术语具有与本发明涉及技术领域的技术人员通常理解的相同的含义。以下实施例用来说明本发明，但不用来限制本发明。
本发明高性能水泥混合材主要由煤矸石和电子含氟污泥混合轻烧而成，所述煤矸石的质量份数为10～50，所述含氟污泥的质量份数为50～90。所述轻烧温度600～800℃，烧结时间为115～125分钟。
本发明的下述实施例中，采用的煤矸石如下：
细度≤10％，烧失量≤20％，煤矸石的化学成分(质量％)见表1：
表1
Figure BDA0003324258600000041
本发明的下述实施例中，采用的电子含氟污泥如下：细度≤10％，烧失量≤20％；
电子含氟污泥的化学成分(质量％)见表2：
表2
Figure BDA0003324258600000042
实施例1
本实施例一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法包括如下步骤：
步骤1)，将煤矸石和电子含氟污泥均在105±5℃温度下烘干至恒重。
步骤2)，将步骤1)制备的煤矸石粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤3)，将步骤1)制备的电子含氟污泥粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤4)，将步骤2)制备的50质量份的煤矸石和步骤3)制备的50质量份的电子含氟污泥混合均匀。
步骤5)，将步骤4)制备的混合物在600℃下轻烧125分钟，然后在室温下自然冷却制备出所述高性能水泥混合材。
实施例2
本实施例一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法包括如下步骤：
步骤1)，将煤矸石和电子含氟污泥在105±5℃温度下烘干至恒重。
步骤2)，将步骤1)制备的煤矸石粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤3)，将步骤1)制备的电子含氟污泥粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤4)，将步骤2)制备的50质量份的煤矸石和步骤3)制备的50质量份的电子含氟污泥混合均匀。
步骤5)，将步骤4)制备的混合物在700℃下轻烧125分钟，然后在室温下自然冷却制备出所述高性能水泥混合材。
实施例3
本实施例一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法包括如下步骤：
步骤1)，将煤矸石和电子含氟污泥在105±5℃温度下烘干至恒重。
步骤2)，将步骤1)制备的煤矸石粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤3)，将步骤1)制备的电子含氟污泥粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤4)，将步骤2)制备的10质量份的煤矸石和步骤3)制备的90质量份的电子含氟污泥混合均匀。
步骤5)，将步骤4)制备的混合物在800℃下轻烧115分钟，然后在室温下自然冷却制备出所述高性能水泥混合材。
实施例4
本实施例一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法包括如下步骤：
步骤1)，将煤矸石和电子含氟污泥在105±5℃温度下烘干至恒重。
步骤2)，将步骤1)制备的煤矸石粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤3)，将步骤1)制备的电子含氟污泥粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤4)，将步骤2)制备的30质量份的煤矸石和步骤3)制备的70质量份的电子含氟污泥混合均匀。
步骤5)，将步骤4)制备的混合物在800℃下轻烧120分钟，然后在室温下自然冷却制备出所述高性能水泥混合材。
实施例5
本实施例一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法包括如下步骤：
步骤1)，将煤矸石和电子含氟污泥在105±5℃温度下烘干至恒重。
步骤2)，将步骤1)制备的煤矸石粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤3)，将步骤1)制备的电子含氟污泥粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤4)，将步骤2)制备的50质量份的煤矸石和步骤3)制备的50质量份的电子含氟污泥混合均匀。
步骤5)，将步骤4)制备的混合物在800℃下轻烧125分钟，然后在室温下自然冷却制备出所述高性能水泥混合材。
对比例1
本对比例一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备水泥混合材的方法包括如下步骤：
步骤1)，将煤矸石和电子含氟污泥在105℃温度下烘干至恒重。
步骤2)，将步骤1)制备的煤矸石粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤3)，将步骤1)制备的电子含氟污泥粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤4)，将步骤2)制备的10质量份的煤矸石和步骤3)制备的90质量份的电子含氟污泥混合均匀。
步骤5)，将步骤4)制备的混合物在600℃下轻烧120分钟，然后在室温下自然冷却制备出混合材。
对比例2
本对比例一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备水泥混合材的方法包括如下步骤：
步骤1)，将煤矸石和电子含氟污泥在105±5℃温度下烘干至恒重。
步骤2)，将步骤1)制备的煤矸石粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤3)，将步骤1)制备的电子含氟污泥粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤4)，将步骤2)制备的30质量份的煤矸石和步骤3)制备的70质量份的电子含氟污泥混合均匀。
步骤5)，将步骤4)制备的混合物在600℃下轻烧120分钟，然后在室温下自然冷却制备出混合材。
对比例3
本对比例一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备水泥混合材的方法包括如下步骤：
步骤1)，将煤矸石和电子含氟污泥在105±5℃温度下烘干至恒重。
步骤2)，将步骤1)制备的煤矸石粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤3)，将步骤1)制备的电子含氟污泥粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤4)，将步骤2)制备的10质量份的煤矸石和步骤3)制备的90质量份的电子含氟污泥混合均匀。
步骤5)，将步骤4)制备的混合物在700℃下轻烧120分钟，然后在室温下自然冷却制备出混合材。
对比例4
本对比例一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备水泥混合材的方法包括如下步骤：
步骤1)，将煤矸石和电子含氟污泥在105±5℃温度下烘干至恒重。
步骤2)，将步骤1)制备的煤矸石粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤3)，将步骤1)制备的电子含氟污泥粉磨至比表面积300～400m2/kg。
步骤4)，将步骤2)制备的30质量份的煤矸石和步骤3)制备的70质量份的电子含氟污泥混合均匀。
步骤5)，将步骤4)制备的混合物在700℃下轻烧120分钟，然后在室温下自然冷却制备出混合材。
性能检测
将实施例1-实施例5和对比例1-对比例4制得的水泥混合材，按照以下基准配比配制基准水泥胶砂：450gP·O42.5R水泥，225g水，1350g标准砂；按照以下配比配制水泥胶砂：315gP·O42.5R水泥，225g水，135g混合材，1350g标准砂。参照GBT 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》，对上述水泥胶砂进行性能检测，检测结果如表3所示。
表3
Figure BDA0003324258600000081
由表3可知，本发明在煤矸石为50质量份，电子含氟污泥为50质量份且温度在600、700和800℃下轻烧125分钟制备的混合材，当代替水泥量为30％时，其水泥胶砂28d抗压强度与基准水泥28d抗压强度的比值均超过了80％。
以上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、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法，其特征在于，包括如下过程：
将煤矸石粉料和电子含氟污泥粉料按照质量份数之比为5:5混合均匀，得到混合物A；
将所述混合物A于600～800℃下烧结115～125分钟，之后冷却，得到所述高性能水泥混合材；
所述煤矸石粉料的制备过程包括：
将干燥的煤矸石粉磨至比表面积为300～400m2/kg，得到所述煤矸石粉料；
所述电子含氟污泥粉料的制备过程包括：
将干燥的电子含氟污泥粉磨至比表面积300～400m2/kg，得到所述电子含氟污泥粉料。
2.根据权利要求1所述的一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法，其特征在于，将煤矸石粉磨前，先将煤矸石于100～110℃温度下烘干至恒重，之后再进行粉磨。
3.根据权利要求1所述的一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法，其特征在于，将电子含氟污泥粉磨前，先将电子含氟污泥于100～110℃温度下烘干至恒重，之后再进行粉磨。
4.根据权利要求1所述的一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法，其特征在于，以质量百分数计，所述煤矸石粉料中含有：
SiO259.58%，Al2O323.40%，Fe2O34.72%，CaO4.51%，SO32.91%，余量为杂质。
5.根据权利要求1所述的一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法，其特征在于，以质量百分数计，电子含氟污泥粉料中含有：
Al2O327.70%，CaO27.03%，P2O513.93%，F 13.96%，SiO28.99%，Fe2O33.21%，SO31.08%，余量为杂质。
6.根据权利要求1所述的一种煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法，其特征在于，将混合物A烧结完成后，进行自然冷却。
7.一种高性能水泥混合材，其特征在于，该高性能水泥混合材通过权利要求1-6任意一项所述的煤矸石掺杂电子含氟污泥轻烧制备高性能水泥混合材的方法制得。
8.权利要求7所述高性能水泥混合材在水泥胶砂中的应用。
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