CN114057419B - 一种循环流化床炉渣强化改性方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种循环流化床炉渣强化改性方法及其应用。该方法步骤为：预先配制强化剂，通过浸泡或喷雾的方式对CFB炉渣进行强化改性，改性结束后取出CFB炉渣进行静置养护即完成CFB炉渣的强化改性处理；其中，所述强化剂，由水和碱性物质组成。本发明充分利用CFB炉渣自身硅铝质组分的火山灰活性与钙硫组分的水化特性，通过加入强化剂有效激发孔隙内部自胶凝反应物质，生成水化硅酸钙凝胶与膨胀性产物钙矾石填充孔隙从而改善CFB炉渣内部结构，降低压碎值，达到强化改性的目的。该方法工艺简单，原料廉价易得，改性所得废弃CFB炉渣可以直接作为集料应用于建筑材料中，实现了其资源化利用，具有重要的实际生产应用价值和环保价值。

Description

一种循环流化床炉渣强化改性方法及其应用
技术领域
本发明属于工业固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种循环流化床燃煤炉渣强化改性方法及其应用。
背景技术
循环流化床燃烧技术作为新一代燃煤技术，具有燃料适应性广、清洁低污染等优势被越来越多的电厂所采用。循环流化床炉渣，简称CFB炉渣，是原煤在循环流化床锅炉中燃烧后由炉底排出的颗粒状固体废弃物。目前我国每年CFB炉渣排放量达到0.4～1.0亿t，大量的CFB灰渣排放与堆存不仅占用土地、也易造成环境污染，危害人体健康。CFB炉渣具有结构疏松多孔，钙硫含量高，并具有火山灰活性等特点。将CFB炉渣作为建材行业的原材料而进行资源化利用，是消纳CFB炉渣缓解排放压力的重要途经。
由于CFB炉渣疏松多孔的结构，导致其颗粒自身压碎值相比天然砂石较高，力学性能较差，因此当前利用多将其粉磨细化后作为水泥混凝土掺合料使用。这种利用方式不仅提高了粉磨能耗，同时利用率也较低，难与大量的排放趋势相平衡。因此有必要针对CFB炉渣颗粒进行强化改性设计，以降低其压碎值，从而使其能够直接作为集料而进行资源化利用。
发明内容
针对CFB炉渣疏松多孔及压碎值高的利用难点，本发明的目的在于提供一种循环流化床炉渣强化改性方法及其应用，基于其自身物理化学特性进行强化改性的方法，从而有效降低CFB炉渣压碎值，提高其力学性能，降低资源化利用难度，可直接作为集料用于混凝土中，实现废弃CFB炉渣的资源化利用。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
提供一种循环流化床炉渣强化改性方法，具体包括以下步骤：
预先配制强化剂，通过浸泡或喷雾的方式对CFB炉渣进行强化改性，改性结束后取出CFB炉渣进行静置养护即完成CFB炉渣的强化改性处理；其中，所述强化剂，由水和碱性物质组成。
本发明所述的强化剂，其成分由水和碱性物质组成，其原因在于：CFB炉渣孔隙内部具有火山灰活性物质及有自胶凝活性的钙硫组分，能够在碱性或湿润环境下发生水化反应，生成C-S-H凝胶与膨胀性钙矾石堵塞CFB炉渣内部孔隙。
优选的，所述强化剂中，碱性物质的质量浓度为0-10％，更优选为6-8％。
优选的，所述强化剂所采用的水为自来水或纯净水。
优选的，所述强化剂所采用的碱性物质为NaOH、KOH、硅酸钠、硅酸钾的一种或组合。
优选的，所述CFB炉渣粒径范围为0.075～4.75mm，CaO含量为5～20％，SO3含量为3～16％。
优选的，所述强化改性条件为：温度为20～80℃，时间为2～24h。在此养护温度区间及时间内，能使碱性溶液充分渗入CFB炉渣孔隙内部，激活孔隙内部自胶凝活性组分。
优选的，所述静置养护温度为20～50℃，湿度大于80％，养护时间为0～28d。通过后续静置养护以使CFB炉渣内部各组分之间进行充分水化反应，从而提高强化改性效果。
提供一种上述循环流化床炉渣强化改性方法改性所得循环流化床炉渣作为工程集料在建筑材料中的应用。
按上述方案，所述建筑材料为混凝土、干混砂浆、路基填料、路面基层材料及沥青混合料等。
按上述方案，所述建筑材料为混凝土时，改性所得循环流化床炉渣作为细骨料使用。改性所得循环流化床炉渣可以替代混凝土中机制砂、河沙、江砂等天然细骨料。
本发明中提供一种循环流化床炉渣强化改性方法，利用强化剂对炉渣进行强化改性处理，一方面，炉渣自身f-CaO与活性硅铝质成分发生类似水泥水化反应，生成C-S-H凝胶；同时炉渣自身的硬石膏与活性氧化铝发生水化反应，生产膨胀性钙矾石，堵塞炉渣内部孔隙；另一方面，基于碱激发原理的溶出-重构-聚合原理，碱溶液与炉渣的活性硅铝质组分反应，增加胶凝产物量，提高改性效果。
本发明的有益效果如下：
1.本发明能充分利用CFB炉渣自身硅铝质组分的火山灰活性与钙硫组分的水化特性，通过加入强化剂有效激发孔隙内部自胶凝反应物质，生成水化硅酸钙凝胶与膨胀性产物钙矾石填充孔隙从而改善CFB炉渣内部结构，降低压碎值，达到强化改性的目的。
2.本发明对CFB炉渣强化改性后，能够拓展其资源化利用方式，提高利用率，缓解CFB炉渣排放堆存压力。
3.本发明易于操作，工作流程简洁，所使用原料易得，价格低廉，改性所得废弃CFB炉渣可以直接作为集料应用于建筑材料中，实现了其资源化利用，具有重要的实际生产应用价值和环保价值。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的解释说明。
实施例1
本实施例的强化剂，主要由以下重量份数的原料制成：NaOH 5份，KOH 5份，水90份。
本实施例所用CFB炉渣物理化学性质为：粒径2.36-4.75mm，压碎值53.41％，CaO含量9.36％，SO3含量5.25％.
本实施例分别选取了三种养护温度，按照以下步骤对CFB炉渣进行强化改性：
步骤一：按照前述原料成分配置强化剂，并将强化剂加入喷雾装置中；
步骤二：将前述物化性质的CFB炉渣取出三组分层摊铺，分别在10℃、50℃、80℃进行喷雾强化改性24h，并编号为CFB炉渣A、CFB炉渣B、CFB炉渣C；
步骤三：关闭喷雾装置，在20℃下静置养护28d。
对本实施例强化改性后的三组CFB炉渣压碎值进行测试，其中，CFB炉渣A为42.16％，CFB炉渣B为31.67％，CFB炉渣C为35.49％.
实施例2
本实施例选取了三种配方的强化剂，编号为D、E、F，主要由以下重量份数的原料制成：D组为水100份；E组为NaOH 5份，硅酸钠3份，水92份；F组为KOH 5份，硅酸钾3份，水92份。
本实施例所用CFB炉渣物理化学性质为：粒径1.18-2.36mm，压碎值52.51％，CaO含量7.22％，SO3含量4.73％。
本实施例按照以下步骤对CFB炉渣进行强化改性：按照前述成分分别配置好三种强化剂加入喷雾装置中，而后将CFB炉渣分层摊铺，在40℃下喷雾强化改性20h，而后关闭喷雾装置，在50℃下静置养护20d。
对本实施例强化改性后的三组CFB炉渣压碎值进行测试，其中，D组为44.25％，E组为32.08％，F组为33.13％。
实施例3
本实施例的强化剂，主要由以下重量份数的原料制成：NaOH 5份，硅酸钠3份，水92份。
本实施例所用CFB炉渣物理化学性质为：粒径0.6-4.75mm，压碎值53.88％，CaO含量8.31％，SO3含量4.55％.
本实施例选取了喷雾和浸泡两种改性方式，分别编号为G组和H组，按照以下步骤对CFB炉渣进行强化改性：
按照前述原料成分配置强化剂，取部分强化剂加入喷雾装置中，在20℃下对CFB炉渣进行喷雾强化改性24h，记为CFB炉渣G；另一部分强化剂置于容器中并保持强化剂温度为20℃，将CFB炉渣在强化剂中浸泡强化改性24h，记为CFB炉渣H；取出两组CFB炉渣，在20℃下静置养护14d。
对本案例强化改性后的两组CFB炉渣压碎值进行测试，其中，G组为33.69％，H组为28.92％。
实施例4
本实施例采用原始循环流化床炉渣与改性后循环流化床炉渣制备了混凝土。
本实施例原材料包括：P.O·425硅酸盐水泥、CFB飞灰、矿粉、CFB炉渣、碎石、水、减水剂，具体配合比如下表所示。
Figure BDA0003345083780000041
本实施例所用改性后CFB炉渣为实施例3中H组CFB炉渣。
本实施案例制备的两种混凝土抗压强度性能为：原始CFB炉渣混凝土7d、28d抗压强度分别为25.89MPa，39.53MPa；改性CFB炉渣混凝土7d、28d抗压强度分别为34.22MPa，52.19MPa。
以上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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种循环流化床炉渣强化改性方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
预先配制强化剂，通过浸泡或喷雾的方式对CFB炉渣进行强化改性，改性结束后取出CFB炉渣进行静置养护即完成CFB炉渣的强化改性处理；其中，所述强化剂，由水和碱性物质组成；其中：
碱性物质的质量浓度为6-8％；
所述强化改性条件为：温度为20～80℃，时间为2～24h。
2.根据权利要求1所述的强化改性方法，其特征在于，所述强化剂所采用的碱性物质为NaOH、KOH、硅酸钠、硅酸钾的一种或组合。
3.根据权利要求1所述的强化改性方法，其特征在于，所述CFB炉渣粒径范围为0.075～4.75mm，CaO含量为5～20％，SO3含量为3～16％。
4.根据权利要求1所述的强化改性方法，其特征在于，所述静置养护温度为20～50℃，湿度大于80％，养护时间为0～28d；通过后续静置养护以使CFB炉渣内部各组分之间进行充分水化反应，从而提高强化改性效果。
5.一种权利要求1-4任一项所述的循环流化床炉渣强化改性方法改性所得循环流化床炉渣作为工程集料在建筑材料中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述建筑材料为混凝土、干混砂浆、路基填料、路面基层材料或沥青混合料。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，所述建筑材料为混凝土时，改性所得循环流化床炉渣作为细骨料使用。
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