CN114455932B - 一种煤炉渣/石膏复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤炉渣/石膏复合材料。这种煤炉渣/石膏复合材料包括以下组分：煤炉渣、脱硫石膏、十二烷基硫酸钠、水玻璃、芒硝。本发明中脱硫石膏中的二水合硫酸钙借助水化时煤炉渣放出的热量与煤炉渣中的铝、硅等形成铝硅酸钙及其他具有一定胶凝性质的材料，充分利用固体废弃物煤炉渣、脱硫石膏，实现了煤炉渣、脱硫石膏的资源化利用，在实现环境效益的同时创造了经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及固废资源化技术领域，具体涉及一种煤炉渣/石膏复合材料。
背景技术
煤炉渣是电厂锅炉、各种工业及民用锅炉、炉窑在燃烧煤炭过程中产生的固体废弃物，主要是由完全燃烧的灰烬与不完全燃烧的煤炭组成的混合物。一般来说，每燃烧1t煤，产生0.25-0.3t的燃煤炉渣。煤炭的燃烧是目前电厂锅炉和部分工业获取能源的主要方式，据统计，全国燃煤电厂和低热值电厂排放的燃煤炉渣占全国固体废弃物的40％，居各种工业废渣排放之首。大量的燃煤炉渣若不能得到及时、合理的利用，需要浪费大量的土地和人力、财力来对它进行堆放和处置。
煤炭燃烧后除了排放大量的二氧化碳外，少量的二氧化硫也会被排放出来。燃烧烟气需进行脱硫，烟气脱硫最常用的方式是使用碱性物质石灰石(CaCO3)、生石灰(CaO)和熟石灰(Ca(OH)2等吸收烟气中的二氧化硫，烟气脱硫产生大量的脱硫石膏副产物，脱硫石膏的主要成分为CaSO4·2H2O。我国烧结烟气脱硫尚处于发展时期，对脱硫副产物的利用尚未形成完整的工业链，我国存在大量廉价的天然石膏资源，因此，脱硫石膏在国内并没有得到有效的再利用，大部分仍釆取堆放方式处置，不仅占用大量土地，浪费资源，而且也会对周边环境造成二次污染。
发明内容
为了克服现有技术存在煤炉渣、脱硫石膏综合利用的问题，本发明的目的之一在于提供一种煤炉渣/石膏复合材料，本发明的目的之二在于提供这种煤炉渣/石膏复合材料的制备方法，本发明的目的之三在于提供这种煤炉渣/石膏复合材料的应用。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
一种煤炉渣/石膏复合材料，包括以下组分：煤炉渣、脱硫石膏、十二烷基硫酸钠、水玻璃、芒硝。
优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料，包括以下质量份的组分：30-50份煤炉渣、40-60份脱硫石膏、3-10份十二烷基硫酸钠、1-7份水玻璃、1-7份芒硝；进一步优选的，包括以下质量份的组分：30-40份煤炉渣、40-50份脱硫石膏、4-8份十二烷基硫酸钠、2-5份水玻璃、2-5份芒硝。
优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料的组分还包括水；进一步优选的，水与除水之外其他组分的总质量比为(1-3):3；再进一步优选的，水与除水之外其他组分的总质量比为(1.5-2.5)：3；更进一步优选的，水与除水之外其他组分的总质量比为2：3。
优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料中，煤炉渣包括以下质量百分数的组分：55-75％SiO2、10-30％Al2O3、5-12％Fe2O3、2-5％CaO、1-4％MgO、1-3％SO3、0.8-2.5％TiO2、1-3％K2O；进一步优选的，煤炉渣包括以下质量百分数的组分：58-70％SiO2、15-25％Al2O3、6-10％Fe2O3、2.5-4.5％CaO、1.5-2.5％MgO、1.2-2.5％SO3、1.2-1.8％TiO2、1.2-2.2％K2O。
进一步优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料中，煤炉渣的组分还包括5-12wt％烧失量；再进一步优选的，煤炉渣的组分还包括6.15-9.80wt％烧失量；在本发明的一些优选具体实施方式中，煤炉渣包括以下质量百分数的组分：60.15-68.24％SiO2、18.14-23.51％Al2O3、6.95-8.60％Fe2O3、3.18-3.54％CaO、1.75-2.05％MgO、1.65-1.95％SO3、1.25-1.65％TiO2、1.5-2.0％K2O、6.15-9.80％wt％烧失量。
进一步优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料中，煤炉渣的堆积密度为700-1000kg/m3；再进一步优选的，煤炉渣的堆积密度为800-900kg/m3；更进一步优选的，煤炉渣的堆积密度为820kg/m3。
进一步优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料中，煤炉渣的粒度＞0.5mm的占比＜20wt％；再进一步优选的，煤炉渣的粒度＞0.5mm的占比＜15wt％；更进一步优选的，煤炉渣的粒度＞0.5mm的占比＜10wt％。
进一步优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料中，煤炉渣的含水量为3-9wt％；再进一步优选的，煤炉渣的含水量为4-8wt％。
优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料中，脱硫石膏包括以下质量百分数的组分：1-4％SiO2、0.03-3％Al2O3、0.03-1％Fe2O3、20-45％CaO、0.1-0.8％MgO、30-50％SO3；进一步优选的，脱硫石膏包括以下质量百分数的组分：1.5-3.5％SiO2、0.04-1.5％Al2O3、0.04-0.8％Fe2O3、28-38％CaO、0.2-0.7％MgO、38-48％SO3；在本发明的一些优选具体实施方式中，脱硫石膏由以下质量百分数的组分组成：1.63-3.25％SiO2、0.05-1％Al2O3、0.05-0.5％Fe2O3、30.15-35.5％CaO、0.24-0.55％MgO、40.15-45.51％SO3，其余为烧失量。
进一步优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料中，脱硫石膏的抗折强度≥2.1MPa；再进一步优选的，脱硫石膏的抗折强度≥2.5MPa；更进一步优选的，脱硫石膏的抗折强度为3.0-2.5MPa。
进一步优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料中，脱硫石膏的膨胀系数为3，标准稠度为88％。
进一步优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料中，脱硫石膏的初凝时间为5-15min，终凝时间≤20min；再进一步优选的，脱硫石膏的初凝时间为5-10min，终凝时间为15min。
优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料中，水玻璃为工业固体水玻璃(硅酸钠)；在本发明的一些优选具体实施方式中，采用工业固体水玻璃，其指标如下：可溶性固体≥98wt％，Fe含量≤0.12wt％，模数为3.51-3.55；模数＝SiO2/Na2O(摩尔比)。
优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料中，十二烷基硫酸钠为固体产品；在本发明的一些优选具体实施方式中，采用工业级固体的十二烷基硫酸钠，其指标如下：活性物质的含量≥90wt％，石油醚可溶物≤2.1％，以硫酸钠和氯化钠计的无机盐含量≤5.0％，白度＞75，水分含量为3％。
优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料中，芒硝为工业芒硝，其粒径分布为：粒径＜2.75μm的颗粒占10wt％；粒径＜5.54μm的颗粒占30wt％；粒径＜8.61μm的颗粒占50wt％；粒径＜13.46μm的颗粒占60wt％；粒径＜35.94μm的颗粒占90wt％。
本发明第二方面提供了上述煤炉渣/石膏复合材料的制备方法。
一种上述煤炉渣/石膏复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将各组分混合，得到煤炉渣/石膏复合材料。
优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：将除水以外的组分混合，搅拌，再加入水，再搅拌，得到煤炉渣/石膏复合材料。
进一步优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料的制备方法中，将除水以外的组分混合后搅拌的时间为5-15min；再进一步优选的，将除水以外的组分混合后搅拌的时间为8-12min；更进一步优选的，将除水以外的组分混合后搅拌的时间为10min。
进一步优选的，这种煤炉渣/石膏复合材料的制备方法中，加入水后再搅拌的时间为5-15min；再进一步优选的，加入水后再搅拌的时间为8-12min；更进一步优选的，加入水后再搅拌的时间为10min。
本发明第三方面提供了上述煤炉渣/石膏复合材料的应用。
本发明提供了上述煤炉渣/石膏复合材料在公路采空区治理中的应用；进一步优选的，煤炉渣/石膏复合材料在公路采空区填充中的应用；具体来说，采用上述的煤炉渣/石膏复合材料对公路采空区进行充填。
本发明的有益效果是：
煤炉渣包含不完全燃烧的煤炭，含有一定的发热量，是一种可燃性再生资源，脱硫石膏中的二水合硫酸钙借助水化时煤炉渣放出的热量与煤炉渣中的铝、硅等形成铝硅酸钙及其他具有一定胶凝性质的材料，充分利用固体废弃物煤炉渣、脱硫石膏，实现了煤炉渣、脱硫石膏的资源化利用，在实现环境效益的同时创造了经济效益。
本发明制备的煤炉渣/石膏复合材料的28天抗压强度＞0.7MPa，满足高速公路的采空区治理的强度要求；本发明制备的煤炉渣/石膏复合材料的流动度＞301mm，具有更高的流动度，可以更好的填满采空区且不易堵塞管道，更加有利于充填管道的设计。
本发明制备的煤炉渣/石膏复合材料在对高速公路的路基采空区进行治理时，在实现大量消耗固体废弃物目的的同时也降低了高速公路的造价。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。实施例和对比例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
实施例1
本例煤炉渣/石膏复合材料的组分质量份如表1所示。
表1实施例1的煤炉渣/石膏复合材料组分
| 原料 | 质量份 |
| 煤炉渣 | 30 |
| 脱硫石膏 | 60 |
| 十二烷基硫酸钠 | 5 |
| 水玻璃 | 2 |
| 芒硝 | 3 |
实施例2
本例煤炉渣/石膏复合材料的组分质量份如表2所示。
表2实施例2的煤炉渣/石膏复合材料组分
| 原料 | 质量份 |
| 煤炉渣 | 50 |
| 脱硫石膏 | 41 |
| 十二烷基硫酸钠 | 7 |
| 水玻璃 | 1 |
| 芒硝 | 1 |
实施例3
本例煤炉渣/石膏复合材料的组分质量份如表3所示。
表3实施例3的煤炉渣/石膏复合材料组分
| 原料 | 质量份 |
| 煤炉渣 | 37 |
| 脱硫石膏 | 45 |
| 十二烷基硫酸钠 | 8 |
| 水玻璃 | 5 |
| 芒硝 | 5 |
实施例4
本例煤炉渣/石膏复合材料的组分质量份如表4所示。
表4实施例4的煤炉渣/石膏复合材料组分
| 原料 | 质量份 |
| 煤炉渣 | 38 |
| 脱硫石膏 | 48 |
| 十二烷基硫酸钠 | 7 |
| 水玻璃 | 5 |
| 芒硝 | 2 |
实施例5
本例煤炉渣/石膏复合材料的组分质量份如表5所示。
表5实施例5的煤炉渣/石膏复合材料组分
| 原料 | 质量份 |
| 煤炉渣 | 40 |
| 脱硫石膏 | 44 |
| 十二烷基硫酸钠 | 6 |
| 水玻璃 | 5 |
| 芒硝 | 5 |
实施例6
本例煤炉渣/石膏复合材料的组分质量份如表6所示。
表6实施例6的煤炉渣/石膏复合材料组分
实施例1-6煤炉渣/石膏复合材料的制备方法如下：
1、将实施例组分按质量份加入到搅拌机中，搅拌10分钟，使其充分搅拌均匀；
2、加入水，水的添加量与各实施例组分总质量比为2:3，开启搅拌机，搅拌10分钟，使其混合均匀即得到煤炉渣/石膏复合材料。
对比例1
采用目前高速公路使用的成熟充填材料浆料，即普通国标硅酸盐P.O42.5水泥砂浆；砂为河砂，其浓度为50％，灰砂比为1：5；其中河砂的相关指标为：表观密度2580kg/m3，堆积密度为1650kg/m3，含泥量为1.42％，水为普通自来水。
性能测试
测定实施例1-6制备得到的煤炉渣/石膏复合材料以及对比例1的浆料的7天与28天抗压强度。强度实验采用BC-300D电脑恒应力压力试验机进行测定，具体测试结果如表7所示。
测定实施例1-6制备得到的煤炉渣/石膏复合材料以及对比例1的浆料的流动度。参考GB/T2419-2005《水泥胶砂流动度测定方法》进行流动度测试，具体测试结果如表7所示。
表7实施例与对比例性能测试结果
由表7的结果可知，实施例1-6中实施例2的28天抗压强度最低，为0.78MPa，是对比例1的86％，大于高速公路对采空区的强度0.6MPa的要求，其抗压强度满足高速公路采空区治理充填材料使用需求，其中实施例4的28天抗压强度为0.93MPa，大于对比例1水泥砂浆的28天抗压强度，实施例6的28天抗压强度为0.95MPa，为实施例128天抗压强度的104％。
由表7的结果可知，实施例1-6的流动度≥302mm，大于对比例1的流动度301mm，满足高速公路采空区治理较高的流动性要求，其中实施例5的流动度最高为331mm，更高的流动度可以更好的填满采空区且不易堵塞管道，更加有利于充填管道的设计。
本发明所使用的充填及混合装备均为常规装备且在现有基础上没有增加设备，且本发明大量采用固体废弃物作为原料，不但节约了成本，同时也保护了自然环境，是绿色环保的高速公路采空区治理材料。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种煤炉渣/石膏复合材料，其特征在于，由以下组分组成：30-50份煤炉渣、40-60份脱硫石膏、3-10份十二烷基硫酸钠、1-7份水玻璃、1-7份芒硝和水；
所述水与除水之外其他组分的总质量比为2:3；
所述脱硫石膏包括以下质量百分数的组分：1-4% SiO2、0.03-3% Al2O3、0.03-1% Fe2O3、20-45% CaO、0.1-0.8% MgO、30-50% SO3；
所述脱硫石膏的抗折强度≥2.1MPa。
2.根据权利要求1所述的一种煤炉渣/石膏复合材料，其特征在于，所述煤炉渣包括以下质量百分数的组分：55-75% SiO2、10-30% Al2O3、5-12% Fe2O3、2-5% CaO、1-4% MgO、1-3%SO3、0.8-2.5% TiO2、1-3% K2O。
3.根据权利要求2所述的一种煤炉渣/石膏复合材料，其特征在于，所述煤炉渣的堆积密度为700-1000kg/m3。
4.根据权利要求2所述的一种煤炉渣/石膏复合材料，其特征在于，所述煤炉渣的粒度＞0.5mm的占比＜20wt%。
5.一种权利要求1-4任一项所述的煤炉渣/石膏复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将各组分混合，得到所述煤炉渣/石膏复合材料。
6.权利要求1-4任一项所述的煤炉渣/石膏复合材料在公路采空区治理中的应用。
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