CN115838251A - 一种气化渣基胶凝材料及其制备方法与应用 - Google Patents

一种气化渣基胶凝材料及其制备方法与应用 Download PDF

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CN115838251A CN202310092727.6A CN202310092727A CN115838251A CN 115838251 A CN115838251 A CN 115838251A CN 202310092727 A CN202310092727 A CN 202310092727A CN 115838251 A CN115838251 A CN 115838251A
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Abstract

本发明涉及一种气化渣基胶凝材料及其制备方法与应用,所述气化渣基胶凝材料的制备方法包括如下步骤:(1)均匀混合气化渣与无机酸,得到预处理气化渣;(2)步骤(1)所得预处理气化渣经机械化学活化处理,得到处理料浆;(3)步骤(2)所得处理料浆依次经浇注与养护处理,得到所述气化渣基胶凝材料;步骤(2)所述机械化学活化处理包括转速与球磨时间均依次增加的第一处理段、第二处理段以及第三处理段。本发明仅采用气化渣一种固废作为原料,同时以无机酸解聚活化,以气化渣中自带的铝、钙作为激发剂,原位激发制备出力学性能较好的气化渣基胶凝材料,实现了气化渣的全量化、规模化利用。

Description

一种气化渣基胶凝材料及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及建工建材技术领域,具体涉及一种气化渣基胶凝材料及其制备方法与应用。
背景技术
煤气化是清洁利用煤炭资源的核心技术,随着煤气化技术的大规模推广,年消耗煤炭量巨大,气化渣产生量随之增加。目前气化渣的处理方式主要为堆存和填埋,尚未大规模工业化应用,造成了严重的环境污染和土地资源浪费,对可持续发展造成不利影响。基于气化渣具有玻璃相含量高、硅含量高等特点,可作为胶凝材料的重要替代原料。
采用传统固废制备胶凝材料主要以矿渣粉和其他固废复配,通过碱和硅酸盐进行激发得到胶凝材料。CN 114804675A公开了一种复合碱激发胶凝材料及其制备方法,该胶凝材料的制备方法为,首先对磷石膏进行碱性预处理,同时对钢渣、镁渣、矿渣采用粉煤灰进行高温活化,然后再将预处理后的磷石膏、钢渣、镁渣、矿渣和碱激发剂混合,制得复合碱激发胶凝材料。
CN 114477806A公开了一种低碳胶凝材料及其制备方法,具体包括将钢渣、高炉矿渣、粉煤灰、脱硫石膏、石灰和激发剂按比例混匀,将混匀后的物料经过磁选和筛分,分离出RO相后,传送进辊压机,当物料表面产生裂纹时,进行蒸湿处理,处理完成后通入工业烟气固化,传送至超细磨机,控制物料细度,即可得到低碳胶凝材料。
上述胶凝材料的制备均存在高活性矿渣利用量大、碱激发剂用量大等缺点,增加了成本与能耗。
气化渣作为煤基固废,属于典型难以利用的铝硅酸盐固废,其反应活性较低,目前以气化渣为原料制备胶凝材料的研究较少,主要通过低掺量气化渣与其他固废复配,通过碱激发制备胶凝材料。CN 113336516A公开了一种采用多元固废制备的胶凝材料及其协同调控方法,该胶凝材料由以下重量百分比的原料制成:熟料79.5%,赤泥4%,钢渣4%,脱硫石膏3.5%,高铝粉煤灰3.5%,煤气化渣1.5%,水4%;所述熟料由以下重量百分比的原料制成:锆渣35%,煤矸石35%,电石渣17%,高硫烟灰13%。
CN 115073114A公开了一种镁渣大掺量免水泥胶凝材料及其制备方法和应用,包括以下步骤:将镁渣、粉煤灰、气化粗渣、燃煤灰渣和脱硫石膏进行粉磨活化,得到基料;将煤矸石分级破碎得到的煤矸石骨料和燃煤灰渣分级破碎得到的燃煤灰渣骨料进行混合,得到混合骨料;将所述基料、混合骨料和外加剂混合,得到镁渣大掺量免水泥胶凝材料。
但上述胶凝材料的制备均存在气化渣掺量低、胶凝材料强度低等问题。
针对现有技术的不足,需要提供一种采用气化渣单一固废制备高强度、低碳低钙的胶凝材料的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气化渣基胶凝材料及其制备方法与应用,以单一固废气化渣为原料,无额外碱激发剂加入,采用工业副产无机酸对气化渣活化改性和钙铝原位激发制备气化渣基胶凝材料,制备过程的能耗物耗较低,碳排放较低,所得产品强度高,可替代水泥,广泛用于混凝土、水泥制品、矿井充填等领域,实现了气化渣的全量化、规模化利用,经济与环境效益显著,易于大规模推广应用。
为达到此发明目的,本发明采用以下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种气化渣基胶凝材料的制备方法,所述制备方法包括如下步骤:
(1)均匀混合气化渣与无机酸,得到预处理气化渣;
(2)步骤(1)所得预处理气化渣经机械化学活化处理,得到处理料浆;
(3)步骤(2)所得处理料浆依次经浇注与养护处理,得到所述气化渣基胶凝材料;
步骤(2)所述机械化学活化处理包括转速与球磨时间均依次增加的第一处理段、第二处理段以及第三处理段。
本发明提供的制备方法,一方面,仅采用气化渣一种固废作为原料,解决了气化渣掺量低的问题;另一方面,以无机酸解聚活化,以气化渣中自带的铝、钙作为激发剂,原位激发制备气化渣基胶凝材料,解决了气化渣反应活性低、产品强度低等问题,避免了碱激发剂和水泥的加入,缩短了工艺流程,制得产品可以替代42.5标号水泥,降低了生产成本,大幅提高了产品品质;
本发明采用机械化学耦合活化的方式,将传统的先机械活化后化学活化的方式进行变革,通过机械化学耦合活化不仅可以降低颗粒的粒度,同时增加矿相的畸变率,进而提高了反应活性;化学场的引入通过将多聚体解聚和硅氧羟基化协同调控,促进了气化渣硅组分胶体化,可以大幅提高胶凝材料的早期强度。
优选地,步骤(1)所述气化渣的来源包括干煤粉气流床气化炉和/或水煤浆气化炉。
优选地,步骤(1)所述无机酸的氢离子浓度为2-8mol/L,例如可以是2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L、6mol/L、7mol/L或8mol/L,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述无机酸包括工业副产无机酸,所述工业副产无机酸包括盐酸、硫酸或硝酸中的任意一种或至少两种的组合,典型但非限制性的组合包括盐酸与硫酸的组合,硫酸与硝酸的组合,或盐酸、硫酸与硝酸的组合。
优选地,步骤(1)所述均匀混合的步骤包括:在气化渣中逐步加入无机酸,所述逐步加入的过程中不断进行机械混合。
所述无机酸需逐步加入而非一次性加入,避免混合不均匀,从而降低预处理效果。
优选地,步骤(1)所述均匀混合的转速为50-200r/min,例如可以是50r/min、100r/min、150r/min、180r/min或200r/min,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(1)所述无机酸与气化渣的液固比为1-2.5mL/g,例如可以是1mL/g、1.2mL/g、1.5mL/g、2mL/g或2.5mL/g,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(2)所述机械化学活化处理的设备包括球磨机、棒磨机或柱磨机中的任意一种或至少两种的组合,典型但非限制性的组合包括球磨机与棒磨机的组合,棒磨机与柱磨机的组合,或球磨机、棒磨机与柱磨机的组合。
所述机械化学活化处理包括机械研磨和酸活化反应的耦合集成。
优选地,所述第一处理段的转速为100-200r/min,第二处理段的转速为200-400r/min,第三处理段的转速为400-500r/min。
所述第一处理段的转速为100-200r/min,例如可以是100r/min、120r/min、150r/min、180r/min或200r/min,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第二处理段的转速为200-400r/min,例如可以是200r/min、250r/min、300r/min、350r/min或400r/min,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第三处理段的转速为400-500r/min,例如可以是400r/min、420r/min、450r/min、480r/min或500r/min,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,所述第一处理段的球磨时间为5-15min,第二处理段的球磨时间为15-60min,第三处理段的球磨时间为60-90min。
所述第一处理段的球磨时间为5-15min,例如可以是5min、8min、10min、12min或15min,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第二处理段的球磨时间为15-60min,例如可以是15min、20min、30min、40min、50min或60min,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第三处理段的球磨时间为60-90min,例如可以是60min、65min、70min、80min或90min,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明对机械化学活化处理过程采用梯度控制,其中,第一处理段是为了解决气化渣反应活性低的问题,通过无机酸对气化渣铝硅酸盐多聚体进行解聚活化,提高硅氧反应活性和胶凝材料的早期强度;第二处理段是为了促进阴离子与金属钙铝离子高效反应,促进气化渣中玻璃体中钙铝元素高效解离原位形成化学激发剂;第三处理段是为了促进钙、铝激发剂与硅氧结构进行重构制备气化渣基胶凝材料。
优选地,步骤(2)所述机械化学活化处理的温度为20-80℃,例如可以是20℃、35℃、50℃、65℃或80℃,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地,步骤(3)所述养护处理在蒸养箱中进行。
优选地,步骤(3)所述养护处理包括依次进行的第一养护段、第二养护段以及第三养护段;
所述第一养护段的湿度≤20%,温度为60-80℃,时间为2-8h;所述第二养护段的湿度为20-80%,温度为40-60℃,时间为8-18h;所述第三养护段的湿度≥80%,温度为40-60℃,时间为18-24h。
所述第一养护段的湿度≤20%,例如可以是20%、10%、5%、2%或0%,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第一养护段的温度为60-80℃,例如可以是60℃、65℃、70℃、75℃或80℃,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第一养护段的时间为2-8h,例如可以是2h、4h、6h、7h或8h,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第二养护段的湿度为20-80%,例如可以是20%、35%、50%、65%或80%,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第二养护段的温度为40-60℃,例如可以是40℃、45℃、50℃、55℃或60℃,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第二养护段的时间为8-18h,例如可以是8h、10h、12h、15h或18h,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第三养护段的湿度≥80%,例如可以是80%、85%、90%、95%或100%,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第三养护段的温度为40-60℃,例如可以是40℃、45℃、50℃、55℃或60℃,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
所述第三养护段的时间为18-24h,例如可以是18h、20h、21h、22h或24h,但不限于所列举的数值,数值范围内其它未列举的数值同样适用。
本发明所述养护处理中通过对温度、湿度与时间进行梯度控制,可以保证反应、活化、胶凝过程循序渐进逐步强化,提高硅氧铝配位结构解离效率、铝酸盐和硅酸盐胶凝效率,从而提高胶凝材料的性能。
作为本发明所述的制备方法的优选技术方案,所述制备方法包括如下步骤:
(1)在气化渣中逐步加入氢离子浓度为2-8mol/L的无机酸,所述逐步加入的过程中不断以50-200r/min的转速进行机械混合,得到预处理气化渣;所述无机酸与气化渣的液固比为1-2.5mL/g;
(2)步骤(1)所得预处理气化渣在20-80℃下进行机械化学活化处理,得到处理料浆;
所述机械化学活化处理包括转速与球磨时间均依次增加的第一处理段、第二处理段以及第三处理段;所述第一处理段的转速为100-200r/min,第二处理段的转速为200-400r/min,第三处理段的转速为400-500r/min;所述第一处理段的球磨时间为5-15min,第二处理段的球磨时间为15-60min,第三处理段的球磨时间为60-90min;
(3)步骤(2)所得处理料浆依次经浇注与蒸养箱中养护处理,得到所述气化渣基胶凝材料;
所述养护处理包括依次进行的第一养护段、第二养护段以及第三养护段;所述第一养护段的湿度≤20%,温度为60-80℃,时间为2-8h;所述第二养护段的湿度为20-80%,温度为40-60℃,时间为8-18h;所述第三养护段的湿度≥80%,温度为40-60℃,时间为18-24h。
第二方面,本发明提供了一种气化渣基胶凝材料,所述气化渣基胶凝材料通过第一方面所述的制备方法制备得到。
本发明提供的气化渣基胶凝材料,1天抗压强度可达15.14MPa,7天抗压强度可达41.56MPa,28天抗压强度可达58.83MPa,且气化渣基胶凝材料的抗压强度符合相应的回归方程,能够通过调整材料参数获得所需的力学性能。
第三方面,本发明提供了一种如第二方面所述气化渣基胶凝材料的应用,所述气化渣基胶凝材料用于混凝土制备、水泥制品制备以及矿井充填中。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
(1)本发明提供的制备方法,仅采用气化渣一种固废作为原料,同时以无机酸解聚活化,以气化渣中自带的铝、钙作为激发剂,原位激发制备气化渣基胶凝材料,解决了气化渣掺量低、反应活性低、产品强度低等问题,避免了碱激发剂和水泥的加入,缩短了工艺流程;结合机械化学耦合活化与参数梯度控制,制得的气化渣基胶凝材料1天抗压强度可达15.14MPa,7天抗压强度可达41.56MPa,28天抗压强度可达58.83MPa,可以替代42.5标号水泥,降低了生产成本,大幅提高了产品品质;
(2)本发明提供的制备方法为共性活化胶凝调控方法,可以拓展应用到其他铝硅基固体废弃物规模化利用方面。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了,所述实施例仅仅是帮助理解本发明,不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种气化渣基胶凝材料,所述气化渣基胶凝材料的制备方法包括如下步骤:
(1)在气化渣中逐步加入氢离子浓度为5mol/L的工业副产硫酸,所述逐步加入的过程中不断以150r/min的转速进行机械混合,得到预处理气化渣;所述工业副产硫酸与气化渣的液固比为1.5mL/g;
(2)步骤(1)所得预处理气化渣在50℃下进行机械化学活化处理,得到处理料浆;
所述机械化学活化处理包括转速与球磨时间均依次增加的第一处理段、第二处理段以及第三处理段;所述第一处理段的转速为150r/min,球磨时间为10min;第二处理段的转速为300r/min,球磨时间为30min;第三处理段的转速为450r/min,球磨时间为70min;
(3)步骤(2)所得处理料浆依次经浇注与蒸养箱中养护处理,得到所述气化渣基胶凝材料;
所述养护处理包括依次进行的第一养护段、第二养护段以及第三养护段;所述第一养护段的湿度为5%,温度为70℃,时间为6h;所述第二养护段的湿度为50%,温度为50℃,时间为12h;所述第三养护段的湿度为90%,温度为50℃,时间为21h。
经测试,所得气化渣基胶凝材料的1天抗压强度为15.14MPa,7天抗压强度为41.56MPa,28天抗压强度为58.83MPa。
实施例2
本实施例提供了一种气化渣基胶凝材料,所述气化渣基胶凝材料的制备方法包括如下步骤:
(1)在气化渣中逐步加入氢离子浓度为6mol/L的工业副产硫酸,所述逐步加入的过程中不断以180r/min的转速进行机械混合,得到预处理气化渣;所述工业副产硫酸与气化渣的液固比为1.2mL/g;
(2)步骤(1)所得预处理气化渣在35℃下进行机械化学活化处理,得到处理料浆;
所述机械化学活化处理包括转速与球磨时间均依次增加的第一处理段、第二处理段以及第三处理段;所述第一处理段的转速为180r/min,球磨时间为8min;第二处理段的转速为350r/min,球磨时间为20min;第三处理段的转速为480r/min,球磨时间为65min;
(3)步骤(2)所得处理料浆依次经浇注与蒸养箱中养护处理,得到所述气化渣基胶凝材料;
所述养护处理包括依次进行的第一养护段、第二养护段以及第三养护段;所述第一养护段的湿度为10%,温度为65℃,时间为7h;所述第二养护段的湿度为65%,温度为45℃,时间为15h;所述第三养护段的湿度为95%,温度为45℃,时间为20h。
经测试,所得气化渣基胶凝材料的1天抗压强度为14.72MPa,7天抗压强度为39.17MPa,28天抗压强度为56.83MPa。
实施例3
本实施例提供了一种气化渣基胶凝材料,所述气化渣基胶凝材料的制备方法包括如下步骤:
(1)在气化渣中逐步加入氢离子浓度为4mol/L的工业副产硫酸,所述逐步加入的过程中不断以100r/min的转速进行机械混合,得到预处理气化渣;所述工业副产硫酸与气化渣的液固比为2mL/g;
(2)步骤(1)所得预处理气化渣在65℃下进行机械化学活化处理,得到处理料浆;
所述机械化学活化处理包括转速与球磨时间均依次增加的第一处理段、第二处理段以及第三处理段;所述第一处理段的转速为120r/min,球磨时间为12min;第二处理段的转速为250r/min,球磨时间为50min;第三处理段的转速为420r/min,球磨时间为80min;
(3)步骤(2)所得处理料浆依次经浇注与蒸养箱中养护处理,得到所述气化渣基胶凝材料;
所述养护处理包括依次进行的第一养护段、第二养护段以及第三养护段;所述第一养护段的湿度为2%,温度为75℃,时间为4h;所述第二养护段的湿度为35%,温度为55℃,时间为10h;所述第三养护段的湿度为85%,温度为55℃,时间为22h。
经测试,所得气化渣基胶凝材料的1天抗压强度为13.16MPa,7天抗压强度为38.74MPa,28天抗压强度为56.35MPa。
实施例4
本实施例提供了一种气化渣基胶凝材料,所述气化渣基胶凝材料的制备方法包括如下步骤:
(1)在气化渣中逐步加入氢离子浓度为8mol/L的工业副产盐酸,所述逐步加入的过程中不断以200r/min的转速进行机械混合,得到预处理气化渣;所述工业副产盐酸与气化渣的液固比为1mL/g;
(2)步骤(1)所得预处理气化渣在20℃下进行机械化学活化处理,得到处理料浆;
所述机械化学活化处理包括转速与球磨时间均依次增加的第一处理段、第二处理段以及第三处理段;所述第一处理段的转速为200r/min,球磨时间为5min;第二处理段的转速为400r/min,球磨时间为15min;第三处理段的转速为500r/min,球磨时间为60min;
(3)步骤(2)所得处理料浆依次经浇注与蒸养箱中养护处理,得到所述气化渣基胶凝材料;
所述养护处理包括依次进行的第一养护段、第二养护段以及第三养护段;所述第一养护段的湿度为20%,温度为60℃,时间为8h;所述第二养护段的湿度为80%,温度为40℃,时间为18h;所述第三养护段的湿度为100%,温度为40℃,时间为18h。
经测试,所得气化渣基胶凝材料的1天抗压强度为10.72MPa,7天抗压强度为30.14MPa,28天抗压强度为47.58MPa。
实施例5
本实施例提供了一种气化渣基胶凝材料,所述气化渣基胶凝材料的制备方法包括如下步骤:
(1)在气化渣中逐步加入氢离子浓度为2mol/L的工业副产盐酸,所述逐步加入的过程中不断以50r/min的转速进行机械混合,得到预处理气化渣;所述工业副产盐酸与气化渣的液固比为2.5mL/g;
(2)步骤(1)所得预处理气化渣在80℃下进行机械化学活化处理,得到处理料浆;
所述机械化学活化处理包括转速与球磨时间均依次增加的第一处理段、第二处理段以及第三处理段;所述第一处理段的转速为100r/min,球磨时间为15min;第二处理段的转速为200r/min,球磨时间为60min;第三处理段的转速为400r/min,球磨时间为90min;
(3)步骤(2)所得处理料浆依次经浇注与蒸养箱中养护处理,得到所述气化渣基胶凝材料;
所述养护处理包括依次进行的第一养护段、第二养护段以及第三养护段;所述第一养护段的湿度为0%,温度为80℃,时间为2h;所述第二养护段的湿度为20%,温度为60℃,时间为8h;所述第三养护段的湿度为80%,温度为60℃,时间为24h。
经测试,所得气化渣基胶凝材料的1天抗压强度为9.86MPa,7天抗压强度为31.85MPa,28天抗压强度为46.85MPa。
实施例6
本实施例提供了一种气化渣基胶凝材料,所述气化渣基胶凝材料的制备方法与实施例1的区别在于,除将步骤(1)所述工业副产硫酸与气化渣的液固比调整为0.5mL/g外,其余均与实施例1相同。
经测试,所得气化渣基胶凝材料的1天抗压强度为6.32MPa,7天抗压强度为23.14MPa,28天抗压强度为44.12MPa。
所述工业副产硫酸与气化渣的液固比过低,固液接触不充分导致硫酸与气化渣反应不彻底,同时酸度过低,无法高效解离惰性铝硅酸盐结构,导致其强度偏低。
实施例7
本实施例提供了一种气化渣基胶凝材料,所述气化渣基胶凝材料的制备方法与实施例1的区别在于,除将步骤(1)所述工业副产硫酸与气化渣的液固比调整为3mL/g外,其余均与实施例1相同。
经测试,所得气化渣基胶凝材料的1天抗压强度为12.34MPa,7天抗压强度为42.17MPa,28天抗压强度为55.64MPa。
所述工业副产硫酸与气化渣的液固比较高,促进了气化渣与硫酸高效反应,惰性铝硅酸盐结构分解,通过后续蒸养调控强化解离后的铝酸盐和硅酸盐重新聚合形成稳定高强的空间网状结构,从而保证胶凝材料的强度性能。
实施例8
本实施例提供了一种气化渣基胶凝材料,所述气化渣基胶凝材料的制备方法与实施例1的区别在于,步骤(3)所述养护处理采用传统蒸养养护,养护湿度为90%,温度为50℃,时间为39h,其余均与实施例1相同。
经测试,所得气化渣基胶凝材料的1天抗压强度为11.2MPa,7天抗压强度为20.6MPa,28天抗压强度为26.8MPa。
本实施例采用传统的一段蒸养养护,羟基化脱水和铝钙激发剂活化胶凝反应条件不同,因此导致羟基化脱水效率低,后续铝钙激发剂无法进一步高效胶凝,导致气化渣基胶凝材料的强度较低。
对比例1
本对比例提供了一种气化渣基胶凝材料,所述气化渣基胶凝材料的制备方法与实施例1的区别在于,不设置步骤(1),直接在气化渣中加入工业副产硫酸,进行步骤(2)所述机械化学活化处理,其余均与实施例1相同。
经测试,所得气化渣基胶凝材料的1天抗压强度为6.5MPa,7天抗压强度为14.7MPa,28天抗压强度为22.3MPa。
本对比例直接加入工业副产无机酸,会造成局部反应激烈,消耗酸介质,大部分惰性铝硅酸盐未得到充分解离,钙铝组分未得到高效激发,从而导致胶凝活性差。
对比例2
本对比例提供了一种气化渣基胶凝材料,所述气化渣基胶凝材料的制备方法与实施例1的区别在于,不设置步骤(2),其余均与实施例1相同。
经测试,所得气化渣基胶凝材料的1天抗压强度为1.3MPa,7天抗压强度为9.6MPa,28天抗压强度为13.2MPa。
本对比例中,虽然步骤(1)逐步加入工业副产无机酸,可促进无机酸与颗粒逐步混合均匀并发生部分反应,但未发生机械化学协同活化,导致酸介质无法进入到固体物料内部,只能发生表面化学反应,无机酸反应不彻底,惰性铝硅酸盐没有得到更好的解聚,钙铝组分未得到高效激发,从而导致胶凝活性差。
对比例3
本对比例提供了一种气化渣基胶凝材料,所述气化渣基胶凝材料的制备方法与实施例1的区别在于,步骤(2)所述机械化学活化处理替换为一段处理段,所述处理段的转速为400r/min,时间为110min,其余均与实施例1相同。
经测试,所得气化渣基胶凝材料的1天抗压强度为10.4MPa,7天抗压强度为21.3MPa,28天抗压强度为30.7MPa。
本对比例虽然发生了机械化学协同活化,但因为铝硅酸盐解聚、钙铝组分高效反应和铝硅钙原位激发三个过程所需的工艺条件不一致,导致整体反应效率低,惰性铝硅酸盐活性差,钙铝组分反应不彻底,材料胶凝活性差。
综上所述,本发明提供的制备方法,仅采用气化渣一种固废作为原料,同时以无机酸解聚活化,以气化渣中自带的铝、钙作为激发剂,原位激发制备气化渣基胶凝材料,解决了气化渣掺量低、反应活性低、产品强度低等问题,避免了碱激发剂和水泥的加入,缩短了工艺流程;结合机械化学耦合活化与参数梯度控制,制得的气化渣基胶凝材料1天抗压强度可达15.14MPa,7天抗压强度可达41.56MPa,28天抗压强度可达58.83MPa,可以替代42.5标号水泥,降低了生产成本,大幅提高了产品品质;
本发明提供的制备方法为共性活化胶凝调控方法,可以拓展应用到其他铝硅基固体废弃物规模化利用方面。
以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (10)

1.一种气化渣基胶凝材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
(1)均匀混合气化渣与无机酸,得到预处理气化渣;
(2)步骤(1)所得预处理气化渣经机械化学活化处理,得到处理料浆;
(3)步骤(2)所得处理料浆依次经浇注与养护处理,得到所述气化渣基胶凝材料;
步骤(2)所述机械化学活化处理包括转速与球磨时间均依次增加的第一处理段、第二处理段以及第三处理段。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述无机酸的氢离子浓度为2-8mol/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述无机酸与气化渣的液固比为1-2.5mL/g。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述第一处理段的转速为100-200r/min,第二处理段的转速为200-400r/min,第三处理段的转速为400-500r/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述第一处理段的球磨时间为5-15min,第二处理段的球磨时间为15-60min,第三处理段的球磨时间为60-90min。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述机械化学活化处理的温度为20-80℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述养护处理包括依次进行的第一养护段、第二养护段以及第三养护段;
所述第一养护段的湿度≤20%,温度为60-80℃,时间为2-8h;所述第二养护段的湿度为20-80%,温度为40-60℃,时间为8-18h;所述第三养护段的湿度≥80%,温度为40-60℃,时间为18-24h。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:
(1)均匀混合气化渣与氢离子浓度为2-8mol/L的无机酸,得到预处理气化渣;所述无机酸与气化渣的液固比为1-2.5mL/g;
(2)步骤(1)所得预处理气化渣在20-80℃下进行机械化学活化处理,得到处理料浆;
所述机械化学活化处理包括转速与球磨时间均依次增加的第一处理段、第二处理段以及第三处理段;所述第一处理段的转速为100-200r/min,第二处理段的转速为200-400r/min,第三处理段的转速为400-500r/min;所述第一处理段的球磨时间为5-15min,第二处理段的球磨时间为15-60min,第三处理段的球磨时间为60-90min;
(3)步骤(2)所得处理料浆依次经浇注与养护处理,得到所述气化渣基胶凝材料;
所述养护处理包括依次进行的第一养护段、第二养护段以及第三养护段;所述第一养护段的湿度≤20%,温度为60-80℃,时间为2-8h;所述第二养护段的湿度为20-80%,温度为40-60℃,时间为8-18h;所述第三养护段的湿度≥80%,温度为40-60℃,时间为18-24h。
9.一种气化渣基胶凝材料,其特征在于,所述气化渣基胶凝材料通过权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。
10.一种如权利要求9所述气化渣基胶凝材料的应用,其特征在于,所述气化渣基胶凝材料用于混凝土制备、水泥制品制备以及矿井充填中。
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