CN116102313A - 负碳胶结充填材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了负碳胶结充填材料制备方法,具体为:首先,将粉煤灰与水混合搅拌,制成粉煤灰浆体;将粉煤灰浆体输送至高压反应釜中并通入CO2,并持续搅拌浆体直至浆体pH变化幅度小于0.02/min;对充分反应后的粉煤灰浆体进行pH检测,若pH≤9则直接进入下一步骤,若pH>9,则向粉煤灰浆体中加入添加剂直至pH≤9;将pH值达标的粉煤灰浆体输送至二次搅拌系统,并添加骨料和水泥进行搅拌,制成负碳胶结充填材料。本发明的负碳胶结充填材料制备方法,将CO2矿化技术与粉煤灰改性技术相融合,一方面可以矿化封存CO2,另一方面可以对粉煤灰进行改性,解决粉煤灰井下充填引起的水资源破坏问题。

Description

负碳胶结充填材料的制备方法
技术领域
本发明属于充填材料制备技术领域,具体涉及负碳胶结充填材料的制备方法。
背景技术
目前,燃煤火力发电仍然是我国主要的电力生产方式,在煤炭燃烧过程中会排放出大量的粉煤灰。将粉煤灰制成胶结充填材料回填至采空区是较为常见的处置方式,但是,由于粉煤灰中含有大量碱性氧化物,其浸出液呈现较强碱性,易造成地下水资源破坏,这是制约粉煤灰井下充填的关键因素。因此,有必要研究一种可以中和粉煤灰碱性的方法来促进粉煤灰井下充填技术的发展。根据CO2性质可知,其溶于水后可形成酸性溶液,将CO2通入粉煤灰浆体中,不仅可以吸收矿化CO2还可以中和粉煤灰浆体的碱性。通过高压及搅拌来促进CO2溶解反应速率,并将满足下井要求的粉煤灰溶液与骨料及水泥混合搅拌后制成负碳胶结充填材料,不仅可以解决粉煤灰下井造成的水资源污染问题,还可以实现CO2井下封存。
发明内容
本发明的目的是提供负碳胶结充填材料的制备方法,解决了强碱性粉煤灰井下充填引起的水资源破坏问题。
本发明所采用的技术方案是,负碳胶结充填材料制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1:将粉煤灰与水混合,置于搅拌系统中搅拌,制成粉煤灰浆体;
步骤2:将粉煤灰浆体输送至高压反应釜中并通入CO2,并持续搅拌浆体直至浆体pH变化幅度小于0.02/min;
步骤3:对充分反应后的粉煤灰浆体进行pH检测,若pH≤9则直接进入下一步骤,若pH>9,则向粉煤灰浆体中加入添加剂直至pH≤9;
步骤4:将pH值达标的粉煤灰浆体输送至二次搅拌系统,并添加骨料和水泥进行搅拌,制成负碳胶结充填材料。
本发明的特点还在于,
步骤1中,粉煤灰的粒径为0~315μm;粉煤灰浆体的质量分数为35%~45%;粉煤灰浆体的pH值为11~12。
步骤2中,高压反应釜的压力为2~3bar。
步骤3中,添加剂为晶状体柠檬酸。
步骤4中,骨料为矸石、尾砂、风积沙中的任意一种或多种;水泥为硅酸盐水泥。
步骤4中,骨料、水泥、粉煤灰浆体的质量比为5:1:4。
本发明的有益效果是,本发明的负碳胶结充填材料制备方法,将CO2矿化技术与粉煤灰改性技术相融合,一方面可以矿化封存CO2,另一方面可以对粉煤灰进行改性,解决粉煤灰井下充填引起的水资源破坏问题。
附图说明
图1是本发明负碳胶结充填材料制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明负碳胶结充填材料制备方法,如图1所示,具体按照以下步骤实施:
步骤1:将粉煤灰与水混合,置于搅拌系统中搅拌,制成粉煤灰浆体;
粉煤灰的粒径为0~315μm;粉煤灰浆体的质量分数为35%~45%;粉煤灰浆体的pH值为11~12;
步骤2:将粉煤灰浆体输送至高压反应釜中并通入CO2,并持续搅拌浆体直至浆体pH变化幅度小于0.02/min;
高压反应釜的压力为2~3bar;
加压的目的是为了提高粉煤灰浆体与CO2的反应速率,并且使得pH变化幅度小于0.02/min,这样可以使得反应充分;
步骤3:对充分反应后的粉煤灰浆体进行pH检测,若pH≤9则直接进入下一步骤,若pH>9,则向粉煤灰浆体中加入添加剂直至pH≤9;
添加剂为晶状体柠檬酸;
步骤4:将pH值达标的粉煤灰浆体输送至二次搅拌系统,并添加骨料和水泥进行搅拌,制成负碳胶结充填材料。
骨料为矸石、尾砂、风积沙中的任意一种或多种;
水泥为硅酸盐水泥:
骨料、水泥、粉煤灰浆体的质量比为5:1:4;
本发明方法制备的负碳胶结充填材料,将CO2封存至采空区,实现了矿山充填与CO2矿化封存的有机结合,还解决了CO2封存的不稳定的问题,从源头有效减少了碳排放,缓解了温室效应,为碳排放的降低提供了一种新方式;且该工艺简单,可实现大规模现场应用。
实施例1
以某火力发电厂为例,其面临粉煤灰排放难题,电厂粉煤灰经实验室固废浸出毒性测试分析发现,浸出液中任何一种特征污染物浓度均未超过第I类一般工业固体废物最高允许排放浓度,但粉煤灰与水结合形成的浆体pH值达到11,不满足第I类一般工业固体废物要求的pH在6~9范围之内,不能够直接进行井下充填,因此,利用本发明方法将电厂粉煤灰制备成负碳胶结充填材料,并充填至附近煤矿采空区。
负碳胶结充填材料制备方法,包括以下步骤:
步骤1:利用电动筛筛分出315μm的粉煤灰,通过汽车将筛分好的粉煤灰输送至充填站,通过称料系统称出40份粉煤灰输送至一级搅拌系统,并按照比例注入60份水后搅拌均匀。
步骤2:将搅拌均匀的粉煤灰浆体输送至高压反应釜,并通过管道将电厂生产过程中产生的CO2通入反应釜内。将釜内压力控制在2bar,并持续搅拌,直至粉煤灰浆体pH变化速率小于0.02/min;
步骤3:对充分反应后的粉煤灰浆体进行pH检测,其pH值小于9,不需要加入添加剂;
步骤4:按质量比为5:1:4添加煤矸石骨料、水泥和粉煤灰浆体进行搅拌,制成负碳胶结充填材料,并将制备好的负碳胶结充填材料通过管道输送至井下进行充填。
实施例2
本发明负碳胶结充填材料制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1:将粉煤灰与水混合,置于搅拌系统中搅拌,制成粉煤灰浆体;
粉煤灰的粒径为20μm;粉煤灰浆体的质量分数为35%;粉煤灰浆体的pH值为11;
步骤2:将粉煤灰浆体输送至高压反应釜中并通入CO2,并持续搅拌浆体直至浆体pH变化幅度小于0.02/min;
高压反应釜的压力为2.5bar;
步骤3:对充分反应后的粉煤灰浆体进行pH检测,pH>9,则向粉煤灰浆体中加入添加剂直至pH≤9;添加剂为晶状体柠檬酸;
步骤4:将pH值达标的粉煤灰浆体输送至二次搅拌系统,并添加骨料和水泥进行搅拌,制成负碳胶结充填材料。
骨料为矸石和尾砂;水泥为硅酸盐水泥:骨料、水泥、粉煤灰浆体的质量比为5:1:4。
实施例3
本发明负碳胶结充填材料制备方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1:将粉煤灰与水混合,置于搅拌系统中搅拌,制成粉煤灰浆体;
粉煤灰的粒径为50μm;粉煤灰浆体的质量分数为45%;粉煤灰浆体的pH值为12;
步骤2:将粉煤灰浆体输送至高压反应釜中并通入CO2,并持续搅拌浆体直至浆体pH变化幅度小于0.02/min;
步骤3:对充分反应后的粉煤灰浆体进行pH检测,pH>9,则向粉煤灰浆体中加入添加剂直至pH≤9;添加剂为晶状体柠檬酸;
步骤4:将pH值达标的粉煤灰浆体输送至二次搅拌系统,并添加骨料和水泥进行搅拌,制成负碳胶结充填材料。
骨料为风积沙;水泥为硅酸盐水泥:骨料、水泥、粉煤灰浆体的质量比为5:1:4。
与现有技术相比,本发明的负碳胶结充填材料制备方法,创新性地将CO2矿化技术与粉煤灰改性技术相融合,一方面可以矿化封存CO2,推动“双碳”目标发展,另一方面可以给粉煤灰改性,解决了由于粉煤灰井下充填而引起的水资源破坏的问题。

Claims (6)

1.负碳胶结充填材料制备方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:
步骤1:将粉煤灰与水混合,置于搅拌系统中搅拌,制成粉煤灰浆体;
步骤2:将粉煤灰浆体输送至高压反应釜中并通入CO2,并持续搅拌浆体直至浆体pH变化幅度小于0.02/min;
步骤3:对充分反应后的粉煤灰浆体进行pH检测,若pH≤9则直接进入下一步骤,若pH>9,则向粉煤灰浆体中加入添加剂直至pH≤9;
步骤4:将pH值达标的粉煤灰浆体输送至二次搅拌系统,并添加骨料和水泥进行搅拌,制成负碳胶结充填材料。
2.根据权利要求1所述的负碳胶结充填材料制备方法,其特征在于,所述步骤1中,粉煤灰的粒径为0~315μm;粉煤灰浆体的质量分数为35%~45%;粉煤灰浆体的pH值为11~12。
3.根据权利要求1所述的负碳胶结充填材料制备方法,其特征在于,所述步骤2中,高压反应釜的压力为2~3bar。
4.根据权利要求1所述的负碳胶结充填材料制备方法,其特征在于,所述步骤3中,添加剂为晶状体柠檬酸。
5.根据权利要求1所述的负碳胶结充填材料制备方法,其特征在于,所述步骤4中,骨料为矸石、尾砂、风积沙中的任意一种或多种;水泥为硅酸盐水泥。
6.根据权利要求1所述的负碳胶结充填材料制备方法,其特征在于,所述步骤4中,骨料、水泥、粉煤灰浆体的质量比为5:1:4。
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