CN1887763A - 一种预处理的黄河淤砂或淤泥、由其获得的凝石胶凝材料及它们的制备方法 - Google Patents

一种预处理的黄河淤砂或淤泥、由其获得的凝石胶凝材料及它们的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种预处理的黄河淤砂或淤泥、由其获得的凝石胶凝材料及它们的制备方法，将黄河淤砂或淤泥30～90％与0.1～5％含有K+或Na+或Ca2+或Mg2+或Fe2+并含有SO4 2－或CO3 2－或NO3 －或/和NO2 －或PO4 3－或SiO4 4－或Cl－或F－等离子的盐类物质及5～60％的含结晶水或含氢氧根或含羟基或含CO2及其它挥发性组份的物料(赤泥或/和消石灰或/和石膏或/和钙钒石或/和废旧混凝土细粉或/和粘土或/和生煤矸石或/和生油页岩碎渣或/和天然页岩或/和城市水体清淤污泥)一起混合后在100～900℃进行热液蚀变反应。将上述热液蚀变后的物料50～90％再与0.1～29％的水泥熟料和0～30％高炉水淬渣或其它经过高温过程的固体废弃物和0～8％的石膏和0.1～5％的成岩剂一起混磨或分别磨细后再混合，所得到的粉体。按GB175－1999标准进行检测强度及安定性均能达到高标号水泥的性能。

Description

一种预处理的黄河淤砂或淤泥、由其获得的凝石 胶凝材料及它们的制备方法
技术领域
本发明涉及一种胶凝材料，更确切地说，涉及一种以黄河淤砂或淤泥为主要原料生产的凝石胶凝材料及其制备方法。
背景技术
我国的黄河流域每年有16亿吨的泥砂进入下游河道。各地灌溉清淤的黄河泥砂也多达几百万吨至几千万吨。虽然利用黄河泥砂烧制红砖等技术曾经由政府大力推广，但由于规模小，成本高，在很多地方仍然不能大范围推广。公告号为2642889的中国发明专利涉及一种环保空心砖，其中公开了一种利用黄河泥砂制造一种带有不贯穿矩形或方形盲孔烧结砖的制造方法。该产品有保温、隔热和隔音功能，是一种能取代粘土实心砖和粘土空心砖的环保空心砖。CN1415567A公开了一种凝石二元化湿水泥及其用途，其中采用大掺量废渣例如矿渣、钢渣、钛渣等湿法制备凝石胶凝材料的方法，其中凝石胶凝材料的原理是基于仿地成岩的凝石原理，即硅中心稳定理论。在本材料体系中SiO2和Al2O3含量远远高于普通硅酸盐水泥，可以达到50％以上。具有火山灰活性的硅铝类物质具有在成岩流体的作用下快速凝结硬化的特征。其凝结硬化过程是靠成岩流体对硅铝类物质的溶蚀再聚合作用，溶蚀再结晶作用和次生加大作用。在硅铝物质重组过程中，硅氧四面体对第三主族元素和第五主族元素具有四配位同构化效应，同时能够将第一、第二和第六、第七主族元素固定在网络体中以平衡由于四配位同构化效应所造成的电荷不平衡，从而使所形成的硅铝基胶凝材料硬化体不但具有很高的强度，而且还具有良好的稳定性与耐久性。成岩流体依靠盐类物质的多组分协同效应而具有很强的成岩能力。成岩流体不仅是成岩剂溶于水的简单组合，而且是在成岩过程中通过不断溶解经计算配合的主体物料，其自身的成份也在不断发生变化，成岩能力不断增强。该申请在此全文引入以供参考。
为了彻底解决黄河淤泥和淤砂所带来的问题，发明人一直致力于将黄河淤泥和淤砂作为生产这种新型胶凝材料—凝石的原料。但是，由于黄河淤泥和淤砂在常温常压下属于惰性物质，在成岩流体的作用下反应速度慢，其凝结硬化时间不具有工程意义。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，对黄河淤泥和淤砂进行改性，以使其适合作为生产胶凝材料凝石的原料，并提供含该改性的黄河淤泥和淤砂的胶凝材料及其制备方法。
本发明的发明人为了解决上述问题，对黄河淤泥和淤砂深入研究，结果发现，以仿地成岩的凝石理论作指导，模仿地质作用中的热液蚀变过程对黄河淤砂或淤泥进行预处理便可获得适用于生产凝石的原料。
本发明所采用的热液蚀变的方法是依据地质作用中热液蚀变作用原理而发明的。在地质作用过程中热液蚀变无处不在，是地壳中矿物成份发生改变的最重要的作用。热液蚀变作用中挥发份基团刚被脱出的一瞬间具有强极性、高活性的特点，作用于矿物颗粒表面，使表面晶格剧烈破坏，断键增加，反应活性提高，为随后的溶蚀、解聚、迁移打下基础。这种热液蚀变的强度在多组份盐的复合协同效应作用下还可以大幅度提高。
因此，本发明涉及一种通过热液蚀变反应获得的预处理的黄河淤砂或淤泥，其中将黄河淤砂或淤泥30～90％，加入0.1～5％含有K+或/和Na+或/和Ca2+或/和Mg2+或/和Fe2+并含有SO4 2-或/和CO3 2-或/和NO3 -或/和NO2 -或PO4 3-或/和SiO4 4-或/和Cl-或/和F-等离子的盐类物质与5～60％的含结晶水或含氢氧根或含羟基或含CO2及其它挥发性组份的物料(赤泥或/和消石灰或/和石膏或/和钙钒石或/和废旧混凝土细粉或/和粘土或/和生煤矸石或/和生油页岩碎渣或/和天然页岩或/和城市水体清淤污泥)一起混合后在100～900℃下热处理以进行蚀变反应。热液蚀变反应的原理是利用上述各种挥发份基团刚从一些矿物中脱出时的一瞬间具有强极性与高活性，并在多种离子的复合协同作用下，作用于黄河砂颗粒，并使之产生大量断键或解聚从而被活化。混合的过程可以是湿混，也可以是干混。所采用的设备是球磨机或强制式混料机，以保证物料的颗粒充分接触。当采用球磨机作为混料设备时，入料粒度可以放宽到0～2000μm，出料粒度为0～100μm。当采用强制式搅拌机作为混料设备时，入料粒度为0～100μm。当采用湿混模式时，泥料应进行强制脱水处理，控制其含水率在0.1～20％，然后将脱水后的泥料制成料饼或料块或料球或料粉。当采用干混模式时，所得干粉也需制成料饼或料块或料球或，必要时可加入0.1～10％的水。
热液蚀变反应在高温反应器内进行，高温反应器可以是各种型式的连续式窑炉或间歇式窑炉，如回转窑或遂道窑或链条炉或抽屉窑或梭式窑或料层呈流化态被加热的窑炉。热液蚀变反应的温度为100～900℃，反应的时间为0.6～600分钟。
预处理后的黄河砂能以大比例(可达50％以上)在少掺(30％以下)或不掺水泥熟料的情况用于生产具有高标号水泥性能的凝石胶凝材料。将经过热液蚀变反应预处理过的黄河淤泥或淤砂与水泥熟料和高炉水淬矿渣或其它经过高温过程的固体废弃物一起混磨或分别磨细后再混合。除上述主要原料外，还要加入占胶凝材料总量0～8％的石膏和0.1～5％的成岩剂。上述主要原料掺入的重量百分比为：热液蚀变后的物料50～90％；水泥熟料0.1～29％；高炉水淬矿渣0～30％；其它经过高温过程的固体废弃物0～20％。所述的其它经过高温过程的固体废弃物是粉煤灰、自燃过的煤矸石、钢渣、城市生活垃圾焚烧后的炉渣与飞灰、废陶瓷、废玻璃以及一切以煤或油页岩为燃料的炉渣。
如上所述的热液蚀变后的黄河淤泥或淤砂的主要化学成份的重量百分比是：SiO2 50～70％，Al2O3 10～20％，Fe2O3 0.1～15％，CaO 0.1～20％，MgO 0.1～10％；K2O 0.01～10％；Na2O 0.01～5％；烧失0.5～10％，其它0.1～5％。如上所述的石膏可以是天然的无水石膏，二水石膏，脱硫石膏，磷石膏或其它含CaSO4的工业固体废弃物。如上所述的成岩剂，购于蓝资科技有限公司的凝石A成岩剂和凝石C成岩剂，其中凝石A成岩剂用于水泥熟料掺量≥5％的配方中，凝石C成岩剂用于水泥熟料掺量＜5％的配方中。
如上所述的混合物料的研磨过程可以是各种物料单独磨细后再混合，也可以是所有物料一起混磨。当各种物料单独磨细后再混合时，各物料的细度均应磨到比表面积280～680m2/kg。如果是各种物料一起混磨则应将最终的混合料磨到比表面积380～780m2/kg。第三种研磨方法是将水泥熟料和烘干的水淬高炉矿渣这些难磨物料先磨到比表面积280～580m2/kg，然后再与其它易磨物料一起混磨。在这种情况下最终混合物料应磨到比表面积380～680m2/kg。
有益效果
①将黄河下游淤积泥沙变废为宝，减轻黄河中下游泥沙堆积对生态环境造成的破坏；②所生产的凝石在很多场合可以作为高标号水泥来使用，但其生产成本比生产水泥可降低20～30％；③生产过程对环境的负荷可比生产水泥减少50～80％。
最佳实施方式
下面通过具体的实施例来进一步解释本发明。
实施例1
1.将粒度在0～2000μm的黄河淤砂65％与中铝公司山东分公司所产的固体废弃物赤泥25％，生石灰5％，天然二水石膏4.86％，碳酸钠0.1％，亚硝酸钾0.02％，氯化亚铁0.02％一起在球磨机中湿法混磨20分钟后将泥浆进行脱水处理。脱水后的泥料制成料球后在回转窑中进行热液蚀变反应，反应的温度是700℃，反应的时间是360分钟。将经过蚀变反应的混合物料80％与高炉水淬矿渣14.8％、熟料0.2％及5％的凝石C成岩剂一起混磨到比表面积510m2/kg。所得到混合粉体经均化和检验后可作为凝石胶凝材料成品，该材料按GB175-1999标准进行强度及安定性检测可达到的性能见表1。
表1实施例1中所得产品基本性能
  抗压强度(MPa)   抗折强度(MPa)   安定性
  3天   28天   3天   28天 合格
  23.5   49.2   5.1   8.4
2.将粒度在0～30μm的黄河淤泥90％与生石灰5％，天然二水石膏4.86％，亚硝酸钠0.1％，碳酸钾0.02％，氯化亚铁0.02％，一起在球磨机中湿法混磨20分钟后将泥浆进行脱水处理。脱水后的泥料制成料球后在回转窑中进行热液蚀变反应，反应的温度是650℃，反应的时间是360分钟。将高炉水淬矿渣10％及15％的水泥熟料及1％的凝石A成岩剂一起混合预磨至比表面积450m2/kg，再与经过蚀变反应的混合物料70％及4％的天然二水石膏一起混磨到比表面积580m2/kg。所得到混合粉体经均化和检验后可作为凝石胶凝材料成品，该材料按GB175-1999标准进行强度及安定性检测可达到的性能见表2。
表2实施例2中所得产品基本性能
  抗压强度(MPa)   抗折强度(MPa)   安定性
  3天   28天   3天   28天 合格
  21.5   59.2   4.1   9.2
3.将粒度在0～30μm的黄河淤泥85％与生石灰10％，天然二水石膏4.58％，氟化钠0.2％，亚硝酸钾0.02％，硫酸亚铁0.2％，一起在球磨机中湿法混磨20分钟后将泥浆进行脱水处理。脱水后的泥料制成粉料后在旋风式粉体反应器中进行热液蚀变反应，反应的温度是750℃，反应的时间是2分钟。将高炉水淬矿渣5％及10％的水泥熟料及1％的凝石A成岩剂一起混合预磨至比表面积550m2/kg，再与经过蚀变反应的混合物料80％及4％磷石膏一起混磨到比表面积580m2/kg。所得到混合粉体经均化和检验后可作为凝石胶凝材料成品，该材料按GB175-1999标准进行强度及安定性检测可达到的性能见表3。
表3实施例3中所得产品基本性能
  抗压强度(MPa)   抗折强度(MPa)   安定性
  3天   28天   3天   28天 合格
  22.5   55.2   4.5   9.1
4.将粒度在0～1000μm的黄河淤砂75％，与废旧混凝土除去粗细骨料后的细粉15％，生石灰5％，天然二水石膏4.58％，磷酸钠0.2％，氟化钾0.02％，硫酸亚铁0.2％一起在球磨机中湿法混磨20分钟后将泥浆进行脱水处理。脱水后的泥料制成料块后在隧道窑中进行热液蚀变反应，反应的温度是100～700℃，反应的时间是560分钟。将经过蚀变反应的混合物料80％与高炉水淬矿渣15％及5％的凝石C成岩剂一起混磨到比表面积510m2/kg。所得到混合粉体经均化和检验后可作为凝石胶凝材料成品，该材料按GB175-1999标准进行强度及安定性检测可达到的性能见表4。
表4实施例4中所得产品基本性能
  抗压强度(MPa)   抗折强度(MPa)   安定性
  3天   28天   3天   28天 合格
  24.5   47.1   4.1   8.2

Claims (8)

1、一种预处理黄河淤泥或淤砂的方法，其中将黄河淤砂或淤泥30～90％、0.1～5％含有K+或/和Na+或/和Ca2+或/和Mg2+或/和Fe2+并含有SO4 2-或/和CO3 2-或/NO3 -或/和NO2 -或/和PO4 3-或/和SiO4 4-或/和Cl-或/和F-离子的盐与5～60％的的含结晶水或含氢氧根或含羟基或含CO2及其它挥发性组份的物料一起混合，在100～900℃下加热以进行蚀变反应。
2、权利要求1所述的方法，其中，所述的含有挥发性组份的物料是赤泥或/和消石灰或/和石膏或/和钙钒石或/和废旧混凝土细粉或/和粘土或/和生煤矸石或/和生油页岩碎渣或/和天然页岩或/和城市水体清淤污泥。
3、权利要求1或2所述的方法，其中在100至900℃下加热0.6至600分钟。
4、由权利要求1至3之一的方法获得的预处理的黄河淤泥或淤砂。
5、一种凝石胶凝材料，其包括50～90重量％权利要求4的预处理的黄河淤泥或淤砂、0.1～29重量％的水泥熟料、0～30重量％高炉水淬渣、0-20重量％其它经过高温过程的固体废弃物、0～8％的石膏和0.1～5％的成岩剂，上述物料一起混磨或分别磨细后再混合即可获得所述的凝石胶凝材料。
6、权利要求5所述的凝石胶凝材料，其中分别磨细后再混合时，各物料的细度是比表面积280～680m2/kg；一起混磨则混合料的细度是比表面积380～780m2/kg。
7、权利要求5的凝石胶凝材料，其中将水泥熟料和烘干的水淬高炉矿渣先磨到比表面积280～580m2/kg，然后再与其它物料一起混磨，最终混合物料的细度是比表面积380～680m2/kg。
8、权利要求5的凝石胶凝材料，其中所述的其它经过高温过程的固体废弃物是粉煤灰、自燃过的煤矸石、钢渣、城市生活垃圾焚烧后的炉渣与飞灰、废陶瓷、废玻璃以及一切以煤或油页岩为燃料的炉渣。
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