一種利用煤矸石制備高強度膠凝材料的方法
【專利摘要】本發明公開了一種利用煤矸石制備高強度膠凝材料的方法，本發明利用廢棄的煤矸石制備的凝膠以硅、鋁凝膠為主，具有很高的強度和施工性能，其中加入硬脂酸鈣作為穩定劑，容易形成C ?S ?H 凝膠,起到膠結的作用，進一步提高了凝膠的強度，本發明充分利用了廢棄的煤矸石，大量的節約了資源。
【專利說明】
一種利用煤矸石制備高強度膠凝材料的方法
技術領域
[0001]本發明主要涉及膠凝材料領域，尤其涉及一種利用煤矸石制備高強度膠凝材料的方法。【背景技術】
[0002]煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石。其主要成分是A1203、 3102，另外還含有數量不等的？6203、0&0、]\%0、他20、1(20、？205、303和微量稀有元素；煤矸石棄置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出會污染大氣、農田和水體。矸石山還會自燃發生火災，或在雨季崩塌，淤塞河流造成災害。中國積存煤矸石達10億噸以上，每年還將排出煤矸石1億噸。為了消除污染，自60年代起，很多國家開始重視煤矸石的處理和利用。
[0003]煤矸石代替燃料:化鐵;燒鍋爐;燒石灰；回收煤炭。生產水泥:生產普通硅酸鹽水泥;生產特種水泥;生產無熟料水泥。生產建筑材料:煤矸石燒結磚，質量較好，顏色均勻;煤矸石生產輕骨料，輕骨料是為了較少混凝土的相對密度，而選用的一類多孔骨料;生產煤矸石棉，以煤矸石和石灰為原料，經高溫融化，噴吹而成的一種建筑材料。生產化工產品:制結晶三氯化鋁，以煤矸石和化工工業副產鹽酸為主要原料，經過破碎、培燒、磨碎、酸浸、沉淀、 濃縮結晶和脫水等生產工藝而制成，是一種新型的凈水劑;制水玻璃;生產硫酸銨，煤矸石內的硫化鐵在高溫下生產S02，再氧化而生產S03，遇水生產硫酸，并與氨的化合物生產硫酸銨。
[0004]利用途徑有以下幾種:①回收煤炭和黃鐵礦:通過簡易工藝，從煤矸石中洗選出好煤，通過篩選從中選出劣質煤，同時揀出黃鐵礦。或從選煤用的跳汰機一一平面搖床流程中回收黃鐵礦、洗混煤和中煤。回收的煤炭可作動力鍋爐的燃料，洗矸可作建筑材料，黃鐵礦可作化工原料。
[0005]②用于發電:主要用洗中煤和洗矸混燒發電。中國已用沸騰爐燃燒洗中煤和洗矸的混合物(發熱量每公斤約2000大卡)發電。爐渣可生產爐渣磚和爐渣水泥。日本有10多座這種電廠;所用中煤和矸石的混合物，一般每公斤發熱量為3500大卡;火力不足時，用重油助燃。德意志聯邦共和國和荷蘭把煤礦自用電廠和選煤廠建在一起，以利用中煤、煤泥和煤矸石發電。
[0006]測試煤矸石的發熱量應使用專門的儀器進行，微機量熱儀可以滿足發熱量的測試。
[0007]③制造建筑材料:代替粘土作為制磚原料，可以少挖良田。燒磚時，利用煤矸石本身的可燃物，可以節約煤炭。
[0008]煤矸石燒結空心磚，是指以頁巖，煤矸石或粉煤灰為主要原料，經焙燒而成的具有豎向孔洞(孔洞率不小于25%，孔的尺寸小而數量多)的磚。其外形尺寸，長度為290,240，190mm，寬度為240，190，180，175，140，115mm，高度為90mm.由兩兩相對的頂面、大面及條面組成直角六面體，在中部開設有至少兩個均勻排列的條孔，條孔之間由肋相隔，條孔與大面、條面平行，其間為外壁，條孔的兩開口分別位于兩頂面上，在所述的條孔與條面之間分別開設有若干孔徑較小的邊排孔，邊排孔與其相鄰的邊排孔或相鄰的條孔之間為肋。
[0009]煤矸石可以部分或全部代替粘土組分生產普通水泥。自燃或人工燃燒過的煤矸石，具有一定活性，可作為水泥的活性混合材料，生產普通硅酸鹽水泥(摻量小于20%)、火山灰質水泥(摻量20?50%)和少熟料水泥(摻量大于50%)。還可直接與石灰、石膏以適當的配比，磨成無熟料水泥，可作為膠結料，以沸騰爐渣作骨料或以石子、沸騰爐渣作粗細骨料制成混凝土砌塊或混凝土空心砌塊等建筑材料。英國、比利時等國有專用煤矸石代替硅質原料生產水泥的工廠。
[0010]煤矸石可用來燒結輕骨料。日本于1964年用煤矸石作主要原料制造輕骨料，用于建造高層樓房，建筑物重量減輕20%。[〇〇11]用鹽酸浸取可得結晶氯化鋁。浸取后的殘渣，主要為二氧化硅，可作生產橡膠填充料和濕法生產水玻璃的原料。剩余母液內所含的稀有元素(如鍺、鎵、釩、鈾等)，視含量決定其提取價值。
[0012]此外，煤矸石還可用于生產低熱值煤氣，制造陶瓷，制作土壤改良劑，或用于鋪路、 井下充填、地面充填造地。在自燃后的矸石山上也可種草造林，美化環境。
[0013]到目前為止.煤矸石的利用力度還不夠大。技術不完善，地區發展不平衡，對環境的影響依然很嚴重，主要表現在下述幾個方面。
[0014]1、影響土地資源的利用煤矸石堆場多位于井口附近，大多緊鄰居民區，煤矸石的大量堆放一方面占用大量的土地面積，另一方面還在影響著比堆放面積更大的土地資源， 使得周圍的耕地變得貧瘠，不能被利用。
[0015]2、污染大氣煤矸石露天堆放會產生大量揚塵，這主要是由于在地面堆放的煤矸石受到長時間的日曬雨淋后，將會風化粉碎；另外，煤矸石吸水后會崩解，從而很容易產生粉塵。在風力的作用下，將會惡化礦區大氣的質量。此外，煤矸石中含有殘煤、碳質泥巖和廢木材等可燃物，其中C，S可構成煤矸石自燃的物質基礎。煤矸石業務露天堆放，日積月累， 矸石山內部的熱量逐漸積累。當溫度達到可燃物的燃燒點時，矸石堆中的殘煤便可自燃。自燃后，矸石山內部溫度為800~1 000〇(:，使矸石融結并放出大量的0)，0)2,302，1123，勵1等有害氣體，其中以S02為主。一座矸石山自燃可長達十余年至幾十年。這些有害氣體的排放， 不僅降低矸石山周圍的環境空氣質量，影響礦區居民的身體健康，還常常影響周圍的生態環境，使樹木生長緩慢、病蟲害增多，農作物減產，至死亡。
[0016]3、危害水土煤矸石除含有粉塵、Si02，A1203以及Fe，Mn等常量元素外，還有其他微量重金屬元素，如Pb，Sn，As，Cr等，這些元素為有毒重金屬元素。當露天堆放的煤矸石山經雨水淋蝕后，產生酸性水，污染周圍的上地和水體。當矸石堆場的矸石堆放不合理時，矸石堆易發生邊坡失穩，從而導致矸石堆的崩塌、滑移，特別在暴雨季節，這種現象在山區尤為常見，易發生泥石流，從而殃及下游的農田、河流及人員安全。
[0017]因此為了更進一步提高煤矸石的資源利用率，就需要研究其在不同領域的適用性。
【發明內容】
[0018]本發明目的就是為了充分利用廢棄的煤矸石資源，提供一種利用煤矸石制備高強度膠凝材料的方法。
[0019]本發明是通過以下技術方案實現的:一種利用煤矸石制備高強度膠凝材料的方法，包括以下步驟:(1)取干燥的固體廢棄物煤矸石，研磨成細粉，過100-170目篩，與其重量1-2%的硫酸鋁銨混合，在200-300 °C下煅燒40-50分鐘，冷卻至常溫，加入混合料重量10-14%的活化乳液， 80-100轉/分攪拌16-20分鐘，送入150-200 °C的油浴中，保溫攪拌7-10分鐘，出料冷卻，過濾除去濾液；(2 )將得到的濾渣水洗3-4次，送入到馬弗爐中，800-900 °C下焙燒30-40分鐘，冷卻至常溫，加入到其重量20-30%的、濃度為3-5mol/l的氫氧化鈉溶液中，磁力攪拌1-2分鐘，過濾，得二次濾液、二次濾渣；(3)在上述二次濾液中加入其重量0.6-1%的無水乙醇中，攪拌均勻，升高溫度為60-70 °C，滴加濃度為97-98%的硫酸，調節pH為1-3，在上述溫度下保溫反應1-2小時，得多硅溶膠；(4)將上述二次濾渣加入到其重量70-80%的、濃度為10-15mol/l的鹽酸溶液中，攪拌混合40-50分鐘，過濾除去濾渣，在濾液中滴加氫氧化鈉，調節pH為7-8，靜置20-30分鐘，加入濾液重量10-13倍的去離子水，磁力攪拌2.6-3分鐘，與上述多硅溶膠混合，加入混合料重量 2-3%的穩定劑、0.7-1%的乳化劑，600-1000轉/分攪拌10-14分鐘，即得。
[0020] —種利用煤矸石制備高強度膠凝材料的方法，所述的活化乳液是由下述重量份的原料混合組成的:氟硅酸鈉7-10、氯化鈉0.1-0.2、sp-80 0.1-0.2、羧甲基纖維素鈉1-2、去離子水100-130〇[〇〇21] 一種利用煤矸石制備高強度膠凝材料的方法，所述的穩定劑為硬脂酸鈣，所述的乳化劑為羧甲基纖維素鈉。[〇〇22]本發明的優點是:本發明利用廢棄的煤矸石制備的凝膠以硅、鋁凝膠為主，具有很高的強度和施工性能， 其中加入硬脂酸鈣作為穩定劑，容易形成C -s -H凝膠，起到膠結的作用，進一步提高了凝膠的強度，本發明充分利用了廢棄的煤矸石，大量的節約了資源。【具體實施方式】 [〇〇23] 實施例1一種利用煤矸石制備高強度膠凝材料的方法，包括以下步驟:(1)取干燥的固體廢棄物煤矸石，研磨成細粉，過170目篩，與其重量2%的硫酸鋁銨混合，在300 °C下煅燒50分鐘，冷卻至常溫，加入混合料重量14%的活化乳液，100轉/分攪拌20 分鐘，送入200°C的油浴中，保溫攪拌10分鐘，出料冷卻，過濾除去濾液；(2)將得到的濾渣水洗3次，送入到馬弗爐中，900°C下焙燒40分鐘，冷卻至常溫，加入到其重量30%的、濃度為3mo 1 /1的氫氧化鈉溶液中，磁力攪拌1分鐘，過濾，得二次濾液、二次濾渣；(3)在上述二次濾液中加入其重量0.6%的無水乙醇中，攪拌均勻，升高溫度為70°C，滴加濃度為98%的硫酸，調節pH為3，在上述溫度下保溫反應1小時，得多硅溶膠；(4)將上述二次濾渣加入到其重量80%的、濃度為15mo 1/1的鹽酸溶液中，攪拌混合50分鐘，過濾除去濾渣，在濾液中滴加氫氧化鈉，調節pH為8，靜置20分鐘，加入濾液重量13倍的去離子水，磁力攪拌2.6分鐘，與上述多硅溶膠混合，加入混合料重量2%的穩定劑、0.7%的乳化劑，1000轉/分攪拌14分鐘，即得。
[0024]—種利用煤矸石制備高強度膠凝材料的方法，所述的活化乳液是由下述重量份的原料混合組成的:氟硅酸鈉10、氯化鈉0.2、sp-80 0.2、羧甲基纖維素鈉1、去離子水130。
[0025]—種利用煤矸石制備高強度膠凝材料的方法，所述的穩定劑為硬脂酸鈣，所述的乳化劑為羧甲基纖維素鈉。
【主權項】
1.一種利用煤矸石制備高強度膠凝材料的方法，其特征在于，包括以下步驟:(1)取干燥的固體廢棄物煤矸石，研磨成細粉，過100-170目篩，與其重量1-2%的硫酸鋁 銨混合，在200-300 °C下煅燒40-50分鐘，冷卻至常溫，加入混合料重量10-14%的活化乳液， 80-100轉/分攪拌16-20分鐘，送入150-200 °C的油浴中，保溫攪拌7-10分鐘，出料冷卻，過濾 除去濾液；(2)將得到的濾渣水洗3-4次，送入到馬弗爐中，800-900°C下焙燒30-40分鐘，冷卻至常 溫，加入到其重量20-30%的、濃度為3-5mol/l的氫氧化鈉溶液中，磁力攪拌1-2分鐘，過濾，得二次濾液、二次濾渣；(3)在上述二次濾液中加入其重量0.6-1%的無水乙醇中，攪拌均勻，升高溫度為60-70 °C，滴加濃度為97-98%的硫酸，調節pH為1-3，在上述溫度下保溫反應1-2小時，得多硅溶膠；(4)將上述二次濾渣加入到其重量70-80%的、濃度為10-15mol/l的鹽酸溶液中，攪拌混 合40-50分鐘，過濾除去濾渣，在濾液中滴加氫氧化鈉，調節pH為7-8，靜置20-30分鐘，加入 濾液重量10-13倍的去離子水，磁力攪拌2.6-3分鐘，與上述多硅溶膠混合，加入混合料重量 2-3%的穩定劑、0.7-1%的乳化劑，600-1000轉/分攪拌10-14分鐘，即得。2.—種如權利要求1所述的利用煤矸石制備高強度膠凝材料的方法，其特征在于，所述 的活化乳液是由下述重量份的原料混合組成的:氟硅酸鈉7-10、氯化鈉0.1-0.2、sp-80 0.1-0.2、羧甲基纖維素鈉1-2、去離子水100-130〇3.—種如權利要求1所述的利用煤矸石制備高強度膠凝材料的方法，其特征在于，所述 的穩定劑為硬脂酸鈣，所述的乳化劑為羧甲基纖維素鈉。
【文檔編號】C04B18/12GK106007632SQ201610340328
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月21日
【發明人】黃宗顯, 陳思池, 覃麗冰
【申請人】中山市綠浪助劑有限公司