本發(fā)明屬于煤矸石固廢利用，尤其涉及一種碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、煤矸石是煤炭生產(chǎn)、加工過程中產(chǎn)生的固體廢物，是煤的共生資源，成煤過程中與煤伴生、灰分通常大于50％、發(fā)熱量一般在3.5～8.3mj/kg范圍內(nèi)的一種碳質(zhì)巖石。煤矸石的主要礦物是高嶺石、綠泥石等黏土礦物與α-石英，主要化學(xué)成分為sio2、al2o3、fe2o3等，經(jīng)活化處理后，黏土礦物分解成無定形的sio2和al2o3物質(zhì)使其具有一定的活性。煤矸石活化的方法主要有熱活化、化學(xué)活化、機(jī)械活化三種。其中煅燒煤矸石的作用：一是除去煤矸石中的碳；二是煅燒后煤矸石發(fā)生脫水和分解，生成偏高嶺石和無定形的二氧化硅及氧化鋁，表現(xiàn)出火山灰活性。

2、將活化的煤矸石粉摻入水泥中雖然在一定程度上減少了碳排放、降低了對(duì)環(huán)境的污染程度，但由于煤矸石本身具有較多的孔隙和雜質(zhì)，將會(huì)影響到混凝土的工作性能和力學(xué)性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料及其制備方法，本發(fā)明將煤矸石、預(yù)拌混凝土廢渣、石膏、表面活性劑、有機(jī)胺進(jìn)行碳化處理，然后與普通硅酸鹽水泥進(jìn)行混合制備碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料，可以改善煤矸石的活性、優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)，使煤矸石固廢作膠凝材料的性能指標(biāo)與po?42.5級(jí)水泥相當(dāng)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料，包括以下重量份數(shù)的原料：煅燒煤矸石微粉30-70份、預(yù)拌混凝土廢渣20-50份、水泥10-20份、石膏0-5份(用量不為0)、表面活性劑0.5-1.0份和有機(jī)胺0.1-0.5份。

3、進(jìn)一步地，所述煅燒煤矸石微粉的粒徑小于75μm，表觀密度為2200-2500kg/m3，吸水率為2.10-4.40％。

4、進(jìn)一步地，所述預(yù)拌混凝土廢渣含水率小于35％，其來自于攪拌站拌合混凝土清洗時(shí)的濾渣，主要成分為水泥水化后的鈣相物質(zhì)，如ca(oh)2和c-s-h，可碳化生成碳酸鈣和高度聚合的無定型硅鋁凝膠。

5、進(jìn)一步地，所述的石膏為二水石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏，優(yōu)先選用磷石膏，其caso4含量大于80％。

6、進(jìn)一步地，所述水泥為p·o42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥或pii42.5級(jí)硅酸鹽水泥。

7、進(jìn)一步地，所述表面活性劑為月桂醇硫酸鈉或烷基磺酸鹽。

8、進(jìn)一步地，所述有機(jī)胺為三丁胺或二乙丁胺。

9、本發(fā)明還提供了一種所述碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料的制備方法，具體包括以下步驟：

10、(1)按重量份數(shù)稱取各原料，將預(yù)拌混凝土廢渣球磨20min后與煅燒煤矸石微粉混合得到固體混合物a；

11、(2)將所述固體混合物a加水、表面活性劑、有機(jī)胺浸泡30min得到固液混合物b；

12、(3)在所述固液混合物b中通入氣體攪拌，之后烘干得到固體混合物c；

13、(4)將所述固體混合物c與所述石膏、水泥混合攪拌，得到所述碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料。

14、進(jìn)一步地，所述煅燒煤矸石微粉是將煤矸石煅燒處理后球磨60min、過篩得到的，所述煅燒處理的溫度為700℃，煅燒時(shí)間為2h，煅燒處理結(jié)束后保溫時(shí)間為30min。

15、煅燒煤矸石的作用：一是除去煤矸石中的碳；二是煅燒后煤矸石發(fā)生脫水和分解，生成偏高嶺石和無定形的二氧化硅及氧化鋁，通過這種方式使得煤矸石具有一定的火山灰活性。

16、進(jìn)一步地，步驟(3)中，通入氣體攪拌時(shí)間為4h。

17、更進(jìn)一步地，步驟(3)中，所述氣體為co2氣體，co2氣體為純度為99％的工業(yè)級(jí)co2氣體。

18、通入co2氣體攪拌可以使得預(yù)拌混凝土中的廢渣鈣相物質(zhì)與溶解的co2碳化生成碳酸鈣和高度聚合的無定型硅鋁凝膠，提高了廢渣粉末活性的同時(shí)填充了煤矸石粉末的孔隙，降低了吸水率。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和技術(shù)效果：

20、(1)本發(fā)明先對(duì)煤矸石碳化處理，將預(yù)拌混凝土廢渣和煅燒后的煤矸石粉進(jìn)行混合，通過濕法碳化的方式，使其中部分水化的ca(oh)2和c-s-h等物質(zhì)與co2進(jìn)行反應(yīng)得到碳酸鈣和高度聚合的無定型硅鋁凝膠，一方面提高了廢渣粉末活性，另一方面填充了煤矸石粉末的孔隙，降低了吸水率。此外，經(jīng)過煅燒處理的煤矸石粉中的火山灰活性被激發(fā)，與水泥混合制備的膠凝材料具有優(yōu)異性能(活化處理的煤矸石里有al2o3和sio2，其具有較高的火山灰活性，而碳化處理的廢渣生成的碳酸鈣具有一定活性，不僅可以為水泥的水化生長(zhǎng)提供晶核，而且還可以和水泥熟料中的c3a、ch等反應(yīng)，生成aft、co3-afm等水化產(chǎn)物，且無定型硅鋁凝膠也具有一定的火山灰活性)，另外本發(fā)明的制備方法和施工工藝簡(jiǎn)單，容易操作，具有實(shí)際推廣應(yīng)用價(jià)值。

21、(2)本發(fā)明將礦場(chǎng)采煤后的固體廢物進(jìn)行破碎、清洗和篩分得到干凈合適的煤矸石，并經(jīng)處理制成的膠凝材料，減少了水泥的用量，從而減少二氧化碳的排放量，是一種綠色經(jīng)濟(jì)的制備方法，適宜推廣。

22、(3)本發(fā)明使用煤矸石粉替代部分水泥，對(duì)于建筑行業(yè)材料短缺的現(xiàn)象，起到一定緩解作用，從而探尋到一種可持續(xù)膠凝材料的制備方法；具有一定的環(huán)保意義。

23、(4)本發(fā)明使用礦場(chǎng)開采煤炭過程中的固體廢棄物，解決了部分固體廢物處理問題，降低了對(duì)環(huán)境的污染，變廢為寶。具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和環(huán)保意義。

技術(shù)特征：

1.一種碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料，其特征在于，包括以下重量份數(shù)的原料：煅燒煤矸石微粉30-70份、預(yù)拌混凝土廢渣20-50份、水泥10-20份、石膏0-5份、表面活性劑0.5-1.0份和有機(jī)胺0.1-0.5份。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料，其特征在于，所述煅燒煤矸石微粉的粒徑小于75μm，表觀密度為2200-2500kg/m3，吸水率為2.10-4.40％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料，其特征在于，所述預(yù)拌混凝土廢渣含水率小于35％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料，其特征在于，所述普通硅酸鹽水泥為p·o42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥或pii42.5級(jí)硅酸鹽水泥。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料，其特征在于，所述石膏為二水石膏或工業(yè)副產(chǎn)石膏。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料，其特征在于，所述表面活性劑為月桂醇硫酸鈉或烷基磺酸鹽。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料，其特征在于，所述有機(jī)胺為三丁胺或二乙丁胺。

8.一種權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料的制備方法，包括以下步驟：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所碳化煤矸石基膠凝材料的制備方法，其特征在于，所述固體混合物a加水、表面活性劑、有機(jī)胺浸泡30min。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所碳化煤矸石基膠凝材料的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，通入工業(yè)二氧化碳?xì)怏w攪拌時(shí)間為4h。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提出了一種碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料及其制備方法，屬于煤矸石固廢利用技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的碳化煤矸石基膠凝材料原料包括煅燒煤矸石微粉30?70份、預(yù)拌混凝土廢渣20?50份、水泥10?20份、石膏0?5份、表面活性劑0.5?1.0份和有機(jī)胺0.1?0.5份，首先對(duì)煤矸石固廢進(jìn)行破碎、磨粉和煅燒處理，后將其與預(yù)拌混凝土廢渣、普通硅酸鹽水泥、石膏、表面活性劑和有機(jī)胺進(jìn)行混合，然后通入工業(yè)二氧化碳并進(jìn)行干燥處理得到。本發(fā)明中碳化煅燒煤矸石固廢基膠凝材料的性能指標(biāo)與PO?42.5級(jí)水泥相當(dāng)，實(shí)現(xiàn)了煤矸石固廢大摻量利用和低碳膠凝材料的制備，工藝簡(jiǎn)單，具有實(shí)際推廣應(yīng)用價(jià)值。

技術(shù)研發(fā)人員：吳巧云,陳旭勇,程書凱,梁乾勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9