[發明專利]一種利用低熱值煤灰渣激振活化制備高強度人造大理石的方法

有效

• 申請號: 202111285166.9
• 申請日: 2021-11-01
• 公開（公告）號: CN113954203B
• 公開（公告）日: 2022-10-25
• 發明（設計）人: 張梅;郭齊紅;王明濤;郭敏;張樂;胡廣超;張曉彥
• 申請（專利權）人: 北京科技大學;山西格瑞斯特環保科技有限公司
• 主分類號: B28B1/10
• 分類號: B28B1/10;B28B11/24;B28B11/08;B28C5/08;B28C5/48;C04B28/04;C04B18/10;C04B111/54
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明涉及公開了一種利用低熱值煤灰渣激振活化制備高強度人造大理石的方法。原料主要包括低熱值煤通過循環流化床燃燒產生的粉煤灰渣和爐渣、水泥，其中水泥和粉煤灰渣作為膠凝材料，爐渣作為骨料。不同配比下的原料經過激振器強化攪拌和激振器振壓成型，最終制備了高強度人造大理石。本發明的優點在于：在機械攪拌過程中進行高頻激振，當激振頻率與物料固有頻率相近時便產生共振，物料獲得強大的能量被“激活”，解決低熱值煤灰渣的活性問題，使得原料在微觀上均勻分布；成型過程中同時用激振器激振，在極小的成型壓力下便可得到結構致密的人造大理石磚坯；為低硅、低鋁、高鈣、高硫、低活性灰渣提供一種綜合利用途徑，為工業化生產提供技術支撐。

技術領域

本發明涉及無機非金屬材料的合成技術領域，特別是利用工業固體廢棄物制備綠色建筑材料的領域。

背景技術

低熱值煤主要是由碳、硅、鋁以及少量的鐵元素組成，是原煤在開采、選洗和加工過程中產生的煤基副產物，其固定碳含量少，在50％以下；發熱量低，在3500kJ/kg以下；燃燒灰分高，在40％以上，這類煤不能用于煤粉鍋爐燃燒發電。根據國家統計局數據顯示，2020年我國原煤產量達39.02億噸，原煤入洗率超過70％，排放的煤矸石、煤泥等低熱值煤資源超過10億噸，折合原煤開采量的20％-25％，并隨著原煤入洗率的不斷增加，低熱值煤資源的產生量將進一步增加。燃燒發電是實現煤矸石、煤泥等低熱值煤燃料大規模利用的主要途徑，而循環流化床燃燒發電是實現工業化綜合利用低熱值煤資源的最佳途徑，2020年約1.51億噸的低熱值煤資源用于循環流化床的燃燒發電，煤矸石、煤泥等低熱值煤資源利用發電機組裝機規模達4100萬千瓦，回收利用能量折合標煤4700萬噸。

低熱值煤灰渣是循環流化床燃燒煤矸石、煤泥等低熱值煤燃料后排放的粉煤灰、爐渣等固體廢棄物。據相關企業報道，循環流化床灰渣的排放量比煤粉爐多30％～50％，2020年排放量超過1億噸。相比于煤粉爐灰渣，循環流化床灰渣具有較低的SiO₂、Al₂O₃含量，較高的CaO、SO₃含量和燒失量。用于膠凝材料使用時，煤粉爐粉煤灰中游離的CaO含量較少，與水發生水化反應生成Ca(OH)₂，可激發灰中SiO₂和Al₂O₃的活性，生成具有一定水硬性的膠凝類物質(水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣)，可增強內部界面粘結效果，促進灰渣強度發展，利用煤粉爐灰渣制備各類建材的技術已經相當成熟，綜合利用率超過70％；而循環流化床灰渣中硅、鋁含量低，活性低，通過水化反應產生的膠凝物質有限，骨料界面很難被膠凝物質充分填充，灰渣制品強度發展受到限制，鈣、硫含量高，致使其有較高的需水量，容易引起制品體積膨脹，不斷開裂，我國對循環流化床的研究還處于起步階段，目前，綜合利用率不到10％，發達國家利用率也僅僅是30％。灰渣的存放，不僅占用大量的土地，還會產生飛灰、揚塵，污染大氣、土壤、水資源等，同時造成可再生資源的浪費。因此處理循環流化床灰渣，實現其高附加值利用及大量消納，已成為電力行業亟待解決的問題。

目前，對低熱值煤灰渣的綜合利用，主要體現在四個方面：填充應用；建材應用；化工應用；農業應用。其中化工應用和農業應用由于工藝條件等問題還沒有實現現代化，相關研究還不夠成熟。目前低熱值煤灰渣被大量用來制備各類建材，其中有以下幾個領域：(1)生產水泥：高鈣灰渣具有較高的火山灰活性和CaSO₄含量，摻量適宜時具有礦化作用，可顯著改善生料的易燒性，促進3CaO·SiO₂的形成，代替一定量的活性混合材用于制備火山灰水泥和低標號硅酸鹽水泥。(2)用作膨脹劑：低熱值煤灰渣中含有較多的游離CaO和SO₃，水化后存在體積安定性問題，發生膨脹，利用這種膨脹能夠抵消水泥水化引起的收縮。(3)制備燒結磚：高硫灰渣會影響水泥混凝土材料的安定性而限制其在膠凝材料中的應用，以黏土作為基料，利用20％～50％高硫灰渣與黏土混合可制備出質量性能可靠的燒結磚，能夠達到普通燒結磚的性能指標。