CN108358478B - 一种分步煅烧煤气化渣制备胶凝材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种分步煅烧煤气化渣制备胶凝材料的方法，是将硫酸钠、硅铝质原料与煤气化渣按比例混匀并磨细至全过100目筛的细度，然后将混合粉体在马弗炉中先后于850~950℃和1050~1150℃分别保温2~3小时后在空气中速冷至室温，最后在冷却的煅烧料中按比例加入石灰和石膏混合均匀并磨细至达到200目筛余量≤10%的细度即得新型胶凝材料。该方法廉价处理煤气化渣制备胶凝材料，兼具经济与社会效益。

Description

一种分步煅烧煤气化渣制备胶凝材料的方法
技术领域
本发明属于环境保护和建筑材料及其应用领域，具体涉及一种煤气化渣处理和利用技术。
背景技术
随着我国工业经济的高速发展，基于我国“富煤贫油少气”的一次能源结构特征，以合成、制取各种化工产品和燃料油为主的煤化工产业得到迅猛发展。煤气化技术则更是发展煤基化学品合成、液体燃料合成、先进联合循环发电( IGCC)、多联产、制氢、直接还原炼铁等工业的基础技术和关键技术。随着煤气化相关产业的发展，气化工艺中排出的灰渣日益增多。据初步估计，2013年我国煤气化渣排量达到1亿吨。煤气化渣由常见的造岩元素组成，经过温度高达1200~1700℃的热历史，冷却后呈玻璃态，且其中含有可超过20%的未燃尽的煤，直接堆存排放不仅占用大量土地、导致环境污染和地质灾害的风险，而且造成了煤炭资源的浪费。因其中所含炭质强度不好且难以移除，煤气化渣不宜直接用作建筑材料，目前除填埋或者露天堆放外，只能用作路基和矿山回填等简单应用，其它如用作陶瓷原料的应用掺量少，处理能力有限，不足以消纳大量高速增长的煤气化渣。研究大批量处理和增值利用煤气化渣的技术，对环境保护和煤化工业的可持续发展有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤气化渣处理和利用技术，即提供一种分步煅烧煤气化渣制备胶凝材料的方法。
本发明采用的技术方案：一种分步煅烧煤气化渣制备胶凝材料的方法，包括如下顺序的步骤：
（1）分别准备硫酸钠和硅铝质原料；其中，硫酸钠需满足其1000℃煅烧后的剩余质量中，Na2SO4>85%；硅铝质原料是指主要化学组成必含SiO2和Al2O3的物质，要求其在1000℃煅烧后的剩余质量中，SiO2<85%，Al2O3>10% 且 SiO2+Al2O3>80%；
（2）将干燥的硫酸钠、硅铝质原料与煤气化渣混匀并磨细至全过100目筛的细度；其中硅铝质原料与煤气化渣的质量比为 0.5~1.5，硫酸钠的加量按其所含Na2O与硅铝质原料和煤气化渣二者混合物的质量比为0.04~0.12确定；
（3）将步骤（2）所得的混合粉体加热至850~950℃保温2~3小时，再升温至1050~1150℃保温2~3小时，然后在空气中速冷至室温；
（4）在上述冷却的煅烧料中加入石灰和石膏；石灰的加量按所含等当量Ca(OH)2的质量为煅烧料的15%~40%确定，石膏的加量按所含等当量CaSO4·2H2O的质量为煅烧料的0~50%确定；将所得混合物混合均匀并磨细至达到200目筛余量≤10%的细度即得胶凝材料。
作为优选，所述的硅铝质原料为各种天然硅铝质岩石、煤矸石和矿山尾砂中的一种或几种的混合物。
作为优选，所述的石灰指生石灰、熟石灰、电石渣中的一种或几种的混合物。
作为优选，所述的石膏指含有CaSO4、CaSO4·0.5H2O和 CaSO4·2H2O中的任一种或多种的固体物质。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明创新了一种充分消除煤气化渣内的余碳并将其转化为有用的无机胶凝材料的方法，且所用的其它原料亦可用煤矸石、电石渣、工业废石膏等工业废渣代替，故兼具良好的经济与社会效益。
（2）本发明提供了一种制备新型无机胶凝材料的新方法，与主流的硅酸盐水泥相比，具有碳排放低、能耗低和污染排放少的特点，煤气化渣中超过20%的煤含量既可替代煅烧所需燃料以节省能源，也可作为还原剂脱去硫酸钠中的硫而利用其碱金属。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步详细说明本发明，但本发明并不限于此。
需要说明的是，本文中的“煤气化渣”指各种以水煤浆或煤粉形式经各种气化炉处理后所得气化灰渣，但不限于上述气化灰渣，也适用于其他工艺副产一定含碳的灰渣。
实施例中牵涉到的硅铝质原料有5种天然岩石、一种煤矸石和一种矿山尾矿，它们的化学成分满足其在1000℃煅烧后的剩余质量中，SiO2<85%，Al2O3>10% 且SiO2+Al2O3>80%（见表1）；含硫酸钠的盐为工业无水硫酸钠，其中Na2SO4的含量≥98.5%；用到的石灰的具体种类为生石灰、熟石灰和电石渣，前二者分别为分析纯的CaO和Ca(OH)2，而电石渣则含85%（质量比）的Ca(OH)2；用到的石膏包括天然二水石膏、脱硫石膏、建筑石膏、硬石膏和煅烧石膏等五种，其中天然二水石膏和脱硫石膏均含90%的CaSO4·2H2O，建筑石膏含90%的CaSO4·0.5H2O，硬石膏和煅烧石膏均含90%的CaSO4，氟石膏含45%的CaSO4·2H2O和45%的CaSO4。
本发明中制备过程如下：将干燥的无水硫酸钠、硅铝质原料和煤气化渣三者混合后用水泥实验小磨研磨约30分钟，具体研磨时间以磨后粉料全过100目筛为准。其中，硅铝质原料与煤气化渣的质量比为 0.5~1.5，硫酸钠的加量按其所含Na2O与硅铝质原料和煤气化渣二者混合物的质量比为0.04~0.12确定。混合粉体置于马弗炉中升温至850~950℃保温3小时，再快速升温至1050~1150℃保温2小时，然后直接取出在空气中速冷至室温。冷却后的煅烧料及后续加入的石灰和石膏分别粉磨，三者的粉磨时间约半小时，具体粉磨时间以达到200目筛余量≤10%的细度要求为准。三种经过粉磨的物料粉用混料机按比例混匀即得胶凝材料粉体。所得胶凝材料中，石灰的加量按所含等当量Ca(OH)2的质量为煅烧料的15%~40%，石膏的加量按所含等当量CaSO4·2H2O的质量为煅烧料的0~50%。相关的实施例工艺参数详见表2。
按GB/T17671~1999的方法对表2所示的实施例的胶凝材料胶砂进行养护和强度检测。相应的胶凝材料强度性能数据详见表3。由表3可知，所制胶凝材料强度性能多超过砌筑水泥的要求，部分超过PC32.5的要求，个别超过PO42.5的要求，说明煤气化渣用该方法处理并用来制备胶凝材料的效果良好。考虑到该种胶凝材料尚未有工业标准，可制备成各种建筑预制件如泡沫混凝土建筑砌块等销售，也可直接应用于地坪道路等安全性要求不高的应用场合。
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Figure 708370DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE003

Claims (4)

1.一种分步煅烧煤气化渣制备胶凝材料的方法，其特征在于包括如下顺序的步骤：
（1）分别准备硫酸钠和硅铝质原料；其中，硫酸钠需满足其1000℃煅烧后的剩余质量中，Na2SO4>85%；硅铝质原料是指主要化学组成必含SiO2和Al2O3的物质，要求其在1000℃煅烧后的剩余质量中，SiO2<85%，Al2O3>10% 且 SiO2+Al2O3>80%；
（2）将干燥的硫酸钠、硅铝质原料与煤气化渣混匀并磨细至全过100目筛的细度；其中硅铝质原料与煤气化渣的质量比为 0.5~1.5，硫酸钠的加量按其所含Na2O与硅铝质原料和煤气化渣二者混合物的质量比为0.04~0.12确定；
（3）将步骤（2）所得的混合粉体加热至850~950℃保温2~3小时，再升温至1050~1150℃保温2~3小时，然后在空气中速冷至室温；
（4）在上述冷却的煅烧料中加入石灰和石膏；石灰的加量按所含等当量Ca(OH)2的质量为煅烧料的15%~40%确定，石膏的加量按所含等当量CaSO4·2H2O的质量为煅烧料的0~50%确定；将所得混合物混合均匀并磨细至达到200目筛余量≤10%的细度即得胶凝材料。
2.根据权利要求1所述的一种分步煅烧煤气化渣制备胶凝材料的方法，其特征在于：所述的硅铝质原料为各种天然硅铝质岩石、煤矸石和矿山尾砂中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种分步煅烧煤气化渣制备胶凝材料的方法，其特征在于：所述的石灰指生石灰、熟石灰、电石渣中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种分步煅烧煤气化渣制备胶凝材料的方法，其特征在于：所述的石膏指含有CaSO4、CaSO4·0.5H2O和 CaSO4·2H2O中的任一种或多种的固体物质。
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