CN112028599A - 蒸压粉煤灰砖的配方及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蒸压粉煤灰砖的配方及其制备方法，其中，该蒸压粉煤灰砖的配方，按照质量百分比，包括：粗渣混合物，包括：第一粗渣10％～30％，由单喷嘴气化炉产生；第二粗渣10％～30％；粉煤灰35％～45％；以及余量的电石渣；其中，所述粗渣混合物中颗粒的粒径分布，按照质量百分比，包括：1.2mm以下57％～66％；1.2mm至5mm之间29％～36％。本发明一方面实现了单喷嘴气化炉粗渣的固废利用；另一方面又降低了发明的蒸压粉煤灰砖的原料成本。

Description

蒸压粉煤灰砖的配方及其制备方法

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，具体涉及一种含有单喷嘴气化炉粗渣的蒸压粉煤灰砖的配方及其制备方法。

背景技术

目前，水煤浆气化工艺中单喷嘴气化炉装置每年会产生大量的粗渣，单喷嘴气化炉粗渣由于烧失量偏高，在筑路、水泥、烧结砖和混凝土砌块等方面仅得到部分应用，存在着处理方式单一、环境污染较大的问题，固废处理成本高，占用土地，运输环保管控困难等问题。随着国家环保管控措施的加强，单喷嘴气化炉装置的气化粗渣的下游利用途径锐减。因此，开发可持续循环利用单喷嘴煤气化炉粗渣的新处理工艺，成为煤化工中以水煤浆气化工艺为基础的企业急需攻克的重大难题。

发明内容

为了解决煤化工领域中单喷嘴气化炉装置产生的粗渣废料难以处理所引起的环境问题，本发明提供一种单喷嘴气化炉粗渣在蒸压粉煤灰砖中的应用，包括：

一种蒸压粉煤灰砖的配方，按照质量百分比，包括：

粗渣混合物，包括：第一粗渣10％～30％，由单喷嘴气化炉产生；第二粗渣10％～30％；粉煤灰35％～45％；以及

余量的电石渣；

其中，粗渣混合物中颗粒的粒径分布，按照质量百分比，包括：

1.2mm以下57％～66％；

1.2mm至5mm之间29％～36％。

在一些实施方式中，第二粗渣由多喷嘴气化炉产生。

在一些实施方式中，第一粗渣中颗粒的粒径分布为：

1.2mm以下，70％～75％；

1.2mm至5mm之间，20％～25％；以及

第二粗渣中颗粒的粒径分布为：

1.2mm以下，40％～45％；

1.2mm至5mm之间，45％～50％。

在一些实施方式中，第一粗渣的烧失量介于18％～25％之间；第二粗渣的烧失量介于6％～9％之间。

在一些实施方式中，第一粗渣与第二粗渣的重量比介于3:1至1:1之间。

本发明还包括一种利用该配方制备蒸压粉煤灰砖的方法，包括步骤：

配料步骤：按照上述本发明的配方称取原料第一粗渣、第二粗渣、粉煤灰和电石渣；

混合步骤：将第一粗渣、第二粗渣、粉煤灰和电石渣混合并加水搅拌，得到混合物料；

消解陈化步骤：将混合物料在具有较大容积的消解仓内，消解陈化一定的时间；

压制步骤：将消解陈化后的混合物料进行压制，经过数次加压和数次排气后形成砖坯，其中，加压压力介于140bar至160bar之间，压制时间介于18s至25s之间；

蒸压步骤：将砖坯进行蒸压，得到蒸压粉煤灰砖。

在一些实施方式中，混合步骤中，控制混合物料的含水率在介于13％至16％之间。

在一些实施方式中，消解陈化步骤中，混合物料消解陈化的时间介于30min至60min之间。

在一些实施方式中，压制步骤中，加压次数为3至5次，排气次数为2至3次。

在一些实施方式中，蒸压步骤中，用于蒸压的饱和蒸汽的压力介于0.9MP至1.2MPa，温度介于170℃至190℃之间，蒸压的时间介于3h至5h之间。

本发明的有益技术效果在于：

1)为了增加蒸压粉煤灰砖的抗压强度、抗折强度等，现有技术通常需要添加沙子或石屑等作增强骨料。而本发明蒸压粉煤灰砖的配方中是利用经过颗粒的级配后的单喷嘴气化炉粗渣与其他粗渣的混合物作为增强骨料，并确定了粗渣混合物的最佳的颗粒级配，一方面实现了单喷嘴气化炉粗渣的固废利用；另一方面又降低了发明的蒸压粉煤灰砖的原料成本。

2)本发明提供的单喷嘴气化炉粗渣在蒸压粉煤灰砖中的应用，解决了存在多年的单喷嘴气化粗渣处理困难的问题，实现了煤气化行业固废的循环利用，大大减轻了煤化工企业的环保压力，为煤气化业提供了新的利润增长点。

3)本发明的蒸压粉煤灰砖的原料包括：粗渣混合物、粉煤灰和电石渣，均来源于化工领域的固体废料，制备得到蒸压粉煤灰砖实现了固废再利用，不仅解决了工业固废堆积造成的环境污染问题，同时，极大的降低了本发明的蒸压粉煤灰砖的成本。

附图说明

图1为本发明蒸压粉煤灰砖的制备方法的步骤示意图；

图2为本发明蒸压粉煤灰砖的制备方法中蒸压步骤的升温曲线。

附图中的符号说明：

S101～S105步骤。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种蒸压粉煤灰砖的配方，按照质量百分比，包括：

粗渣混合物，包括：第一粗渣10％～30％，由单喷嘴气化炉产生；第二粗渣10％～30％；粉煤灰35％～45％；以及

余量的电石渣；

其中，粗渣混合物中颗粒的粒径分布，按照质量百分比，包括：

1.2mm以下57％～66％；

1.2mm至5mm之间29％～36％。

本发明中的第一粗渣是浆化煤炭颗粒在单喷嘴气化炉中，经高温高压条件下，熔融、激冷、凝结等流程后，由气化炉底部排渣锁斗排出的含水渣，主要成分为SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃，其中，按照质量百分比，粒径1.2mm以下的颗粒，约占70～75％，1.2mm～5mm颗粒约占20～25％，大于5mm的颗粒约占3～5％，烧失量一般为18～25％之间。

在一些实施方式中，本发明的第二粗渣由多喷嘴气化炉产生，第二粗渣是浆化煤炭颗粒在多喷嘴气化炉中，经高温高压条件下，熔融、激冷、凝结等流程，由气化炉底部排渣锁斗排出的含水渣，主要成分为SiO₂、Al₂O₃和Fe₂O₃，其中，按照质量百分比，粒径1.2mm以下的颗粒，约占40～45％，1.2～5mm颗粒约占45～50％，大于5mm的颗粒约占5～8％，烧失量一般为6～9％之间。相比于单喷嘴气化炉粗渣，多喷嘴炉渣烧失量较低，颗粒较粗，在建材行业得到了部分应用，而单喷嘴气化炉粗渣由于烧失量偏高，在筑路、水泥、烧结砖和混凝土砌块等方面仅得到部分应用，存在着处理方式单一、环境污染较大的问题，固废处理成本高，占用土地，运输环保管控困难等问题。

在一些实施方式中，第一粗渣与第二粗渣的重量比介于3:1至1:1之间。

在一些实施方式中，粉煤灰是火力发电厂锅炉以煤粉做燃料，从煤粉炉中的电/袋除尘器收集下的粉煤灰，粉煤灰中的主要活性物质是SiO₂和Al₂O₃等，烧失量一般为10％以下。

在一些实施方式中，电石渣是电石水解获取乙炔气后，以氢氧化钙为主要成分的废渣。

实施例2

本实施例提供一种蒸压粉煤灰砖的制备方法，如图1所示，包括步骤：

S101配料步骤：按照本发明的配方称取原料第一粗渣、第二粗渣、粉煤灰和电石渣；

S102混合步骤：将第一粗渣、第二粗渣、粉煤灰和电石渣混合并加水搅拌，得到混合物料。在一些实施方式中，控制混合物料的含水率在介于13％至16％之间；

S103消解陈化步骤：将混合物料在具有较大容积的消解仓内消解陈化。在一些实施方式中，消解陈化的时间介于30min至60min之间；

S104压制步骤：将消解陈化后的混合物料进行压制，经过数次加压和数次排气后形成砖坯，其中，加压压力介于140bar至160bar之间，压制时间介于18s至25s之间；在一些实施方式中，加压次数为3至5次，排气次数为2至3次；

S105蒸压步骤：将砖坯进行蒸汽养护，得到蒸压粉煤灰砖。在一些实施方式中，用于蒸养的饱和蒸汽的压力介于0.9MP至1.2MPa，温度介于170℃至190℃之间，恒压蒸养的时间介于3h至5h之间。

为了更好的说明本发明的技术特点，实施例3至7给出制备本发明蒸压粉煤灰砖的具体实施方式，其中，第一粗渣为单喷嘴气化炉产生的炉渣，第二粗渣采用四喷嘴对置式气化炉产生的炉渣，但本发明并不以此为限。

对原料第一粗渣、第二粗渣、粉煤灰和电石渣进行成分分析，其结果如表1所示：

表1.制砖原料化学成分分析

序号	名称	SiO<sub>2</sub>/％	Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/％	Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>/％	CaO/％	MgO/％	SO<sub>3</sub>/％	烧失量/％
									1	第一粗渣	34.5	25.3	9.7	10.4	7.0	0	21
2	第二粗渣	39.04	17.08	12.47	10.91	1.82	0.45	7.41
									3	粉煤灰	47.48	33.62	6.65	1.33	0.96	0.78	4
4	电石渣	2.99	1.47	0.17	80.7	0.17	4	/

对第一粗渣与第二粗渣中颗粒的粒径分布进行测试，测试方法如下：

1)用托盘精确称取第一粗渣或第二粗渣的试样各1000.00g，每种试样取3次检测颗粒粒度，取其平均值；

2)称取第一粗渣或第二粗渣的试样精确至0.01g，倒入1.2mm手工筛上，筛子底部有试验托盘。用一只手持筛往复摇动，另一只手轻轻拍打，往复摇动和拍打过程应保持近于水平，拍打速度分钟约120次，每40次向同一方向转动60°，使试样均匀分布在筛网上，直至每分钟通过的试样量不超过0.03g为止，称量全部筛余物；

3)将剩余大颗粒倒入手工筛5mm筛析试验内。用一只手持筛往复摇动，另一只手轻轻拍打，往复摇动和拍打过程应保持近于水平，拍打速度每分钟约120次，每40次向同一方向转动60°，使试样均匀分布在筛网上，直至每分钟通过的试样量不超过0.03g为止，称量全部筛余物。

4)将剩余大颗粒倒入手工筛10mm筛析试验内。用一只手持筛往复摇动，另一只手轻轻拍打，往复摇动和拍打过程应保持近于水平，拍打速度每分钟约120次，每40次向同一方向转动60°，使试样均匀分布在筛网上，直至每分钟通过的试样量不超过0.03g为止，称量全部筛余物。

试验结果处理：

骨料试样筛余百分数按下式计算：

式中：F—骨料试样的筛余百分数，单位为质量百分数(％)；

Rt—骨料筛余物的质量，单位为克(g)；

W—骨料试样的质量，单位为克(g)；

结果计算至0.01％。

按质量百分比，第一粗渣与第二粗渣中颗粒的粒径分布的结果如表1所示，由表1可知，单喷嘴气化炉产生的第一粗渣的颗粒度较小，粗颗粒较少，而四喷嘴对置式气化炉产生的第二粗渣颗粒度较大，粗颗粒较多。

表2.颗粒的粒径分布实验结果

实施例3

本实施例提供一种的蒸压粉煤灰砖的制备方法的实施方式，包括步骤：

1)配料步骤：按照质量百分比称取原料第一粗渣20％、第二粗渣20％、粉煤灰40％和电石渣20％；

2)混合步骤：将第一粗渣、第二粗渣、粉煤灰和电石渣混合并加水搅拌，得到混合物料；具体实施时是将第一粗渣、第二粗渣和电石渣通过抓斗机运送到配料料仓，将灰仓内储存的硅质材料粉煤灰通过灰仓底部的螺旋输送机输送至粉煤灰计量料斗，按照既定配比，精确下料计量。计量完成后的物料通过胶带机运送至搅拌机内，混合搅拌均匀，根据混合物料含水量检测结果，适当调整加水量。且保证混合后的物料含水率相对保持在一定范围内，夏季混合物料含水率控制在14％～16％，冬季控制在13％～15％，搅拌时间为2～3min。

3)消解陈化步骤：将搅拌均匀后的混合物料经过胶带机运送至消解仓，消解陈化时间为30～60min，同时通过内置的热电偶温度计，观察消解物料的温度上升情况，通过消解仓底部的出料变频电机带动的刮刀，将陈化完毕的物料送入粉混机，由粉混机出料胶带机将物料送至液压砖机前的储料仓。

4)压制步骤：混合物料在全自动液压砖机内经过五次加压三次排气，在160bar压力下，压制21s后，形成具有一定强度的砖坯。

5)蒸压步骤：所得的砖坯送入蒸压釜，在1.0MPa、180℃的饱和蒸汽条件下，恒压4h制得成品蒸压粉煤灰砖，其中在蒸压釜中蒸养过程中的升温曲线，如图2所示，可以看出，蒸压釜釜内达到反应平衡的饱和蒸汽的压力介于0.9MP至1.1MPa，温度介于170℃至190℃之间。

其中，粗渣混合物为第一粗渣和第二粗渣的混合物，粗渣混合物中不同粒径的颗粒的质量百分数计算方法为：

粗渣混合物中颗粒的质量百分数＝(第一粗渣的颗粒平均值×第一粗渣的质量百分数+第二粗渣的颗粒平均值×第二粗渣的质量百分数)/(第一粗渣的质量百分数+第二粗渣的质量百分数)×100％；

即，在本实施例中，粗渣混合物中粒径小于1.2mm的颗粒的质量百分数＝(74％×20％+41％×20％)/(20％+20％)×100％＝57.5％；

粗渣混合物中粒径1.2mm～5mm的颗粒的质量百分数＝(22％×20％+50％×20％)/(20％+20％)×100％＝36％；

粗渣混合物中粒径5mm～10mm的颗粒的质量百分数＝(4％×20％+9％×20％)/(20％+20％)×100％＝6.5％；

实施例4

本实施例提供另一种的蒸压粉煤灰砖的制备方法的实施方式，与实施例3中的配方及步骤相同类似，相同部分不再赘述，不同之处在于，在压制步骤中，砖机压力150bar，压制周期为21s，其中，包括五次加压和两次排气。

实施例5

本实施例提供另一种的蒸压粉煤灰砖的制备方法的实施方式，与实施例3中的配方及步骤相同类似，相同部分不再赘述，不同之处在于，在压制步骤中，砖机压力140bar，压制周期为21s，其中，包括五次加压和两次排气。

实施例6

本实施例提供另一种的蒸压粉煤灰砖的制备方法的实施方式，与实施例3中的步骤相同类似，相同部分不再赘述，不同之处在于，在配料步骤：按照质量百分比称取原料第一粗渣25％、第二粗渣15％、粉煤灰40％和电石渣20％；在压制步骤中，砖机压力160bar，压制周期为21s，其中，包括五次加压和两次排气。

在本实施例中，粗渣混合物中粒径小于1.2mm的颗粒的质量百分数经与实施例3相同的方法计算为60.6％；粒径1.2mm～5mm的颗粒的质量百分数为32.5％；粒径5mm～10mm的颗粒的质量百分数为5.9％。

实施例7：

本实施例提供另一种的蒸压粉煤灰砖的制备方法的实施方式，与实施例3中的步骤相同类似，相同部分不再赘述，不同之处在于，在配料步骤：按照质量百分比称取原料第一粗渣30％、第二粗渣10％、粉煤灰40％和电石渣20％；在压制步骤中，砖机压力160bar，压制周期为21s，其中，包括五次加压和两次排气。

在本实施例中，粗渣混合物中粒径小于1.2mm的颗粒的质量百分数经与实施例3相同的方法计算为65.8％；粒径1.2mm～5mm的颗粒的质量百分数为29％；粒径5mm～10mm的颗粒的质量百分数为5.3％。

为了增加蒸压粉煤灰砖的抗压强度、抗折强度等，现有技术通常需要添加沙子或石屑等作增强骨料。而本发明蒸压粉煤灰砖的配方中是利用经过颗粒的级配后的单喷嘴气化炉粗渣与其他粗渣的混合物作为增强骨料，并确定了粗渣混合物的最佳的颗粒级配，一方面降低了发明的蒸压粉煤灰砖的原料成本；另一方面又实现了单喷嘴气化炉粗渣的固废利用。

对实施例3至7中制备得到的蒸压粉煤灰砖的抗压强度和抗折强度按照标准JC/T239-2014中的方法进行测试，其中各实施例的抗压强度、抗折强度结果如表3所示：

表3.不同实施例的抗压强度和抗折强度

从上述实验结果可以看出，实施例3～7中的制得的蒸压粉煤灰砖的抗压强度和抗折强度达到了标准JC/T239-2014的MU10等级，其中，实施例7中，当第一粗渣：第二粗渣：粉煤灰：电石渣＝3:1:4:2时(质量比)，砖机操作压力160bar，制得的蒸压粉煤灰砖强度最高。

将实施例7中制得的蒸压粉煤灰砖按照JC/T239-2014中所规定的方法进行其他项目检测，检测结果如表4所述，全部合格。

表4本发明蒸压粉煤灰砖的检测结果

通过上述的性能测试说明，通过本发明的配方及制备方法获得的性能优异的蒸压粉煤灰砖，本发明的蒸压粉煤灰砖的原料包括：粗渣混合物、粉煤灰和电石渣，均来源于化工领域的固体废料，制备得到蒸压粉煤灰砖实现了固废再利用，极大的降低了本发明的蒸压粉煤灰砖的成本。而我国的房屋建筑材料中70％是墙体材料，蒸压粉煤灰砖的保温隔热性能优于实心粘土砖。本发明的配方及制备方法获得的蒸压粉煤灰砖具有广阔的市场应用前景。同时，本发明提供的单喷嘴气化炉粗渣在蒸压粉煤灰砖中的应用，解决了存在多年的单喷嘴气化粗渣处理困难的问题，实现了煤气化行业固废的循环利用，大大减轻了煤化工企业的环保压力，为煤气化业提供了新的利润增长点。

以上所述，通过实施例对本发明的技术特点进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明的宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种蒸压粉煤灰砖的配方，其特征在于，按照质量百分比，包括：

粗渣混合物，包括：第一粗渣10％～30％，由单喷嘴气化炉产生；第二粗渣10％～30％；

粉煤灰35％～45％；以及

余量的电石渣；

其中，所述粗渣混合物中颗粒的粒径分布，按照质量百分比，包括：

1.2mm以下57％～66％；

1.2mm至5mm之间29％～36％。

2.如权利要求1所述的蒸压粉煤灰砖的配方，其特征在于，所述第二粗渣由多喷嘴气化炉产生。

3.如权利要求2所述的蒸压粉煤灰砖的配方，其特征在于，其中，所述第一粗渣中颗粒的粒径分布为：

1.2mm以下，70％～75％；

1.2mm至5mm之间，20％～25％；以及

所述第二粗渣中颗粒的粒径分布为：

1.2mm以下，40％～45％；

1.2mm至5mm之间，45％～50％。

4.如权利要求2所述的蒸压粉煤灰砖的配方，其特征在于，所述第一粗渣的烧失量介于18％～25％之间；所述第二粗渣的烧失量介于6％～9％之间。

5.如权利要求1至4中任一项所述的蒸压粉煤灰砖的配方，其特征在于，所述第一粗渣与所述第二粗渣的重量比介于3:1至1:1之间。

6.一种蒸压粉煤灰砖的制备方法，其特征在于，包括步骤：

配料步骤：按照如权利要求1至4中任一项所述的配方称取原料第一粗渣、第二粗渣、粉煤灰和电石渣；

混合步骤：将所述第一粗渣、所述第二粗渣、所述粉煤灰和所述电石渣混合并加水搅拌，得到混合物料；

消解陈化步骤：将所述混合物料消解陈化；

压制步骤：将消解陈化后的所述混合物料进行压制，经过数次加压和数次排气后形成砖坯，其中，加压压力介于140bar至160bar之间，压制时间介于18s至25s之间；

蒸压步骤：将所述砖坯在饱和蒸汽下进行蒸养养护，得到蒸压粉煤灰砖。

7.如权利要求6所述的蒸压粉煤灰砖的制备方法，其特征在于，所述混合步骤中，控制所述混合物料的含水率在介于13％至16％之间。

8.如权利要求6所述的蒸压粉煤灰砖的制备方法，其特征在于，所述消解陈化步骤中，所述混合物料消解陈化的时间介于30min至60min之间。

9.如权利要求6所述的蒸压粉煤灰砖的制备方法，其特征在于，所述压制步骤中，加压次数为3至5次，排气次数为2至3次。

10.如权利要求6所述的蒸压粉煤灰砖的制备方法，其特征在于，所述蒸压步骤中，用于蒸压的饱和蒸汽的压力介于0.9MP至1.2MPa，温度介于170℃至190℃之间，恒压蒸养的时间介于3h至5h之间。

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