CN113185253A - 一种固化材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种固化材料及其制备方法和应用，属于煤基固废材料的制备利用技术领域。本发明利用煤矸石等煤基固废制备固化材料可以将煤矸石等煤基固废中的有害重金属固化，以本发明制备的固化材料作为煤矸石堆场的隔离层，可以避免煤矸石山自燃，同时可避免煤矸石山中有害重金属污染土壤和地下水，真正的实现以废治废。

Description

一种固化材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及煤基固废材料的制备利用技术领域，尤其涉及一种固化材料及其制备方法和应用。
背景技术
煤炭开采、洗选加工、发电利用等过程中排放的煤矸石等煤基固废中含有微量的有害重金属，如镉、铅、铬、汞等，这些有害重金属会随雨水和煤矸石洗选排放水在煤矸石山内及周边土壤渗透，对土壤、地表水和地下水造成污染。
此外，现有煤矸山堆场内煤矸石的堆存是一层煤矸石上覆盖一层5～10dm的黄土作为隔离层，如此反复，向上堆一层煤矸石，铺一层5～10dm厚度的黄土隔离层，直至由政府相关部门规定不能住上堆存的高度。采用这种治理方法，由于黄土不能完全阻隔空气和水的流通，使得煤矸石山易自燃造成环境污染，且煤矸石山中的有害重金属向土壤渗透会造成土壤和地下水污染。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固化材料及其制备方法和应用，本发明利用煤矸石等煤基固废制备固化材料可以将煤矸石等煤基固废中的有害重金属固化，以本发明制备的固化材料作为煤矸石堆场的隔离层，可以避免煤矸石山自燃，同时可避免煤矸石山中有害重金属污染土壤和地下水，真正的实现以废治废。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种固化材料，由包括以下质量百分含量的原料制备得到：粉煤灰45～60％、脱硫石膏5～10％、消石灰5～10％、煤矸石25～30％、碱激发剂0.5～2％、速凝剂0.5～1％和减水剂1～2％；
所述煤矸石的粒径分布如表1所示：
表1所述煤矸石的粒径分布
粒级(mm) -2.36 +2.36～-4.75 +4.75～-9.5 +9.5～-19
质量百分比(％) 25～30 30～35 15～25 10～20
。
优选的，所述碱激发剂为水玻璃、碳酸钠或氢氧化钠。
优选的，所述速凝剂为硫酸铝、磷酸氢钠和磷酸氢钾中的至少一种。
优选的，所述减水剂为聚羧酸类减水剂、萘磺酸盐类减水剂和改性木质素磺酸盐中的至少一种。
优选的，所述煤矸石的化学成分如表2所示：
表2煤矸石的化学组成
化学成分 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO K<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub>
质量含量/％ 55.00～70.00 12.00～38.00 2.28～14.63 0.42～2.32 0.44～2.41 0.6～3.2 0.9～4.0
。
优选的，所述粉煤灰的烧失量为4.0～12.0％，含水率为5～10％，表观密度为2100～2250kg/m3，所述粉煤灰的粒径分布如表3所示：
表3煤粉灰的粒径分布
粒级/μm -5 +5～-15 +15～-30 +30～-50 +50～-80 +80～-100 +100
质量百分比/％ 4.55 10.23 21.87 24.36 21.83 11.89 5.27
。
优选的，所述脱硫石膏的烧失量为10～23％，含水率为5～12％，表观密度为1100～1238kg/m3。
本发明提供了上述方案所述固化材料的制备方法，包括以下步骤：
将水、碱激发剂、速凝剂和减水剂混合，得到第一混合料；
将粉煤灰、脱硫石膏和消石灰进行磨矿耦合活化，得到AH材料；
将所述AH材料和第一混合料进行混合，得到灰浆胶凝材料；
将所述灰浆胶凝材料和煤矸石混合，得到第二混合料；
将所述第二混合料进行养护，凝固后得到固化材料。
优选的，所述AH材料和第一混合料中水的质量比为(0.55～0.70)：1。
本发明提供了上述方案所述固化材料或上述方案所述制备方法制备得到的固化材料作为煤矸石堆场中隔离层的应用。
本发明提供了一种固化材料，由包括以下质量百分含量的原料制备得到：粉煤灰45～60％、脱硫石膏5～10％、消石灰5～10％、煤矸石25～30％、碱激发剂0.5～2％、速凝剂0.5～1％和减水剂1～2％。本发明利用粉煤灰、脱硫石膏、煤矸石等煤基固废中含有重金属离子，本发明以这些煤基固废为原料，在制备过程中，煤矸石、粉煤灰、消石灰和脱硫石膏中的活性组分如铝、硅、钙等在外加剂(碱激发剂、速凝剂和减水剂)的作用下与水发生水化反应，生成产物水化硅酸钙、水化铝酸钙和钙矾石，并逐步形成固化材料，使得煤基固废中的有害重金属离子参与水化学反应被密闭在固化材料中，从而使固废中的有害重金属达到稳定化、无害化。
本发明通过控制煤矸石的级配，制备的固化材料具有高强度，同时结构致密，因而具有良好的防渗性能，将制备的固化材料应用于煤矸石山治理过程中，对煤矿排放的煤矸石分层隔离堆存，使煤矸石山各层之间相互隔离，防渗阻断了各煤矸石层之间的空气和水的传输，固化材料的渗透系数能达1.7×10-7以上，因而能避免煤矸石内的黄铁矿在空气和水的作用下发生氧化发热，从而能有效控制煤矸石山自燃造成的大气污染，和雨水浸蚀溶出的铅、镉、汞、铬、钡、钒、铜、砷等重金属等对周边土壤和地下水的污染。
以本发明的固化材料作为隔离层替代现有煤矸石山治理过程中所使用的大量宝贵的黄土资源，能够节约和保护土地，同时由于所形成的固化隔离层比黄土隔离层簿80～90％，因而能扩大煤矸石堆场有效库容，是一种以废治污的功能材料。
具体实施方式
本发明提供了一种固化材料，由包括以下质量百分含量的原料制备得到：粉煤灰45～60％、脱硫石膏5～10％、消石灰5～10％、煤矸石25～30％、碱激发剂0.5～2％、速凝剂0.5～1％和减水剂1～2％；
所述煤矸石的粒径分布如表1所示：
表1所述煤矸石的粒径分布
粒级(mm) -2.36 +2.36～-4.75 +4.75～-9.5 +9.5～-19
质量百分比(％) 25～30 30～35 15～25 10～20
。
以质量百分含量计，本发明提供的固化材料的制备原料包括粉煤灰45～60％，优选为48～58％，更优选为50～55％。在本发明中，所述粉煤灰的烧失量优选为4.0～12.0％，更优选为6.0～10.0％；含水率优选为5～10％，更优选为6～9％；表观密度优选为2100～2250kg/m3，更优选为2150～2200kg/m3。在本发明的实施例中，所述粉煤灰的烧失量为9.86％，含水率为6.08％，表观密度为2237kg/m3。
在本发明中，所述粉煤灰的粒径分布优选如表3所示：
表3煤粉灰的粒径分布
粒级/μm -5 +5～-15 +15～-30 +30～-50 +50～-80 +80～-100 +100
质量百分比/％ 4.55 10.23 21.87 24.36 21.83 11.89 5.27
。
表3中，所述+5～-15指的是粒径＜15μm且≥5μm，其他粒级代表的含义以此类推，这里不再赘述，此为本领域公知常识。
在本发明中，所述粉煤灰的主要物相成分为莫来石、氧化铝和玻璃体，显微观察为玻璃微珠、铁珠和无定性玻璃体。在本发明中，所述粉煤灰的化学成分如表4所示：
表4粉煤灰的化学成分
化学成分 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO K<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub> 烧失量
质量含量/％ 45.85 27.75 3.61 1.64 1.63 0.14 1.06 18.32
。
以质量百分含量计，本发明提供的固化材料的制备原料包括脱硫石膏5～10％，优选为6～9％，更优选为7～8％。在本发明中，所述脱硫石膏优选为电厂排放的脱硫石膏。在本发明中，所述脱硫石膏的烧失量优选为10～23％，更优选为12～17％；含水率优选为5～12％，更优选为7～10％；表观密度优选为1100～1238kg/m3，更优选为1150～1200kg/m3。在本发明的实施例中，所述脱硫石膏的烧失量为22.72％，含水率为10.47％，表观密度为1238kg/m3。
在本发明中，所述脱硫石膏的主要物相成分为CaSO4·2H2O，还含有少量CaSO4·0.5H2O和CaCO3。在本发明的实施例中，所述脱硫石膏的化学成分如表5所示：
表5脱硫石膏的化学成分
成份 CaSO<sub>4</sub>·2H<sub>2</sub>O CaSO<sub>4</sub>·0.5H<sub>2</sub>O CaCO<sub>3</sub> 含水量 其它
质量含量％ 77.24 5.84 3.51 10.32 3.09
。
以质量百分含量计，本发明提供的固化材料的制备原料包括消石灰5～10％，优选为6～9％，更优选为7～8％。在本发明中，所述消石灰的作用是增加胶凝材料中活性钙含量，参与水化反应。在本发明中，所述消石灰的主要成分优选如表6所示：
表6消石灰的化学组成
化学成分 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO K<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O SO<sub>3</sub> Loss
质量含量/％ 1～3 1～5 0.1～3 80～90 0.5～2.5 0.51～1.5 0.01～0.1 <10
。
在本发明的实施例中，所述消石灰的化学组成如表7所示：
表7实施例中消石灰的化学组成
化学成分 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO K<sub>2</sub>O SO<sub>3</sub> Loss
质量含量/％ 2.92 1.08 0.15 85.91 0.75 0.51 0.04 8.64
。
在本发明中，所述粉煤灰、脱硫石膏和消石灰作为固化材料的胶凝材料。
以质量百分含量计，本发明提供的固化材料的制备原料包括煤矸石25～30％，优选为26～29％，进一步优选为27～28％。在本发明中，所述煤矸石作为固化材料的骨料。
在本发明中，所述煤矸石的粒径分布如表1所示。
本发明采用表1所示的级配，可以形成密实的固化材料，进而提高固化材料的强度和防渗性能。
在本发明中，所述煤矸石的化学成分优选如表2所示：
表2煤矸石的化学组成
化学成分 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO K<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub>
质量含量/％ 55.00～70.00 12.00～38.00 2.28～14.63 0.42～2.32 0.44～2.41 0.6～3.2 0.9～4.0
。
在本发明中，所述煤矸石的物相成分优选包括：石英、高岭石、伊利石、云母、长石、蒙脱石、方解石、绿泥石、黄铁矿和钛铁矿。在本发明中，所述煤矸石中含有微量的有害重金属，如Pb、Cr、Hg、V、Ba、Cd、Cu、As等，本发明对重金属的种类不做特殊要求。
以质量百分含量计，本发明提供的固化材料的制备原料包括碱激发剂0.5～2％，优选为1.0～1.5％。在本发明中，所述碱激发剂优选为水玻璃、碳酸钠或氢氧化钠。在本发明中，所述碱激发剂的作用是促进粉煤灰、脱硫石膏和消石灰的水化反应，生成硅酸钙、铝酸钙和钙矾石。
以质量百分含量计，本发明提供的固化材料的制备原料包括速凝剂0.5～1％，优选为0.6～0.9％，更优选为0.7～0.8％。在本发明中，所述速凝剂优选为硫酸铝、磷酸氢钠和磷酸氢钾中的至少一种；当所述速凝剂为上述物质中的多种时，本发明对各速凝剂的配比没有特殊要求，任意配比均可。
以质量百分含量计，本发明提供的固化材料的制备原料包括减水剂1～2％，优选为1.2～1.8％，更优选为1.4～1.6％。在本发明中，所述减水剂优选为聚羧酸类减水剂、萘磺酸盐类减水剂和改性木质素磺酸盐中的至少一种。本发明对所述聚羧酸类减水剂和萘磺酸盐类减水剂的具体种类没有特殊要求，采用本领域熟知的聚羧酸类减水剂和萘磺酸盐类减水剂即可。当所述减水剂为上述减水剂中的多种时，本发明对各减水剂的配比没有特殊要求，任意配比均可。
本发明提供了上述方案所述固化材料的制备方法，包括以下步骤：
将水、碱激发剂、速凝剂和减水剂混合，得到第一混合料；
将粉煤灰、脱硫石膏和消石灰进行磨矿耦合活化，得到AH材料；
将所述AH材料和第一混合料进行混合，得到灰浆胶凝材料；
将所述灰浆胶凝材料和煤矸石混合，得到第二混合料；
将所述第二混合料进行养护，凝固后得到固化材料。
本发明将水、碱激发剂、速凝剂和减水剂混合，得到第一混合料。在本发明中，所述水的用量优选根据后续AH材料的用量进行调整。所述AH材料与水的质量比优选为(0.55～0.70)：1，更优选为(0.6～0.65)：1。本发明对所述混合的过程没有特殊要求，采用本领域熟知的混合过程即可。本发明优选在搅拌条件下进行混合；本发明对所述搅拌的速率没有特殊要求，能够将各物料混合均匀即可。
本发明将粉煤灰、脱硫石膏和消石灰进行磨矿耦合活化，得到AH材料。在本发明中，所述磨矿耦合活化的条件为：磨机转速75～120rad/min，磨矿时间5～15min；所述磨矿耦合活化的作用是增加粉煤灰和脱硫石膏的细度，使粉煤灰和脱硫石膏中的活性成分如莫来石、硅微粉和活性钙等释放出来，同时增加消石灰的反应活性，为后面的水化反应增加活性反应物。
在本发明中，所述AH材料中粒径小于50μm的物料的质量含量优选为大于90％。
得到第一混合料和AH材料后，本发明将所述AH材料和第一混合料进行混合，得到灰浆胶凝材料。本发明优选将AH材料缓慢加入第一混合料中，在搅拌条件下进行混合，待搅拌均匀后，得到灰浆胶凝材料。本发明对所述搅拌的速率和时间没有特殊要求，能够将各物质混合均匀即可。本发明的灰浆胶凝材料具有良好的流动性，流动度为95～117mm，析水率为4.41～4.87％，具有良好的可泵性。
得到灰浆胶凝材料后，本发明将所述灰浆胶凝材料和煤矸石混合，得到第二混合料。
本发明对所述灰浆胶凝材料和煤矸石的混合过程没有特殊要求，采用本领域熟知的混合过程，能够将灰浆胶凝材料和煤矸石混合均匀即可。本发明制备的第二混合料的坍落度为17.6～23.3cm。
得到第二混合料后，本发明将所述第二混合料进行养护，凝固后得到固化材料。
本发明对所述养护的条件没有特殊要求，采用本领域熟知的养护条件即可。在实验室中，所述养护优选在恒温恒湿条件下进行；所述养护的温度优选为20±2℃，湿度优选为90％。在本发明中，所述固化材料的初凝时间为75～87min，终凝时间为145～168min。
本发明提供了上述方案所述固化材料或上述方案所述制备方法制备得到的固化材料作为煤矸石堆场中隔离层的应用。在本发明中，当所述固化材料作为煤矸石堆场中隔离层使用时，所述隔离层的厚度优选为5～10cm，比黄土隔离层簿80～90％，能有效扩大煤矸石堆场有效库容。
此外，本发明的固化材料致密，具有良好的防渗性能，防渗系数达1.0×10-7，对煤矿排放的煤矸石分层隔离堆存，使煤矸石山各层之间相互隔离，防渗阻断了各煤矸石层之间的空气和水的传输，因而能避免煤矸石内黄铁矿的氧化发热，从而能有效控制煤矸石山自燃造成的大气污染，和雨水浸蚀溶出的铅、镉、汞、铬、钡、钒、砷等重金属等对周边土壤和地下水的污染。
下面结合实施例对本发明提供的固化材料及其制备方法和应用进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
以下实施例所用粉煤灰的粒径分布见表3，化学成分见表4，烧失量为9.86％，含水率为6.08％，表观密度为2237kg/m3；脱硫石膏的烧失量为22.72％，含水率为10.47％，表观密度为1238kg/m3，脱硫石膏的化学成分见表5；消石灰的化学组成见表7。
实施例1
将某煤矿选加工排放的煤矸石，经标准HJ557-2009《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》浸出试验，分析其中含有：Pb、Zn、V重金属分别为5.31×10-3mg/L、4.41×10- 3mg/L、1.52×10-3mg/L。将该煤矸石进行多重破碎和筛分制备符合砂石级配的煤矸石骨料备用，煤矸石的粒级如表8所示：
表8实施例1所用煤矸石的粒径分布
粒级(mm) -2.36 +2.36～-4.75 +4.75～-9.5 +9.5～-19
质量百分比(％) 25 35 20 20
将水、将水玻璃碱激发剂1.8％、硫酸铝速凝剂0.6％、萘磺酸盐类减水剂1.2％按比例混合，得到第一混合料；
将粉煤灰54％、电厂脱硫石膏8％，消石灰9％按比例进行磨矿耦合活化，磨机转速为90rad/min，磨矿时间为10min，得到AH材料，其中细度-50μm占92.4％；
AH材料和水按质量比为0.60：1的比例，将AH材料缓慢加入第一混合料中均匀混合制备成灰浆胶凝材料；
将所述灰浆胶凝材料加入按质量百分比为25.4％比例的上述煤矸石，混合均匀，得到第二混合料；
将所述第二混合料在20℃、湿度95％条件下恒温恒湿养护，得到固化材料。该材料的初凝时间为81min，终凝时间为157min。
性能测试：
按照GB/T17671-1999规范要求，对实施例1的固化材料进行抗压强度测试，抗压强度为3d：4.5MPa；7d：11.6MPa；28d：15.9MPa。
按常水头法测定固化材料的渗透系数为2.3×10-7。
按HJ557-2009《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》标准，以硫酸硝酸混合溶液作为浸提剂(pH值为3.20±0.05)浸取其中重金属，并检测有关重金属含量。结果显示28d后固化材料Pb、Zn、V分别为5.86×10-4mg/L，8.30×10-4mg/L、2.12×10-4mg/L，分别降低了88.96％、81.18％、86.05％。说明该固化材料对固废中重金属固化效果显著。
实施例2
将某煤矿煤矸石山堆放的煤矸石，经化学分析其中含有：Cr、Ba、Cu等重金属，经标准HJ557-2009《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》浸出试验，分析Cr、Ba、Cu浸出浓度分别为1.83×10-3mg/L、5.58×10-2mg/L、3.76×10-3mg/L。将该煤矸石进行多重破碎和筛分制备符合砂石级配的煤矸石骨料备用，煤矸石的粒级如表9所示。
表9实施例2所用煤矸石的粒径分布
粒级(mm) -2.36 +2.36～-4.75 +4.75～-9.5 +9.5～-19
质量百分比(％) 30 30 25 15
将水、氢氧化钠碱激发剂1.6％、磷酸氢钠速凝剂1.0％、聚羧酸类减水剂1.4％按比例混合，得到第一混合料；
将粉煤灰48％、电厂脱硫石膏9％，消石灰10％按比例进行磨矿耦合活化，磨机转速为90rad/min，磨矿时间为8min，，得到AH材料，其中细度-50μm占93.7％；
AH材料和水按质量比为0.65：1的比例，将AH材料缓慢加入第一混合料中均匀混合制备成灰浆胶凝材料；
将所述灰浆胶凝材料加入按质量百分比为29％比例的上述煤矸石，混合均匀，得到第二混合料；
将所述第二混合料在20℃、湿度95％条件下恒温恒湿养护，得到固化材料。该材料的初凝时间为79min，终凝时间为161min。
性能测试：
按照GB/T17671-1999规范要求，对实施例2的固化材料进行抗压强度测试，抗压强度为3d：4.8MPa；7d：13.6MPa；28d：16.3MPa。
按常水头试验法测定固化材料的渗透系数为1.7×10-7。
按HJ557-2009《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》标准，以硫酸硝酸混合溶液作为浸提剂(pH为3.20±0.05)浸取其中重金属，检测28后该材料的有关重金属含量。结果显示28d后固化材料浸出液中Cr、Ba、Cu浓度分别为3.15×10-4mg/L、8.42×10-3mg/L、4.12×10-4mg/L，分别减少了82.79％、84.91％、89.04％，说明该固化材料对固废中重金属固化效果显著。
实施例3
将某煤矿开采和洗选加工排放的煤矸石，经化学分析其中含有：As、Hg等重金属，经标准HJ557-2009《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》浸出试验，分析As、Hg浸出浓度分别为6.11×10-3mg/L、4.46×10-3mg/L。将该煤矸石进行多重破碎和筛分制备符合砂石级配的煤矸石骨料备用，煤矸石的粒级如表10所示：
表10实施例1所用煤矸石的粒径分布
粒级(mm) -2.36 +2.36～-4.75 +4.75～-9.5 +9.5～-19
质量百分比(％) 25 30 25 20
将水、碳酸钠碱激发剂1.5％、硫酸铝速凝剂0.7％、改性木质素磺酸盐减水剂1.1％按比例混合，得到第一混合料；
将粉煤灰53％、电厂脱硫石膏9％、消石灰7％按比例进行磨矿耦合活化，磨机转速为90rad/min，磨矿时间为12min，得到AH材料，其中细度-50μm占94.6％；
AH材料和水按质量比为0.70：1的比例，将AH材料缓慢加入第一混合料中均匀混合制备成灰浆胶凝材料；
将所述灰浆胶凝材料加入按质量百分比为27.7％比例的上述煤矸石，混合均匀，得到第二混合料；
将所述第二混合料在20℃、湿度95％条件下恒温恒湿养护，得到固化材料。该材料的初凝时间为73min，终凝时间为167min。
性能测试：
按照GB/T17671-1999规范要求，对实施例3的固化材料进行抗压强度测试，抗压强度为3d：5.2MPa；7d：13.3MPa；28d：17.3MPa。
按常水头试验法测定固化材料的渗透系数能达3.1×10-7。
按HJ557-2009《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》标准，以硫酸硝酸混合溶液作为浸提剂(pH为3.20±0.05)浸取实施例3固化材料中重金属，检测有关重金属含量。结果显示28d后的固化材料浸出液中As、Hg浓度分别为5.12×10-4mg/L、3.04×10-4mg/L，分别降低了91.62％、93.18％。说明该固化材料对固废中重金属固化效果显著。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种固化材料，其特征在于，由包括以下质量百分含量的原料制备得到：粉煤灰45～60％、脱硫石膏5～10％、消石灰5～10％、煤矸石25～30％、碱激发剂0.5～2％、速凝剂0.5～1％和减水剂1～2％；
所述煤矸石的粒径分布如表1所示：
表1所述煤矸石的粒径分布
粒级(mm) -2.36 +2.36～-4.75 +4.75～-9.5 +9.5～-19 质量百分比(％) 25～30 30～35 15～25 10～20
。
2.根据权利要求1所述的固化材料，其特征在于，所述碱激发剂为水玻璃、碳酸钠或氢氧化钠。
3.根据权利要求1所述的固化材料，其特征在于，所述速凝剂为硫酸铝、磷酸氢钠和磷酸氢钾中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的固化材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸类减水剂、萘磺酸盐类减水剂和改性木质素磺酸盐中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的固化材料，其特征在于，所述煤矸石的化学成分如表2所示：
表2煤矸石的化学组成
化学成分 SiO<sub>2</sub> Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub> Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> CaO MgO K<sub>2</sub>O TiO<sub>2</sub> 质量含量/％ 55.00～70.00 12.00～38.00 2.28～14.63 0.42～2.32 0.44～2.41 0.6～3.2 0.9～4.0
。
6.根据权利要求1所述的固化材料，其特征在于，所述粉煤灰的烧失量为4.0～12.0％，含水率为5～10％，表观密度为2100～2250kg/m3，所述粉煤灰的粒径分布如表3所示：
表3煤粉灰的粒径分布
粒级/μm -5 +5～-15 +15～-30 +30～-50 +50～-80 +80～-100 +100 质量百分比/％ 4.55 10.23 21.87 24.36 21.83 11.89 5.27
。
7.根据权利要求1所述的固化材料，其特征在于，所述脱硫石膏的烧失量为10～23％，含水率为5～12％，表观密度为1100～1238kg/m3。
8.权利要求1～7任一项所述固化材料的制备方法，包括以下步骤：
将水、碱激发剂、速凝剂和减水剂混合，得到第一混合料；
将粉煤灰、脱硫石膏和消石灰进行磨矿耦合活化，得到AH材料；
将所述AH材料和第一混合料进行混合，得到灰浆胶凝材料；
将所述灰浆胶凝材料和煤矸石混合，得到第二混合料；
将所述第二混合料进行养护，凝固后得到固化材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述AH材料和第一混合料中水的质量比为(0.55～0.70)：1。
10.权利要求1～7任一项所述固化材料或权利要求8～9任一项所述制备方法制备得到的固化材料作为煤矸石堆场中隔离层的应用。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115121575A (zh) * 2022-06-27 2022-09-30 中国矿业大学 一种煤矸石基活性粉体制备及固化核素Se的方法
CN116023114A (zh) * 2022-12-27 2023-04-28 许泽胜 一种煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料及其应用
CN116023084A (zh) * 2022-12-27 2023-04-28 中国矿业大学(北京) 一种对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103641346A (zh) * 2013-12-10 2014-03-19 北京科技大学 一种重金属石膏制备地质聚合物胶凝材料的方法
CN106966620A (zh) * 2017-05-22 2017-07-21 山西大学 一种煤矸石底渣、粉煤灰复配胶凝材料及其制备方法
CN108275957A (zh) * 2018-01-30 2018-07-13 武汉理工大学 一种煤矸石山覆盖处置用密封材料及施工方法
CN110423057A (zh) * 2019-08-30 2019-11-08 深圳屹米达环保科技有限公司 煤矸石基地质聚合物及其制备方法
CN111187033A (zh) * 2019-12-27 2020-05-22 中国地质大学（武汉） 一种碱激发煤矸石粉地质聚合物胶凝材料及其制备方法
AU2020101816A4 (en) * 2020-08-14 2020-09-24 University Of Science & Technology Beijing The preparation method and application of Cementing material containing large amount of waste incineration fly ash and slag

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103641346A (zh) * 2013-12-10 2014-03-19 北京科技大学 一种重金属石膏制备地质聚合物胶凝材料的方法
CN106966620A (zh) * 2017-05-22 2017-07-21 山西大学 一种煤矸石底渣、粉煤灰复配胶凝材料及其制备方法
CN108275957A (zh) * 2018-01-30 2018-07-13 武汉理工大学 一种煤矸石山覆盖处置用密封材料及施工方法
CN110423057A (zh) * 2019-08-30 2019-11-08 深圳屹米达环保科技有限公司 煤矸石基地质聚合物及其制备方法
CN111187033A (zh) * 2019-12-27 2020-05-22 中国地质大学（武汉） 一种碱激发煤矸石粉地质聚合物胶凝材料及其制备方法
AU2020101816A4 (en) * 2020-08-14 2020-09-24 University Of Science & Technology Beijing The preparation method and application of Cementing material containing large amount of waste incineration fly ash and slag

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115121575A (zh) * 2022-06-27 2022-09-30 中国矿业大学 一种煤矸石基活性粉体制备及固化核素Se的方法
CN115121575B (zh) * 2022-06-27 2023-11-24 中国矿业大学 一种煤矸石基活性粉体制备及固化核素Se的方法
CN116023114A (zh) * 2022-12-27 2023-04-28 许泽胜 一种煤矸石山煤矸石矿堆资源化封存用复合材料及其应用
CN116023084A (zh) * 2022-12-27 2023-04-28 中国矿业大学(北京) 一种对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法
CN116023084B (zh) * 2022-12-27 2024-06-11 中国矿业大学(北京) 一种对煤矸石山的煤矸石矿堆进行资源化封存的方法

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