CN113582563A - 一种活性掺合料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种活性掺合料及其制备方法，属于建筑材料生产技术领域和工业固体废弃物资源化利用技术领域。该活性掺合料是由下列质量百分比原料粉碎混合压型、热处理、粉磨制得的活性掺合料；石灰石废渣45～60wt%，电石渣5～10wt%，钢渣10～20wt%，煤矸石20～30wt%。本发明制备的活性掺合料利用固废为原料，采用钢渣作为矿化剂，电石渣浆作为粘接剂，无需额外添加矿化剂和粘接剂，产品性能稳定。同时，本发明的中热活化温度较低，生产成本低，并且工艺简单，达到了较高的经济效益。

Description

一种活性掺合料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种活性掺合料及其制备方法，属于建筑材料生产技术领域和工业固体废弃物资源化利用技术领域。
背景技术
性掺合料是指在混凝土生产过程中为了调节混凝土性能，降低生产成本，使用的一种替代部分水泥的无机粉体。通常活性掺合料是由粒化高炉矿渣、磷渣、粉煤灰、硅粉等矿物相在激发剂作用下具备胶凝性的材料制备而成。
目前，石灰石废料是开采石灰石选剩的残渣，含泥量较高，CaO含量低，不具备胶凝性，是一种目前未找到利用方法的一种固体废弃物。钢渣平炉炼钢过程中产生的杂质废渣，由于生成温度较高，虽具有与水泥相同的矿物相，但是活性较低，并且还含有游离氧化钙，无法直接使用，是目前最难处理的工业固废之一。电石渣是来自于电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣，固含量12%，属于国家Ⅱ类工业固体废弃物。煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物煤矸石弃置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体。
我国把资源综合利用纳入生态文明建设总体布局，不断完善法规政策、强化科技支撑、健全标准规范，加大对固体废弃物的综合利用。2019年以来，我国部分固体废物的利用率提高了很大，如煤矸石、粉煤灰，但是利用率仍然较低。我国将继续面临固体废弃物产量大、利用不充分、产品附加值低等问题。因此针对大宗化固体废弃物提出了如下几项要求：（1）坚持政府引导与市场主导相结合；（2）坚持规模利用与高值利用相结合；（3）坚持消纳存量与控制增量相结合；（4）坚持突出重点与***治理相结合；（5）坚持技术创新与模式创新相结合。力争在2025年大宗固体废弃物的综合利用率达到60%。因此本发明利用全固废作为原料生产活性掺合料，即符合国家的环保政策，又从源头解决这些危险固废带来的一系列危害，同时操作工艺简单，能够带来较好的经济效益。
目前，石灰石废渣、钢渣、煤矸石、电石渣等固废主要采取“堆存并用”的方式，利用技术不够完善，制备产品工艺复杂，产品附加值低，不能较好的解决环保问题和提高相关企业积极性。
本发明的将石灰石废渣、电石渣、钢渣、煤矸石渣作为原料通过热活化制备活性掺合料，一方面可以解决固废的堆存问题，保护环境，另一方面生产工艺简单，成本较低，产品性能稳定，具备很好的市场，拥有较大的经济效益。同时对掺合料的研究进展具有较大意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种活性掺合料及其制备方法，通过将石灰石废渣、电石渣、钢渣、煤矸石渣作为原料进行科学的配伍，通过热活化制备成活性掺合料，实现固废的利用，无需额外添加激发剂进行激发，成本低，环保。
为解决上述技术问题，本发明提出一种活性掺合料，其所述活性掺合料是由下列质量百分比原料粉碎混合压型、热处理、粉磨制得的活性掺合料；石灰石废渣45～60wt%，电石渣5～10wt%，钢渣10～20wt%，煤矸石20～30wt%。
所述石灰石废渣、钢渣、煤矸石粉碎至100目、筛余量小于5.0%。
所述石灰石废渣为采石场开采石灰石选剩的残渣，其含泥量4.4%、CaO含量47.5%、Fe2O3含量0.67%、Al2O3含量1.82%、SiO2含量3.14%、烧失量41.43%。
所述电石渣为电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣，其固含量12.0%、CaO含量66.6%、Fe2O3含量0.39%、Al2O3含量1.3%、SiO2含量2.7%、烧失量26.97%。
所述钢渣为平炉炼钢过程中产生的杂质废渣，其CaO含量29.5%、Fe2O3含量16.96%、Al2O3含量4.68%、SiO2含量12.33%、烧失量6.25%。
所述煤矸石为采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，其CaO含量1.5%、Fe2O3含量7.65%、Al2O3含量10.41%、SiO2含量54.71%、烧失量6.25%。
本发明所述的活性掺合料的制备方法，具体制备步骤如下：
（1）原料预处理：分别取石灰石废渣、电石渣、钢渣、煤矸石原料，将石灰石废渣、钢渣、煤矸石分别粉碎至100目、筛余量小于5.0%。
（2）静压成型：按质量百分比分别称取步骤（1）处理好的原料混合均匀，装入静压成型机，成型压力0.5～1MPa，成型时间5～10秒，即得到240mm×115mm×53mm的生坯。
（3）晾晒：将步骤（2）制得的生坯，在常温、常压下进行晾晒，使得生坯的水分含量小于1.0%。
（4）热处理：将步骤（3）得到的坯子堆砌到隧道窑内，在1100～1300℃下热活化处理2～3h。
（5）冷却：将步骤（4）热活化处理后的坯子通过风机鼓入冷风冷却，使得坯子的温度迅速降至200℃以下。
（6）粉磨：将步骤（5）冷却后的标砖坯子粉磨至比表面积≥450 m2/kg，即得活性掺合料。
所述步骤（1）中石灰石废渣为采石场开采石灰石选剩的残渣，其含泥量4.4%、CaO含量47.5%、Fe2O3含量0.67%、Al2O3含量1.82%、SiO2含量3.14%、烧失量41.43%；电石渣为电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣，其固含量12.0%、CaO含量66.6%、Fe2O3含量0.39%、Al2O3含量1.3%、SiO2含量2.7%、烧失量26.97%；钢渣为平炉炼钢过程中产生的杂质废渣，其固含量12.0%、CaO含量66.6%、Fe2O3含量0.39%、Al2O3含量1.3%、SiO2含量2.7%、烧失量26.97%；煤矸石为采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，其CaO含量1.5%、Fe2O3含量7.65%、Al2O3含量10.41%、SiO2含量54.71%、烧失量6.25%。
本发明将各原料的化学成分进行配料，在成型过程中利用电石渣中的水分作为粘接剂，组分氢氧化钙提高砖坯强度。通过掺入钢渣作为矿化剂，钢渣中含有的氧化镁和微量元素可以产生更多的液相，降低混合物的低共熔点。在热处理过程中发生固固反应，生成具有活性的产物硅酸钙盐、铝酸钙、铁铝酸钙等矿物相。本发明中利用电石渣的钙含量高提供钙质，另一方面因为其含水量较高，直接作为粘接剂静压成型；利用煤矸石提供铝质元素、硅质元素和铁质元素，同时提供热源。
本发明制备的活性掺合料利用固废为原料，采用钢渣作为矿化剂，电石渣浆作为粘接剂，无需额外添加矿化剂和粘接剂，产品性能稳定。同时，本发明的中热活化温度较低，生产成本低，并且工艺简单，达到了较高的经济效益。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
图2是本发明实施例1的S75粉XRD分析示意图。
图3是本发明实施例2的S85粉XRD分析示意图。
图4是本发明实施例3的S95粉XRD分析示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式作进一步详尽描述。实施例中未注明的技术或产品，均为现有技术或可以通过购买获得的常规产品。
实施例1：如图1、2所示，本活性掺合料是由下列质量百分比原料粉碎混合压型、热处理、粉磨制得的活性掺合料；石灰石废渣45wt%，电石渣5wt%，钢渣20wt%，煤矸石30wt%。石灰石废渣、钢渣、煤矸石粉碎至过100目且筛余量小于5%。
本发明所述的活性掺合料的制备方法，具体制备步骤如下：
（1）原料预处理：分别取石灰石废渣、电石渣、钢渣、煤矸石原料，将石灰石废渣、钢渣、煤矸石分别粉碎至过100目且筛余量小于5%。
（2）静压成型：按质量百分比分别称取步骤（1）处理好的原料混合均匀，装入静压成型机，成型压力0.5MPa，成型时间5秒，即得到240mm×115mm×53mm的生坯。
（3）晾晒：将步骤（2）制得的生坯，在室温、常压下进行晾晒，使得生坯的水分含量小于1.0%。
（4）热处理：将步骤（3）得到的坯子堆砌到隧道窑内，在1100℃下热活化处理2h。
（5）冷却：将步骤（4）热活化处理后的坯子通过风机鼓入冷风冷却，使得坯子的温度迅速降至180℃。
（6）粉磨：将步骤（5）冷却后的标砖坯子粉磨至比表面积450㎡/kg，即得活性掺合料。
本发明中石灰石废渣为采石场开采石灰石选剩的残渣，其含泥量4.4%、CaO含量47.5%、Fe2O3含量0.67%、Al2O3含量1.82%、SiO2含量3.14%、烧失量41.43%。电石渣为电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣，其固含量12.0%、CaO含量66.6%、Fe2O3含量0.39%、Al2O3含量1.3%、SiO2含量2.7%、烧失量26.97%。钢渣为平炉炼钢过程中产生的杂质废渣，其CaO含量29.5%、Fe2O3含量16.96%、Al2O3含量4.68%、SiO2含量12.33%、烧失量6.25%。煤矸石为采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，其CaO含量1.5%、Fe2O3含量7.65%、Al2O3含量10.41%、SiO2含量54.71%、烧失量6.25%。
本发明制备的活性掺合料，替代水泥量50%，使用标准砂按照B/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法，一份胶凝材料三份标准砂，水灰比0.5制备胶砂试件进行性能检测，结果如表1所示，28天活性达79.9%，满足S75粉国家标准要求。使用XRD对掺合料物相进行分析，结果见图2，主要矿物相有C2S，C3S，少量C3A和C3AF。
Figure 862286DEST_PATH_IMAGE001
实施例2：如图1、3所示，本活性掺合料是由下列质量百分比原料粉碎混合压型、热处理、粉磨制得的活性掺合料；石灰石废渣50wt%，电石渣8wt%，钢渣15wt%，煤矸石27wt%。石灰石废渣、钢渣、煤矸石粉碎至100目、筛余量小于5%。
本发明所述的活性掺合料的制备方法，具体制备步骤如下：
（1）原料预处理：分别取石灰石废渣、电石渣、钢渣、煤矸石原料，将石灰石废渣、钢渣、煤矸石分别粉碎至100目、筛余量小于5%。
（2）静压成型：按质量百分比分别称取步骤（1）处理好的原料混合均匀，装入静压成型机，成型压力0.7MPa，成型时间7秒，即得到240mm×115mm×53mm的生坯。
（3）晾晒：将步骤（2）制得的生坯，在室温、常压下进行晾晒，使得生坯的水分含量小于1.0%。
（4）热处理：将步骤（3）得到的坯子堆砌到隧道窑内，在1100℃下热活化处理2h。
（5）冷却：将步骤（4）热活化处理后的坯子通过风机鼓入冷风冷却，使得坯子的温度迅速降至180℃。
（6）粉磨：将步骤（5）冷却后的标砖坯子粉磨至比表面积470㎡/kg，即得活性掺合料。
本发明中石灰石废渣为采石场开采石灰石选剩的残渣，其含泥量4.4%、CaO含量47.5%、Fe2O3含量0.67%、Al2O3含量1.82%、SiO2含量3.14%、烧失量41.43%。电石渣为电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣，其固含量12.0%、CaO含量66.6%、Fe2O3含量0.39%、Al2O3含量1.3%、SiO2含量2.7%、烧失量26.97%。钢渣为平炉炼钢过程中产生的杂质废渣，其CaO含量29.5%、Fe2O3含量16.96%、Al2O3含量4.68%、SiO2含量12.33%、烧失量6.25%。煤矸石为采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，其CaO含量1.5%、Fe2O3含量7.65%、Al2O3含量10.41%、SiO2含量54.71%、烧失量6.25%。
本发明制备的活性掺合料，替代水泥量50%，使用标准砂按照B/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法，一份胶凝材料三份标准砂，水灰比0.5制备胶砂试件进行性能检测，结果如表2所示，28天活性达88.9%，满足S85粉国家标准要求。使用XRD对掺合料物相进行分析，结果如图3，主要矿物相有主要矿物相有C2S，C3S，少量C3A和C3AF，相比较S75粉C2S，C3S峰强度增强。
Figure 863609DEST_PATH_IMAGE002
实施例3：如图1、4所示，本活性掺合料是由下列质量百分比原料粉碎混合压型、热处理、粉磨制得的活性掺合料；石灰石废渣60wt%，电石渣10wt%，钢渣10wt%，煤矸石20wt%。石灰石废渣、钢渣、煤矸石粉碎至100目、筛余量小于5%。
本发明所述的活性掺合料的制备方法，具体制备步骤如下：
（1）原料预处理：分别取石灰石废渣、电石渣、钢渣、煤矸石原料，将石灰石废渣、钢渣、煤矸石分别粉碎至100目、筛余量小于5%。
（2）静压成型：按质量百分比分别称取步骤（1）处理好的原料混合均匀，装入静压成型机，成型压力1.0MPa，成型时间10秒，即得到240mm×115mm×53mm的生坯。
（3）晾晒：将步骤（2）制得的生坯，在室温、常压下进行晾晒，使得生坯的水分含量小于1.0%。
（4）热处理：将步骤（3）得到的坯子堆砌到隧道窑内，在1100℃下热活化处理2h。
（5）冷却：将步骤（4）热活化处理后的坯子通过风机鼓入冷风冷却，使得坯子的温度迅速降至180℃。
（6）粉磨：将步骤（5）冷却后的标砖坯子粉磨至比表面积500㎡/kg，即得活性掺合料。
本发明中石灰石废渣为采石场开采石灰石选剩的残渣，其含泥量4.4%、CaO含量47.5%、Fe2O3含量0.67%、Al2O3含量1.82%、SiO2含量3.14%、烧失量41.43%。电石渣为电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣，其固含量12.0%、CaO含量66.6%、Fe2O3含量0.39%、Al2O3含量1.3%、SiO2含量2.7%、烧失量26.97%。钢渣为平炉炼钢过程中产生的杂质废渣，其CaO含量29.5%、Fe2O3含量16.96%、Al2O3含量4.68%、SiO2含量12.33%、烧失量6.25%。煤矸石为采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物，其CaO含量1.5%、Fe2O3含量7.65%、Al2O3含量10.41%、SiO2含量54.71%、烧失量6.25%。
本发明制备的活性掺合料，替代水泥量50%，使用标准砂按照B/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法，一份胶凝材料三份标准砂，水灰比0.5制备胶砂试件进行性能检测，结果如表1所示。28天活性达98.6%，满足S95粉国家标准要求。使用XRD对掺合料物相进行分析，结果如图3，主要矿物相有主要矿物相有C2S，C3S，少量C3A和C3AF，相比较S75粉和S85粉，C2S，C3S峰强度增强。
Figure 623754DEST_PATH_IMAGE003
上面对本发明的技术内容作了说明，但本发明的保护范围并不限于所述内容，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下对本发明的技术内容做出各种变化，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种活性掺合料，其特征在于：所述活性掺合料是由下列质量百分比原料粉碎混合压型、热处理、粉磨制得的活性掺合料；石灰石废渣45～60wt%，电石渣5～10wt%，钢渣10～20wt%，煤矸石20～30wt%。
2.根据权利要求1所述的活性掺合料，其特征在于：所述石灰石废渣、钢渣、煤矸石粉碎至100目、筛余量小于5%。
3.根据权利要求1或2所述的活性掺合料，其特征在于：所述石灰石废渣为采石场开采石灰石选剩的残渣；钢渣为平炉炼钢过程中产生的杂质废渣；煤矸石为采煤过程和洗煤过程中排放的固体废弃物。
4.根据权利要求1所述的活性掺合料，其特征在于：所述电石渣为电石水解获取乙炔气后的以氢氧化钙为主要成分的废渣。
5.根据权利要求1所述的活性掺合料，其特征在于：所述石灰石废渣的泥量4.4%、CaO含量47.5%、Fe2O3含量0.67%、Al2O3含量1.82%、SiO2含量3.14%、烧失量41.43%；电石渣的固含量12.0%、CaO含量66.6%、Fe2O3含量0.39%、Al2O3含量1.3%、SiO2含量2.7%、烧失量26.97%；钢渣的CaO含量29.5%、Fe2O3含量16.96%、Al2O3含量4.68%、SiO2含量12.33%、烧失量6.25%；煤矸石的CaO含量1.5%、Fe2O3含量7.65%、Al2O3含量10.41%、SiO2含量54.71%、烧失量6.25%。
6.一种权利要求1所述的活性掺合料的制备方法，其特征在于：具体制备步骤如下：
（1）原料预处理：分别取石灰石废渣、电石渣、钢渣、煤矸石原料，将石灰石废渣、钢渣、煤矸石分别进行粉碎；
（2）静压成型：按质量百分比分别称取步骤（1）处理好的原料混合均匀后压制成型，即得到生胚；
（3）晾晒：将步骤（2）制得的生胚，在常温常压下进行晾晒，使得生坯的水分含量小于1%；
（4）热处理：将步骤（3）得到的坯子进行热活化处理；
（5）冷却：将步骤（4）热活化处理后的坯子的温度迅速降至200℃以下；
（6）粉磨：将步骤（5）冷却后的坯子粉磨至比表面积≥450 m2/kg，即得活性掺合料。
7.根据权利要求6所述的活性掺合料的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中，石灰石废渣、钢渣、煤矸石碎至100目、筛余量小于5%。
8.根据权利要求6所述的活性掺合料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，在0.5～1MPa的条件下压制5～10秒。
9.根据权利要求6所述的活性掺合料的制备方法，其特征在于：所述步骤（4）中，在1100～1300℃下热活化处理2～3h。
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