CN113999039A - 一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土及其制备方法。所述原位晶须增强型蒸压加气混凝土，包括如下原料：煤气化渣、石英砂尾矿、硅灰、水泥、石灰、石膏、铝粉膏、氯化钙、硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠和水。本发明采用煤气化渣作为原料，实现固废资源化再利用制备蒸压加气混凝土，达到了节能减排、保护环境的目的；采用原位水热合成硫酸钙晶须的方法，提高加气混凝土的抗折强度，减少缺棱缺角现象发生；采用浮选脱碳技术，减少煤气化渣中残碳对蒸压加气混凝土的影响，提高煤气化渣利用率。
Description
技术领域
本发明属于蒸压加气混凝土领域，尤其涉及一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土及其制备方法。
背景技术
煤气化渣是由煤炭在高温、高压下经气化工艺后水冷急淬后形成的工业废渣，其经高温熔融后水冷急淬，形成玻璃态粒状料。煤气化渣每年产量巨大，2020年我国产生约8千万吨煤气化渣，严重的侵占土地，污染土壤和地下水。因此，研究煤气化渣的减量化、资源化利用技术是实现煤气化企业降低煤气化渣处理成本，经济效益和环保效益兼得的关键所在。
然而由于煤气化渣中过高的残碳量不利于煤气化渣用作建材原料，因为多孔的碳粒结构会增加需水量，需水量的增加将会使制品干缩变大，进而影响强度及其耐久性。专利CN108275895A公开了一种悬浮焙烧煤气化渣制备胶凝材料的方法，将煤气化渣置于700-1000℃烧结炉中焙烧，制备得到胶凝材料。这些方法在一定程度上解决了煤气化渣的使用问题，但适用范围不够广泛，能源消耗较大。本发明采用煤气化渣制备蒸压加气混凝土，将未燃碳通过氯盐和表面活性剂浮选捕收至加气混凝土表面，切割去除，从而提高煤气化渣的利用率。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土及其制备方法，实现节能减排、保护环境；采用原位水热合成硫酸钙晶须的方法，提高加气混凝土的韧性，降低破损率；采用氯盐和表面活性剂作为碳粒捕集剂，提高煤气化渣的在蒸压加气混凝土中的利用率。
为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：
一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土，按重量份数计包括如下原料：煤气化渣18-25份、石英砂尾矿32-40份、硅灰3-5份、水泥15-18份、石灰8-10份、石膏2-3份、铝粉膏0.08-0.12份、氯化钙0.13-0.15份、硫酸钠0.18-0.20份、十二烷基苯磺酸钠0.015-0.020份和水42-45份。所述原位晶须由氯化钙、硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠在制备蒸压加气混凝土的水热条件下制备而成。
优选地，所述煤气化渣是由煤炭在高温、高压下经气化工艺后水冷急淬后形成的工业废渣，其SiO2含量≥40％。
上述利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土的制备方法，包括如下步骤：
步骤1，在煤气化渣中加入助磨剂，采用微球粉磨10-15分钟，采用微球粉磨，球料比为30-50：1，使得煤气化渣粉的比表面积≥400m2/kg，再与石英砂尾矿加水湿磨混合制浆，所述微球粉磨选用的钢球级配分别为4-6mm、6-8mm和8-10mm，且按重量比计为2-3：1.5-1：1；
步骤2，在料浆池内加入石灰、水泥、石膏、硅灰、氯化钙、硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠，混合搅拌3-5分钟，在料浆池内加入铝粉膏混合40-50秒后，将料浆浇筑在模具当中；
步骤3，低温养护、脱模、切割，得到生坯，将生坯在170-190℃，1.15～1.30MPa的条件下养护6-7小时，冷却得到成品。
优选地，步骤(1)中所述助磨剂为三乙醇胺和丙三醇按重量比1：1复配而成，掺入量为煤气化渣重量的0.4％-0.6％。
优选地，步骤(3)中所述切割是指脱模后，对样品进行切割，切割位置为成型坯体上部3-6mm。需要说明的是，脱模后的坯体与在模具内放置方式相同，所述上部分即为从上往下3-6mm。
发明原理：
本发明以煤气化渣为部分原料取代石英砂尾矿制备墙体材料，由于煤气化残碳量高，因此其回收利用受到了极大地限制，本发明利用机械活化与化学活化相结合的方式，实现了煤气化渣资源化再利用制备蒸压加气混凝土，适用范围广泛。采用原位合成硫酸钙晶须的方法，通过高温蒸养，形成纺锤状硫酸钙晶须，纺锤状硫酸钙晶须与托贝莫来石相互连接，从而提高制品的强度与韧性，有效减少热应力带来的损害。同时加入的氯盐和表面活性剂还起到了捕集剂的作用，改善碳粒浮选性，并对进行其有效捕集，浮于加气混凝土表面，通过生坯切除面包头，减少碳粒对蒸压加气混凝土的不利影响。
有益效果：
(1)本发明的一种晶须增强型蒸压加气混凝土，以煤气化渣为部分原料取代石英砂尾矿制备墙体材料，实现固废资源化再利用制备蒸压加气混凝土，达到了节能减排、保护环境的目的；
(2)本发明采用氯化钙与硫酸钠溶液在常压下合成的硫酸钙晶须前驱物，在通过高温高压蒸养阶段，生成蒸压加气混凝土的主要强度结构—托贝莫来石，同时硫酸钙晶须前驱物在水热条件下，溶解度增大从而进入液相，并形成一定过饱和度，然后再结晶形成纺锤状硫酸钙晶须。纺锤状硫酸钙晶须与托贝莫来石相互连接，从而提高制品的强度与韧性，有效减少热应力带来的损害；
(3)本发明加入的氯盐和表面活性剂还起到了捕集剂的作用，改善碳粒浮选性，并对进行其有效捕集，浮于加气混凝土表面，通过生坯切除上层富碳层，减少碳粒对蒸压加气混凝土的不利影响；
(4)经过实际检测本发明制备的墙体材料符合GB/T 15762-2008《蒸压加气混凝土板》指标要求。
附图说明
图1为煤气化渣的XRD图谱；
图2为本发明制备的蒸压加气混凝土水化产物XRD图谱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明：
实施例1
一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土，按重量份数计包括如下原料：煤气化渣18份、石英砂尾矿35份、硅灰3份、水泥15份、石灰8份、石膏2份、铝粉膏0.12份、氯化钙0.13份、硫酸钠0.18份、十二烷基苯磺酸钠0.015份和水42份。
上述利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)在煤气化渣中加入助磨剂，采用微球粉磨10分钟后，使得煤气化渣粉的比表面积≥400m2/kg，再与石英砂尾矿加水湿磨混合制浆；其中所述助磨剂为三乙醇胺和丙三醇按重量1：1复配而成，掺入量为煤气化渣重量的0.4％；
(2)在料浆池内加入石灰、水泥、石膏、硅灰、氯化钙、硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠，混合搅拌3分钟，在料浆池内加入铝粉膏混合40秒后，将料浆浇筑在模具当中；
(3)低温(40-50℃)养护、脱模、切割，得到生坯；将生坯在170℃，1.15MPa的条件下养护6小时，冷却得到成品。
实施例2
一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土中，按重量份数计包括如下原料：煤气化渣20份、石英砂尾矿32份、硅灰4份、水泥18份、石灰9份、石膏2份、铝粉膏0.10份、氯化钙0.15份、硫酸钠0.19份、十二烷基苯磺酸钠0.016份和水45份。
上述利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)在煤气化渣中加入助磨剂，采用微球粉磨(钢球级配分别为4-6mm、6-8mm和8-10mm，按重量比计为3：1.5：1)，研磨12分钟后，使得煤气化渣粉的比表面积≥400m2/kg，再与石英砂尾矿加水湿磨混合制浆，所述助磨剂为三乙醇胺和丙三醇按重量1：1复配而成，掺入量为煤气化渣重量的0.5％；
(2)在料浆池内加入石灰、水泥、石膏、硅灰、氯化钙、硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠，混合搅拌4分钟，在料浆池内加入铝粉膏混合45秒后，将料浆浇筑在模具当中；
(3)低温(40-50℃)养护、脱模、切割，得到生坯。将生坯在180℃，1.20MPa的条件下养护7小时，冷却得到成品。
实施例3
一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土中，按重量份数计包括如下原料：煤气化渣25份、石英砂尾矿40份、硅灰5份、水泥16份、石灰10份、石膏3份、铝粉膏0.08份、氯化钙0.14份、硫酸钠0.20份、十二烷基苯磺酸钠0.018份和水44份。
上述利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)在煤气化渣中加入助磨剂，采用微球粉磨(钢球级配分别为4-6mm、6-8mm和8-10mm，按重量比计为3：1：1)，研磨15分钟后，使得煤气化渣粉的比表面积≥400m2/kg，再与石英砂尾矿加水湿磨混合制浆，所述助磨剂为三乙醇胺和丙三醇按重量1：1复配而成，掺入量为煤气化渣重量的0.6％；
(2)在料浆池内加入石灰、水泥、石膏、硅灰、氯化钙、硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠，混合搅拌5分钟，在料浆池内加入铝粉膏混合50秒后，将料浆浇筑在模具当中；
(3)低温(40-50℃)养护、脱模、切割，得到生坯。将生坯在190℃，1.30MPa的条件下养护6小时，冷却得到成品。
实施例4
一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土中，按重量份数计包括如下原料：煤气化渣25份、石英砂尾矿38份、硅灰3份、水泥17份、石灰10份、石膏2份、铝粉膏0.09份、氯化钙0.14份、硫酸钠0.18份、十二烷基苯磺酸钠0.017份和水43份。
上述利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)在煤气化渣中加入助磨剂，采用微球粉磨(钢球级配分别为4-6mm、6-8mm和8-10mm，按重量比计为2.5：1.2：1)，研磨12分钟后，使得煤气化渣粉的比表面积≥400m2/kg，再与石英砂尾矿加水湿磨混合制浆，所述助磨剂为三乙醇胺和丙三醇按重量1：1复配而成，掺入量为煤气化渣重量的0.4％；
(2)在料浆池内加入石灰、水泥、石膏、硅灰、氯化钙、硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠，混合搅拌3分钟，在料浆池内加入铝粉膏混合45秒后，将料浆浇筑在模具当中；
(3)低温(40-50℃)养护、脱模、切割，得到生坯。将生坯在175℃，1.25MPa的条件下养护7小时，冷却得到成品。
实施例5
一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土中，按重量份数计包括如下原料：煤气化渣24份、石英砂尾矿36份、硅灰4份、水泥15份、石灰9份、石膏3份、发气剂0.11份、氯化钙0.13份、硫酸钠0.19份、十二烷基苯磺酸钠0.020份和水42份。
上述利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)在煤气化渣中加入助磨剂，采用微球粉磨(钢球级配分别为4-6mm、6-8mm和8-10mm，按重量比计为2.2：1：1)，研磨10分钟后，使得煤气化渣粉的比表面积≥400m2/kg，再与石英砂尾矿加水湿磨混合制浆，所述助磨剂为三乙醇胺和丙三醇按重量1：1复配而成，掺入量为煤气化渣重量的0.5％；
(2)在料浆池内加入石灰、水泥、石膏、硅灰、氯化钙、硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠，混合搅拌4分钟，在料浆池内加入铝粉膏混合48秒后，将料浆浇筑在模具当中；
(3)低温(40-50℃)养护、脱模、切割，得到生坯。将生坯在180℃，1.15MPa的条件下养护6小时，冷却得到成品。
实施例6
一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土中，按重量份数计包括如下原料：煤气化渣21份、石英砂尾矿34份、硅灰5份、水泥18份、石灰8份、石膏2份、铝粉膏0.12份、氯化钙0.15份、硫酸钠0.20份、十二烷基苯磺酸钠0.019份和水45份。
上述利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土的制备方法，包括如下步骤：
(1)在煤气化渣中加入助磨剂，采用微球粉磨(钢球级配分别为4-6mm、6-8mm和8-10mm，按重量比计为2：1.5：1)，研磨15分钟后，使得煤气化渣粉的比表面积≥400m2/kg，再与石英砂尾矿加水湿磨混合制浆，所述助磨剂为三乙醇胺和丙三醇按重量1：1复配而成，掺入量为煤气化渣重量的0.6％；
(2)在料浆池内加入石灰、水泥、石膏、硅灰、氯化钙、硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠，混合搅拌5分钟，在料浆池内加入铝粉膏混合40秒后，将料浆浇筑在模具当中；
(3)低温养护、脱模、切割，得到生坯。将生坯在在175℃，1.20MPa的条件下养护7小时，冷却得到成品。
对比例
本实施例原料包括如下重量份数的各组分：石英砂尾矿60份、石灰8份、水泥15份、石膏3份、铝粉膏0.10份。
(1)将石英砂尾矿加水湿磨制浆；
(2)在料浆池内加入石灰、水泥、石膏，混合搅拌5分钟，在料浆池内加入铝粉膏混合45秒后，将料浆浇筑在模具当中；
(3)低温(40-50℃)养护、脱模、切割，得到生坯，将生坯在190℃，1.20MPa的条件下养护8小时，冷却得到成品。
性能检测
将上述实施例1-6及对比例制备的蒸压加气混凝土参照GBT 11969-2008《蒸压加气混凝土性能试验方法》，进行干密度、抗压强度以抗折强度测试，获得的结果如下表1所示。
表1实施例1-6及对比例制备的蒸压加气混凝土性能表
性能测试结果分析：
由表1可知，通过本发明制备方法制备得到的晶须增强型蒸压加气混凝土符合国家产品要求，并且其抗压强度、抗折强度指标优于对比例中的方法制成的蒸压加气混凝土，实施例1-6制备的蒸压加气混凝土的干密度为B05级别，其抗压强度高于优等品A3.5对抗压强度3.5MPa的要求，抗压强度平均值最大可达到3.9MPa，抗折强度优于对比例，最大可达2.3MPa，说明本发明的方法制成的晶须增强型蒸压加气混凝土抗折强度高，可以有效改善加气混凝土缺棱缺角现象。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见地得到的技术方案的简单变化或等效替换均落入本发明的保护范围内。
Claims (5)
1.一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土，其特征在于，按重量份数计包括如下原料：煤气化渣18-25份、石英砂尾矿32-40份、硅灰3-5份、水泥15-18份、石灰8-10份、石膏2-3份、铝粉膏0.08-0.12份、氯化钙0.13-0.15份、硫酸钠0.18-0.20份、十二烷基苯磺酸钠0.015-0.020份和水42-45份。
2.根据权利要求1所述的一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土，其特征在于：所述煤气化渣是由煤炭在高温、高压下经气化工艺后水冷急淬后形成的工业废渣，其SiO2含量≥40%。
3.基于权利要求1所述的利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，在煤气化渣中加入助磨剂，采用微球粉磨10-15分钟，采用微球粉磨，球料比为30-50：1，使得煤气化渣粉的比表面积≥400m2/kg，再与石英砂尾矿加水湿磨混合制浆，所述微球粉磨选用的钢球级配分别为4-6mm、6-8mm和8-10mm，且按重量比计为2-3：1.5-1：1；
步骤2，在料浆池内加入石灰、水泥、石膏、硅灰、氯化钙、硫酸钠和十二烷基苯磺酸钠，混合搅拌3-5分钟，在料浆池内加入铝粉膏混合40-50秒后，将料浆浇筑在模具当中；
步骤3，低温养护、脱模、切割，得到生坯，将生坯在170-190℃，1.15~1.30MPa的条件下养护6-7小时，冷却得到成品。
4.根据权利要求3所述的的一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述助磨剂为三乙醇胺和丙三醇按重量比1：1复配而成，掺入量为煤气化渣重量的0.4%-0.6%。
5.根据权利要求3所述的一种利用煤气化渣制备的原位晶须增强型蒸压加气混凝土的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述切割是指脱模后，对样品进行切割，切割位置为成型坯体上部3-6mm。
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