CN114716173B - 一种循环流化床炉渣资源化利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种循环流化床炉渣(CFB炉渣)在混凝土领域的资源化利用的方法。具体包括以下步骤：1)对CFB炉渣进行分选，分为＜0.6mm的细粒炉渣和≥0.6mm的粗粒炉渣；2)将＜0.6mm的细粒炉渣与辅助材料混合后粉磨制备膨胀剂；将≥0.6mm的粗粒炉渣替代部分混凝土细集料用于配置混凝土。通过简单方法将CFB炉渣钙硫含量高和可用于混凝土集料的特征进行有效分离，既避免了炉渣中的高钙硫含量对于混凝土的不良影响，同时又充分利用了炉渣高钙硫含量这一特征，显著提高CFB炉渣的资源化利用率，具有重要的环保价值和经济效益。

Description

一种循环流化床炉渣资源化利用方法
技术领域
本发明属于工业固体废弃物资源化利用领域，具体涉及一种循环流化床燃煤炉渣在混凝土领域的资源化利用方法。
背景技术
循环流化床燃烧炉渣，简称CFB炉渣，是煤在循环流化床锅炉中燃烧后从锅炉底部排放出的颗粒状的固体废弃物。建材行业是工业固废利用的重要途经，但循环流化床锅炉燃烧时特殊的脱硫技术导致其排放的 CFB炉渣化学成分主要以SiO2、Al2O3、SO3、CaO为主。因此CFB炉渣具有较高的钙硫含量，并具有火山灰活性等特点。当前研究中，CFB炉渣主要采用机械设备粉磨后，作为混凝土掺合料而利用，但高的钙硫含量使CFB炉渣在应用于时会生成钙矾石等水化产物从而引起膨胀开裂问题，因此CFB炉渣利用时往往掺量不超过20％，利用率一直较低，如何通过简单方法提高CFB来提高炉渣利用率，是当务之急。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效有针对性的循环流化床炉渣分级资源化利用方法，通过简单方法将CFB炉渣钙硫含量高和可用于混凝土集料的特征进行有效分离，既避免了炉渣中的高钙硫含量对于混凝土的不良影响，同时又充分利用了炉渣高钙硫含量这一特征，显著提高CFB炉渣的资源化利用率，具有重要的环保价值和经济效益。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
提供一种循环流化床炉渣资源化利用方法，具体包括以下步骤：
1)对CFB炉渣进行分选，分为＜0.6mm的细粒炉渣和≥0.6mm的粗粒炉渣；
2)将＜0.6mm的细粒炉渣与辅助材料混合后粉磨制备膨胀剂；将≥0.6mm的粗粒炉渣替代部分混凝土细集料用于配置混凝土。
按上述方案，所述CFB炉渣为燃煤电厂循环流化床锅炉底部排出的固体废弃物。
按上述方案，CFB炉渣的原始粒径范围为0-4.75mm。
按上述方案，所述CFB炉渣中CaO含量不低于5.0％，SO3含量不低于3.0％。
按上述方案，所述步骤1)中，初步分选为经0.6mm筛孔进行筛分，将CFB炉渣颗粒尺寸分为两个粒径范围的颗粒。
按上述方案，所述步骤2)中，CFB炉渣在膨胀剂中的质量百分比为40-70％。
按上述方案，所述步骤2)中，辅助材料为石膏类材料、石灰类材料、镁质材料、硅铝质材料等的一种或其任意组合。
优选地，所述石膏类材料为无水石膏、二水石膏、脱硫石膏、CFB飞灰中的一种或其任意组合。
优选地，所述石灰类材料为生石灰、熟石灰、镁质石灰中的一种或其任意组合。
优选地，所述镁质材料为氧化镁、硫酸镁、氯化镁中的一种或其任意组合。
优选地，所述硅铝质材料为硅灰、矿粉、粉煤灰、CFB飞灰中的一种或其任意组合。
按上述方案，所述步骤2)中，粉磨为采用球磨机、振动磨或立式磨等粉磨设备对CFB 炉渣与辅助材料的混合料进行粉磨细化处理。
按上述方案，所述步骤2)中，粉磨后所得膨胀剂的物料比表面积不小于200m2/kg。
按上述方案，所述步骤2)中，≥0.6mm的粗粒炉渣替代50-70％的混凝土细集料。
按上述方案，所述步骤2)中，≥0.6mm的粗粒炉渣替代部分混凝土细集料具体为：将≥0.6mm的粗粒炉渣进行再分选，分为0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm三档粒径范围的颗粒，然后掺入混凝土细集料进行细度模数调整，得到目标级配的混合细集料。
本发明提供一种循环流化床炉渣在混凝土领域的资源化利用方法，首选确定以0.6mm 为粒径分界点进行分选，得到＜0.6mm的细粒炉渣和≥0.6mm的粗粒炉渣。其中：
一方面，所得小于＜0.6mm的细粒炉渣中钙硫含量高，可以用于制备膨胀剂，将高钙硫含量这一缺陷转变成了优势特征进行充分利用，炉渣在膨胀剂中掺量高，分选后炉渣中的钙硫组分的分布更均匀，所得膨胀剂更易使混凝土产生均匀膨胀。
另一方面，所得≥0.6mm的粗粒炉渣中钙硫含量低，可以直接替代部分细集料用于混凝土中，且不存在因钙硫含量高易生成过量钙矾石等水化产物从而引起膨胀开裂的问题，混凝土强度还略有提高，可以实现大掺量替代细集料，显著降低了混凝土的成本，具有重要的环保价值和经济效果。
本发明的有益效果如下：
1.本发明提供一种循环流化床炉渣的资源化利用方法，通过选择0.6mm为粒径分界点进行分选，将CFB炉渣钙硫含量高和可用于混凝土集料的特征进行有效分离，分别得到高钙硫含量CFB炉渣和低钙硫含量CFB炉渣，高钙硫含量CFB炉渣可用于制备膨胀剂，而低钙硫含量的CFB炉渣则可实现大掺量替代混凝土细集料配置混凝土，既避免了炉渣中的高钙硫含量对于混凝土的不良影响，同时又充分利用了炉渣高钙硫含量这一特征，并将其从劣势特征转变为优势特征；通过简单分选实现特征分离，并进行针对性资源化利用，显著提高CFB炉渣的资源化利用率。
2.本发明分选所得细粒径炉渣中钙硫含量高，制备膨胀剂时可以大掺量使用；而粗粒径炉渣因钙硫含量低，也可以实现大掺量替代混凝土细集料，所得混凝土的强度还略有提升； CFB炉渣的使用，可以有效降低膨胀剂和混凝土的成本，具有重要的环保价值和经济效果。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步的解释说明。
实施例1
本实施例所用的原始CFB炉渣，化学成分中CaO含量为7.33％，SO3含量为6.19％；粒径分布如下表1所示：
表1
粒径 <0.6 0.6-1.18 1.18-2.36 2.36-4.75
CFB炉渣 39.71 19.43 23.04 17.82
1)初步分选
经过0.6mm筛孔分选得到粒径小于0.6mm的CFB炉渣，其CaO含量为13.57％，SO3含量为12.62％；粒径0.6mm以上的CFB炉渣，其CaO含量为3.22％，SO3含量为1.95％。
2)膨胀剂制备
膨胀剂的组成与质量份数为：粒径小于0.6mm的CFB炉渣60份，硬石膏类20份、生石灰10份、CFB飞灰10份。将上述原料混合，采用球磨机粉磨30min，得到混凝土膨胀剂。
其中所得膨胀剂比表面积为450kg/m2，通过砂浆检测，结果为：砂浆水中7d限制膨胀率0.052％，空气中21d限制膨胀率-0.005％，7d抗压强度35.8MPa，28d抗压强度47.4MPa，满足GB23439-2017要求。
3)细集料级配调节
将0.6mm以上的CFB炉渣分选为0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm粒径范围的 CFB炉渣，然后掺入机制砂粒径进行级配调节，得到2区级配的混合细集料，其中混合细集料中CFB炉渣掺量约为60％。调节前后粒径分布情况如下表2所示。
表2
实施例2
本实施例提供基于实施例1中所得0.6mm以上的CFB炉渣与机制砂混合细集料的混凝土，并与普通混凝土进行对比例，其中具体配合比如下表3所示：
表3
*：由于CFB炉渣吸水率较机制砂高，等坍落度下，混凝土总用水量略高于原始混凝土。
本实施案例两种混凝土抗压强度性能为：原始混凝土7d、28d抗压强度分别为34.89MPa， 45.53MPa；调整后CFB炉渣混凝土7d、28d抗压强度分别为35.42MPa，47.91MPa，强度略微提高。调节后的混凝土单方成本较原始混凝土降低52.3元，具有较好经济效益。

Claims (8)

1.一种循环流化床炉渣资源化利用方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
1）对CFB炉渣进行分选，分为＜0.6mm的细粒炉渣和≥0.6mm的粗粒炉渣；其中所述CFB炉渣为燃煤电厂循环流化床锅炉底部排出的固体废弃物；
2）将＜0.6mm的细粒炉渣与辅助材料混合后粉磨制备膨胀剂；将≥0.6mm的粗粒炉渣替代部分混凝土细集料用于配置混凝土；其中：＜0.6mm的细粒炉渣在膨胀剂中的质量百分比为60-70%；≥0.6mm的粗粒炉渣替代50-70%的混凝土细集料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1）中，CFB炉渣的原始粒径范围为0-4.75mm。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1）中，所述CFB炉渣中CaO含量不低于5.0%，SO3含量不低于3.0%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2）中，辅助材料为石膏类材料、石灰类材料、镁质材料、硅铝质材料中的一种或其任意组合。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述石膏类材料为无水石膏、二水石膏、脱硫石膏中的一种或其任意组合；
所述石灰类材料为生石灰、熟石灰、镁质石灰中的一种或其任意组合；
所述镁质材料为氧化镁、硫酸镁、氯化镁中的一种或其任意组合；
所述硅铝质材料为硅灰、矿粉、粉煤灰、CFB飞灰中的一种或其任意组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2）中，粉磨为采用球磨机、振动磨或立式磨对CFB炉渣与辅助材料的混合料进行粉磨细化处理。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2）中，粉磨后所得膨胀剂的物料比表面积不小于200 m2/kg。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2）中，≥0.6mm的粗粒炉渣替代部分混凝土细集料具体为：将≥0.6mm的粗粒炉渣进行再分选，分为0.6-1.18mm、1.18-2.36mm、2.36-4.75mm三档粒径范围的颗粒，然后掺入混凝土细集料进行细度模数调整，得到目标级配的混合细集料。
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