一种煤矸石基胶凝材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于工业固体废弃物无害化处理技术领域，具体涉及一种煤矸石基胶凝材料及其制备方法，所述煤矸石基胶凝材料，由煤矸石粉与氢氧化镁粉末煅烧制备得到，其中所述煤矸石粉中SiO

【技术实现步骤摘要】
一种煤矸石基胶凝材料及其制备方法
本专利技术属于工业固体废弃物无害化处理
，具体涉及一种煤矸石基胶凝材料及其制备方法。
技术介绍
我国是煤炭资源大国，能源结构主要以燃煤为主，常年占我国能源结构的70%左右。煤矸石是煤炭生产的伴生矿物，占原煤产量的10%~15%，是我国目前排放量最大的工业固体废物之一。煤矸石是由多种岩石和矿物组成的低碳混合物，主要由铝、硅元素组成，含有铁、钙、镁、钾、汞、铬、铜、锰、铅等微量元素。煤矸石的化学成分主要有SiO2、C、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O，主要矿物组成包括石英、粘土矿物和碳质材料。2019年煤矸石的产量达到45亿吨，大量煤矸石的堆积不仅占用了大量的土地资源，而且造成了严重的环境问题，如土壤污染、大气污染、地质灾害等。近年来我国煤矸石的利用率有了很大的提高，在建材工业、能源工业、农业等新兴产业中有着广泛的应用。专利CN111484280A公开了“一种建筑砂浆及其制备工艺”，包括以下组分和重量配比：水泥：40份；煤矸石：30份；膨润土细粉：18份；砂浆活化剂：4份；玻璃纤维粉：8份；煤矸石采用自然或人工燃烧过的煤矸石；膨润土细粉采用钠质膨润土细粉。专利CN111386955A公开了“一种北方旱区土地保水抑盐增产方法”，在种植果树的北方旱区土地上，铺设厚度为2～5cm的秸秆，然后在秸秆上铺设厚度为12～18cm的煤矸石。煤矸石和秸秆的重量比为(8～12):1。秸秆包括小麦秸秆和/或玉米秸秆和/或水稻秸秆。果树的种类包括苹果树、桃树、梨树或杏树。专利CN111285385A公开了“一种煤矸石灰渣中提取三氧化二铝和二氧化硅的方法”，将煤矸石灰渣加热至930～1100℃，添加冰晶石，混合均匀后渣水分离，分别得到熔融状态的三氧化二铝和固态二氧化硅。但是煤矸石的综合利用程度与煤矸石的产量相比还存在一定的差距。此外，技术不够完善，煤矸石的利用不可避免地会产生燃烧、煅烧、酸浸等二次环境污染。研究煤矸石在其他领域的适用性，探索节约资源和保护环境的最佳途径势在必行。胶凝材料是目前世界上使用量最大的材料之一，广泛用于各种基础设施建设，传统胶凝材料的制备工艺主要是以水泥或水泥熟料为原材料。专利CN111470823A公开了“一种超高性能混凝土的复合胶凝材料体系及其应用方法”，复合胶凝材料体系包括水泥、活性矿物外加剂、化学激发剂。其中，活性矿物外加剂包括粉煤灰、矿粉、硅灰和纳米氧化铝，化学激发剂为硫酸钠，复合胶凝材料体系内的氧化钙和氧化硅的摩尔比为0.8-0.91:1。专利CN111377626A公开了“一种石膏体系激发复合胶凝材料及其制备方法”，石膏体系复合粉体包括25%-65%的工业副产石膏、30%-70%的矿渣粉和3%-20%的硅酸盐水泥熟料，激发剂粉体包括35％-50％的硫酸铝、28％-60％的铝酸钠、5％一25％的氧化钙。常用的硅酸盐水泥存在耐热性差、耐腐蚀性差、长期性能不稳定等问题。并且，每生产1吨水泥熟料，约产生1吨的二氧化碳，消耗大量优质燃料、电能以及不可再生的矿产资源的同时，带来了严重的环境问题。目前，以煤矸石为主要原材料代替水泥制备胶凝材料，开发低廉、高效且环境友好型的新型绿色生态胶凝材料始终是环保领域的研究热点。煤矸石可代替水泥，采用高温煅烧、机械研磨、碱处理等活化方法可以提高煤矸石的活性。以煤矸石为主要原材料制备绿色生态胶凝材料，具有原材料极易获取、制备工艺简单、环境友好和固化稳定化效果好等优点，胶凝材料能够应用于土壤重金属污染物的固定和化学污染物钝化，起到土壤修复的作用，在解决煤矸石堆放问题的同时，带来良好环保效益和社会经济效益。专利CN106007632A公开了“一种利用煤矸石制备高强度胶凝材料的方法”，包括以下步骤：（1）取干燥的固体废弃物煤矸石，研磨成细粉，过100-170目筛，与其重量1-2%的硫酸铝铵混合，在200-300℃下煅烧40-50分钟，冷却至常温，加入混合料重量10-14%的活化乳液，80-100转/分搅拌16-20分钟，送入150-200℃的油浴中，保温搅拌7-10分钟，出料冷却，过滤除去滤液；（2）将得到的滤渣水洗3-4次，送入到马弗炉中，800-900℃下焙烧30-40分钟，冷却至常温，加入到其重量20-30%的、浓度为3-5mol/l的氢氧化钠溶液中，磁力搅拌1-2分钟，过滤，得二次滤液、二次滤渣；（3）在上述二次滤液中加入其重量0.6-1%的无水乙醇中，搅拌均匀，升高温度为60-70℃，滴加浓度为97-98%的硫酸，调节pH为1-3，在上述温度下保温反应1-2小时，得多硅溶胶；（4）将上述二次滤渣加入到其重量70-80%的、浓度为10-15mol/L的盐酸溶液中，搅拌混合40-50分钟，过滤除去滤渣，在滤液中滴加氢氧化钠，调节pH为7-8，静置20-30分钟，加入滤液重量10-13倍的去离子水，磁力搅拌2.6-3分钟，与上述多硅溶胶混合，加入混合料重量2-3%的稳定剂、0.7-1%的乳化剂，600-1000转/分搅拌10-14分钟，即得。专利CN111187033A公开了“一种碱激发煤矸石粉地质聚合物胶凝材料及其制备方法”，由固废料、保温材料、碱激发剂、减水剂和水混合组成；其中，保温材料与固废料的质量比为0.3～0.6:1，碱激发剂与固废料的质量比为0.06～0.08:1，减水剂与固废料的质量比为0.007～0.01:1，水与固废料的质量比为0.3～0.6:1；固废料由煤矸石粉、粉煤灰、锅炉渣组成，煤矸石粉、粉煤灰、锅炉渣的质量比为1～5:0～7:0～5，保温材料由玻化微珠、膨胀珍珠岩、珍珠岩粉组成，玻化微珠、膨胀珍珠岩、珍珠岩粉的质量比为5～10:0～5:0～3。专利CN111003974A公开了“一种煤矿废弃物基地质聚合物胶凝材料及其制备方法”，由碱性干粉激发剂、煤矸石、粉煤灰、标准砂、水组成，煤矸石取自辽宁省阜新市的自然煤矸石，粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕的细灰，水泥与砂的质量比为1:3，碱性激发剂为碱性干粉激发剂，其制备的主要原材料是氢氧化钠、碳酸钙，均为工业级。水为普通自来水，用于拌和及搅拌。综上，目前以煤矸石为原材料制备胶凝材料的方法中，涉及的原材料过多，成本较高，制备过程复杂，不适合大规模的工业生产，并且存在可能的二次污染的环境问题。因此，开发一种价格低廉、高效且环境友好型的煤矸石基胶凝材料显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题，提供一种煤矸石基胶凝材料及其制备方法，利用煤矸石为主要原材料，加入一定比例的氢氧化镁，通过对煤矸石硅铝结构的改性制备高性能、成本低廉且环境友好型的胶凝材料。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种煤矸石基胶凝材料，由煤矸石粉与氢氧化镁粉末煅烧制备得到，其中所述煤矸石粉中SiO2含量占30wt%以上、A12O3含量占10wt%以上；所述煤矸石粉与氢氧化镁粉末按照镁硅摩尔比为0.5-1.7的比例混合。同时，本专利技术还提供了一种煤矸石基胶凝材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矸石基胶凝材料，其特征在于，由煤矸石粉与氢氧化镁粉末煅烧制备得到，其中所述煤矸石粉中SiO

【技术特征摘要】
1.一种煤矸石基胶凝材料，其特征在于，由煤矸石粉与氢氧化镁粉末煅烧制备得到，其中所述煤矸石粉中SiO2含量占30wt%以上、A12O3含量占10wt%以上；所述煤矸石粉与氢氧化镁粉末按照镁硅摩尔比为0.5-1.7的比例混合。


2.根据权利要求1所述的煤矸石基胶凝材料，其特征在于，所述氢氧化镁粉末中氢氧化镁的含量≥99.0wt%。


3.根据权利要求1所述的煤矸石基胶凝材料，其特征在于，所述煤矸石粉的粒度为80目-140目。


4.根据权利要求1所述的煤矸石基胶凝材料，其特征在于，所述胶凝材料的28天抗压强度不小于20Mpa。


5.一种煤矸石基胶凝材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将煤矸石进行破碎，破碎后干燥；
（2）将干燥后的煤矸石进行球磨；
（3）球磨后，将煤矸石筛分，得到煤矸石粉，其中，所述煤矸石粉中SiO2含量占30wt%以上、A12O3含量占10wt%以上；
（4）将煤矸石粉与氢氧化镁粉末按照镁硅摩尔比为0.5-1.7...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晴，彭书传，周春财，刘桂建，
申请(专利权)人：合肥工业大学，中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34