一种低钙高铝煤矸石水泥掺合料及其制备工艺制造技术

本发明专利技术涉及固废利用技术领域，具体是一种低钙高铝煤矸石水泥掺合料及其制备工艺。该掺合料可通过将固废粉末进行增钙并煅烧活化处理制备得到，在加热条件下固废粉末与氢氧化钙的粉末混合物能够实现增钙和活化，促成固废粉末中的一部分氧化铝组分与新生态的氧化钙在煅烧过程中形成CaO

【技术实现步骤摘要】
一种低钙高铝煤矸石水泥掺合料及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及固废利用
，具体是一种低钙高铝煤矸石水泥掺合料及其制备工艺。

技术介绍

[0002]煤矸石是煤炭开采过程中产生的一类岩石类废弃物，占据大量场地，造成严重的环境污染，成为煤炭行业发展的沉重负担。煤矸石中的高岭石组分在煅烧过程中脱水并分解成无定型的偏高岭石，偏高岭石具有一定的火山灰活性，因此，可以作为水泥掺合料使用，能够降低工程建设成本，充分利用固体废弃物，有利于环境保护。我国不同的煤炭产区的煤矸石成分差别很大，根据氧化铝含量和氧化铝/二氧化硅摩尔摩尔比值，煤矸石分为高铝质煤矸石、粘土岩质煤矸石和砂岩质煤矸石。我国多数煤炭产区的煤矸石中氧化铝的含量范围介于14.90wt％～34.30wt％，二氧化硅含量范围介于31.1wt％
‑
66.4wt％，氧化钙含量范围介于0.21wt％
‑
9.03wt％。高铝含量煤矸石中氧化铝含量要显著高于普通硅酸盐水泥熟料中的氧化铝含量，氧化钙含量则明显低于水泥熟料中氧化钙的含量，因此，如果采用常规700℃煅烧高铝煤矸石制备水泥掺合料，不能达到充分利用煤矸石中氧化铝的效果，会极大影响整体强度。如果采用加入石膏和萤石等增钙并在1000℃以上温度煅烧的方法，制备温度过高，消耗过多能源。
[0003]为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种低钙高铝煤矸石水泥掺合料及其制备工艺。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种低钙高铝煤矸石水泥掺合料及其制备工艺，以解决现有技术中的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种低钙高铝煤矸石水泥掺合料，包括低钙高铝煤矸石粉末，氢氧化钙粉末；低钙高铝煤矸石水泥掺合料包含10
‑
20wt％氢氧化钙粉末、40
‑
90wt％低钙高铝煤矸石粉末。
[0007]较为优化地，低钙高铝煤矸石粉末各组分含量为：以质量分数计，30％
‑
38％氧化铝、41％
‑
47％二氧化硅、0.05％
‑
0.15％氧化钙，余量为其他杂质。
[0008]较为优化地，所述氢氧化钙粉末的纯度≥97％，粒度＜25μm。
[0009]较为优化地，所述低钙高铝煤矸石水泥掺合料还包括粉煤灰粉末、矿渣粉末和高炉炉渣粉末；当低钙高铝煤矸石粉末用量为40
‑
45wt％时，低钙高铝煤矸石粉末、高炉炉渣粉末、矿渣粉末、粉煤灰粉末的复掺质量比为＝5：2：2：0.5
‑
1。
[0010]较为优化地，粉煤灰粉末包含52
‑
62wt％二氧化硅、5
‑
11wt％氧化铝、4
‑
6wt％氧化钙；矿渣粉末包含30
‑
34wt％二氧化硅、20
‑
25wt％氧化铝、15
‑
20wt％氧化钙；高炉炉渣粉末包含30
‑
50wt％二氧化硅、5
‑
10wt％氧化铝、20
‑
30wt％氧化钙。
[0011]一种低钙高铝煤矸石水泥掺合料的制备工艺，具体步骤为：将低钙高铝煤矸石粉
末和氢氧化钙粉末混合均匀，煅烧处理，制备得到低钙高铝煤矸石水泥掺合料。
[0012]较为优化地，低钙高铝煤矸石粉末和氢氧化钙粉末混合时间为1.5
‑
2.5h；煅烧处理时，煅烧温度为800
‑
830℃，煅烧时间为3
‑
4h。
[0013]一种根据权利要求1
‑
7中任意一项所述的水泥掺合料的应用，将低钙高铝煤矸石水泥掺合料和水泥熟料混合均匀，其中低钙高铝煤矸石水泥掺合料的用量为20
‑
30wt％，水泥熟料的用量为70
‑
80wt％。
[0014]较为优化地，所述水泥熟料为P.O42.5普通硅酸盐水泥。
[0015]较为优化地，低钙高铝煤矸石水泥掺合料和水泥熟料混合时间为25
‑
35min。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017]本专利技术使用固废粉末为主要材料，辅助加入氢氧化钙进行增钙，通过在800
‑
830℃煅烧活化与合成，氢氧化钙发生脱羟基并与固废粉末中碳燃烧产生的二氧化碳发生化学反应形成碳酸钙，如反应式(1)和(2)所示。
[0018]Ca(OH)2＝CaO+H2O
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(1)
[0019]CaO+CO2＝CaCO3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0020]在800
‑
830℃煅烧时，碳酸钙发生充分分解，如式(3)所示，形成具有活性的新生态氧化钙，而煤矸石转变为非晶态偏高岭石。氧化钙与一部分偏高岭石中的二氧化硅和氧化铝发生反应，如式(4)、(5)和(6)所示，形成2CaO
·
SiO2、CaO
·
2Al2O3和12CaO
·
7Al2O3类型的水硬产物。制备的掺合料在与水泥混合后的水化过程中，剩余部分偏高岭石中的氧化铝组分还能够与水泥生成水化产物4CaO
·
Al2O3·
13H2O。
[0021]CaCO3＝CaO+CO
2 (3)
[0022]2CaO+SiO2＝2CaO
·
SiO
2 (4)
[0023]CaO+Al2O3＝CaO
·
2Al2O
3 (5)
[0024]12CaO+7Al2O3＝12CaO
·
7Al2O
3 (6)
[0025]综上，在固废粉末掺钙煅烧后形成CaO
·
2Al2O3和12CaO
·
7Al2O3，在水化过程中形成4CaO
·
Al2O3·
13H2O。本专利技术将几种固废粉末进行混合，并且添加适量氢氧化钙，在高温条件下对该混合物进行增钙煅烧。通过将几种工业固废粉末混合煅烧，弥补了单种工业固废粉末中存在的氧化铝组分或者氧化钙组分用量不足，有效的利用了混合组分同时具备较高含量的氧化铝组分和氧化钙组分的优点，并且又添加适量氢氧化钙组分进行增钙，有效的促进了水硬化产物和水化产物形成，能够使得低钙高铝煤矸石掺合料
‑
水泥制备的胶砂试样具有较高的强度。本专利技术的低钙高铝煤矸石掺合料制备方法简单，加热温度低，保温时间短、因此生产效率高。所用原料种类少，其中增钙所用原料氢氧化钙的加入量少，成本低，且固废粉末作为废弃原料几乎没有成本，对综合利用低钙高铝煤矸石具有广阔的应用前景。
附图说明
[0026]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低钙高铝煤矸石水泥掺合料，其特征在于：包括低钙高铝煤矸石粉末，氢氧化钙粉末；低钙高铝煤矸石水泥掺合料包含10
‑
20wt％氢氧化钙粉末、40
‑
90wt％低钙高铝煤矸石粉末。2.一种低钙高铝煤矸石水泥掺合料，其特征在于：低钙高铝煤矸石粉末各组分含量为：以质量分数计，30％
‑
38％氧化铝、41％
‑
47％二氧化硅、0.05％
‑
0.15％氧化钙，余量为其他杂质。3.一种低钙高铝煤矸石水泥掺合料，其特征在于：所述氢氧化钙粉末的纯度≥97％，粒度＜25μm。4.根据权利要求1所述的一种低钙高铝煤矸石水泥掺合料的制备工艺，其特征在于：所述低钙高铝煤矸石水泥掺合料还包括粉煤灰粉末、矿渣粉末和高炉炉渣粉末；当低钙高铝煤矸石粉末用量为40
‑
45wt％时，低钙高铝煤矸石粉末、高炉炉渣粉末、矿渣粉末、粉煤灰粉末的复掺质量比为＝5：2：2：0.5
‑
1。5.根据权利要求4所述的一种低钙高铝煤矸石水泥掺合料的制备工艺，其特征在于：粉煤灰粉末包含52
‑
62wt％二氧化硅、5
‑
11wt％氧化铝、4
‑
6wt％氧化钙；矿渣粉末包含30
‑
34wt％二氧化硅、20

【专利技术属性】
技术研发人员：李亮，张铭钧，安健，田利军，王佳友，杨帆，王强，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：