一种固化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种固化材料及其制备方法和应用，属于煤基固废材料的制备利用技术领域。本发明专利技术利用煤矸石等煤基固废制备固化材料可以将煤矸石等煤基固废中的有害重金属固化，以本发明专利技术制备的固化材料作为煤矸石堆场的隔离层，可以避免煤矸石山自燃，同时可避免煤矸石山中有害重金属污染土壤和地下水，真正的实现以废治废。

【技术实现步骤摘要】
一种固化材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及煤基固废材料的制备利用
，尤其涉及一种固化材料及其制备方法和应用。
技术介绍
煤炭开采、洗选加工、发电利用等过程中排放的煤矸石等煤基固废中含有微量的有害重金属，如镉、铅、铬、汞等，这些有害重金属会随雨水和煤矸石洗选排放水在煤矸石山内及周边土壤渗透，对土壤、地表水和地下水造成污染。此外，现有煤矸山堆场内煤矸石的堆存是一层煤矸石上覆盖一层5～10dm的黄土作为隔离层，如此反复，向上堆一层煤矸石，铺一层5～10dm厚度的黄土隔离层，直至由政府相关部门规定不能住上堆存的高度。采用这种治理方法，由于黄土不能完全阻隔空气和水的流通，使得煤矸石山易自燃造成环境污染，且煤矸石山中的有害重金属向土壤渗透会造成土壤和地下水污染。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种固化材料及其制备方法和应用，本专利技术利用煤矸石等煤基固废制备固化材料可以将煤矸石等煤基固废中的有害重金属固化，以本专利技术制备的固化材料作为煤矸石堆场的隔离层，可以避免煤矸石山自燃，同时可避免煤矸石山中有害重金属污染土壤和地下水，真正的实现以废治废。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种固化材料，由包括以下质量百分含量的原料制备得到：粉煤灰45～60％、脱硫石膏5～10％、消石灰5～10％、煤矸石25～30％、碱激发剂0.5～2％、速凝剂0.5～1％和减水剂1～2％；所述煤矸石的粒径分布如表1所示：表1所述煤矸石的粒径分布粒级(mm)-2.36+2.36～-4.75+4.75～-9.5+9.5～-19质量百分比(％)25～3030～3515～2510～20。优选的，所述碱激发剂为水玻璃、碳酸钠或氢氧化钠。优选的，所述速凝剂为硫酸铝、磷酸氢钠和磷酸氢钾中的至少一种。优选的，所述减水剂为聚羧酸类减水剂、萘磺酸盐类减水剂和改性木质素磺酸盐中的至少一种。优选的，所述煤矸石的化学成分如表2所示：表2煤矸石的化学组成化学成分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2OTiO2质量含量/％55.00～70.0012.00～38.002.28～14.630.42～2.320.44～2.410.6～3.20.9～4.0。优选的，所述粉煤灰的烧失量为4.0～12.0％，含水率为5～10％，表观密度为2100～2250kg/m3，所述粉煤灰的粒径分布如表3所示：表3煤粉灰的粒径分布粒级/μm-5+5～-15+15～-30+30～-50+50～-80+80～-100+100质量百分比/％4.5510.2321.8724.3621.8311.895.27。优选的，所述脱硫石膏的烧失量为10～23％，含水率为5～12％，表观密度为1100～1238kg/m3。本专利技术提供了上述方案所述固化材料的制备方法，包括以下步骤：将水、碱激发剂、速凝剂和减水剂混合，得到第一混合料；将粉煤灰、脱硫石膏和消石灰进行磨矿耦合活化，得到AH材料；将所述AH材料和第一混合料进行混合，得到灰浆胶凝材料；将所述灰浆胶凝材料和煤矸石混合，得到第二混合料；将所述第二混合料进行养护，凝固后得到固化材料。优选的，所述AH材料和第一混合料中水的质量比为(0.55～0.70)：1。本专利技术提供了上述方案所述固化材料或上述方案所述制备方法制备得到的固化材料作为煤矸石堆场中隔离层的应用。本专利技术提供了一种固化材料，由包括以下质量百分含量的原料制备得到：粉煤灰45～60％、脱硫石膏5～10％、消石灰5～10％、煤矸石25～30％、碱激发剂0.5～2％、速凝剂0.5～1％和减水剂1～2％。本专利技术利用粉煤灰、脱硫石膏、煤矸石等煤基固废中含有重金属离子，本专利技术以这些煤基固废为原料，在制备过程中，煤矸石、粉煤灰、消石灰和脱硫石膏中的活性组分如铝、硅、钙等在外加剂(碱激发剂、速凝剂和减水剂)的作用下与水发生水化反应，生成产物水化硅酸钙、水化铝酸钙和钙矾石，并逐步形成固化材料，使得煤基固废中的有害重金属离子参与水化学反应被密闭在固化材料中，从而使固废中的有害重金属达到稳定化、无害化。本专利技术通过控制煤矸石的级配，制备的固化材料具有高强度，同时结构致密，因而具有良好的防渗性能，将制备的固化材料应用于煤矸石山治理过程中，对煤矿排放的煤矸石分层隔离堆存，使煤矸石山各层之间相互隔离，防渗阻断了各煤矸石层之间的空气和水的传输，固化材料的渗透系数能达1.7×10-7以上，因而能避免煤矸石内的黄铁矿在空气和水的作用下发生氧化发热，从而能有效控制煤矸石山自燃造成的大气污染，和雨水浸蚀溶出的铅、镉、汞、铬、钡、钒、铜、砷等重金属等对周边土壤和地下水的污染。以本专利技术的固化材料作为隔离层替代现有煤矸石山治理过程中所使用的大量宝贵的黄土资源，能够节约和保护土地，同时由于所形成的固化隔离层比黄土隔离层簿80～90％，因而能扩大煤矸石堆场有效库容，是一种以废治污的功能材料。具体实施方式本专利技术提供了一种固化材料，由包括以下质量百分含量的原料制备得到：粉煤灰45～60％、脱硫石膏5～10％、消石灰5～10％、煤矸石25～30％、碱激发剂0.5～2％、速凝剂0.5～1％和减水剂1～2％；所述煤矸石的粒径分布如表1所示：表1所述煤矸石的粒径分布粒级(mm)-2.36+2.36～-4.75+4.75～-9.5+9.5～-19质量百分比(％)25～3030～3515～2510～20。以质量百分含量计，本专利技术提供的固化材料的制备原料包括粉煤灰45～60％，优选为48～58％，更优选为50～55％。在本专利技术中，所述粉煤灰的烧失量优选为4.0～12.0％，更优选为6.0～10.0％；含水率优选为5～10％，更优选为6～9％；表观密度优选为2100～2250kg/m3，更优选为2150～2200kg/m3。在本专利技术的实施例中，所述粉煤灰的烧失量为9.86％，含水率为6.08％，表观密度为2237kg/m3。在本专利技术中，所述粉煤灰的粒径分布优选如表3所示：...

【技术保护点】
1.一种固化材料，其特征在于，由包括以下质量百分含量的原料制备得到：粉煤灰45～60％、脱硫石膏5～10％、消石灰5～10％、煤矸石25～30％、碱激发剂0.5～2％、速凝剂0.5～1％和减水剂1～2％；/n所述煤矸石的粒径分布如表1所示：/n表1所述煤矸石的粒径分布/n

【技术特征摘要】
1.一种固化材料，其特征在于，由包括以下质量百分含量的原料制备得到：粉煤灰45～60％、脱硫石膏5～10％、消石灰5～10％、煤矸石25～30％、碱激发剂0.5～2％、速凝剂0.5～1％和减水剂1～2％；
所述煤矸石的粒径分布如表1所示：
表1所述煤矸石的粒径分布











粒级(mm)
-2.36
+2.36～-4.75
+4.75～-9.5
+9.5～-19


质量百分比(％)
25～30
30～35
15～25
10～20






。


2.根据权利要求1所述的固化材料，其特征在于，所述碱激发剂为水玻璃、碳酸钠或氢氧化钠。


3.根据权利要求1所述的固化材料，其特征在于，所述速凝剂为硫酸铝、磷酸氢钠和磷酸氢钾中的至少一种。


4.根据权利要求1所述的固化材料，其特征在于，所述减水剂为聚羧酸类减水剂、萘磺酸盐类减水剂和改性木质素磺酸盐中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的固化材料，其特征在于，所述煤矸石的化学成分如表2所示：
表2煤矸石的化学组成














化学成分
SiO2
Al2O3
Fe2O3
CaO
MgO
K2O
TiO2


质量含量/％
55.00～70.00
12.00～38.00
2.28～14.63
0.42～2.32
0.44～2.41
0.6～3.2
0.9...

【专利技术属性】
技术研发人员：许泽胜，王森彪，陈佳蕊，许文昊，
申请(专利权)人：许泽胜，
类型：发明
国别省市：北京;11