一种煤矸石固废生产高活性偏高岭土混凝土外加剂的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种煤矸石固废生产高活性偏高岭土混凝土外加剂的制备方法，包括如下破碎、磨粉、配浆、除砂、湿式磁选、超细研磨、干燥、焙烧、混合包装等步骤，本发明专利技术方法制备的混凝土外加剂的主要成分为粒径为2‑4μm偏高岭土A剂和粒径为0.5±0.2μm氧化铝B剂，所述外加剂的火山灰活性指数高达120%以上，比传统的硅灰混凝土掺合料具有更高的活性，具有极高的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矸石固废生产高活性偏高岭土混凝土外加剂的制备方法
本专利技术涉及一种高活性偏高岭土的材料的制备方法。更具体地说，本专利技术涉及通过煤矸石固废制备偏高岭土，并将其用于高速公路铺设用砂浆混凝土，干混水泥、预拌混凝土。
技术介绍
煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石；包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。中国积存煤矸石达10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨，不仅堆积占地，而且还能自燃污染空气或引起火灾，污染大气，煤矸石露天堆放会产生大量扬尘，这主要是由于在地面堆放的煤矸石受到长时间的日晒雨淋后，将会风化粉碎，另外，煤矸石吸水后会崩解，从而很容易产生粉尘，在风力的作用下，将会恶化矿区大气的质量。偏高岭土是一种高活性矿物掺合料，是高岭土经过低温煅烧(600～900℃)而形成的无定型硅酸铝，具有很高的火山灰活性，主要用作混凝土外加剂。偏高岭土(metakaolin，简称MK)是以高岭土或煤矸石（高岭土的下位概念）为原料，在适当温度下(600～900℃)经脱水形成的无水硅酸铝(Al2O3·2SiO2)。高岭土属于层状硅酸盐结构，层与层之间由范德华键结合，OH-离子在其中结合得较牢固。高岭土在空气中受热时，会发生几次结构变化，加热到大约600℃时，高岭土的层状结构因脱水而破坏，形成结晶度很差的过渡相-偏高岭土。由于偏高岭土的分子排列是不规则的，呈现热力学介稳状态，在适当激发下具有胶凝性。偏高岭土是一种高活性矿物掺合料，是超细高岭土经过低温煅烧而形成的无定型硅酸铝，具有很高的火山灰活性，主要用作混凝土外加剂，也可制作高性能的地质聚合物，即偏高岭土能与硅酸盐水泥水化时所产生的副产物-氢氧化钙快速反应，生成新的胶凝材料，从而极大地提高混凝土及砂浆的性能。
技术实现思路
基于上述内容，本专利技术提供了一种煤矸石固废生产高活性偏高岭土混凝土外加剂的制备方法，通过粒径为2-4μm的偏高岭土外加剂A和粒径为0.5±0.2μm氧化铝外加剂B组合，获得更高活性的混凝土外加剂，所述外加剂的火山灰活性指数≥120%。一种煤矸石固废生产高活性偏高岭土混凝土外加剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）破碎：将检验合格的煤歼石矿石进入原矿堆场，经装载机装入原料仓，进入破碎工段，（2）磨粉：使用立磨系统将煤歼石物料粉碎成小于800目细粉；（3）配浆：800目细粉经计算加入分散剂和水，配置成浓度为50±2%的浆料，其中所述分散剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物；（4）除砂：使用水力旋流器除去碎屑矿物和杂质；（5）湿式磁选：背景磁场强度2*104Oe，流速2-3cm/s，除去部分钛、铁矿；（6）超细研磨：使用超细研磨机研磨；（7）干燥：喷雾干燥塔中进行干燥，获得高纯物料；（8）焙烧：（a）将步骤（7）获得的高纯物料进行窑前解聚机解聚，然后经过煅烧炉Ⅰ550-600oC热处理0.5-1h，然后800-850oC煅烧炉Ⅱ中煅烧2-2.5h，冷却、清洗、干燥处理获得偏高岭土混凝土外加剂A；（b）将步骤（7）获得的高纯物料在800-850oC煅烧炉Ⅲ中煅烧0.5-1h，冷却后浸泡于5-10wt.%的硫酸溶液中，过滤取液体，并加入3-5wt.%NaOH，过滤沉淀后，沉淀物于1200-1250oC煅烧炉Ⅳ中煅烧2-2.5h，冷却、清洗、干燥处理获得偏高岭土混凝土外加剂A；（9）混合包装：将外加剂A和外加剂B混合，获得高活性偏高岭土混凝土外加剂，其中所述外加剂A和外加剂B的质量比为1：（0.2-0.4）。在某些实施例中，所述破碎工段获得的煤矸石石的粒径粒径小于25mm。在某些实施例中，所述三聚磷酸钠和六偏磷酸钠为水用量的0.5-1wt.%，配浆搅拌速度500-600r/min，搅拌时间为4-5h。在某些实施例中，所述水力旋流器为Φ75mm、Φ25mm、Φ10mm三级串联水力旋流器。在某些实施例中，所述外加剂A的粒径为2-4μm。在某些实施例中，所述外加剂B的粒径为0.5±0.2μm。在某些实施例中，所述煅烧炉Ⅰ中的热量来源于煅烧炉Ⅲ，所述煅烧炉Ⅱ中的热量来源于煅烧炉Ⅳ。在某些实施例中，所述高活性偏高岭土混凝土外加剂的成分含量如下：SiO2含量为54±5wt.%，Al2O3含量43±5wt.%，K2O+Na2O+MgO＜1wt.%，Cl＜0.06wt.%，SO3＜0.2wt.%，水分＜1wt.%，火山灰活性指数（28天）≥120%。在某些实施例中，所述高活性偏高岭土混凝土外加剂的白度大于82wt.%。在某些实施例中，所述高活性偏高岭土混凝土外加剂用于高速公路铺设用砂浆混凝土，干混水泥、预拌混凝土外加剂。关于本申请的制备过程，做出如下的解释：（1）破碎和煤矸石磨粉：初步控制煤矸石的原料尺寸，使用的仪器主要是是颚式破碎机，对辊破碎机，小的煤矸石尺寸是后续配浆提高煤矸石分散度的前提条件。（2）配浆、除砂：提高煤矸石矿物的分散度，并有效的分离有效成分和杂质，从而有利于后续的除砂，除砂采用水力旋流器为Φ75mm、Φ25mm、Φ10mm三级串联水力旋流器，该过程中可以初步除去煤矸石中的勃姆石、长石头、石英等杂质。（3）磁选：通过磁场筛选除去矿浆中的铁磁类矿物杂质，如含铁钛矿、锐钛矿和金红石、板钛矿、钛铁金红石和钛铁矿、褐铁矿、赤铁矿和电气石有效除去无机类大颗粒和杂质。（4）超细研磨和干燥：获得粒径为2-4μm左右的煤矸石粉末。（5）解聚和焙烧：由于2-4μm为小尺寸，团聚明显，选用使用解聚进行分散处理将干燥过程形成的聚结颗粒打碎，焙烧的主要目的是（a）将煤矸石中的碳质等可燃组分燃尽，降低煤矸石的烧失量；(b)焙烧过程中，损失大量羟基，煤矸石中的高岭石等晶质含铝矿物转化为半晶质甚至非晶质的偏高岭石等矿物，其结构处于热力学介稳状态，即火山灰活性指数较高，而由于表面活性较高，所述偏高岭土容易出现团聚现象。对一部分煤矸石粉末进行焙烧，在焙烧过程中使用二段焙烧，一段焙烧的温度为550-600oC热处理0.5-1h煅烧温度550℃时煤矸石主要发生脱羟基反应，层状结构逐渐被破坏；二段焙烧为800-850oC层状结构完全转变为多孔无序的非晶结构，通过该方法获得的为A剂偏高岭土，粒径为2-4μm，这个过程发生的主要反应如下：Al2O32SiO2.2H2O→Al2O32SiO2+2H2O。接着，对另一部分的煤矸石粉末进行焙烧，焙烧同样使用二段焙烧，具体为在800-850oC煅烧炉Ⅲ中一段煅烧0.5-1h，冷却后浸泡于5-10wt.%的硫酸溶液中，过滤取液体，并加入3-5wt.%NaOH，过滤沉淀后，沉淀物于1200-1250oC煅烧炉Ⅳ中二段煅烧2-2.5h在一段煅烧过程中，同样是煤矸石向偏高岭土的转化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种煤矸石固废生产高活性偏高岭土混凝土外加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n（1）破碎：将检验合格的煤矸石矿石进入原矿堆场，经装载机装入原料仓，进入破碎工段；/n（2）磨粉：使用立磨系统将煤矸石物料粉碎成小于800目细粉；/n（3）配浆：800目细粉经计算加入分散剂和水，配置成浓度为50±2%的浆料，其中所述分散剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物；/n（4）除砂：使用水力旋流器除去碎屑矿物和杂质；/n（5）湿式磁选：背景磁场强度2*10

【技术特征摘要】
1.一种煤矸石固废生产高活性偏高岭土混凝土外加剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）破碎：将检验合格的煤矸石矿石进入原矿堆场，经装载机装入原料仓，进入破碎工段；
（2）磨粉：使用立磨系统将煤矸石物料粉碎成小于800目细粉；
（3）配浆：800目细粉经计算加入分散剂和水，配置成浓度为50±2%的浆料，其中所述分散剂为三聚磷酸钠和六偏磷酸钠的混合物；
（4）除砂：使用水力旋流器除去碎屑矿物和杂质；
（5）湿式磁选：背景磁场强度2*104Oe，流速2-3cm/s，除去部分钛、铁矿；
（6）超细研磨：使用超细研磨机研磨；
（7）干燥：喷雾干燥塔中进行干燥，获得高纯物料；
（8）焙烧：
（a）将步骤（7）获得的高纯物料进行窑前解聚机解聚，然后经过煅烧炉Ⅰ550-600oC热处理0.5-1h，然后800-850oC煅烧炉Ⅱ中煅烧2-2.5h，冷却、清洗、干燥处理获得偏高岭土混凝土外加剂A；
（b）将步骤（7）获得的高纯物料在800-850oC煅烧炉Ⅲ中煅烧0.5-1h，冷却后浸泡于5-10wt.%的硫酸溶液中，过滤取液体，并加入3-5wt.%NaOH，过滤沉淀后，沉淀物于1200-1250oC煅烧炉Ⅳ中煅烧2-2.5h，冷却、清洗、干燥处理获得偏高岭土混凝土外加剂B；
（9）混合包装：将外加剂A和外加剂B混合，获得高活性偏高岭土混凝土外加剂，其中所述外加剂A和外加剂B的质量比为1：（0.2-0.4）。


2.如权利要求1所述的一种煤矸石固废生产高活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯建明，林炼，乔志，牛昌昌，王凤全，张志芳，张增明，乔冠华，闫国东，王宇轩，王迎丹，杨雅玲，元少波，贾俊，乔瑞平，僧格仁钦，
申请(专利权)人：内蒙古超牌新材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15