一种煤矸石微波活化制备地聚物材料及其方法技术

本发明专利技术提供一种煤矸石微波活化制备地聚物材料的方法，包括以下步骤：S1：原料准备与前期处理：将煤矸石经过破碎处理后进入粉磨过程中加入三乙醇胺；S2：中期处理：将步骤S1处理的煤矸石粉用气流吹入微波处理器中升温达到600～800℃后再在微波处理器中保温处理1～6h，得到热处理后的煤矸石材料；S3：冷却处理与二次粉磨：经过步骤S2处理的煤矸石材料进入冷却工序，冷却至室温条件T+50℃，并在冷却过程中保持煤矸石材料中硅铝氧化物的无定形态，冷却过后的煤矸石材料经过立磨的二次粉磨最终得到地聚物原材料粉末，再由地聚物原材料粉末制备成地聚物材料。本发明专利技术提供一种绿色环保、节能降耗的煤矸石微波活化制备地聚物材料的方法，制备出的地聚物具有成型快、机械性能优良的特点。点。

【技术实现步骤摘要】
一种煤矸石微波活化制备地聚物材料及其方法


[0001]本专利技术属于固废综合利用以及材料领域，特别涉及一种煤矸石微波活化制备地聚物材料的方法。

技术介绍

[0002]煤矸石，即与煤伴生，是一种材质比较坚硬，含C量非常低，夹杂在煤层当中的黑灰色物质，并且是随煤炭开采、洗选时排出的固体废弃物。在能源工业中，煤矸石废弃物的利用不仅有利于改善环境、保护生态，而且有利于促进国民经济可持续发展。
[0003]煤矸石的主要化学成分为：SiO2含量约为40％～55％，Al2O3含量约为15％～40％，Fe2O3含量约为2％～10％，CaO含量约为1％～10％，另外，还含有少量的MgO、K2O、Na2O及稀有元素，一般烧失量为10％～20％。
[0004]对煤矸石化学成分进行分析可以发现去除可烧蚀成分后的产物具有较大的应用于绿色建筑材料的应用前景，基于此，提出了煤矸石可控热处理后制备绿色建筑材料(以地聚物为主要原材料)的综合利用方案和技术。
[0005]目前我国煤研石综合利用的途径主要有煤研石发电、制作建筑材料、从煤研石中回收有用矿物、煤研石生产复合肥料等。但经过多年的实践证明煤矸石发电对环境有相当的污染，不利于环保；回收有价值的矿物会产生新的污染源，在某些地区因回收矿物所产生的性的污染源还属危废，对环境破坏程度更大，显然是得不偿失的；制作建筑材料因其中还有部分C以及C化合物导致所制备的建筑材料性能不高，应用场景有限，消纳量较低，社会效益不显著；至于生产复合肥，因煤矸石主题原材料中所含元素波动较大，生产工艺复杂，综合成本较高，使用量也较少；其他的领域如，矿区回填等技术方案虽然也能消纳大量的煤矸石但附加值不高，经济效益不显著。
[0006]地聚物是一种由Al2O3(Ⅳ态)和SiO4四面体结构单元组成三维立体网状结构的无机聚合物，化学式为Mn{
‑
(SiO2)zAlO2}n
·
wH2O，无定形到半晶态，属于非金属材料。这种材料具有优良的机械性能和耐酸碱、耐火、耐高温的性能，有取代普通波特兰水泥的可能和可利用矿物废物和建筑垃圾作为原料的特点，在建筑材料、高强材料、固核固废材料、密封材料、和耐高温材料等方面均有应用。
[0007]现需要一种绿色环保、节能降耗的煤矸石微波活化制备地聚物材料的方法，制备出的地聚物具有成型快、机械性能优良的特点。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于提供一种绿色环保、节能降耗的煤矸石微波活化制备地聚物材料的方法，制备出的地聚物具有成型快、机械性能优良的特点。
[0009]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0010]一种煤矸石微波活化制备地聚物材料的方法，包括以下步骤：
[0011]S1：原料准备与前期处理：将收集而来的原料煤矸石经过破碎机破碎处理后进入
立式粉磨机，在粉磨过程中加入三乙醇胺，经立式粉磨机粉磨后得到比表面积为250～600
㎡
/kg的煤矸石粉待用；
[0012]S2：中期处理：将步骤S1处理的煤矸石粉用气流吹入微波处理器中升温达到600～800℃后再在微波处理器中保温处理1～6h，得到热处理后的煤矸石材料；
[0013]S3：冷却处理与二次粉磨：经过步骤S2处理的煤矸石材料进入冷却工序，冷却至室温条件T+50℃，并在冷却过程中保持煤矸石材料中硅铝氧化物的无定形态，冷却过后的煤矸石材料经过立磨的二次粉磨最终得到地聚物原材料粉末，再由地聚物原材料粉末制备成地聚物材料。
[0014]作为本专利技术的进一步设置，原料煤矸石的主要化学成分的质量百分比为：SiO230～65％，Al2O313～40％，CaO1.2～4.3％，Fe2O31.5～5.0％，MgO1.0～5.0％，TiO20.5～3.0％，K2O0.5～3.0％，Na2O0.5～3.0％，烧失量8.5～25.0％，其他元素0.1～1.0％。
[0015]作为本专利技术的进一步设置，步骤S1中三乙醇胺的用量为原料煤矸石总重量的0.3～0.5％。
[0016]作为本专利技术的进一步设置，步骤S2所述微波处理器内添加有辅助吸波发热物，所述辅助吸波发热物为焦炭、二氧化锰、四氧化三铁的一种或多种。
[0017]作为本专利技术的进一步设置，步骤S3的冷却工序是通过直接冷却或间接冷却的方式将煤矸石材料冷却至室温条件+50℃。
[0018]作为本专利技术的进一步设置，步骤S3的煤矸石冷却工序中的热交换热能进行回收发电，产生的电力为步骤S1中立式粉磨机粉磨工艺、步骤S2微波处理器微波加热、步骤S3二次粉磨工艺的粉磨提供循环能量。
[0019]作为本专利技术的进一步设置，步骤S1中煤矸石粉的比表面积为300～350
㎡
/kg。
[0020]作为本专利技术的进一步设置，步骤S2中保温处理时间为2～3.5h。
[0021]作为本专利技术的进一步设置，步骤S3中地聚物原材料的比表面积为250～600
㎡
/kg。
[0022]作为本专利技术的进一步设置，地聚物原材料的比表面积为400～550
㎡
/kg。
[0023]本专利技术还提供一种地聚物原材料粉末制备成的地聚物材料，按照重量份数计，所述地聚物材料包括以下组分和配比：地聚物原材料粉末75
‑
95份，KOH或者NaOH3
‑
10份，硅酸钠或硅酸钾15
‑
20份。
[0024]在该制备方法中：
[0025]M2O：SiO2＝0.15～0.35，SiO2：A
l2
O3＝0.7～6.2，H2O：M2O＝14～21，M2O：Al2O3＝0.2～2.4，
[0026]上述表述中M代表碱金属(Li、Na、K等)，从上述制备方法的说明中可以明显看出本专利技术的制备方法明显不同于其他煤矸石制备胶凝材料的方法，最明显的特征为在本专利技术的实施方法中没有引入Ca元素以及其他碱土金属元素，这是地聚物材料与碱激发胶凝材料的明显区别。同时也说明了本专利技术所制备的建筑材料原材料是不同于其他专利中所描述的制备的类似水泥的胶凝材料。本专利技术最终所制备的是碱金属(Li、Na、K等)
‑
硅
‑
铝结构的缩聚形成的无机聚合物材料，即所谓的地聚物材料。在制备过程中添加硅酸钾或硅酸钠的原因是在提供碱性环境条件的同时补充其中SiO2的含量，同时在制备过程中，随着碱性的降低析出大量的纳米级别的二氧化硅胶团，在“成核作用”下为地聚物形成聚合物提供了生长和扩链的基础，有利于形成强度。
[0027]本专利技术的有益效果是：
[0028]1.本专利技术充分利用微波的加热能力，通过使用微波加热煤矸石，利用煤矸石中的C元素吸波发热，从而达到适宜的温度，在煤矸石中所含C元素不足以将物料升温并保持在600～800℃的情况下通过添加焦炭、二氧化锰、四氧化三铁等吸波物质将物料升温到设计温度，通过设备实现添加料不影响煤矸石的热处理，同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种煤矸石微波活化制备地聚物材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：原料准备与前期处理：将收集而来的原料煤矸石经过破碎机破碎处理后进入立式粉磨机，在粉磨过程中加入三乙醇胺，经立式粉磨机粉磨后得到比表面积为250～600
㎡
/kg的煤矸石粉待用；S2：中期处理：将步骤S1处理的煤矸石粉用气流吹入微波处理器中升温达到600～800℃后再在微波处理器中保温处理1～6h，得到热处理后的煤矸石材料；S3：冷却处理与二次粉磨：经过步骤S2处理的煤矸石材料进入冷却工序，冷却至室温条件T+50℃，并在冷却过程中保持煤矸石材料中硅铝氧化物的无定形态，冷却过后的煤矸石材料经过立磨的二次粉磨最终得到地聚物原材料粉末，再由地聚物原材料粉末制备成地聚物材料。2.根据权利要求1所述的煤矸石微波活化制备地聚物材料的方法，其特征在于，原料煤矸石的主要化学成分的质量百分比为：SiO
2 30～65％，Al2O
3 13～40％，CaO 1.2～4.3％，Fe2O31.5～5.0％，MgO 1.0～5.0％，TiO
2 0.5～3.0％，K2O 0.5～3.0％，Na2O 0.5～3.0％，烧失量8.5～25.0％，其他元素0.1～1.0％。3.根据权利要求1所述的煤矸石微波活化制备地聚物材料的方法，其特征在于，所述步骤S1中三乙醇胺的用量为原料煤矸石总重量的0.3～0.5％。4.根据权利要求1所述的煤矸石微波活化制备地聚物材...

【专利技术属性】
技术研发人员：金小刚，窦顺珍，苏磊，
申请(专利权)人：北京荣露材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：