一种循环流化床粉煤灰基低碳水泥及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种循环流化床粉煤灰基低碳水泥及其制备方法。所述循环流化床粉煤灰基低碳水泥包括20～40wt.％的硅酸盐水泥熟料和80～60wt.％的循环流化床粉煤灰基料；所述循环流化床粉煤灰基料包括循环流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土；且所述水泥中，所述循环流化床粉煤灰的含量在20～80wt.％。本发明专利技术通过对微硅粉和硅藻土的加入，实现循环流化床粉煤灰固废在建材领域尤其是水泥领域的大掺比利用，提高了循环流化床粉煤灰在水泥中利用率，同时降低水泥熟料的使用，有利于减少水泥行业CO2排放。排放。

【技术实现步骤摘要】
一种循环流化床粉煤灰基低碳水泥及其制备方法


[0001]本专利技术属于工业固废材料化利用领域，具体涉及一种循环流化床粉煤灰基低碳水泥及其制备方法。

技术介绍

[0002]循环流化床粉煤灰是循环流化床锅炉的副产物，传统的煤粉炉燃煤发电技术会排放出大量的二氧化硫等有害气体，造成严重的空气污染，比如酸雨。循环流化床燃煤技术解决了劣质燃料利用率低的问题，同时，大幅度降低了二氧化硫的排放量。然而，这也意味着循环流化床粉煤灰排放量增加，根据不完全统计，到2019年循环流化床粉煤灰排放量已经达到0.65亿吨。
[0003]循环流化床锅炉采用炉内脱硫方式，锅炉燃烧过程中向炉内添加过量的固硫剂(石灰石)，石灰石在850～900℃燃烧温度下会分解成氧化钙，然后，氧化钙与炉内二氧化硫气体反应生成硬石膏(
Ⅱ‑
CaSO4)，从而将二氧化硫固定到循环流化床粉煤灰体内，最后，循环流化床粉煤灰会从锅炉上方排出炉外，这也是导致循环流化床粉煤灰含有大量的不安定组分f
‑
CaO和
Ⅱ‑
CaSO4的原因。正是不安定组分的存在使得循环流化床粉煤灰的利用率远低于煤粉炉粉煤灰。目前，循环流化床粉煤灰基本上都是大面积堆放，占用大量土地资源，增加筑坝的成本，还存在污染环境的隐患。因此，循环流化床粉煤灰的综合利用问题亟待解决。
[0004]循环流化床粉煤灰资源化利用已经成为当前的研究热点，比如：有价元素提取、作为土壤固化剂、制作植物肥料、化工和生物领域催化剂、吸附水溶液中有害离子。虽然这些方法为推动循环流化床粉煤灰资源化利用进程做出了一定的贡献，但是循环流化床粉煤灰的综合利用率仍然很低。
[0005]随着水泥建筑行业的迅速发展，2020年我国水泥年产量已经达到23.77亿吨，同比增长率逐年增加，使得天然矿物资源逐渐减少，导致水泥原料缺乏，故此，将循环流化床粉煤灰规模化利用制备水泥是一个有效的方法，而且固废每替代一吨水泥熟料会减少850公斤的CO2排放量，这不仅能够缓解水泥原料缺乏的问题，还能助力“双碳”目标的达成。
[0006]然而，相比于煤粉炉粉煤灰，循环流化床粉煤灰颗粒粗，不均匀，尤其是不安定组分f
‑
CaO和SO3含量较大，使得循环流化床粉煤灰用于建筑材料，存在体积不稳定、耐久性差等缺陷，因此循环流化床粉煤灰在建筑材料领域应用受限。
[0007]如何在建筑材料领域中，将循环流化床粉煤灰进行应用，是本领域的一个技术问题，而如何大比例的应用循环流化床粉煤灰，是本领域的一个难题。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术目的之一是提供一种循环流化床粉煤灰基低碳水泥，所述水泥包括20～40wt.％的硅酸盐水泥熟料和80～60wt.％的循环流化床粉煤灰基料；
[0009]所述循环流化床粉煤灰基料包括循环流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土；且所述水泥中，所述循环流化床粉煤灰的含量在20～80wt.％；
[0010]所述硅酸盐水泥熟料是P
·
I型42.5级别，颗粒比表面积大于400m2/kg；所述循环流化床粉煤灰的颗粒比表面积大于500m2/kg，所述的微硅粉的颗粒比表面积大于700m2/kg，所述硅藻土的颗粒比表面积大于600m2/kg。
[0011]本专利技术通过对微硅粉和硅藻土的加入，实现循环流化床粉煤灰固废在建材领域尤其是水泥领域的大掺比利用。具体地，本申请通过微硅粉和硅藻土稳定化利用循环流化床粉煤灰中不安定组分f
‑
CaO和SO3，大幅度提高循环流化床粉煤灰在水泥中利用率，同时降低水泥熟料的使用。
[0012]专利技术人预料不到地发现，在循环流化床粉煤灰中掺入一定量的微硅粉、硅藻土协同水泥熟料将f
‑
CaO和SO3稳定化，同时转化成水泥性能发展所需要的水化硅酸钙和钙矾石，一举两得。此外，微硅粉和硅藻土以及循环流化床粉煤灰的活性硅铝组分继续参与二次水化反应生成有用的凝胶产物，进一步提升水泥性能，所述一种高掺比循环流化床粉煤灰基低碳水泥满足42.5水泥的基本性能指标。
[0013]需要说明的是，本申请所述的循环流化床粉煤灰基低碳水泥与本领域通常所述的水泥不同，本领域通常所述的水泥是水泥熟料与石膏的混合。即本申请所述的循环流化床粉煤灰基低碳水泥未加入石膏组分，因为不安定组分CaSO4与石膏具备相似的作用，所以循环流化床粉煤灰中不安定组分CaSO4(直接水化反应导致其体积膨胀，所以称为不安定组分)被本专利充分利用。微硅粉和硅藻土可以将循环流化床粉煤灰的f
‑
CaO硅酸化转化成有用的水化产物(水化硅酸钙)，同时，水泥熟料和CaSO4反应生成钙矾石，这种方法既可以稳定化不安定组分，同时将其转化成水泥性能发展所需的水化产物。
[0014]优选地，所述循环流化床粉煤灰基料中，循环流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土的混合比例为6～12:2～8:1。
[0015]循环流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土的合适比例，结合硅酸盐水泥熟料的添加，不仅能够更好的稳定循环流化床粉煤灰中的不安定成分，降低水泥熟料的使用量，同时能够提高水泥的性能指标，达到42.5水泥的基本性能指标。
[0016]优选地，所述硅酸盐水泥熟料中，比表面积400～500m2/kg的颗粒占比80～90％，300～380m2/kg的颗粒占比5～13％，520～600m2/kg的颗粒占比7～15％。
[0017]优选地，所述循环流化床粉煤灰中，比表面积500～600m2/kg的颗粒占比85～90％，400～480m2/kg的颗粒占比5～8％，620～700m2/kg的颗粒占比5～8％。
[0018]优选地，所述硅藻土中，比表面积600～700m2/kg的颗粒占比85～90％，500～580m2/kg的颗粒占比7～10％，720～800m2/kg的颗粒占比0～8％；
[0019]优选地，所述微硅粉中，比表面积700～800m2/kg的颗粒占比85～90％，600～680m2/kg的颗粒占比0～7％，820～900m2/kg的颗粒占比8～10％。
[0020]上述对硅酸盐水泥熟料、循环流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土的颗粒级配的选择，进一步提高了水泥的性能。特定级配的硅酸盐水泥熟料、循环流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土可以加速稳定化反应，使不安定组分更快更充分的被稳定化利用，生成有利于水泥性能发展的水化产物，从而提高水泥的性能。
[0021]本申请目的之二是提供一种如目的之一所述的循环流化床粉煤灰基低碳水泥的
制备方法，包括如下步骤：
[0022](1)将循环流化床粉煤灰、微硅粉、硅藻土和水泥熟料分别进行粉磨，获得颗粒比表面积大于400m2/kg的硅酸盐水泥熟料、比表面积大于500m2/kg的循环流化床粉煤灰的颗粒、比表面积大于700m2/kg的微硅粉的颗粒、比表面积大于600m2/kg的硅藻土的颗粒；所述的硅酸盐水泥熟料为P
·
I型42.5级别；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种循环流化床粉煤灰基低碳水泥，其特征在于，所述水泥包括20～40wt.％的硅酸盐水泥熟料和80～60wt.％的循环流化床粉煤灰基料；所述循环流化床粉煤灰基料包括循环流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土；且所述水泥中，所述循环流化床粉煤灰的含量在20～80wt.％；所述硅酸盐水泥熟料是P
·
I型42.5级别，颗粒比表面积大于400m2/kg；所述循环流化床粉煤灰的颗粒比表面积大于500m2/kg，所述的微硅粉的颗粒比表面积大于700m2/kg，所述硅藻土的颗粒比表面积大于600m2/kg。2.根据权利要求1所述的循环流化床粉煤灰基低碳水泥，其特征在于，所述循环流化床粉煤灰基料中，循环流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土的混合比例为6～12:2～8:1。3.根据权利要求1或2所述的循环流化床粉煤灰基低碳水泥，其特征在于，所述硅酸盐水泥熟料中，比表面积400～500m2/kg的颗粒占比80～90％，300～380m2/kg的颗粒占比5～13％，520～600m2/kg的颗粒占比7～15％。4.根据权利要求1～3之一所述的循环流化床粉煤灰基低碳水泥，其特征在于，所述循环流化床粉煤灰中，比表面积500～600m2/kg的颗粒占比85～90％，400～480m2/kg的颗粒占比5～8％，620～700m2/kg的颗粒占比5～8％。5.根据权利要求1～4之一所述的循环流化床粉煤灰基低碳水泥，其特征在于，所述硅藻土中，比表面积600～700m2/kg的颗粒占比85～90％，500～580m2/kg的颗粒占比7～10％，720～800m2/kg的颗粒占比0～8％。6.根据权利要求1～4之一所述的循环流化床粉煤灰基低碳水泥，其特征在于，所述微硅粉中，比表面积700～800m2/kg的颗粒占比85～90％，680～700m2/kg的颗粒占比0～7％，820～900m2/kg的颗粒占比8～10％。7.一种根据权利要求1～6之一所述的循环流化床粉煤灰基低碳水泥的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)将循环流化床粉煤灰、微硅粉、硅藻土和水泥熟料分别进行粉磨，获得颗粒比表面积大于300m2/kg的硅酸盐水泥熟料、比表面积大于400m2/kg的循环流化床粉煤灰的颗粒、比表面积大于600m2/kg的微硅粉的颗粒、比表面积大于500m2/kg的硅藻土的颗粒；所述的硅酸盐水泥熟料为P
·
I型42.5级别；(2)将循环流化床粉煤灰、微硅粉、硅藻土和水泥熟料按比例混合，获得循环流化床粉煤灰基低碳水泥；所述低碳水泥包括20～40wt.％的硅酸盐水泥熟料和80～60wt.％的循环流化床粉煤灰基料；所述循环流化床粉煤灰基料包括循环流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土；且所述水泥中，所述循环流化床粉煤灰的含量在20～80wt.％。8.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓明，张未，张增起，李彦天，谷佳睿，李圳，李丽锋，任晓明，
申请(专利权)人：山西河坡发电有限责任公司山西中科泓源环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：