一种气化渣基胶凝材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种气化渣基胶凝材料及其制备方法与应用，所述气化渣基胶凝材料的制备方法包括如下步骤：（1）均匀混合气化渣与无机酸，得到预处理气化渣；（2）步骤（1）所得预处理气化渣经机械化学活化处理，得到处理料浆；（3）步骤（2）所得处理料浆依次经浇注与养护处理，得到所述气化渣基胶凝材料；步骤（2）所述机械化学活化处理包括转速与球磨时间均依次增加的第一处理段、第二处理段以及第三处理段。本发明专利技术仅采用气化渣一种固废作为原料，同时以无机酸解聚活化，以气化渣中自带的铝、钙作为激发剂，原位激发制备出力学性能较好的气化渣基胶凝材料，实现了气化渣的全量化、规模化利用。规模化利用。

【技术实现步骤摘要】
一种气化渣基胶凝材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及建工建材
，具体涉及一种气化渣基胶凝材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]煤气化是清洁利用煤炭资源的核心技术，随着煤气化技术的大规模推广，年消耗煤炭量巨大，气化渣产生量随之增加。目前气化渣的处理方式主要为堆存和填埋，尚未大规模工业化应用，造成了严重的环境污染和土地资源浪费，对可持续发展造成不利影响。基于气化渣具有玻璃相含量高、硅含量高等特点，可作为胶凝材料的重要替代原料。
[0003]采用传统固废制备胶凝材料主要以矿渣粉和其他固废复配，通过碱和硅酸盐进行激发得到胶凝材料。CN 114804675A公开了一种复合碱激发胶凝材料及其制备方法，该胶凝材料的制备方法为，首先对磷石膏进行碱性预处理，同时对钢渣、镁渣、矿渣采用粉煤灰进行高温活化，然后再将预处理后的磷石膏、钢渣、镁渣、矿渣和碱激发剂混合，制得复合碱激发胶凝材料。
[0004]CN 114477806A公开了一种低碳胶凝材料及其制备方法，具体包括将钢渣、高炉矿渣、粉煤灰、脱硫石膏、石灰和激发剂按比例混匀，将混匀后的物料经过磁选和筛分，分离出RO相后，传送进辊压机，当物料表面产生裂纹时，进行蒸湿处理，处理完成后通入工业烟气固化，传送至超细磨机，控制物料细度，即可得到低碳胶凝材料。
[0005]上述胶凝材料的制备均存在高活性矿渣利用量大、碱激发剂用量大等缺点，增加了成本与能耗。
[0006]气化渣作为煤基固废，属于典型难以利用的铝硅酸盐固废，其反应活性较低，目前以气化渣为原料制备胶凝材料的研究较少，主要通过低掺量气化渣与其他固废复配，通过碱激发制备胶凝材料。CN 113336516A公开了一种采用多元固废制备的胶凝材料及其协同调控方法，该胶凝材料由以下重量百分比的原料制成：熟料79.5%，赤泥4%，钢渣4%，脱硫石膏3.5%，高铝粉煤灰3.5%，煤气化渣1.5%，水4%；所述熟料由以下重量百分比的原料制成：锆渣35%，煤矸石35%，电石渣17%，高硫烟灰13%。
[0007]CN 115073114A公开了一种镁渣大掺量免水泥胶凝材料及其制备方法和应用，包括以下步骤：将镁渣、粉煤灰、气化粗渣、燃煤灰渣和脱硫石膏进行粉磨活化，得到基料；将煤矸石分级破碎得到的煤矸石骨料和燃煤灰渣分级破碎得到的燃煤灰渣骨料进行混合，得到混合骨料；将所述基料、混合骨料和外加剂混合，得到镁渣大掺量免水泥胶凝材料。
[0008]但上述胶凝材料的制备均存在气化渣掺量低、胶凝材料强度低等问题。
[0009]针对现有技术的不足，需要提供一种采用气化渣单一固废制备高强度、低碳低钙的胶凝材料的方法。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的在于提供一种气化渣基胶凝材料及其制备方法与应用，以单一固废
气化渣为原料，无额外碱激发剂加入，采用工业副产无机酸对气化渣活化改性和钙铝原位激发制备气化渣基胶凝材料，制备过程的能耗物耗较低，碳排放较低，所得产品强度高，可替代水泥，广泛用于混凝土、水泥制品、矿井充填等领域，实现了气化渣的全量化、规模化利用，经济与环境效益显著，易于大规模推广应用。
[0011]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0012]第一方面，本专利技术提供了一种气化渣基胶凝材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0013]（1）均匀混合气化渣与无机酸，得到预处理气化渣；
[0014]（2）步骤（1）所得预处理气化渣经机械化学活化处理，得到处理料浆；
[0015]（3）步骤（2）所得处理料浆依次经浇注与养护处理，得到所述气化渣基胶凝材料；
[0016]步骤（2）所述机械化学活化处理包括转速与球磨时间均依次增加的第一处理段、第二处理段以及第三处理段。
[0017]本专利技术提供的制备方法，一方面，仅采用气化渣一种固废作为原料，解决了气化渣掺量低的问题；另一方面，以无机酸解聚活化，以气化渣中自带的铝、钙作为激发剂，原位激发制备气化渣基胶凝材料，解决了气化渣反应活性低、产品强度低等问题，避免了碱激发剂和水泥的加入，缩短了工艺流程，制得产品可以替代42.5标号水泥，降低了生产成本，大幅提高了产品品质；
[0018]本专利技术采用机械化学耦合活化的方式，将传统的先机械活化后化学活化的方式进行变革，通过机械化学耦合活化不仅可以降低颗粒的粒度，同时增加矿相的畸变率，进而提高了反应活性；化学场的引入通过将多聚体解聚和硅氧羟基化协同调控，促进了气化渣硅组分胶体化，可以大幅提高胶凝材料的早期强度。
[0019]优选地，步骤（1）所述气化渣的来源包括干煤粉气流床气化炉和/或水煤浆气化炉。
[0020]优选地，步骤（1）所述无机酸的氢离子浓度为2
‑
8mol/L，例如可以是2mol/L、3mol/L、4mol/L、5mol/L、6mol/L、7mol/L或8mol/L，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0021]优选地，步骤（1）所述无机酸包括工业副产无机酸，所述工业副产无机酸包括盐酸、硫酸或硝酸中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括盐酸与硫酸的组合，硫酸与硝酸的组合，或盐酸、硫酸与硝酸的组合。
[0022]优选地，步骤（1）所述均匀混合的步骤包括：在气化渣中逐步加入无机酸，所述逐步加入的过程中不断进行机械混合。
[0023]所述无机酸需逐步加入而非一次性加入，避免混合不均匀，从而降低预处理效果。
[0024]优选地，步骤（1）所述均匀混合的转速为50
‑
200r/min，例如可以是50r/min、100r/min、150r/min、180r/min或200r/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0025]优选地，步骤（1）所述无机酸与气化渣的液固比为1
‑
2.5mL/g，例如可以是1mL/g、1.2mL/g、1.5mL/g、2mL/g或2.5mL/g，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0026]优选地，步骤（2）所述机械化学活化处理的设备包括球磨机、棒磨机或柱磨机中的
任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括球磨机与棒磨机的组合，棒磨机与柱磨机的组合，或球磨机、棒磨机与柱磨机的组合。
[0027]所述机械化学活化处理包括机械研磨和酸活化反应的耦合集成。
[0028]优选地，所述第一处理段的转速为100
‑
200r/min，第二处理段的转速为200
‑
400r/min，第三处理段的转速为400
‑
500r/min。
[0029]所述第一处理段的转速为100
‑
200r/min，例如可以是100r/min、120r/min、150r/min、180r/min或200r/min，但不限于所列举的数值，数值范围内其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气化渣基胶凝材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：（1）均匀混合气化渣与无机酸，得到预处理气化渣；（2）步骤（1）所得预处理气化渣经机械化学活化处理，得到处理料浆；（3）步骤（2）所得处理料浆依次经浇注与养护处理，得到所述气化渣基胶凝材料；步骤（2）所述机械化学活化处理包括转速与球磨时间均依次增加的第一处理段、第二处理段以及第三处理段。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述无机酸的氢离子浓度为2
‑
8mol/L。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述无机酸与气化渣的液固比为1
‑
2.5mL/g。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一处理段的转速为100
‑
200r/min，第二处理段的转速为200
‑
400r/min，第三处理段的转速为400
‑
500r/min。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一处理段的球磨时间为5
‑
15min，第二处理段的球磨时间为15
‑
60min，第三处理段的球磨时间为60
‑
90min。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述机械化学活化处理的温度为20
‑
80℃。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述养护处理包括依次进行的第一养护段、第二养护段以及第三养护段；所述第一养护段的湿度≤20%，温度为60
‑
80℃，时间为2
‑
8h；所述第二养护段的湿度为20
‑
80%，温度为40
‑
60℃，时间为8
‑
18h；所述第三养护段的湿度≥80%，温度为40
‑
60℃，时...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建波，李少鹏，常瑞琪，李会泉，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：