專利名稱：煤矸石工業(yè)廢渣用激發(fā)劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種煤矸石工業(yè)廢渣活性激發(fā)用激發(fā)劑。具體地講涉及一種各類煤矸石，包括自燃煤矸石、普通煤矸石等的潛在活性激發(fā)用激發(fā)外加劑，使得活化后的煤矸石可以大量、廣泛地應(yīng)用于水泥基建筑材料中。
背景技術(shù)：
煤矸石是夾雜在煤層中的含碳量較低、比煤堅(jiān)硬的巖石，是采煤和洗煤過程中排出固體廢棄物的總稱。在我國，僅2000年，煤矸石的排放量就達(dá)3.1億噸，約占當(dāng)年煤炭產(chǎn)量的10％左右。目前，煤矸石占地約22萬公頃，近300座煤矸石山發(fā)生過或正在發(fā)生自燃。大量的煤矸石不僅占用了大量的土地和農(nóng)田，而且嚴(yán)重污染了環(huán)境。減排煤矸石，并使其無害化、資源化已勢在必行。
煤矸石建筑材料發(fā)展相當(dāng)迅速，開拓了多種利用途徑，發(fā)展了較成熟和較先進(jìn)的技術(shù)。但是目前煤矸石的利用率僅有10％，在水泥基材料中主要將其用作水泥的混合材、混凝土的摻合料、混凝土骨料等，利用率尚處于較低水平。與其它固體廢棄物相比，影響煤矸石工業(yè)廢渣利用的關(guān)鍵是煤矸石的活性不高，如何激發(fā)其潛在活性是制約煤矸石工業(yè)廢渣利用的瓶頸。如何利用煤矸石工業(yè)廢渣，激發(fā)出潛在活性，經(jīng)過一定的工藝處理后，可以廣泛、大量地應(yīng)用與各類水泥基建筑材料，如大摻量煤矸石復(fù)合水泥、混凝土摻和料等中，不僅可改善了生態(tài)環(huán)境，符合社會可持續(xù)發(fā)展原則，而且具有廣闊的市場應(yīng)用前景與實(shí)際意義。
煤矸石的活性大小不僅取決于礦物成分，更取決于對其活性激發(fā)的途徑。從目前看來，有效激發(fā)煤矸石的活性的途徑主要有以下幾種物理激發(fā)，如煅燒、粉磨等；化學(xué)激發(fā)，摻加各類激發(fā)劑等；復(fù)摻其他礦物摻和料，如礦渣、粉煤灰、高鈣灰等；特種激發(fā)，如微波激發(fā)等。而化學(xué)激發(fā)是煤矸石最有效的激發(fā)途徑之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高效的煤矸石工業(yè)廢渣活性激發(fā)用激發(fā)劑及其制備方法。
本發(fā)明提出的煤矸石工業(yè)廢渣用激發(fā)劑，是一種化學(xué)激發(fā)劑，是包含有下列組分的混合料(記為混合物X)成分A占混合物重量的40-70％的堿激發(fā)成分；成分B占混合物重量的25-60％的堿凝膠組分；成分C占混合物重量的0-10％的調(diào)凝組分；成分A、B、C的百分?jǐn)?shù)總和為100％。
煤矸石組分是一種主要的膠凝材料，具有一定的水硬活性，但這種活性是潛在的。煤矸石煅燒導(dǎo)致的晶體變化和煤矸石晶體結(jié)構(gòu)對活化火山灰性能有很大影響。煤矸石的活性主要由其煅燒脫水后所形成的非晶相含量決定。由三組分組成的混合物X激發(fā)劑可以以兩種方式摻入煤矸石中，一是在在煤矸石高溫煅燒煅燒之前摻入。煤矸石在混合物X激發(fā)劑下煅燒，其成分A創(chuàng)造的高堿性條件下，煤矸石礦物顯示很大的活性，即其晶格中的一部份鋁被溶解于堿性溶液中，隨后會有一定量的硅溶出，使得煤矸石活性得到大大提高。
混合物X激發(fā)劑也可以在煤矸石煅燒后摻入。一般認(rèn)為，煤矸石在激發(fā)劑的組分作用下，會加速煤矸石礦物的下列水化反應(yīng)進(jìn)程
式中x≤2，y≤3。
式中x≤3。
當(dāng)煤矸石復(fù)合體系中存在有足夠量石膏時(shí)，鋁、石膏、Ca(OH)2便迅速化合形成鈣礬石，活性硅與Ca(OH)2生成二次CSH。從而使復(fù)合煤矸石體系早期強(qiáng)度較快增長。
經(jīng)過混合物X激發(fā)劑激發(fā)的煤矸石或摻入激發(fā)劑的煤矸石，可以廣泛的用于各類水泥基建筑材料，如大摻量煤矸石復(fù)合水泥、水泥混合材、混凝土摻和料等。
本發(fā)明中成分A是一種高堿性的化合物。該材料一般包含諸如氫氧化鈉、氫氧化鈣等堿或堿土氫氧化物。它使得煤矸石的水化不完全依賴于水泥熟料等礦物水化產(chǎn)生的氫氧化鈣數(shù)量和速度。煤矸石在水化初期就開始以較快的速度參與水化反應(yīng)，并產(chǎn)生強(qiáng)度，使得煤矸石的潛在水硬活性得以充分發(fā)揮。
成分B是一種能加速煤矸石復(fù)合體系中水化生成的凝膠組分，并增強(qiáng)煤矸石的強(qiáng)度，同時(shí)為煤矸石的活性發(fā)揮創(chuàng)造高堿性的環(huán)境，它可以包括強(qiáng)堿弱硅酸鹽，如硅酸鈉，硅酸鉀鈉等，一般硅酸鈉的模數(shù)在1-2之間。
成分C是一種調(diào)節(jié)煤矸石水化凝結(jié)時(shí)間的調(diào)凝組分。其在合適的摻量范圍內(nèi)，可以調(diào)整煤矸石的水化速率，并參與煤矸石的水化反應(yīng)，從而可以調(diào)整大摻量煤矸石復(fù)合水泥的凝結(jié)時(shí)間。一般選用二水石膏礦物或半水石膏礦物。
本發(fā)明的制備方法是首先將成分A、B、C在球磨機(jī)粉磨成粉末，比表面積控制在300-400m2/kg左右，然后在混合機(jī)中按規(guī)定的比例進(jìn)行混合即成。
使用時(shí)，混合物X可以在煤矸石煅燒前摻入，也可以在煤矸石煅燒、粉磨后加入。
本發(fā)明制備的煤矸石活性激發(fā)用激發(fā)劑具有以下優(yōu)異的性能1、激發(fā)劑可以在煤矸石煅燒時(shí)對其活性充分激發(fā)，也可在水化過程中對其活性激發(fā)，使得其潛在水活硬性得到充分發(fā)揮；2、激發(fā)劑激發(fā)煅燒的煤矸石或摻入激發(fā)劑的煤矸石，可以廣泛的用于各類水泥基建筑材料，如大摻量煤矸石復(fù)合水泥、混凝土摻和料等；3、激發(fā)劑的摻量可以根據(jù)煤矸石的用途，摻量大小而調(diào)整。
具體實(shí)施例方式
下面，將結(jié)合實(shí)例來進(jìn)一步說明本發(fā)明的實(shí)施方案。
實(shí)施例1將A、B、C三種成分按上述制備方法研磨成粉體，然后按下述重量比例進(jìn)行混合成分A氫氧化鈉 60％成分B硅酸鈉35％成分C二水石膏 5％由上述比例制備的激發(fā)劑可以在煤矸石煅燒前摻入，使其在煅燒過程中可以產(chǎn)生更多活性物質(zhì)，提高活性。
實(shí)施例2將A、B、C三種成分按上述制備方法研磨成粉體，然后按下述重量比例進(jìn)行混合成分A氫氧化鈉 47％成分B硅酸鈉47％成分C二水石膏 6％由上述比例制備的激發(fā)劑可以在煤矸石煅燒前摻入，也可以在煤矸石煅燒后摻入；可以在煤矸石煅燒時(shí)對其活性充分激發(fā)，也可在水化過程中對其活性激發(fā)，使得其潛在活性得到充分發(fā)揮。
實(shí)施例3將A、B、C三種成分按上述制備方法研磨成粉體，然后按下述重量比例進(jìn)行混合成分A氫氧化鈉 40％成分B硅酸鈉 58％成分C二水石膏 2％實(shí)施例4將A、B、C三種成分按上述制備方法研磨成粉體，然后按下述重量比例進(jìn)行混合成分A氫氧化鈉 30％成分B硅酸鈉 60％成分C二水石膏 10％實(shí)施例5將A、B、C三種成分按上述制備方法研磨成粉體，然后按下述重量比例進(jìn)行混合成分A氫氧化鈉 70％成分B硅酸鈉 25％成分C二水石膏 5％實(shí)施例6將A、B、C三種成分按上述制備方法研磨成粉體，然后按下述重量比例進(jìn)行混合成分A氫氧化鈉 60％成分B硅酸鈉 40％由上述實(shí)施例(3)-(6)制備獲得的激發(fā)劑，可以在煤矸石鍛燒前或鍛燒后摻入，對煤矸石的活性均具有良好的激發(fā)效果，使煤矸石的潛在活性得到充分發(fā)揮。
權(quán)利要求
1.一種煤矸石工業(yè)廢渣用激發(fā)劑，其特征在于為包含有下列組分的混合料成分A占混合物重量的40-70％的堿激發(fā)成分；成分B占混合物重量的25-60％的堿凝膠組分；成分C占混合物重量的0-10％的調(diào)凝組分；成分A、B、C的百分?jǐn)?shù)總和為100％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激發(fā)劑，其特征在于所說的堿激發(fā)劑成分為堿或堿土氫氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激發(fā)劑，其特征在于所說的堿土氫氧化物為氫氧化鈉、氫氧化鈣、氫氧化鉀之一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激發(fā)劑，其特征在于所說的堿凝膠成分為強(qiáng)堿弱硅酸鹽。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激發(fā)劑，其特征在于所說的強(qiáng)堿弱硅酸鹽為硅酸鈉或硅酸鉀鈉之一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激發(fā)劑，其特征在于所說的調(diào)凝組分為二水石膏或半水石膏。
7.一種如權(quán)利要求1所述的煤矸石工業(yè)廢渣用激發(fā)劑的制備方法，其特征在于首先將成分A、B、C研磨成粉體，比表面控制在300-400m2/kg，然后按規(guī)定的重量比例進(jìn)行混合即成。
8.一種如權(quán)利要求1所述的煤矸石工業(yè)廢渣用激發(fā)劑的使用方法，其特征在于在煤矸石煅燒前摻入，或者在煤矸石煅燒粉磨后加入。
全文摘要
本發(fā)明為一種煤矸石工業(yè)廢渣用激發(fā)劑，由堿激發(fā)組分(A)、堿凝膠組分(B)、調(diào)凝組分(C)按適當(dāng)?shù)闹亓勘壤旌投伞Ｔ摷ぐl(fā)劑可以在煤矸石煅燒前摻入，也可以在煤矸石煅燒后摻入。其加入量比較小，即具有良好的激發(fā)效果，使得煤矸石的潛在活性得到充分發(fā)揮。經(jīng)該激發(fā)劑激發(fā)的煤矸石可以廣泛用于各類水泥基建筑材料。
文檔編號C04B18/04GK1546413SQ20031010898
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月1日
發(fā)明者王培銘, 蔣正武, 孫振平 申請人:同濟(jì)大學(xué)