本發(fā)明涉及資源綜合利用技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種利用低品位石灰石制備混凝土膨脹熟料的方法。
背景技術(shù)：
水泥混凝土是一種水硬性膠凝材料，在其水化硬化過程中會出現(xiàn)體積縮小現(xiàn)象，約束條件下的收縮在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生收縮應(yīng)力，該應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時就會導(dǎo)致混凝土開裂形成收縮裂縫。為了抑制由收縮引起的水泥混凝土的開裂，可采用摻入纖維、減縮劑、養(yǎng)護劑、減蒸劑等多種方法，其中最經(jīng)濟易行的辦法是摻加膨脹劑，以膨脹劑水化產(chǎn)生的膨脹來補償混凝土收縮。根據(jù)膨脹源種類可將膨脹劑分為鈣礬石型、氧化鈣型和氧化鎂型，目前應(yīng)用最廣泛的膨脹劑當(dāng)屬氧化鈣型。
公開號為cn101333083a的中國專利公開了一種高性能膨脹性水泥熟料及其制備得到的系列膨脹劑。采用石灰石、礬土、石膏和鐵粉為原料，對原材料的品質(zhì)要求為石灰石中cao含量≥50％、礬土中al2o3含量≥70％、石膏中so3含量≥48％以及鐵粉中fe2o3含量≥80％。
公開號為cn101774777a的中國專利公開了一種氧化鈣類膨脹劑的制備方法。采用石灰石、石膏和銅渣為原料，對原材料的品質(zhì)要求為石灰石中cao含量≥53％、石膏中so3含量≥48％以及銅渣中cuo含量≥75％。
公開號為cn1369455a的中國專利公開了一種高效硫鋁酸鈣型膨脹劑及工藝。采用石灰石、鋁礬土和石膏為原料，對原材料的品質(zhì)要求為石灰石中cao含量≥53％、鋁礬土中al2o3含量≥70％、石膏中so3含量≥48％。
公開號為cn103951302a的中國專利公開了一種多用途高鈣膨脹熟料及其制備方法。采用石灰石和鐵粉為原料，對原材料的品質(zhì)要求為石灰石中cao含量≥54％、鐵粉中fe2o3含量≥70％。
上述膨脹劑的制備方法多以石灰石、礬土和石膏為原料，對原材料的品質(zhì)要求高。石灰石中cao含量的最低品位要求大于50％，礬土中al2o3含量的最低品位要求大于70％，石膏中so3含量的最低品位要求大于48％。
隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)展，各行各業(yè)對高品位礦石的開采加速，相應(yīng)伴生的低品位尾礦及其工業(yè)廢棄物的堆存越來越多，大量尾礦及工業(yè)廢棄物的長期堆存不僅占用了土地資源，而且嚴(yán)重污染了人類生活的環(huán)境，不利于資源的可持續(xù)發(fā)展和資源的回收再利用。
如何合理有效的利用低品位尾礦及其工業(yè)廢棄物已成為十分嚴(yán)峻的問題。
傳統(tǒng)膨脹熟料多采用高品位石灰石、礬土和石膏為原料進行制備，制備的膨脹熟料不僅經(jīng)濟成本較高，而且受高品位礦石產(chǎn)地的影響較明顯，無法滿足基于膨脹劑應(yīng)用市場需求進行膨脹熟料生產(chǎn)線建設(shè)的需要。如何利用廉價易得的材料制備性能優(yōu)異的膨脹熟料是膨脹劑行業(yè)面臨的重要課題。
石灰石是制造水泥、石灰等建筑材料的主要原料，現(xiàn)有的水泥、石灰生產(chǎn)技術(shù)多采用cao含量在46％以上的高品位石灰石，消耗了大量的優(yōu)質(zhì)石灰石資源，并相應(yīng)的伴生出大量的石灰石尾礦。石灰石尾礦是石灰石礦的副產(chǎn)品，是石灰石礦山開采、篩選后遺棄堆存的cao含量低、顆粒尺寸小的礦石。隨著我國水泥產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，高品位石灰石資源的急劇減少，而低品位的石灰石尾礦明顯增多，提高石灰石資源的利用率，充分利用低品位石灰石資源生產(chǎn)新型建筑材料，對石灰石資源的綜合利用具有現(xiàn)實意義。
電石渣是化工行業(yè)以電石為原料生產(chǎn)乙炔、聚氯乙烯、聚乙烯醇等產(chǎn)品時，電石與水反應(yīng)生成乙炔氣體的過程中產(chǎn)生的工業(yè)廢棄物，其主要化學(xué)成分為ca(oh)2，排放量約為電石產(chǎn)量的75％～85％。電石渣具有強堿性，屬于ⅱ類工業(yè)固體廢棄物，其污染嚴(yán)重，難以處理，若長期堆積不但占用大量土地，而且對土地有嚴(yán)重的侵蝕作用。
目前利用電石渣制水泥已經(jīng)成為大規(guī)模處置電石渣的唯一途徑，但受水泥產(chǎn)能過剩及市場價格因素影響，電石渣制備生產(chǎn)的水泥缺乏足夠的技術(shù)經(jīng)濟競爭優(yōu)勢，導(dǎo)致電石渣在水泥行業(yè)中的應(yīng)用受到限制。要想實現(xiàn)電石渣的高附加值利用，只有在技術(shù)上謀求突破，尋求新的治理工藝，綜合利用，化害為利，變廢為寶。
脫硫石膏是火力發(fā)電廠的煙氣脫硫裝置采用石灰石—石膏濕法煙氣脫硫系統(tǒng)時，由so2和caco3反應(yīng)生成的一種工業(yè)副產(chǎn)石膏，主要成分為caso4·2h2o，還有一些雜質(zhì),如未反應(yīng)完全的碳酸鈣，以及少量的鉀鹽和鈉鹽。脫硫石膏的利用往往只是一種理論上的說法。
我國的礦石膏(caso4)資源相當(dāng)豐富，已探明的儲量超過10億噸，這種礦石膏容易開采、價廉物美，被大量用作建筑物裝飾材料和雕塑材料，還廣泛地應(yīng)用于鑄造、陶瓷、醫(yī)療、化妝品、食品等領(lǐng)域。
而脫硫石膏含有多種雜質(zhì)，松散如豆腐渣狀，其抗壓強度、抗拉強度等都無法與礦石膏競爭，因而是價不廉物不美，沒人愿意采用，最終不得不作拋棄處理，占用百萬畝以上的土地。
專家認(rèn)為，雖然轉(zhuǎn)換了形態(tài)，脫硫石膏還是一種危害嚴(yán)重的污染源，如不采取積極有效的措施，數(shù)量驚人的脫硫石膏將可能對土地、地下水和大氣環(huán)境造成新的污染。
煤矸石是一種與煤伴生的發(fā)熱量低、灰分高，主要由含碳巖石和其他巖石組成的混合物。我國在利用煤炭作為主要能源的同時，也排出大量的煤矸石，隨著煤炭產(chǎn)量逐年增加，煤矸石積累的也愈來愈多，成為我國排放量最大的工業(yè)固體廢棄物之一。目前國內(nèi)對煤矸石的利用多集中在回填煤礦采空區(qū)、鋪路、土壤改良、做建筑材料和發(fā)電等。其中利用煤矸石在沸騰爐燃燒產(chǎn)生的熱量來發(fā)電或供暖，是煤矸石能源化再利用的最有效方式，但是煤矸石燃燒后將產(chǎn)生大量的灰渣，如果處理不當(dāng)會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。煤矸石中即含有較多的al2o3、sio2等礦物資源，又含有一定發(fā)熱量的可燃能源，如何實現(xiàn)煤矸石礦物資源和可燃能源的綜合開發(fā)利用，以此來提高煤矸石附加值，是社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展節(jié)能減排的必然要求。
在提倡可持續(xù)發(fā)展的今天，能源資源的高效利用和環(huán)境保護問題受到越來越多人的關(guān)注。如何充分利用工業(yè)生產(chǎn)過程中副產(chǎn)的大量石灰石尾礦、電石渣、脫硫石膏及煤矸石的有效成分，成為亟待解決的技術(shù)問題，但現(xiàn)有的技術(shù)中尚沒有很好的解決辦法。特別是關(guān)于綜合利用石灰石尾礦、電石渣、脫硫石膏及煤矸石中富含的鈣質(zhì)、硫質(zhì)和鋁質(zhì)礦物資源及一部分的發(fā)熱能源，生產(chǎn)制備混凝土膨脹熟料的方法也未見報道。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對目前膨脹熟料及膨脹劑的制備過程中，普遍采用高品位石灰石、石膏和礬土為原料，給礦物資源的可持續(xù)發(fā)展帶來不可逆影響等問題，本發(fā)明提供一種利用低品位石灰石制備混凝土膨脹熟料及其制備方法。
本發(fā)明所述低品位石灰石制備混凝土膨脹熟料以低品位石灰石尾礦為主要鈣質(zhì)原料、以電石渣為鈣質(zhì)原料的調(diào)節(jié)料、以脫硫石膏為硫質(zhì)原料及高鋁煤矸石為鋁質(zhì)原料制備混凝土膨脹熟料的方法。
本發(fā)明所述利用低品位石灰石制備的混凝土膨脹熟料由四大組分按下述重量份數(shù)比組成：
所述低品位石灰石為石灰石尾礦，cao含量42％～45％
所述電石渣為干排電石渣，用于調(diào)節(jié)低品位石灰石中的cao含量，其含水率≤10％，cao含量≥65％；
所述脫硫石膏為含水率≤1％的干粉，顆粒細度250～325目，so3含量≥42％；
所述高鋁煤矸石中al2o3含量≥35％，發(fā)熱值2000kcal/kg～3000kcal/kg。
本發(fā)明所述的利用工業(yè)廢渣的混凝土膨脹熟料的制備方法如下：
⑴先將低品位石灰石和高鋁煤矸石兩種原料按上述重量份數(shù)配料后送入球磨機粉磨至200～250目，粉磨后得到混合物料，將其送入混合物料庫存儲；
⑵經(jīng)裝載機將電石渣裝入給料箱，通過卸料輸送機和皮帶輸送機送至葉輪給料機，然后經(jīng)過打散機將打散過的電石渣喂入旋風(fēng)干燥機，與從窯尾引入的熱煙氣進行充分的熱交換，烘干后電石渣干粉經(jīng)旋風(fēng)收塵器收集后送入電石渣干粉庫存儲；
⑶將步驟⑴所得的混合物料與⑵所得的電石渣干粉及外購的脫硫石膏粉經(jīng)各自存儲庫底的自動配料系統(tǒng)配料，經(jīng)混合機混合均勻后送入生料庫存儲；
⑷生料庫內(nèi)的生料粉經(jīng)庫底卸料裝置、空氣輸送斜槽、斗式提升機輸送至窯尾穩(wěn)流喂料小倉，由固體流量計計量后喂入回轉(zhuǎn)窯煅燒，煅燒溫度為1250℃～1350℃，煅燒時間為40～60分鐘，得到混凝土膨脹熟料。
⑸經(jīng)回轉(zhuǎn)窯煅燒的混凝土膨脹熟料由窯頭卸出，冷卻后粉磨至比表面積為200～300m2/kg，即得到本發(fā)明一種利用低品位石灰石制備的混凝土膨脹熟料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：
⑴本發(fā)明以低品位石灰石尾礦為主要鈣質(zhì)原料，以電石渣為鈣質(zhì)原料的補充調(diào)節(jié)料，通過低品位石灰石尾礦和電石渣的復(fù)合，調(diào)配了鈣質(zhì)原料中cao含量，實現(xiàn)了低品位石灰石尾礦的高品位應(yīng)用。
⑵本發(fā)明以低品位石灰石尾礦、電石渣、脫硫石膏和高鋁煤矸石四種工業(yè)廢棄物為原料，通過以廢治廢開辟了一條制備混凝土膨脹熟料的新途徑，很好的解決了工業(yè)廢渣對生態(tài)環(huán)境造成污染的社會問題，實現(xiàn)了資源的再利用。
⑶本發(fā)明充分利用高鋁煤矸石中熱值能源，使煤矸石在熟料燒成過程中放出自身熱量，有效降低了膨脹熟料的燒成熱耗，在保護環(huán)境的同時有效降低了生產(chǎn)成本，顯著增加了膨脹熟料的市場競爭力。
⑷本發(fā)明的工藝充分利用窯尾尾氣的余熱烘干電石渣，實現(xiàn)了能量的梯級合理利用，節(jié)能效果顯著。
⑸本發(fā)明所用原料均為工業(yè)廢棄物，不受礦產(chǎn)資源地理位置限制，且廉價易得，與現(xiàn)有的以高品位石灰石、石膏和鋁礬土為原料制備的膨脹熟料相比，生產(chǎn)成本低、市場競爭力強，便于推廣應(yīng)用。
具體實施方式
下面通過具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。本發(fā)明下述實施例中使用的低品位石灰石來自江蘇船山礦業(yè)股份有限公司；電石渣來自安徽華塑股份有限公司；脫硫石膏來自江蘇華電句容發(fā)電有限公司；高鋁煤矸石來源山西大同礦區(qū)。
實施例1
本發(fā)明實施例1混凝土膨脹熟料按重量份數(shù)由下列原料組成：
本實施例1混凝土膨脹熟料的制備方法包括如下步驟：
⑴先將50份低品位石灰石和15份高鋁煤矸石按比例配料后送入球磨機粉磨至200目，其后送入混合物料庫存儲；
⑵經(jīng)裝載機將電石渣裝入給料箱，通過卸料輸送機和皮帶輸送機送至葉輪給料機，然后經(jīng)過打散機將打散過的電石渣喂入旋風(fēng)干燥機，與從窯尾引入的熱煙氣進行充分的熱交換，烘干后電石渣干粉經(jīng)旋風(fēng)收塵器收集后送入電石渣干粉庫存儲；
⑶通過存儲庫庫底的自動配料系統(tǒng)將65份混合物料、25份電石渣和10份脫硫石膏送入混合機，經(jīng)混合機混合均勻后送入生料庫存儲；
⑷生料庫內(nèi)的生料粉經(jīng)庫底卸料裝置、空氣輸送斜槽、斗式提升機輸送至窯尾穩(wěn)流喂料小倉，由固體流量計計量后喂入回轉(zhuǎn)窯煅燒，煅燒溫度為1250℃，煅燒時間為60分鐘。
⑸經(jīng)回轉(zhuǎn)窯煅燒的混凝土膨脹熟料由窯頭卸出，冷卻后粉磨至比表面積為300m2/kg，即得到本發(fā)明一種利用低品位石灰石制備的混凝土膨脹熟料h1。
采用gb8076規(guī)定的基準(zhǔn)水泥，在水泥中摻入10％％的本發(fā)明所制得膨脹熟料h1，按照gb23439-2009《混凝土膨脹劑》的規(guī)定進行檢測，其物理性能見表1。
表1
實施例2
本發(fā)明實施例2混凝土膨脹熟料按重量份數(shù)由下列原料組成：
本實施例2混凝土膨脹熟料的制備方法包括如下步驟：
⑴先將55份低品位石灰石和10份高鋁煤矸石按比例配料后送入球磨機粉磨至250目，其后送入混合物料庫存儲；
⑵經(jīng)裝載機將電石渣裝入給料箱，通過卸料輸送機和皮帶輸送機送至葉輪給料機，然后經(jīng)過打散機將打散過的電石渣喂入旋風(fēng)干燥機，與從窯尾引入的熱煙氣進行充分的熱交換，烘干后電石渣干粉經(jīng)旋風(fēng)收塵器收集后送入電石渣干粉庫存儲；
⑶通過存儲庫庫底的自動配料系統(tǒng)將65份混合物料、30份電石渣和5份脫硫石膏送入混合機，經(jīng)混合機混合均勻后送入生料庫存儲；
⑷生料庫內(nèi)的生料粉經(jīng)庫底卸料裝置、空氣輸送斜槽、斗式提升機輸送至窯尾穩(wěn)流喂料小倉，由固體流量計計量后喂入回轉(zhuǎn)窯煅燒，煅燒溫度為1350℃，煅燒時間為40分鐘。
⑸經(jīng)回轉(zhuǎn)窯煅燒的混凝土膨脹熟料由窯頭卸出，冷卻后粉磨至比表面積為250m2/kg，即得到本發(fā)明一種利用低品位石灰石制備的混凝土膨脹熟料h2。
采用gb8076規(guī)定的基準(zhǔn)水泥，在水泥中摻入10％％的本發(fā)明所制得膨脹熟料h2，按照gb23439-2009《混凝土膨脹劑》的規(guī)定進行檢測，其物理性能見表2。
表2
實施例3
本發(fā)明實施例3混凝土膨脹熟料按重量份數(shù)由下列原料組成：
本實施例3混凝土膨脹熟料的制備方法包括如下步驟：
⑴先將50份低品位石灰石和10份高鋁煤矸石按比例配料后送入球磨機粉磨至200目，其后送入混合物料庫存儲；
⑵經(jīng)裝載機將電石渣裝入給料箱，通過卸料輸送機和皮帶輸送機送至葉輪給料機，然后經(jīng)過打散機將打散過的電石渣喂入旋風(fēng)干燥機，與從窯尾引入的熱煙氣進行充分的熱交換，烘干后電石渣干粉經(jīng)旋風(fēng)收塵器收集后送入電石渣干粉庫存儲；
⑶通過存儲庫庫底的自動配料系統(tǒng)將60份混合物料、25份電石渣和15份脫硫石膏送入混合機，經(jīng)混合機混合均勻后送入生料庫存儲；
⑷生料庫內(nèi)的生料粉經(jīng)庫底卸料裝置、空氣輸送斜槽、斗式提升機輸送至窯尾穩(wěn)流喂料小倉，由固體流量計計量后喂入回轉(zhuǎn)窯煅燒，煅燒溫度為1350℃，煅燒時間為40分鐘。
⑸經(jīng)回轉(zhuǎn)窯煅燒的混凝土膨脹熟料由窯頭卸出，冷卻后粉磨至比表面積為250m2/kg，即得到本發(fā)明一種利用低品位石灰石制備的混凝土膨脹熟料h3。
采用gb8076規(guī)定的基準(zhǔn)水泥，在水泥中摻入10％％的本發(fā)明所制得膨脹熟料h3，按照gb23439-2009《混凝土膨脹劑》的規(guī)定進行檢測，其物理性能見表3。
表3
實施例4
本發(fā)明實施例4混凝土膨脹熟料按重量份數(shù)由下列原料組成：
本實施例1混凝土膨脹熟料的制備方法包括如下步驟：
⑴先將52份低品位石灰石和10份高鋁煤矸石按比例配料后送入球磨機粉磨至250目，其后送入混合物料庫存儲；
⑵經(jīng)裝載機將電石渣裝入給料箱，通過卸料輸送機和皮帶輸送機送至葉輪給料機，然后經(jīng)過打散機將打散過的電石渣喂入旋風(fēng)干燥機，與從窯尾引入的熱煙氣進行充分的熱交換，烘干后電石渣干粉經(jīng)旋風(fēng)收塵器收集后送入電石渣干粉庫存儲；
⑶通過存儲庫庫底的自動配料系統(tǒng)將62份混合物料、28份電石渣和10份脫硫石膏送入混合機，經(jīng)混合機混合均勻后送入生料庫存儲；
⑷生料庫內(nèi)的生料粉經(jīng)庫底卸料裝置、空氣輸送斜槽、斗式提升機輸送至窯尾穩(wěn)流喂料小倉，由固體流量計計量后喂入回轉(zhuǎn)窯煅燒，煅燒溫度為1300℃，煅燒時間為50分鐘。
⑸經(jīng)回轉(zhuǎn)窯煅燒的混凝土膨脹熟料由窯頭卸出，冷卻后粉磨至比表面積為200m2/kg，即得到本發(fā)明一種利用低品位石灰石制備的混凝土膨脹熟料h4。
采用gb8076規(guī)定的基準(zhǔn)水泥，在水泥中摻入10％％的本發(fā)明所制得膨脹熟料h4，按照gb23439-2009《混凝土膨脹劑》的規(guī)定進行檢測，其物理性能見表4。
表4
對比例1：缺少電石渣，其余與實施例1相同。
對比例2：缺少脫硫石膏，其余與實施例1相同。
對比例3：缺少高鋁煤矸石，其余與實施例1相同。
采用gb8076規(guī)定的基準(zhǔn)水泥，在水泥中摻入10％％的對比例1-3所得膨脹熟料，按照gb23439-2009《混凝土膨脹劑》的規(guī)定進行檢測，其物理性能見表5。