專利名稱：由烴燃料和強(qiáng)度增強(qiáng)金屬氧化物的燃燒產(chǎn)物制備水泥添加劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由烴燃料燃燒產(chǎn)物制備水泥添加劑，并且更特別涉及在燃燒過程期間引入強(qiáng)度增強(qiáng)金屬氧化物，制得當(dāng)加入水泥時(shí)顯著增加壓縮強(qiáng)度的材料。背景信息煤燃燒產(chǎn)物，主要是爐底灰和飛灰占廢流材料的顯著百分比，這對(duì)跨越美國(guó)和世界范圍的垃圾填埋場(chǎng)和儲(chǔ)存池提出巨大的要求。在一些儲(chǔ)存條件下，煤飛灰可能對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響。涉及廢物處理和這些材料的儲(chǔ)存的意外事故近年來造成美國(guó)環(huán)境保護(hù)協(xié)會(huì)重新撰寫其的用于廢灰產(chǎn)品安全儲(chǔ)存的處理程序。將有利的是將灰分用于混凝土和其它密封應(yīng)用，由此將潛在的濾出降低至遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于可用極限的水平。然而，存在提高這種混凝土產(chǎn)品的性能，特別是它們的壓縮強(qiáng)度的需要。鑒于前述內(nèi)容并且為了修正現(xiàn)有技術(shù)的其它缺陷，開發(fā)了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供烴燃料和控制量的金屬氧化物強(qiáng)度增強(qiáng)材料的燃燒產(chǎn)物。該燃燒產(chǎn)物可用作水泥質(zhì)材料的添加劑。將烴燃料例如煤引入燃燒室，并且還將選擇量的包含氧化鈣、 二氧化硅和氧化鋁(Ca0、Si02* Al2O3)的材料引入室。烴燃料進(jìn)行燃料同時(shí)金屬氧化物強(qiáng)度增強(qiáng)材料彼此和/或與灰分或者烴燃料的其它反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)。所述燃燒產(chǎn)物被發(fā)現(xiàn)顯著增加水泥例如波特蘭水泥的壓縮強(qiáng)度。金屬氧化物強(qiáng)度增強(qiáng)材料引入燃燒過程還使得
排放水平減少。本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種水泥質(zhì)材料，其包含水泥和水泥添加劑，所述水泥添加劑包含烴燃料和強(qiáng)度增強(qiáng)材料的燃燒產(chǎn)物，所述強(qiáng)度增強(qiáng)材料包含控制量的氧化鈣、 二氧化硅和氧化鋁，其中水泥添加劑使水泥質(zhì)材料的觀天壓縮強(qiáng)度相比沒有水泥添加劑的水泥質(zhì)材料的觀天壓縮強(qiáng)度增加。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種水泥混合物，其包含水泥和水泥添加劑，所述水泥添加劑包含烴燃料和至少10重量％強(qiáng)度增強(qiáng)材料的燃燒產(chǎn)物，所述強(qiáng)度增強(qiáng)材料包含控制量的氧化鈣、二氧化硅和氧化鋁，其中水泥添加劑使水泥質(zhì)材料的觀天壓縮強(qiáng)度相比沒有水泥添加劑的水泥質(zhì)材料的觀天壓縮強(qiáng)度增加。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種水泥添加劑，其包含烴燃料和至少8重量％的強(qiáng)度增強(qiáng)材料的燃燒產(chǎn)物，所述強(qiáng)度增強(qiáng)材料包含控制量的氧化鈣、二氧化硅和氧化鋁，其中當(dāng)所述水泥添加劑加入水泥時(shí)，其使水泥的觀天壓縮強(qiáng)度增加多于20%。本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供一種制備水泥添加劑的方法，包括在至少一種金屬氧化物強(qiáng)度增強(qiáng)材料的存在下使烴燃料燃燒，形成包含控制量的氧化鈣、二氧化硅和氧化鋁的燃燒產(chǎn)物，其中水泥添加劑包含數(shù)量為約20-約80重量％ CaO、約5-約60重量％ SiO2, 和約5-約40重量％ Al2O3的相對(duì)重量比例的氧化鈣、二氧化硅和氧化鋁。
本發(fā)明的另ー個(gè)方面是提供一種改性烴燃料燃燒產(chǎn)物的方法，包括將烴燃料以及包含控制量的氧化鈣、ニ氧化硅和氧化鋁的強(qiáng)度增強(qiáng)材料引入燃燒室，在燃燒室中加熱烴燃料強(qiáng)度增強(qiáng)材料，得到燃燒產(chǎn)物，和回收燃燒產(chǎn)物，所述燃燒產(chǎn)物包含數(shù)量為約20-約 80重量％ CaO、約5-約60重量％ SiO2，和約5-約40重量％ Al2O3的相對(duì)重量比例的CaO、 SiO2 禾ロ A1203。本發(fā)明的另ー個(gè)方面是提供一種燃燒系統(tǒng)，其包括用于燃燒烴燃料和強(qiáng)度增強(qiáng)材料的燃燒室，烴燃料源，強(qiáng)度增強(qiáng)材料源，構(gòu)造成將烴燃料和強(qiáng)度增強(qiáng)材料送入燃燒室的至少ー個(gè)噴射器，和與室相連的用于監(jiān)控?zé)N燃料和強(qiáng)度增強(qiáng)材料的燃燒產(chǎn)物的至少ー種性能的傳感器。本發(fā)明的這些和其它方面將從以下描述中更加明顯。附圖簡(jiǎn)述

圖1-3是說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案通過控制在煤燃燒期間引入的金屬氧化物強(qiáng)度增強(qiáng)添加劑的種類和數(shù)量實(shí)現(xiàn)的燃燒產(chǎn)物中CaO、SiO2和Al2O3的相對(duì)量的三相圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的示出了用于煤和金屬氧化物強(qiáng)度增強(qiáng)材料的注射點(diǎn)，和用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控的傳感器位置的燒煤發(fā)電站的某些元件的部分示意圖。圖5-8是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的包含強(qiáng)度增強(qiáng)添加劑的水泥質(zhì)材料的壓縮強(qiáng)度的圖。圖9是表示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的燃燒產(chǎn)物的堿-ニ氧化硅反應(yīng)試驗(yàn)結(jié)果的圖。詳述根據(jù)本發(fā)明，選擇的種類和數(shù)量的金屬氧化物強(qiáng)度增強(qiáng)添加劑與烴燃料一起進(jìn)行燃燒，制得具有控制量的氧化鈣、ニ氧化硅和氧化鋁的可用的水泥添加材料。圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的燃燒產(chǎn)物中存在的根據(jù)Ca0、Si02和Al2O3表示的強(qiáng)度增強(qiáng)金屬氧化物的相對(duì)量的三相圖。下表1列出了圖1中所示的典型、優(yōu)選和更優(yōu)選的Ca0、Si02和Al2O3 范圍。圖1中出現(xiàn)并且本文使用的術(shù)語“Ca0”、“Si02”和“A1A”是指根據(jù)ASTM C114標(biāo)準(zhǔn)包含在水泥添加材料中的氧化鈣、ニ氧化硅和氧化鋁的相對(duì)重量百分比。表1相對(duì)重量百分比
權(quán)利要求
1.一種水泥質(zhì)材料，包含水泥；和水泥添加劑，其包含烴燃料和強(qiáng)度增強(qiáng)材料的燃燒產(chǎn)物，所述強(qiáng)度增強(qiáng)材料包含控制量的氧化鈣、二氧化硅和氧化鋁，其中水泥添加劑使水泥質(zhì)材料的觀天壓縮強(qiáng)度相比沒有水泥添加劑的水泥質(zhì)材料的觀天壓縮強(qiáng)度增加。
2.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中水泥添加劑包含數(shù)量為約20-約80重量％CaO、約 5-約60重量％ SiO2，和約5-約40重量％ Al2O3的相對(duì)重量比例的氧化鈣、二氧化硅和氧化鋁。
3.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中水泥添加劑包含數(shù)量為約22.5-約70重量％ CaO、 約10-約57. 5重量％ SiO2，和約7. 5-約30重量％ Al2O3的相對(duì)重量比例的氧化鈣、二氧化硅和氧化鋁。
4.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中水泥添加劑包含數(shù)量為約25-約65重量％CaO、約 15-約55重量％ SiO2，和約10-約25重量％ Al2O3的相對(duì)重量比例的氧化鈣、二氧化硅和氧化鋁。
5.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中強(qiáng)度增強(qiáng)材料以所述強(qiáng)度增強(qiáng)材料和烴燃料的總組合重量的至少8重量％的量與烴燃料一起燃料。
6.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中強(qiáng)度增強(qiáng)材料以所述強(qiáng)度增強(qiáng)材料和烴燃料的總組合重量的至少10重量％的量與烴燃料一起燃料。
7.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中強(qiáng)度增強(qiáng)材料包括至少一種選自以下的材料石灰石，廢混凝土例如回收的波特蘭水泥混凝土，回收的研磨?；墓娘L(fēng)爐渣，回收的碎玻璃， 回收的碎集料細(xì)粒，發(fā)煙二氧化硅，水泥窯粉塵，石灰窯粉塵，風(fēng)化的熔渣，熔渣，鋁爐渣，銅爐渣，花崗巖窯粉塵，沸石，石灰石采石場(chǎng)粉塵，紅泥，細(xì)碎的礦尾料，油頁巖細(xì)粒，爐底灰， 干燥儲(chǔ)存的飛灰，填埋的飛灰，成池的飛灰，鋰輝石硅酸鋁鋰材料，和含鋰礦石。
8.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中強(qiáng)度增強(qiáng)材料包括選自石灰石、鼓風(fēng)爐渣、混凝土、 玻璃和高嶺土的至少兩種材料。
9.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中烴燃料包括煙煤并且強(qiáng)度增強(qiáng)材料包括高嶺土。
10.權(quán)利要求9的水泥質(zhì)材料，其中燃燒產(chǎn)物包括變高嶺石。
11.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中基于強(qiáng)度增強(qiáng)材料和烴燃料的總組合重量，強(qiáng)度增強(qiáng)材料包含約7-約20重量％石灰石。
12.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中基于強(qiáng)度增強(qiáng)材料和烴燃料的總組合重量，強(qiáng)度增強(qiáng)材料包含約1-約5重量％研磨?；墓娘L(fēng)爐渣。
13.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中基于強(qiáng)度增強(qiáng)材料和烴燃料的總組合重量，強(qiáng)度增強(qiáng)材料包含約1-約5重量％碎混凝土。
14.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中基于強(qiáng)度增強(qiáng)材料和烴燃料的總組合重量，強(qiáng)度增強(qiáng)材料包含約0. 1-約2重量％碎玻璃。
15.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中基于強(qiáng)度增強(qiáng)材料和烴燃料的總組合重量，強(qiáng)度增強(qiáng)材料包含約0. 1-約5重量％高嶺土。
16.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中基于強(qiáng)度增強(qiáng)材料和烴燃料的總組合重量，強(qiáng)度增強(qiáng)材料包含約0. 01-約1重量％發(fā)煙二氧化硅。
17.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中烴燃料包括煙煤。
18.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中烴燃料包括次煙煤。
19.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中燃燒產(chǎn)物具有小于20微米的平均粒徑。
20.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中燃燒產(chǎn)物具有約1微米-約10微米的平均粒徑。
21.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中水泥添加劑占水泥質(zhì)材料的大于25重量％。
22.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中水泥添加劑占水泥質(zhì)材料的約30-約95重量％。
23.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中水泥包括波特蘭水泥。
24.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中水泥添加劑使水泥質(zhì)材料的觀天壓縮強(qiáng)度相比沒有水泥添加劑的水泥質(zhì)材料的觀天壓縮強(qiáng)度增加了多于20%。
25.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中水泥質(zhì)材料的28天壓縮強(qiáng)度為至少8，OOOpsi。
26.權(quán)利要求1的水泥質(zhì)材料，其中水泥質(zhì)材料的28天壓縮強(qiáng)度為至少9，OOOpsi。
27.—種水泥混合物，包含水泥；和水泥添加劑，其包含烴燃料和至少10重量％的強(qiáng)度增強(qiáng)材料的燃燒產(chǎn)物，所述強(qiáng)度增強(qiáng)材料包含控制量的氧化鈣、二氧化硅和氧化鋁，其中水泥添加劑使水泥質(zhì)材料的觀天壓縮強(qiáng)度相比沒有水泥添加劑的水泥質(zhì)材料的觀天壓縮強(qiáng)度增加。
28.權(quán)利要求27的水泥混合物，其中水泥添加劑占水泥混合物的大于25重量％。
29.權(quán)利要求27的水泥混合物，其中水泥添加劑占水泥混合物的約30-約95重量％。
30.權(quán)利要求27的水泥混合物，其中水泥包括波特蘭水泥。
31.一種水泥添加劑，其包含烴燃料和至少8重量％的強(qiáng)度增強(qiáng)材料的燃燒產(chǎn)物，所述強(qiáng)度增強(qiáng)材料包含控制量的氧化鈣、二氧化硅和氧化鋁，其中當(dāng)所述水泥添加劑加入水泥時(shí)，其使水泥的觀天壓縮強(qiáng)度增加多于20%。
32.—種制備水泥添加劑的方法，包括在至少一種金屬氧化物強(qiáng)度增強(qiáng)材料的存在下使烴燃料燃燒，形成包含控制量的氧化鈣、二氧化硅和氧化鋁的燃燒產(chǎn)物，其中水泥添加劑包含數(shù)量為約20-約80重量％ CaO、約5-約60重量％ SiO2，和約5-約40重量％ Al2O3 的相對(duì)重量比例的氧化鈣、二氧化硅和氧化鋁。
33.一種使烴燃料燃燒產(chǎn)物改性的方法，包括將烴燃料以及包含控制量的氧化鈣、二氧化硅和氧化鋁的強(qiáng)度增強(qiáng)材料引入燃燒室；在燃燒室中加熱烴燃料強(qiáng)度增強(qiáng)材料，得到燃燒產(chǎn)物；和回收燃燒產(chǎn)物，所述燃燒產(chǎn)物包含數(shù)量為約20-約80重量％ CaO、約5-約60重量％ SiO2，和約5-約40重量％ Al2O3的相對(duì)重量比例的CaO、SiO2和A1203。
34.權(quán)利要求33的方法，其中烴燃料和強(qiáng)度增強(qiáng)材料單獨(dú)引入燃燒室。
35.權(quán)利要求33的方法，其進(jìn)一步包括在燃燒室中監(jiān)控材料的至少一種性能；和響應(yīng)于監(jiān)控，自動(dòng)改變強(qiáng)度增強(qiáng)材料的流動(dòng)速率。
36.權(quán)利要求35的方法，其中監(jiān)控包括使用與燃燒室流體連接設(shè)置的傳感器。
37.權(quán)利要求36的方法，其中傳感器包括χ-射線熒光光譜儀、質(zhì)譜儀、原子吸收光譜儀、剩余氣體分析儀、感應(yīng)耦合等離子體發(fā)射光譜儀，或傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀。
38.權(quán)利要求36的方法，其進(jìn)一步包括通過反饋系統(tǒng)從傳感器接收性能值； 將該值與參考值比較；和如果該值不等于或超過參考值，調(diào)節(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)材料的流動(dòng)速率。
39.權(quán)利要求33的方法，其進(jìn)一步包括將回收的燃燒產(chǎn)物與水泥共混，得到包含約 25-約95重量％回收的燃燒產(chǎn)物和約5-約75重量％水泥的改性水泥質(zhì)產(chǎn)品。
40.一種燃燒系統(tǒng)(10)，包括用于燃燒烴燃料和強(qiáng)度增強(qiáng)材料的燃燒室(12)； 烴燃料源(15)； 強(qiáng)度增強(qiáng)材料源(19)；構(gòu)造成將烴燃料和強(qiáng)度增強(qiáng)材料送入燃燒室(1 的至少一個(gè)噴射器(14，17，18)；和與室(1 相連的用于監(jiān)控?zé)N燃料和強(qiáng)度增強(qiáng)材料的燃燒產(chǎn)物的至少一種性能的傳感器(30)。
41.權(quán)利要求40的系統(tǒng)，其中傳感器(30)包括χ-射線熒光光譜儀、質(zhì)譜儀、原子吸收光譜儀、剩余氣體分析儀、感應(yīng)耦合等離子體發(fā)射光譜儀，或傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜儀。
42.權(quán)利要求40的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括從傳感器(30)接收性能值并且將該值輸送到控制器的反饋系統(tǒng)，其中控制器構(gòu)造成響應(yīng)于該值將信號(hào)輸送到噴射器(14，17，18)以調(diào)節(jié)強(qiáng)度增強(qiáng)材料的流動(dòng)速率。
全文摘要
本發(fā)明提供烴燃料和控制量的金屬氧化物強(qiáng)度增強(qiáng)材料的燃燒產(chǎn)物。該燃燒產(chǎn)物可用作水泥質(zhì)材料的添加劑。將烴燃料例如煤引入燃燒室(12)，并且還將選擇量的包含CaO、SiO2和Al2O3的材料引入室(12)和/或室(12)的下游。烴燃料進(jìn)行燃料同時(shí)金屬氧化物強(qiáng)度增強(qiáng)材料彼此和/或與灰分或者烴燃料的其它反應(yīng)產(chǎn)物反應(yīng)。所述燃燒產(chǎn)物被發(fā)現(xiàn)顯著增加水泥例如波特蘭水泥的壓縮強(qiáng)度。金屬氧化物強(qiáng)度增強(qiáng)材料引入燃燒過程還使得SO2排放水平減少。
文檔編號(hào)C04B28/02GK102574742SQ201080047068
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者W·弗里德 申請(qǐng)人:灰燼技術(shù)改良股份有限公司