技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及環(huán)保領(lǐng)域，具體地，涉及采用專用土體穩(wěn)定劑資源化處理煤矸石制造的免燒磚。
背景技術(shù)：
我國是全球煤炭開采量最大的國家，2015 年煤炭產(chǎn)量達(dá) 37.5 億噸，占全球煤炭產(chǎn)量的 47%。煤矸石是煤炭的一種共伴生礦物，產(chǎn)生于煤炭的開采和洗選加工過程。其熱值一般低于 6.3 MJ/kg，含有 氧化鋁、氧化鐵和氧化硅等無機(jī)灰分，總含量達(dá)到煤矸石總量的 60%～95%，因難以利用而成為一種工業(yè)固體廢棄物。一般地，每生產(chǎn)1噸原煤會(huì)產(chǎn)生 0.15～0.2噸煤矸石。2012 年，我國煤矸石產(chǎn)生量達(dá) 6.5 億噸，約占全國工業(yè)固廢產(chǎn)生量的 40%。大量煤矸石露天堆放，已形成 2600 余座煤矸石山，累積堆存量達(dá) 50 多億噸，占地 20 余萬畝，成為我國積存量和年產(chǎn)量最大、占用堆積場地最多的一種工業(yè)廢棄物。煤矸石的大量堆放帶來了非常嚴(yán)重的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問題。大量土地的占用，造成耕地、林地等面積的減少；因自燃產(chǎn)生有毒有害氣體，有毒有害元素也會(huì)隨著雨水淋溶和滲濾而污染地下水體和土壤，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重危害；而且，煤炭企業(yè)每年還需要投入大量資金用于解決煤矸石土地的征用、矸石山的污染以及應(yīng)對(duì)山體滑坡和泥石流等自然災(zāi)害等問題。
作為大宗固體廢棄物之一，煤矸石是一種沒有充分利用的資源。猶太經(jīng)典《塔木德》中說：“世界上沒有廢物，只是放錯(cuò)了地方?！痹谶@個(gè)世界上沒有無用的東西，任何無用的東西都是可以利用的，都能尋找到它存在的價(jià)值和用途。煤的伴生礦一煤矸石也是如此。我國作為全世界第一的產(chǎn)煤大國，具有全世界最大堆存量的煤矸石，對(duì)于煤矸石的資源化利用，變廢為寶，充分利用其潛在的資源價(jià)值可有效保障礦區(qū)的土壤、大氣、地下水、地表水等環(huán)境要素的質(zhì)量安全，并可改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，以保證現(xiàn)代煤礦企業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種采用專用土體穩(wěn)定劑資源化處理煤矸石制造的免燒磚，所述免燒磚的制備材料包括90-97重量份的煤矸石粉、3-10重量份的水泥、8-10重量份的水以及0.01-0.1重量份的土體穩(wěn)定劑，所述土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，1-15重量份的表面活性劑，0.1-10重量份的硼酸或硼酸鹽組成。
所述水泥為425#普通硅酸鹽水泥。
所述土體穩(wěn)定劑的pH值被調(diào)整至8-11。
所述煤矸石粉的粒徑不大于2mm。
所述表面活性劑選自單硬脂酸甘油酯、二辛基琥珀酸磺酸鈉、硬脂酸鹽、烷基醚羧酸鹽、丁基奈磺酸鹽中一種或幾種。
所述免燒磚的制備材料還包括0.1-1重量份的烷基二酸。
所述烷基二酸選自丁二酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸中的一種或幾種。
一種免燒磚的制備方法，包括以下步驟：
將煤矸石粉碎至不大于2mm的粒徑；
將3-10重量份的水泥、8-10重量份的水與90-97重量份的煤矸石在第一混料倉中混合3-15分鐘，得到水泥煤矸石混料；
將得到的水泥煤矸石混料與0.01-0.1重量份的土體穩(wěn)定劑在第二混料倉中混合3-15分鐘，得到免燒磚混合料；
將免燒磚混合料常溫下壓制成型、自然養(yǎng)護(hù)得到免燒磚成品。
傳統(tǒng)方法將煤矸石作為骨料制標(biāo)準(zhǔn)磚，需大量摻入水泥，成型后必須經(jīng)過“蒸養(yǎng)”才能達(dá)到強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。不但要大量消耗能源，污染環(huán)境，還大量消耗原生資源（水泥），單磚成本高。本發(fā)明采用專用的土體穩(wěn)定劑，僅僅采用煤矸石作為免燒磚的主體材料，制備的免燒磚具有很好的抗壓強(qiáng)度和耐水性。
參考以下詳細(xì)說明更易于理解本申請(qǐng)的上述以及其他特征、方面和優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施方式
除非另有限定，本文使用的所有技術(shù)以及科學(xué)術(shù)語具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的相同的含義。當(dāng)存在矛盾時(shí)，以本說明書中的定義為準(zhǔn)。
一種采用專用土體穩(wěn)定劑資源化處理煤矸石制造的免燒磚，所述免燒磚的制備材料包括90-97重量份的煤矸石粉、3-10重量份的水泥、8-10重量份的水以及0.01-0.1重量份的土體穩(wěn)定劑，所述土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，1-15重量份的表面活性劑，0.1-10重量份的硼酸或硼酸鹽組成，所述水泥為425#普通硅酸鹽水泥。所述土體穩(wěn)定劑的pH值被調(diào)整至8-11。所述煤矸石粉的粒徑不大于2mm。
所述表面活性劑選自單硬脂酸甘油酯、二辛基琥珀酸磺酸鈉、硬脂酸鹽、烷基醚羧酸鹽中一種或幾種。
本發(fā)明的表面活性劑能夠吸附于大顆粒的表面，改變顆粒表面的親水性，使得顆粒具有屏蔽水的作用，降低顆粒的吸水性，制備得到的免燒磚具有很好的抗?jié)B透性，進(jìn)而具有很好的抗壓強(qiáng)度。本發(fā)明選擇的表面活性劑具有較長的烷基鏈段，烷基鏈段具有極好的柔韌性和斥水性，能夠更加有效地提高顆粒表面的斥水性。本發(fā)明采用了少量的水泥，加入了硼酸或硼酸鹽，大大提高了免燒磚的抗壓強(qiáng)度，采用了本發(fā)明的土體穩(wěn)定劑，可以大量地減少水泥的使用量而不降低成型免燒磚的抗壓強(qiáng)度。
此外，本發(fā)明所述的8-10重量份的水可以是外加的水，也可以是外加的水以及煤矸石含水的總和。
所述免燒磚的制備材料還包括0.1-1重量份的烷基二酸。烷基二酸加入至水泥煤矸石混料中，在第二階段與土體穩(wěn)定劑一起混合得到免燒磚混合料。所述烷基二酸選自丁二酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸中的一種或幾種。采用烷基二元酸可以提高免燒磚的抗壓強(qiáng)度。作為一種更為優(yōu)選的技術(shù)方案，為了使用各種類型煤矸均能夠獲得更好的抗壓強(qiáng)度，本發(fā)明的烷基二元酸選擇二羥基順丁烯二酸或2-氨基己二酸。
可能的原因是：對(duì)于腐植酸含量較高的煤矸石，腐植酸的存在會(huì)大大降低顆粒表面離子與水泥中鈣離子的交換可能性，由于腐植酸與礦石中的無機(jī)物質(zhì)存在較為緊密的物理錨定效應(yīng)，當(dāng)?shù)V石中腐植酸含量較高時(shí)，無機(jī)物質(zhì)無法與水泥形成交聯(lián)，由于免燒磚的成型過程中煤矸石的無機(jī)物質(zhì)不存在熱活化（只有物理活化和少量可能存在的化學(xué)活化），尤其在煤矸石中活性物質(zhì)含量低時(shí)，成型免燒磚耐水性明顯降低。采用烷基二酸一方面與腐植酸具有類似的結(jié)構(gòu)，可以解除腐植酸與顆粒表面離子的螯合，小分子的烷基二元酸更好的滲透性，解除腐植酸的螯合，釋放腐植酸。打破了煤矸石顆粒表面的原有結(jié)構(gòu)。優(yōu)選上述的丁二酸、戊二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸，當(dāng)分子量更高時(shí)，烷基二元酸的滲透性下降，無法明顯提高成型免燒磚的耐水性。
而在煤矸石資源化處理通用性方面，由于部分產(chǎn)地的煤矸石缺少交聯(lián)活性物質(zhì)或者含有大量的可燃性有機(jī)物或者腐植酸的含量較大，采用二羥基順丁烯二酸或2-氨基己二酸，均能夠提高成型免燒磚的抗壓強(qiáng)度以及獲得滿足要求的耐水性，不須特地針對(duì)某種類型的煤矸石而采用特地的免燒磚配方。
一種免燒磚的制備方法，包括以下步驟：
將煤矸石粉碎至不大于2mm的粒徑；
將3-10重量份的水泥、8-10重量份的水與90-97重量份的煤矸石在第一混料倉中混合3-15分鐘，得到水泥煤矸石混料；
將得到的水泥煤矸石混料與0.01-0.1重量份的土體穩(wěn)定劑在第二混料倉中混合3-15分鐘，得到免燒磚混合料；
將免燒磚混合料常溫下壓制成型、自然養(yǎng)護(hù)得到免燒磚成品。
本發(fā)明的免燒磚的成型方法可以采用其他現(xiàn)有技術(shù)常用的那些方法進(jìn)行成型。煤矸石的粉碎后的粒徑為0.1-2mm，當(dāng)煤矸石級(jí)配粉料粒徑大于2mm不利于獲得更好抗壓強(qiáng)度的。采用兩階段混合的方法能夠提高免燒磚的力學(xué)強(qiáng)度。與一起混合相比，可以提高免燒磚10%-25%左右的抗壓強(qiáng)度。
在下文中，通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)地描述，但應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅僅是例示的而非限制性的。如果沒有其它說明，所用原料都是市售的。
下面參照幾個(gè)例子詳細(xì)描述本發(fā)明。
實(shí)施例1
將煤矸石粉碎至不大于2mm的粒徑，煤矸石來自山東淄博，自燃矸石，陶紅色粉末狀，燒失量0%；
將8重量份的水泥與92重量份的煤矸石在第一混料倉中混合15分鐘，得到水泥煤矸石混料；
將得到的水泥煤矸石混料與0.015重量份的土體穩(wěn)定劑、8重量份的水在第二混料倉中混合0.5小時(shí)，免燒磚混合料；土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸組成；
將免燒磚混合料常溫下壓制成型、自然養(yǎng)護(hù)得到免燒磚成品。
免燒磚成品（240×115×90）根據(jù)GB8239-97 測試5塊免燒磚抗壓強(qiáng)度平均值以及單塊抗壓強(qiáng)度最低值以及耐水性。
實(shí)施例2
將煤矸石粉碎至不大于2mm的粒徑，煤矸石來自銅川，未燃矸石，黑色塊狀，燒失量15%，經(jīng)過分析含有0.8% 的腐植酸；
將3重量份的水泥與97重量份的煤矸石在第一混料倉中混合15分鐘，得到水泥煤矸石混料；
將得到的水泥煤矸石混料與0.015重量份的土體穩(wěn)定劑、8重量份的水在第二混料倉中混合15分鐘，免燒磚混合料；土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸組成；
將免燒磚混合料常溫下壓制成型、自然養(yǎng)護(hù)得到免燒磚成品。
免燒磚成品（240×115×90）根據(jù)GB8239-97 測試5塊免燒磚抗壓強(qiáng)度平均值以及單塊抗壓強(qiáng)度最低值以及耐水性。
實(shí)施例3
將煤矸石粉碎至不大于2mm的粒徑，煤矸石來自萍鄉(xiāng)，未燃矸石，灰色，塊狀，燒失量6%，腐植酸含量低于0.02%；
將8重量份的水泥與92重量份的煤矸石在第一混料倉中混合15分鐘，得到水泥煤矸石混料；
將得到的水泥煤矸石混料與0.015重量份的土體穩(wěn)定劑、8重量份的水在第二混料倉中混合15分鐘，免燒磚混合料；土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸組成；
將免燒磚混合料常溫下壓制成型、自然養(yǎng)護(hù)得到免燒磚成品。
免燒磚成品（240×115×90）根據(jù)GB8239-97 測試5塊免燒磚抗壓強(qiáng)度平均值以及單塊抗壓強(qiáng)度最低值以及耐水性。
實(shí)施例4
將煤矸石粉碎至不大于2mm的粒徑，煤矸石來自淮北，未燃矸石，灰黑色塊狀，燒失量4%,腐植酸含量低于0.02%；
將8重量份的水泥與92重量份的煤矸石在第一混料倉中混合15分鐘，得到水泥煤矸石混料；
將得到的水泥煤矸石混料與0.015重量份的土體穩(wěn)定劑、8重量份的水在第二混料倉中混合0.5小時(shí)，免燒磚混合料；土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸組成；
將免燒磚混合料常溫下壓制成型、自然養(yǎng)護(hù)得到免燒磚成品。
免燒磚成品（240×115×90）根據(jù)GB8239-97 測試5塊免燒磚抗壓強(qiáng)度平均值以及單塊抗壓強(qiáng)度最低值以及耐水性。
實(shí)施例5
將煤矸石粉碎至不大于2mm的粒徑，煤矸石來自攀枝花，未燃矸石，灰色，致密塊狀，燒失量0%；
將8重量份的水泥與92重量份的煤矸石在第一混料倉中混合15分鐘，得到水泥煤矸石混料；
將得到的水泥煤矸石混料與0.015重量份的土體穩(wěn)定劑、8重量份的水在第二混料倉中混合0.5小時(shí)，免燒磚混合料；土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸組成；
將免燒磚混合料常溫下壓制成型、自然養(yǎng)護(hù)得到免燒磚成品。
免燒磚成品（240×115×90）根據(jù)GB8239-97 測試5塊免燒磚抗壓強(qiáng)度平均值以及單塊抗壓強(qiáng)度最低值以及耐水性。
實(shí)施例6
將煤矸石粉碎至不大于2mm的粒徑，煤矸石來自平朔，未燃矸石，黑色塊狀，燒失量20%，腐植酸含量1.4%；
將8重量份的水泥與92重量份的煤矸石在第一混料倉中混合15分鐘，得到水泥煤矸石混料；
將得到的水泥煤矸石混料與0.015重量份的土體穩(wěn)定劑、8重量份的水在第二混料倉中混合15分鐘，得到免燒磚混合料；土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸組成；
將免燒磚混合料常溫下壓制成型、自然養(yǎng)護(hù)得到免燒磚成品。
免燒磚成品（240×115×90）根據(jù)GB8239-97 測試5塊免燒磚抗壓強(qiáng)度平均值以及單塊抗壓強(qiáng)度最低值以及耐水性。
實(shí)施例7-9
分別與實(shí)施例2-4相同，實(shí)施例7-9原料采用了8重量份的水泥、92重量份的煤矸石、0.015重量份的土體穩(wěn)定劑、8重量份的水、0.5重量份的丁二酸, 土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸組成。
實(shí)施例10-12
分別與實(shí)施例2-4相同，實(shí)施例10-12采用了8重量份的水泥、92重量份的煤矸石、0.015重量份的土體穩(wěn)定劑、8重量份的水、0.5重量份的的辛二酸，土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸組成。
實(shí)施例13-17
分別與實(shí)施例2-6相同，實(shí)施例13-17采用了2.5重量份的水泥、97.5重量份的煤矸石、0.015重量份的土體穩(wěn)定劑、8重量份的水、0.8重量份的二羥基順丁烯二酸，土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸組成。
實(shí)施例18-22
分別與實(shí)施例2-6相同，實(shí)施例18-22采用了3重量份的水泥、97重量份的煤矸石、0.015重量份的土體穩(wěn)定劑、8重量份的水、0.5重量份的2-氨基己二酸，土體穩(wěn)定劑由100重量份的水，8重量份的表面活性劑，5重量份的硼酸組成。
通過上述實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明采用專用土體穩(wěn)定劑資源化處置煤矸石制備得到的免燒磚具有很好的抗壓強(qiáng)度和耐水性,尤其是在對(duì)于不同類型的煤矸石時(shí)，即使采用較低含量的水泥在抗壓強(qiáng)度和耐水性上均能滿足免燒磚的要求。
以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡是根據(jù)本發(fā)明內(nèi)容所做的均等變化與修飾，均涵蓋在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。