一種利用煤矸石和鐵尾礦制備加氣混凝土的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種以未經(jīng)自燃的煤矸石和鐵尾礦為主要原料制備加氣混凝土的方 法。是一種能夠大比例利用固體廢棄物煤矸石、鐵尾礦、電石渣和脫硫石膏生產(chǎn)加氣混凝土 的制備技術(shù)。本發(fā)明屬于礦山資源綜合利用和建筑材料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 過(guò)去的幾十年里，我國(guó)的工業(yè)發(fā)展迅速，因此，產(chǎn)生了許多的諸如煤矸石、鐵尾礦 類的工業(yè)危險(xiǎn)固體廢棄物。
[0003] 煤矸石是煤礦在基本建設(shè)和原煤生產(chǎn)、洗選過(guò)程中，從原煤中剔除排出的巖石固 體廢棄物，是目前我國(guó)排放的大宗工業(yè)固體廢棄物之一。我國(guó)每年煤矸石的排放量占當(dāng)年 煤炭產(chǎn)量的15~20%。截止2012年，我國(guó)煤矸石的累計(jì)堆存量已達(dá)50億t，而且仍在以 每年1. 5~2. 0億t左右的速度遞增。大量煤矸石堆存占據(jù)了大量土地資源，且長(zhǎng)期露天 堆放，產(chǎn)生風(fēng)化和自燃，會(huì)向礦區(qū)環(huán)境中釋放大量的粉塵，CO、C02、S02、H2S、NOx等有毒有害 氣體，酸性水及重金屬離子水，污染大氣、地面水源或地下水質(zhì)，給礦區(qū)環(huán)境保護(hù)帶來(lái)一系 列問(wèn)題。事實(shí)上，煤矸石是有用的副產(chǎn)物資源，研究表明，它可以燃燒發(fā)電，生產(chǎn)膠凝材料、 微晶玻璃和礦井充填材料等。由于煤矸石主要化學(xué)成分是SiO2和Al2O3，煤矸石與水單獨(dú) 反應(yīng)的過(guò)程極慢，膠凝性能較弱。經(jīng)過(guò)自燃或煅燒的煤矸石由于從外界獲取了能量而使其 Al-O鍵和Si-O鍵被打開(kāi)，晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生了破壞，從而激發(fā)使其產(chǎn)生較強(qiáng)的膠凝活性。
[0004] 另外一種大量堆存的工業(yè)固體廢棄物是選鐵過(guò)程中排放的鐵尾礦。伴隨著我鋼鐵 行業(yè)的快速發(fā)展，作為鋼鐵的副產(chǎn)物鐵尾礦的大量堆存及其低利用率也帶來(lái)了諸多的環(huán)境 問(wèn)題和社會(huì)問(wèn)題。近幾年國(guó)家出臺(tái)了一系列的法律、法規(guī)，加強(qiáng)了對(duì)固體廢棄物進(jìn)行綜合利 用的要求。依據(jù)《中華人民共和國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》、《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā) 展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱要》，工信部印發(fā)《金屬礦山綜合利用專項(xiàng)規(guī)劃（2010-2015)》的通知 (工信部聯(lián)規(guī)[2010] 174號(hào)），鐵尾礦的綜合利用被列為金屬尾礦綜合利用的重點(diǎn)領(lǐng)域。據(jù) 中國(guó)資源綜合利用協(xié)會(huì)出版《2010-2011年度大宗工業(yè)固體廢物綜合利用發(fā)展報(bào)告》中統(tǒng) 計(jì)，2007~2011年，我國(guó)尾礦的產(chǎn)生量為62. 89億噸，而鐵尾礦的產(chǎn)生量達(dá)28. 99億噸，其 中2011年鐵尾礦的產(chǎn)生量為8. 06億噸，占全年尾礦產(chǎn)生總量的51%。隨著礦產(chǎn)資源被開(kāi) 采力度的加大，尾礦排出量呈現(xiàn)每年不斷增加，因此加快尾礦的綜合利用已迫在眉睫。我國(guó) 礦產(chǎn)資源中80%為共（伴）生礦，大量有價(jià)值的資源被存留在尾礦之中。非金屬礦物在尾 礦中的不但存量巨大，而且有些具有潛在的高附加值特性。這些尾礦資源如果不加以利用， 將造成巨大的資源浪費(fèi)。在世界各國(guó)重視二次資源尾礦的同時(shí)，我國(guó)的絕大多數(shù)尾礦尚未 被綜合利用，尤其是有色金屬尾礦和鐵尾礦的綜合利用率更低，綜合利用率不足10%。
[0005] 煤矸石和鐵尾礦的堆存量呈現(xiàn)一個(gè)緊迫的環(huán)境問(wèn)題，因此對(duì)煤矸石和鐵尾礦進(jìn)行 綜合利用是相當(dāng)必要的。加氣混凝土是以鈣質(zhì)材料和硅質(zhì)材料為主要原料，通過(guò)一系列化 學(xué)反應(yīng)形成的多孔輕質(zhì)混凝土，它是集防火、保溫、隔音、施工方便等一體的新型節(jié)能墻體 材料，在國(guó)家禁止使用粘土磚和建筑節(jié)能的背景條件下，加氣混凝土是目前市場(chǎng)上唯一能 夠?qū)崿F(xiàn)建筑節(jié)能50%目標(biāo)的墻體材料。
[0006] 目前國(guó)內(nèi)外生粉煤灰和河砂是生產(chǎn)加氣混凝土常用的硅質(zhì)材料，隨著河砂和局部 地區(qū)粉煤灰資源的短缺加劇，利用固體廢棄物作為硅質(zhì)原料生產(chǎn)加氣混凝土，可以解決面 臨資源短缺的問(wèn)題，還可以降低加氣混凝土生產(chǎn)的原料成本，實(shí)現(xiàn)資源的循環(huán)利用。但是， 國(guó)內(nèi)外利用固體廢棄物生產(chǎn)加氣混凝土使用的數(shù)量有限，而且還未見(jiàn)使用煤矸石和鐵尾礦 作為硅質(zhì)原料，電石渣作為鈣質(zhì)原料生產(chǎn)加氣混凝土的報(bào)道。
[0007] 煤矸石和鐵尾礦其化學(xué)成分主要由Si02、A1203、CaO等組成，本發(fā)明利用煤矸石和 鐵尾礦制備加氣混凝土。主要利用鐵尾礦和煅燒后煤矸石中活性SiO2和Al2O3，與煅燒后電 石渣中的CaO溶于水后在堿性性水熱環(huán)境發(fā)生水化反應(yīng)，生成托貝莫來(lái)石、C-S-H凝膠和水 石榴石等水化產(chǎn)物，同時(shí)未參與反應(yīng)的煤矸石和鐵尾礦惰性顆粒與水化產(chǎn)物結(jié)合生產(chǎn)良好 的骨架結(jié)構(gòu)，為加氣混凝土提供良好的物理力學(xué)性能，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。利用煤矸石、鐵 尾礦和電石渣制備加氣混凝土，降低了加氣混凝土生產(chǎn)的原料成本，不僅實(shí)現(xiàn)了固體廢棄 物資源的循環(huán)利用，響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排的政策，還可以解決困擾加氣混凝土生產(chǎn)原料的 問(wèn)題，也為煤矸石、鐵尾礦、電石渣和脫硫石膏的綜合利用提供了一條新的途徑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于為固體廢棄物的應(yīng)用提供一條大宗消納利用的途徑，實(shí)現(xiàn)資源 化處理，減少固體物堆存給環(huán)境帶來(lái)的污染，為部分地區(qū)解決加氣混凝土生產(chǎn)資源短缺問(wèn) 題，同時(shí)，生產(chǎn)中不使用生石灰，降低生產(chǎn)中的原料成本，減少了CO2排放。制備加氣混凝土 的的主要原料有煤矸石、鐵尾礦、電石渣、脫硫石膏等，生產(chǎn)原料應(yīng)用固體廢棄物量達(dá)90% 以上。
[0009] 本發(fā)明中原料制備中包含粉磨和煅燒兩個(gè)過(guò)程，由于煤矸石中含有大量的粘土礦 物，其主要化學(xué)成分是SiO2和Al2O3，膠凝性能較弱，與水單獨(dú)反應(yīng)的過(guò)程極慢，經(jīng)自燃或煅 燒后使粘土礦物中Al-0、Si-O鍵被打開(kāi)，破壞原有晶體結(jié)構(gòu)，煤矸石的膠凝活性被激發(fā)；電 石渣只要成分為Ca(OH)2及少量的CaCO3，可以作為加氣混凝土生產(chǎn)的鈣質(zhì)原料，但是工業(yè) 生產(chǎn)中需要鈣質(zhì)原料（普遍采用生石灰）溶于水后放出大量熱量，這些熱量為鋁粉膏發(fā)氣、 水化產(chǎn)物生成、料漿膨脹和坯體硬化提供了條件，但是Ca(OH)2溶于水產(chǎn)生的熱量很微量且 隨著溫度升高本身溶解度降低。將電石渣煅燒后，電石渣中Ca(OH)2在500~600°C即脫除 羥基生成CaO,CaCO3在800以上發(fā)生分解生成CaO,這些CaO為加氣混凝土生產(chǎn)提供了鈣質(zhì) 原料；鐵尾礦經(jīng)機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)活化后，粉磨顆粒會(huì)產(chǎn)生一定的活性，同時(shí)在煤矸石、電 石渣、脫硫石膏復(fù)合體系下經(jīng)煅燒活化處理，煤矸石中粘土礦物和電石渣中Ca(OH) 2在加熱 脫水過(guò)程中，使鐵尾礦礦物發(fā)生一定反應(yīng)，使其礦物結(jié)果畸變度增加，致使整個(gè)體系反應(yīng)性 能增加。
[0010] 本發(fā)明的具體步驟如下：
[0011] 1.使用鄂式破碎機(jī)將未經(jīng)自燃的原狀煤矸石破碎至-2mm后烘干，再將20~30% 煤矸石與烘干后的30~45%鐵尾礦、22~30%電石渣、3~8%脫硫石膏（以上四種原料 用量為煅燒后質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）混合，將混勻后的混合料粉磨至比表面積310~400m2/kg。
[0012] 2.將步驟1中粉磨后得到混合料在750~850°C下煅燒2~3h