一种脱硫灰基胶凝材料及其制备和应用

技术领域

本发明涉及一种循环流化床半干法脱硫灰制备的新型胶凝材料及其制备方法和应用，属于固体废物资源化技术领域。

背景技术

钢铁企业在生产过程中会释放出大量的SO

如何科学的处置和高值化利用，实现脱硫灰的无害化和资源化，是我国钢铁行业亟待解决的技术难题，也是日趋严峻的环保要求。

脱硫灰中主要含有氢氧化钙、氧化钙、氟化钙、碳酸钙、亚硫酸钙、硫酸钙以及飞灰等成分，其组成复杂，利用起来十分困难。国外的脱硫灰由于年产量较少，大部分得到了充分的利用。美国主要将脱硫灰应用于生产石膏墙板、蒸压砖、水泥混凝土以及土壤改良等；欧洲主要将脱硫灰应用于建筑工业回填、土壤修复、路基材料和水泥生产；日本由于天然石膏的缺乏，早在上世纪50年代就开始大量利用脱硫副产物制备石膏板材，或将脱硫灰与粉煤灰、石灰等混合以生产烟灰材料。

我国脱硫灰的资源化利用研究起步较晚，近年来科研工作者对脱硫灰的利用主要集中在部分替代水泥作为混凝土掺料、生产蒸压砖、地坪转等墙体材料，虽能部分消纳脱硫灰，但资源化产品因其中含有亚硫酸钙而导致产品性能不稳定，如力学强度低、重金属及氯离子侵蚀等问题，而且生产工艺的能耗很大。因此，亟需开发一种在常温常压下即能制备的高性能且低成本的脱硫灰基胶凝材料，以解决脱硫灰的出路问题。

针对上述脱硫灰的处置现状及主要资源化利用技术存在的问题，从固体废物减量化、资源化和无害化角度出发，本发明充分利用高掺量的半干法烟气脱硫产生的脱硫灰，将脱硫灰与其它固体废物，配合H

发明内容

针对现有脱硫灰处置现状与资源化利用技术存在的问题，本发明的第一个目的是在于提供了一种新型高效低成本的脱硫灰基胶凝材料，实现了脱硫灰等工业固废的材料化利用。所述胶凝材料无需高温催化即可将脱硫灰中的不稳定亚硫酸盐氧化成硫酸盐，为制备稳定的胶凝材料奠定了基础。

本发明的第二个目的是在于提供了一种脱硫灰基胶凝材料的制备方法，该方法是在常温常压下进行，工艺简单，成本低，有利于大规模工业生产。

本发明的第三个目的是在于提供了脱硫灰基胶凝材料的应用，所述胶凝材料具有优良的力学性能，可用于生产免蒸免烧砖、地坪砖、广场砖等墙体材料以及路基材料，进一步扩大了脱硫灰的应用领域，可以大量消纳脱硫灰，实现资源化利用，具有环境效益、经济效益和社会效益。

本发明提供了一种脱硫灰基胶凝材料，包含以下重量份的组分：脱硫灰10-30份、S95级矿粉50-70份、锅炉灰渣3-5份、水泥熟料10-20份、粉煤灰5-10份、H

优选的，所述H

本发明还提供了一种脱硫灰基胶凝材料的制备方法，包括以下具体步骤：

(1)将块状粉煤灰破碎；

(2)将粉煤灰、脱硫灰、锅炉灰渣、S95级矿粉分别烘干，备用；

(3)H

(4)将烘干后的粉煤灰、脱硫灰、锅炉灰渣、S95级矿粉、水泥熟料与H

优选的所述脱硫灰基胶凝材料中的块状粉煤灰破碎至粒径5mm以下。

优选的，所述脱硫灰基胶凝材料中的粉煤灰、脱硫灰、锅炉灰渣、S95级矿粉分别烘干至含水率不大于1％。

优选的，所述脱硫灰基胶凝材料中H

本发明还提供了所述脱硫灰基胶凝材料在建筑用胶凝材料中的应用。

优选的，所述脱硫灰胶凝材料在墙体材料或道路路基材料中的应用。

优选的，所述墙体材料的具体制备步骤包括：

(1)将脱硫灰胶凝材料、脱硫灰、石子、石粉按照(8-15)：(20-25)：(28-33):(30-35)的质量份比例混合，按照顺序先后放入水泥胶砂搅拌机，干拌1～2min，掺入水10-12份，湿拌3～5min，得混合料；

(2)将混合料加入模具中，在压力机上成型后脱膜，成型压力130-160KN，在成型过程中避免压力机运行过快，保持在2～3kN/s的速度，同时在成型完成以后，不要立刻将压力机回油阀打开，应该静止至少1min，再打开回油阀，使得压力机回油；

(3)将压制好的试块用保鲜膜包好放入养护箱中在标准养护条件下，温度为20±2℃，相对湿度在90％以上养护，并不再移动，待到养护龄期，进行性能检测。

优选的，所述道路路基材料的具体制备步骤包括：

(1)将脱硫灰胶凝材料、脱硫灰、石子、石粉按照(3～5)：(30～45)：(30～45)：(23～28)的质量份比例混合，按照顺序先后放入水泥胶砂搅拌机，干拌1～2min，掺入水5-10份，湿拌3～5min，得混合料；

(2)将混合料加入模具中，在压力机上成型后脱膜，成型压力130-160KN，在成型过程中避免压力机运行过快，保持在2～3kN/s的速度，同时在成型完成以后，不要立刻将压力机回油阀打开，应该静止至少1min，再打开回油阀，使得压力机回油；

(3)将压制好的试块用保鲜膜包好放入养护箱中在标准养护条件下，温度为20±2℃，相对湿度在90％以上养护，并不再移动，待到养护龄期，进行性能检测。

本发明所述材料的性能满足GB 175-2007《通用硅酸盐水泥标准》中矿渣硅酸盐水泥42.5的标准要求。

本发明充分利用循环流化床半干法脱硫灰、脱硫石膏、矿渣、粉煤灰等大宗工业废渣制备脱硫灰基胶凝材料，为脱硫灰的安全处置与资源化利用方式提供了新的思路。并且可以实现一定的环境效益、经济效益和社会效益。所述脱硫灰基胶凝材料的生产过程低碳环保，由传统水泥“两磨一烧”升级为“一磨一烘”，从根源上减少了碳排放，极大程度上降低了能耗和对环境的二次污染，同时原材料来源广泛、价格低廉，所制备材料的性能可以达到普通硅酸盐水泥42.5的标准，具有广阔应用前景。

在本发明中，S95级矿粉和粉煤灰中的矿物成分主要是二氧化硅和三氧化二铝，属于人工火山灰质材料；脱硫灰、粉煤灰、矿粉等工业固废具有潜在活性，通过机械力活化和H

鉴于废砖粉中钙含量偏低，本发明中的胶凝材料体系加入一定量的矿渣，其中的硅酸二钙可以调节体系的水化产物和水化速度，改善胶凝材料的凝结硬化性能。

为进一步激发脱硫灰及其他工业固废的活性，促进材料体系快速高效粉磨，研制了以脱硫石膏为主的H

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：本发明主要针对脱硫灰中亚硫酸盐的存在对胶结体强度的影响以及引起的重金属、氯离子侵蚀等问题，通过掺入表面活性剂，改善脱硫灰与其它反应物的接触界面，在常温下即可将体系中的亚硫酸盐转化成稳定的硫酸盐，同时H

本发明凝胶材料充分利用循环流化床半干法脱硫灰、粉煤灰、脱硫石膏、矿粉等其它工业废渣，并掺入一定的母料及表面活性剂，经“一磨一烘”工艺制成，原料廉价易得，较传统水泥的“两磨一烧”工艺能耗低、对环境污染小，且生产工艺较为容易，产品质量稳定可靠，进一步拓宽了脱硫灰的材料化利用渠道，能为企业和社会创造巨大的经济效益、环境效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明脱硫灰基胶凝材料抗折性能试验照片；

图2为本发明脱硫灰基胶凝材料抗压性能试验照片；

图3为本发明脱硫灰基胶凝材料凝结性能试验照片；

图4为本发明制备的脱硫灰基标准砖。

具体实施方式

以下列举几个实施案例对本发明进行进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

本发明所述新型脱硫灰基胶凝材料的制备工艺为：首先将块状粉煤灰破碎至粒径5mm以下；然后将粉煤灰、脱硫灰、锅炉灰渣、S95级矿粉分别烘干至含水率不大于1％；将烘干后的粉煤灰、脱硫灰、锅炉灰渣、S95级矿粉与水泥熟料、H

其中H

实施例一：

胶凝材料按照表1的质量份数配比，其中H

物料经计量、研磨制成胶凝材料，按照《水泥胶砂强度检验方法》(GB177-5)进行胶砂强度实验，分别测试各配比下的初凝时间、终凝时间，经标准养护后测试其3d、28d、120d抗压强度和抗折强度。

表1脱硫灰基胶凝材料配合比

表2脱硫灰基胶凝材料性能

实施例二：

(1)胶凝材料按照以下质量份数配比：脱硫灰15份、S95级矿粉56份、粉煤灰7份、锅炉灰渣4份、42.5水泥熟料15份、H

(2)将胶凝材料、脱硫灰、石子、石粉按照一定比例混合，按照顺序先后放入水泥胶砂搅拌机，干拌1～2min，掺入外加水(以干基计算)，湿拌3～5min，得混合料。

(3)将混合料加入Φ10×5cm的模具中，在压力机上成型后脱膜，成型压力160KN，在成型过程中需要注意的是成型时要避免压力机行过快，保持在2～3kN/s的速度，同时在成型完成以后，不要立刻将压力机回油阀打开，应该静止1min左右，再打开回油阀，使得压力机回油，这样做的目的是因为高压状态下，压得的砖块在成型初期会有回复力，如果立刻打开回油阀回油，试块就会回弹，破坏试块结构，影响强度。

(4)采用常温自然保湿养护工艺，将压制好的试块用保鲜膜包好放入养护箱中在标准养护条件下(温度为20±2℃，相对湿度在90％以上)养护并不再移动，待到养护龄期，进行性能检测。

(5)在合适配比下，制成的脱硫灰标准砖性能符合《混凝土实心砖》GB/T 21144-2007的要求，即28d抗压强度不低于15MPa，软化系数不小于0.8。

表3脱硫灰基标准砖配合比

表4脱硫灰基标准砖性能

备注；其中(27+1)d表示试块在标准条件下养护27天，在水中浸泡1天后的无侧限抗压强度，

实施例三：

(1)胶凝材料按照以下质量份数配比：脱硫灰15份、S95级矿粉56份、粉煤灰7份、锅炉灰渣4份、42.5水泥熟料15份、H

(2)将胶凝材料、脱硫灰、石子、石粉按照一定比例混合，按照顺序先后放入水泥胶砂搅拌机，干拌1～2min，掺入外加水(以干基计算)，湿拌3～5min，得混合料。

(3)将混合料加入Φ10×5cm的模具中，在压力机上成型后脱膜，成型压力130-160KN，在成型过程中需要注意的是成型时要避免压力机行过快，保持在2～3kN/s的速度，同时在成型完成以后，不要立刻将压力机回油阀打开，应该静止1min左右，再打开回油阀，使得压力机回油，这样做的目的是因为高压状态下，压得的砖块在成型初期会有回复力，如果立刻打开回油阀回油，试块就会回弹，破坏试块结构，影响强度。

(4)采用常温自然保湿养护工艺，将压制好的试块用保鲜膜包好放入养护箱中在标准养护条件下(温度为20±2℃，相对湿度在90％以上)养护并不再移动，待到养护龄期，进行性能检测；

(5)在合适配比下，制成的路基材料性能符合《城镇道路工程施工与质量验收规范》(CJJ1-2008)中关于水泥稳定土基层的性能指标的要求，即7d浸水无侧限抗压强度不小于3MPa。

表5脱硫灰基路基材料配合比

表6脱硫灰基路基材料性能

备注；其中(6+1)d表示试块在标准条件下养护6天，在水中浸泡1天后的无侧限抗压强度。

对比例4

(1)采用42.5水泥作为胶凝材料取代脱硫灰胶凝材料，对脱硫灰进行固化，制成标准砖头。

(2)将胶凝材料(同实施例二)、脱硫灰、石子、石粉按照一定比例混合，按照顺序先后放入水泥胶砂搅拌机，干拌1～2min，掺入外加水(以干基计算)，湿拌3～5min，得混合料。

(3)将混合料加入Φ10×5cm的模具中，在压力机上成型后脱膜，成型压力160KN，在成型过程中需要注意的是成型时要避免压力机行过快，保持在2～3kN/s的速度，同时在成型完成以后，不要立刻将压力机回油阀打开，应该静止1min左右，再打开回油阀，使得压力机回油，这样做的目的是因为高压状态下，压得的砖块在成型初期会有回复力，如果立刻打开回油阀回油，试块就会回弹，破坏试块结构，影响强度。

(4)采用常温自然保湿养护工艺，将压制好的试块用保鲜膜包好放入养护箱中在标准养护条件下(温度为20±2℃，相对湿度在90％以上)养护并不再移动，待到养护龄期，进行性能检测。

(5)在合适配比下，制成的脱硫灰标准砖性能符合《混凝土实心砖》GB/T 21144-2007的要求，即28d抗压强度不低于15MPa，软化系数不小于0.8。

表7水泥/脱硫灰胶凝材料配合比

表8水泥/脱硫灰胶凝材料性能

备注；其中(27+1)d表示试块在标准条件下养护27天，在水中浸泡1天后的无侧限抗压强度。