CN112500008A - 一种高活性煤矸石微粉的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高活性煤矸石微粉的制备方法，是向煅烧得到的处于高温状态下的煤矸石微粉上喷洒硅酸钠的NaOH水溶液，冷却得到高活性煤矸石微粉。本发明利用煤矸石微粉急冷过程中释放的大量余热，使Al2O3与NaOH、硅酸钠同时在高温状态下的煤矸石微粉表面快速发生化学反应，形成具有三维网状结构的铝硅酸盐，从而提高了煤矸石微粉的活性。本发明制备的高活性煤矸石微粉可以部分替代水泥，以增加煤矸石的利用率。
Description
技术领域
本发明属于煤矸石综合利用技术领域，涉及一种煤矸石微粉的制备方法，特别是涉及一种具有高活性的煤矸石微粉的制备方法。
背景技术
我国拥有大量煤矸石矿山，近几十年煤矸石堆积量已经超过30亿吨，且还在以每年近亿吨的排放量增加。
煤矸石的主要成分为高岭石、伊利石和蒙脱石等，经高温煅烧后，高岭石会脱水生成偏高岭石，随着温度的升高，偏高岭石分解生成无定型的二氧化钙和氧化铝。分解产物可以参与水泥的二次水化反应，使得煤矸石具有一定的活性。
通常的煤矸石微粉制备工艺是将煤矸石分别在颚式破碎机中破碎和球式粉磨机中粉磨后，650～750℃下煅烧，然后在空气中急冷获得。但是经高温煅烧后的煤矸石微粉远远不能达到完全替代水泥的作用，而且还含有一定量未完全燃烧的碳。
虽然在煤矸石中添加活性激发剂可以提高单纯煅烧煤矸石的活性，且关于煤矸石煅烧及其活性激发的文章和专利报道较多，但主要是在煤矸石煅烧前将NaOH、硅酸钠、聚羧酸等不同的添加物与煤矸石共同粉磨后进行煅烧，从而增加所获得煤矸石微粉的活性。
上述方法中，一方面每种煤矸石活性激发剂只能起到单一激发的作用，另一方面，煅烧前掺入活性激发剂的方法需要消耗更多的煅烧能量，不利于节能减排。
发明内容
本发明的目的是提供一种高活性煤矸石微粉的制备方法，以低成本的制备高活性煤矸石微粉。
本发明所述的高活性煤矸石微粉的制备方法是向煅烧得到的处于高温状态下的煤矸石微粉上喷洒硅酸钠的NaOH水溶液，冷却得到高活性煤矸石微粉。
其中，所述的处于高温状态下的煤矸石微粉是将煤矸石破碎粉磨后，在窑炉中加热至650～750℃煅烧得到的具有一定活性的煤矸石微粉。
优选地，本发明是将所述煤矸石破碎粉磨至粒度为80～180目后进行高温煅烧。
本发明所述的硅酸钠的NaOH水溶液是按照NaOH、硅酸钠与水的质量比为1:0.3:15～20配制得到的溶液。
进一步地，本发明是向所述处于高温状态下的煤矸石微粉上喷洒其质量10～20%的硅酸钠的NaOH水溶液。
更进一步地，本发明是在将所述处于高温状态下的煤矸石微粉进行搅拌的过程中喷洒所述硅酸钠的NaOH水溶液。
本发明在煅烧出窑的煤矸石微粉表面喷洒硅酸钠的NaOH水溶液，利用煤矸石微粉急冷过程中释放的大量余热，可以使煤矸石微粉中的Al2O3与喷洒的NaOH、硅酸钠同时在高温状态下的煤矸石微粉表面快速发生化学反应，形成具有三维网状结构的铝硅酸盐，从而提高煤矸石微粉的活性。
本发明方法一方面利用了高温煤矸石微粉急冷过程中的热量，提高了NaOH和硅酸钠对煤矸石微粉活性的激发效率，制备得到了具有高活性的煤矸石微粉，另一方面利用水分蒸发快速冷却煤矸石微粉，加速了高温煤矸石微粉的冷却，从而高效率、低成本地获得了高活性煤矸石微粉。
本发明制备的高活性煤矸石微粉可以替代部分水泥，不仅可以减少水泥生产对环境的污染，增加煤矸石的利用率，还减少了煤矸石的潜在危险，响应国家绿色发展的号召。
附图说明
图１是以传统方法制备煤矸石微粉的SEM图像。
图２是本发明方法制备煤矸石微粉的SEM图像。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，从而使本领域技术人员能很好地理解和利用本发明，而不是限制本发明的保护范围。
本发明说明书中所引用的诸如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明实施例中所使用的原材料，除非特别说明，并没有来源上的特殊限制。即使是购买于市场上的材料，也可以按照本领域技术人员熟知的常规方法进行制备。
本发明所采用的工艺及设备，其名称和简称均属于领域内常规的名称，每个名称在相关用途的领域内均非常清楚明确，本领域内的技术人员能够根据名称理解常规工艺步骤并应用相应的设备。
本发明参照标准GB/T 12975-2005《用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法》，测定以下各实施例和对比例制备煤矸石微粉的活性指数。
对比例1
将块状煤矸石分别经颚式破碎机和粉磨机破碎粉磨成80目以下的粉末，送入窑炉中加热至700℃，保温煅烧3h，制备得到煤矸石微粉。
经测试，所制备煤矸石微粉的活性指数为80%。
实施例1
称取1Kg NaOH晶体和0.3Kg硅酸钠，一起加入15Kg水中，搅拌溶解均匀得到混合溶液。
将块状煤矸石分别经颚式破碎机和粉磨机破碎粉磨成80目以下的粉末，取81.5Kg煤矸石粉末，送入窑炉中，加热至700℃，保温煅烧3h，制备得到煤矸石微粉。
将处于高温状态下的煤矸石微粉转入搅拌设备中，搅拌下通过喷雾设备将上述混合溶液全部喷洒到高温状态下的煤矸石微粉表面，冷却至室温，制备得到高活性煤矸石微粉。
图1和图2分别给出了上述比较例1和实施例1制备煤矸石微粉和高活性煤矸石微粉的SEM图像。通过对比可以看出，煅烧后的煤矸石微粉经高温化学反应激发后，促进了SiO2、Al2O3、NaOH、硅酸钠和水反应生成具有三维网状结构的铝硅酸盐，煤矸石微粉表面鳞片状、网状结构增多，非晶体成分增加，活性明显提高。
经测试，所制备高活性煤矸石微粉的活性指数达到了99%。
实施例2
称取1Kg NaOH晶体和0.3Kg硅酸钠，一起加入15Kg水中，搅拌溶解均匀得到混合溶液。
将块状煤矸石分别经颚式破碎机和粉磨机破碎粉磨成100目以下的粉末，取163Kg煤矸石粉末，送入窑炉中，加热至700℃，保温煅烧3h，制备得到煤矸石微粉。
将处于高温状态下的煤矸石微粉转入搅拌设备中，搅拌下通过喷雾设备将上述混合溶液全部喷洒到高温状态下的煤矸石微粉表面，冷却至室温，制备得到高活性煤矸石微粉。
经测试，所制备高活性煤矸石微粉的活性指数为97%。
实施例3
称取1Kg NaOH晶体和0.3Kg硅酸钠，一起加入15Kg水中，搅拌溶解均匀得到混合溶液。
将块状煤矸石分别经颚式破碎机和粉磨机破碎粉磨成180目以下的粉末，取114Kg煤矸石粉末，送入窑炉中，加热至750℃，保温煅烧3h，制备得到煤矸石微粉。
将处于高温状态下的煤矸石微粉转入搅拌设备中，搅拌下通过喷雾设备将上述混合溶液全部喷洒到高温状态下的煤矸石微粉表面，冷却至室温，制备得到高活性煤矸石微粉。
经测试，所制备高活性煤矸石微粉的活性指数为105%。
实施例4
称取1Kg NaOH晶体和0.3Kg硅酸钠，一起加入15Kg水中，搅拌溶解均匀得到混合溶液。
将块状煤矸石分别经颚式破碎机和粉磨机破碎粉磨成180目以下的粉末，取163Kg煤矸石粉末，送入窑炉中，加热至700℃，保温煅烧1h，制备得到煤矸石微粉。
将处于高温状态下的煤矸石微粉转入搅拌设备中，搅拌下通过喷雾设备将上述混合溶液全部喷洒到高温状态下的煤矸石微粉表面，冷却至室温，制备得到高活性煤矸石微粉。
经测试，所制备高活性煤矸石微粉的活性指数为93%。
实施例5
称取1Kg NaOH晶体和0.3Kg硅酸钠，一起加入15Kg水中，搅拌溶解均匀得到混合溶液。
将块状煤矸石分别经颚式破碎机和粉磨机破碎粉磨成100目以下的粉末，取81.5Kg煤矸石粉末，送入窑炉中，加热至650℃，保温煅烧3h，制备得到煤矸石微粉。
将处于高温状态下的煤矸石微粉转入搅拌设备中，搅拌下通过喷雾设备将上述混合溶液全部喷洒到高温状态下的煤矸石微粉表面，冷却至室温，制备得到高活性煤矸石微粉。
经测试，所制备高活性煤矸石微粉的活性指数为89%。
实施例6
称取1Kg NaOH晶体和0.3Kg硅酸钠，一起加入15Kg水中，搅拌溶解均匀得到混合溶液。
将块状煤矸石分别经颚式破碎机和粉磨机破碎粉磨成80目以下的粉末，取114Kg煤矸石粉末，送入窑炉中，加热至650℃，保温煅烧1h，制备得到煤矸石微粉。
将处于高温状态下的煤矸石微粉转入搅拌设备中，搅拌下通过喷雾设备将上述混合溶液全部喷洒到高温状态下的煤矸石微粉表面，冷却至室温，制备得到高活性煤矸石微粉。
经测试，所制备高活性煤矸石微粉的活性指数为96%。
实施例7
称取1Kg NaOH晶体和0.3Kg硅酸钠，一起加入15Kg水中，搅拌溶解均匀得到混合溶液。
将块状煤矸石分别经颚式破碎机和粉磨机破碎粉磨成80目以下的粉末，取81.5Kg煤矸石粉末，送入窑炉中，加热至750℃，保温煅烧3h，制备得到煤矸石微粉。
将处于高温状态下的煤矸石微粉转入搅拌设备中，搅拌下通过喷雾设备将上述混合溶液全部喷洒到高温状态下的煤矸石微粉表面，冷却至室温，制备得到高活性煤矸石微粉。
经测试，所制备高活性煤矸石微粉的活性指数为98%。
本发明以上实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制本发明仅为以上所述实施例。本领域普通技术人员在不脱离本发明原理和宗旨的情况下，针对这些实施例进行的各种变化、修改、替换和变型，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种高活性煤矸石微粉的制备方法，是向煅烧得到的处于高温状态下的煤矸石微粉上喷洒硅酸钠的NaOH水溶液，冷却得到高活性煤矸石微粉。
2.根据权利要求1所述的高活性煤矸石微粉的制备方法，其特征是所述处于高温状态下的煤矸石微粉是将煤矸石破碎粉磨后，在窑炉中加热至650～750℃煅烧得到的具有一定活性的煤矸石微粉。
3.根据权利要求2所述的高活性煤矸石微粉的制备方法，其特征是将所述煤矸石破碎粉磨至粒度80～180目。
4.根据权利要求1所述的高活性煤矸石微粉的制备方法，其特征是所述硅酸钠的NaOH水溶液是按照NaOH、硅酸钠与水的质量比为1:0.3:15～20配制得到的溶液。
5.根据权利要求1所述的高活性煤矸石微粉的制备方法，其特征是向处于高温状态下的煤矸石微粉上喷洒其质量10～20%的硅酸钠的NaOH水溶液。
6.根据权利要求1或5所述的高活性煤矸石微粉的制备方法，其特征是在将所述处于高温状态下的煤矸石微粉进行搅拌的过程中喷洒所述硅酸钠的NaOH水溶液。
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| CN1198416A (zh) * | 1997-05-01 | 1998-11-11 | 张相红 | 煅烧煤矸石的色变与活化技术 |
| CN1546413A (zh) * | 2003-12-01 | 2004-11-17 | 同济大学 | 煤矸石工业废渣用激发剂及其制备方法 |
| CN109752245A (zh) * | 2019-03-27 | 2019-05-14 | 安徽建筑大学 | 一种煅烧煤矸石粉体材料活性的碱激发快速评价法 |
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