专利名称：混凝土掺和料及煅烧煤矸石制备混凝土掺和料的方法
技术领域：
本发明涉及一种混凝土掺和料及其制备方法，具体是涉及一种利用沸腾炉煅烧煤矸石制备混凝土矿物掺和料的方法，及以煤矸石为主原料的混凝土掺和料。
背景技术：
煤矸石是煤矿建井和生产过程中排出来的一种混杂岩体，它包括煤矿在井巷掘进时排出来的矸石、露天煤矿开采时剥离的矸石和洗选加工过程中排出的矸石。煤矸石的产生量约占煤炭开采量的10% 25%。我国煤矸石的堆放已形成1500座矸石山，全国贮存的矸石共计约有40亿吨、占地近30万亩。以排矸量占原煤生产的20%估算，每年新增加的矸石有2亿吨以上，除综合利用约8000万吨外，其余部分就近自然混杂堆存。煤矸石已经成为我国积存量和年产量最大、占用堆积场地最多的一种工业废物。这些矸石山不仅占用了大量土地，而且由于自然降水，使煤矸石中富含的盐类经淋滤、溶解在雨水中渗入到地下，造成矸石山周围的地下水严重污染；煤矸石中所含的黄铁矿(FeM)易被空气氧化，放出的热量可以促使煤矸石中所含煤炭风化以至自燃，自燃时放出的S02严重污染空气。如何有效地利用工业废渣，使其变废为宝，减轻环境污染，是当前全世界共同关注的课题。目前，煤矸石大多用于发电、作水泥原燃料、制砖以及井下充填、复垦造田、筑路等，但总的用量还很低，利用率不高。尤其是破碎用作浙青混凝土的骨料的煤矸石只选取 5-20mm的颗粒，而占破碎总量的25%小于5mm的细粉颗粒确大部分被直接抛弃或堆放，造成了大量的资源浪费。
发明内容
本发明的目的是针对现有煤矸石利用率低，提出一种利用沸腾炉煅烧煤矸石制备混凝土掺合料的方法，该方法以细粉煤矸石为原料制备混凝土掺和料，可替代30% -40% 的水泥。本发明的另一目的是提供一种以煤矸石为主原料的混凝土矿物掺和料。为达上述目的，本发明采用了以下技术方案一种混凝土掺和料，由A组份和B组份经混合、煅烧、粉磨制得A组份包括下列重量份的原料煤矸石70-90份；石灰石10-30份；石膏2-5份；萤石0. 5-1. 5份；B组份为标准煤；A、B组份混合后的热值大于1600kcal/kg。所述的混凝土掺和料，其中，所述A组份与B组份的质量配比为4 1 8 1。所述的混凝土掺和料，其中，所述煤矸石、石灰石、石膏及萤石均粉碎成小于5mm 的颗粒，然后按比例均勻混合。所述的混凝土掺和料，其中，所述石灰石质量等级为二级，CaO含量大于45% ；石膏等级为二级，CaSO4 · 2H20含量大于75% ；萤石中CaF2质量大于80%。一种利用沸腾炉煅烧煤矸石制备上述混凝土掺和料的方法，其先将煤矸石与石灰石、石膏、萤石按比例均勻混合，再将混合物与标准煤按比例送入沸腾炉中，在800-900°C下
3煅烧1-2小时，然后出炉冷却，再粉磨成细粉后筛选得产品。所述的利用沸腾炉煅烧煤矸石制备混凝土掺和料的方法，其中，所述煤矸石、石灰石、石膏、萤石均采用小于5mm的颗粒为原料。所述的利用沸腾炉煅烧煤矸石制备混凝土掺和料的方法，其中，煅烧后煤矸石烧失量彡8%。所述的利用沸腾炉煅烧煤矸石制备混凝土掺和料的方法，其中，出炉冷却采用空冷自然冷却。所述的利用沸腾炉煅烧煤矸石制备混凝土掺和料的方法，其中，粉磨采用球磨工艺，粉磨后产品比表面积> 450m2/kg ；粉磨后进行机械分选，达到45μπι筛筛余量< 20%。所述的利用沸腾炉煅烧煤矸石制备混凝土掺和料的方法，其中，在粉磨时添加占待粉磨物料总质量0.01% -3%的外加剂，最佳选用硫酸钠、三乙醇胺类助磨剂。小于5_的煤矸石其热值约lOOOkcal/kg，矿物组成以高岭石、绿泥石、伊利石等粘土矿物为主，粘土矿物占总量的60%以上，是理想的制备矿物掺合料的原料。但由于粘土矿物的脱水分解必须在700-900°C，煅烧时需对温度有较好的控制，而沸腾炉的燃烧方式介于层状燃烧和悬浮燃烧之间，兼有煤粉炉和层燃炉的燃烧特点。沸腾炉膛中蓄热量大，颗粒之间以及颗粒和空气之间产生的相对运动十分激烈，加之其气体扩散速度快，可维持在很低的过量空气系数(1. 05 1. 1左右)下强烈燃烧，而且不必预热，这就形成了强氧燃烧的条件，因此能使低热值劣质燃料完全燃烧。本发明有如下优点1、活化工艺简单，煤矸石可全面利用，可配合煤矸石电厂、水泥厂等多种生产工艺使用，烧制过程中可节省能源原材料，烧成品可用于制备混凝土掺合料，是一种变废为宝，再生资源的绿色建筑材料。2、作混凝土掺合料，掺入量可达到混凝土胶材用量的30% 50%，可现拌、预制、配制不同等级强度的混凝土，可以提高混凝土的强度、抗渗性、耐久性等。3、制备掺合料的成本较低，1吨煤矸石可制备0. 6 0. 7吨掺合料， 每吨掺合料成本仅50元左右。4、可配制高强度结构混凝土、钢筋混凝土、预应力混凝土等， 可广泛应用于房屋、道路、桥梁建筑等方面。
具体实施例方式下面通过实施例进一步描述本发明，但本发明并不仅限于所述实施例。以下份数如无特殊说明均为重量份数。所用石灰石质量等级为二级，CaO含量大于45% ；石膏等级为二级，CaSO4 · 2H20含量大于75% ；萤石中CaF2质量大于80%。实施例1 设备采用GXDF-I型高温烟气沸腾炉，其常用的燃煤热值为5000kCal/kg左右，之前专用于矿渣烘干，后改用煤矸石作为燃料，烘干矿粉的同时制备煤矸石矿物掺合料，实施配置的原料热值不低于1600kcal/kg。取热值1300kcal/kg左右的煤矸石80份，二级石灰石粉16份，天然二级石膏2. 5 份及萤石粉(CaF2含量90%以上)1. 5份；将上述物料粉碎至粒度在5mm以下后均勻混合。 然后与热值为6000kcal/kg的标准煤按5 1的比例混合配置，混合料热值大于2000kcal/ kg,满足沸腾炉燃烧热值需求。混合均勻后放置于沸腾炉料仓内。沸腾炉点火后炉温上升至 850°C左右时，由料仓下放混合料至炉膛煅烧，煅烧采取持续煅烧，间断排渣方式，每隔1-2小时排渣取料。将排出的灰渣自然冷却后收集起来，然后将灰渣采用球磨机粉磨，粉磨至比表面积大于450m2/kg。实施过程沸腾炉和矿渣烘干系统正常运转，制备出的煤矸石矿物掺合料用比表面积划分两个等级1级和II级。性能如表1所示
表1煤矸石矿物掺合料的性能指标
权利要求
1.一种混凝土掺和料，由A组份和B组份经混合、煅烧、粉磨制得A组份包括下列重量份的原料煤矸石70-90份；石灰石10-30份；石膏2-5份；萤石 0. 5-1. 5 份；B组份标准煤；A组分与B组份混合后的热值大于1600kcal/kg。
2.根据权利要求1所述的混凝土掺和料，其特征在于 所述A组份与B组份的质量配比为4 1 8 1。
3.根据权利要求1所述的混凝土掺和料，其特征在于所述煤矸石、石灰石、石膏及萤石均粉碎成小于5mm的颗粒，然后按比例均勻混合。
4.根据权利要求1-3中任一所述的混凝土掺和料，其特征在于所述石灰石质量等级为二级，CaO含量大于45% ；石膏等级为二级，CaSO4 · 2H20含量大于75% ；萤石中CaF2质量大于80%。
5.一种利用沸腾炉煅烧煤矸石制备上述混凝土掺和料的方法，其特征在于 先将煤矸石与石灰石、石膏、萤石按比例均勻混合，再将混合物与标准煤按比例送入沸腾炉中，在800-900°C下煅烧1-2小时，然后出炉冷却，再粉磨成细粉后筛选得产品。
6.根据权利要求5所述的利用沸腾炉煅烧煤矸石制备混凝土掺和料的方法，其特征在于所述煤矸石、石灰石、石膏、萤石均采用小于5_的颗粒为原料。
7.根据权利要求5所述的利用沸腾炉煅烧煤矸石制备混凝土掺和料的方法，其特征在于煅烧后煤矸石烧失量<8%。
8.根据权利要求5所述的利用沸腾炉煅烧煤矸石制备混凝土掺和料的方法，其特征在于出炉冷却采用空冷自然冷却。
9.根据权利要求5所述的利用沸腾炉煅烧煤矸石制备混凝土掺和料的方法，其特征在于粉磨采用球磨工艺，粉磨后产品比表面积> 450m2/kg;粉磨后进行机械分选，达到 45 μ m筛筛余量；^ 20%。
10.根据权利要求9所述的利用沸腾炉煅烧煤矸石制备混凝土掺和料的方法，其特征在于在粉磨时添加占待粉磨物料总质量0. 01% -3%的硫酸钠或三乙醇胺类助磨剂助磨。
全文摘要
本发明涉及一种混凝土掺和料，由A组份和B组份经混合、煅烧、粉磨制得A组份包括下列重量份的原料煤矸石70-90份；石灰石10-30份；石膏2-5份；萤石0.5-1.5份；B组份为标准煤；A、B组份混合后的热值大于1600kcal/kg。以及利用沸腾炉煅烧煤矸石制备上述混凝土掺和料的方法，即将上述组分混匀后送入沸腾炉中在800-900℃下煅烧1-2小时，然后出炉冷却，再粉磨成细粉后筛选得产品。本发明工艺简单，增加了煤矸石的利用率，有利于煤矸石的全面利用，作为混凝土掺和料，掺入量高达30％-50％，成本低，可提高混凝土的强度，抗渗性及耐久性能，性能优良。
文档编号C04B18/12GK102167532SQ20101060602
公开日2011年8月31日 申请日期2010年12月15日 优先权日2010年12月15日
发明者杨荣俊, 王栋民, 田景松, 苏胜, 范兴旺, 范德科, 邬长森, 郑旭 申请人:中国矿业大学(北京), 北京市政路桥建材集团有限公司, 北京正达坤顺技术检测有限公司