一种基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法

本发明属于固废资源化利用领域，具体涉及一种基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法。

背景技术：

1、由于火力发电的主要原料是煤炭，就不可避免地在发电时产生粉煤灰。粉煤灰是电厂发电时产生的一种固体废弃物，若不及时处理，很容易污染周边的环境。当前粉煤灰的全球产量约为每年3.63亿吨，低钙粉煤灰在地质聚合物中的应用已被广泛研究，因为其具有较高含量的sio2和al2o3以及潜在的火山灰活性。目前，很多企业非常重视粉煤灰的研究利用，期望进一步实现变废为宝。

2、在粉煤灰的利用过程中，活化方式对粉煤灰基地质聚合物的强度和微观结构发展通常起着至关重要的作用。中国专利cn202211511957.3提出了一种以乙醇或水助磨后的粉煤灰为原料制备出力学性能可调控的粉煤灰基地质聚合物的方法。中国专利cn202010424227.4利用碱性活化剂和酸性活化剂对粉煤灰进行改性处理后提高了粉煤灰的活性并制备出了高性能材料。由此可见，传统方法是通过对惰性矿物(石英、莫来石、长石等)的整体非晶化处理(例如：碱热活化、机械活化等)来提高粉煤灰的反应活性，但这不仅消耗了大量的能源和试剂，而且对粉煤灰基地质聚合物机械性能的提升效果有限。尤其在物理活化方式的选择上，目前主要涉及到了机械研磨活化，研磨过程中会产生机械力和机械热效应的作用，粉煤灰活性的提升受两者的共同作用，其中机械力起主要作用。粉煤灰经机械研磨后粒径得到有效减小，比表面积增大，使得其反应接触面增加，表面特性得以明显改善。因此机械研磨可以一定程度上激发粉煤灰的活性，尤其是其化学反应活性。但是，机械研磨普遍存在研磨时间长、活化效率不高、整体活性提升不够明显等问题。由于粉煤灰不同粒级间颗粒尺寸和反应活性差异显著，机械研磨过程不仅对其本身高活性的细粉煤灰颗粒几乎没有增益效果，而且对相对惰性的粗粉煤灰颗粒的活性提升不明显。此外，研磨过程中粗粉煤灰颗粒的破碎会释放出大量的杂质来消耗用于碱激发反应的碱性试剂，该过程反而降低了高活性细粉煤灰颗粒与碱碰撞的概率，导致反应体系维持在一个高碱耗的状态。

3、到目前为止，上述问题一直未能得到很好的解决，因此根据粉煤灰的特性，探索低碱耗、高效率的资源化处置方式和建立全面的资源化利用体系是提升粉煤灰固废资源利用价值和大规模利用程度的重要方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法，解决现有技术中粉煤灰活化过程能耗高、碱耗高、能量效率低的技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法，包括以下步骤：

3、s1、通过对粉煤灰进行分级预处理，得到高活性细粒级粉煤灰a和低活性粗粒级粉煤灰b；

4、s2、将高活性细粒级粉煤灰a与烧结法赤泥混合均匀，得到前驱粉体a，随后将前驱粉体a、碱性激发剂a和水a混合均匀，得到浆料a；

5、和/或，将低活性粗粒级粉煤灰b与拜耳法赤泥以及碱性激发剂b进行机械研磨得到预处理原料，随后将预处理原料进行碱热活化，得到前驱粉体b，再将前驱粉体b与水b混合均匀，得到浆料b；

6、s3、将浆料a和/或浆料b进行注模、振动成型、养护至规定龄期，得到地质聚合物产品a和/或地质聚合物产品b。

7、第二方面，本发明提供一种粉煤灰和赤泥基地质聚合物，该粉煤灰和赤泥基地质聚合物通过本发明第一方面提供的基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法得到。

8、与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

9、本发明通过对粉煤灰分级利用的方式替代传统整体机械粉磨或整体(碱)热活化对粉煤灰原材料进行预处理，具有低能耗、低碱耗、生产效率高、粉煤灰各粒级特性差异得以物尽其用等优势，弥补了以往地质聚合物材料在生产时预处理成本过高、固体废弃物难以全面利用的不足。此外，本发明不仅拓宽了不同氧化铝生产工艺下产生的不同类型赤泥危废的利用途径，还利用了地质聚合物重金属固化方面优异的性能固封赤泥中的重金属离子和放射性元素，避免了环境破坏。

技术特征：

1.一种基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法，其特征在于，粒度分级后，所述高活性细粒级粉煤灰a与所述低活性粗粒级粉煤灰b的分级粒径分界线为33～45μm。

3.根据权利要求1所述基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法，其特征在于，所述粉煤灰为f类粉煤灰，主要化学成分质量百分比为：sio250～60％，al2o3 20～30％，cao 2～4％；所述粉煤灰的d90粒径小于100μm。

4.根据权利要求1所述基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法，其特征在于，所述烧结法赤泥的主要化学成分质量百分比为：sio2 10～20％，al2o3 5～10％，cao 30～40％；所述拜耳法赤泥的主要化学成分质量百分比为：sio2 15～20％，al2o3 20～30％，cao 10～20％。

5.根据权利要求1所述基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法，其特征在于，所述碱性激发剂a和/或所述碱性激发剂b分别选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾中的至少一种。

6.根据权利要求1所述基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法，其特征在于，所述前驱粉体a中，高活性细粒级粉煤灰a与烧结法赤泥的质量比为5：(1～3)；所述浆料a中，前驱粉体a与碱性激发剂a的质量比为1：(0.09～0.16)。

7.根据权利要求1所述基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法，其特征在于，所述预处理原料中，低活性粗粒级粉煤灰b、拜耳法赤泥与碱性激发剂b的质量比为7：(2～4)：(1.6～2.4)。

8.根据权利要求1所述基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法，其特征在于，采用振动研磨机进行机械研磨，研磨时间为1～6min；所述碱热活化的温度为500～600℃，碱热活化的时间为60～120min。

9.根据权利要求1所述基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法，其特征在于，所述浆料a和/或所述浆料b中，控制浆料的流动性为120～130mm；所述养护的温度为室温。

10.一种粉煤灰和赤泥基地质聚合物，其特征在于，所述粉煤灰和赤泥基地质聚合物通过权利要求1～9中任一项所述基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法得到。

技术总结
本发明公开一种基于粒度分级的粉煤灰全粒级高效利用方法，包括以下步骤：对粉煤灰进行分级预处理；将高活性细粒级粉煤灰与烧结法赤泥、碱性激发剂和水混合均匀，得到浆料A；和/或，将低活性粗粒级粉煤灰与拜耳法赤泥、碱性激发剂进行机械研磨和碱热活化，得到前驱粉体，随后与水混合均匀，得到浆料B；将浆料A和/或浆料B进行注模、振动成型、养护，得到地质聚合物产品。本发明通过对粉煤灰分级利用的方式替代传统整体机械粉磨或整体(碱)热活化对粉煤灰原材料进行预处理，具有低能耗、低碱耗、生产效率高、粉煤灰各粒级特性差异得以物尽其用等优势，弥补了以往地质聚合物材料在生产时预处理成本过高、固体废弃物难以全面利用的不足。

技术研发人员：刘诚,周雨潇,包申旭,杨思原,周紫晨,平扬
受保护的技术使用者：武汉理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22