一种煤矿废弃物基地质聚合物胶凝材料及其制备方法与流程

本发明公开了一种煤矿废弃物基地质聚合物胶凝材料及其制备方法，属于废弃物综合利用和建材制备技术领域。

背景技术：

材料是现代文明的三大支柱之一，也是发展国民经济和机械工业的重要物质基础。随着社会生活的快速发展，21世纪的材料科学研究是向着绿色、环保、节能、高性能方向发展。地质聚合物作为一种新型的绿色材料，正受到越来越多人们的关注。

地质聚合物是一种以活化过的高岭土、矿渣、粉煤灰或者其他硅铝质材料为主要原料，在激发剂的参与下，通过强碱溶解、单体重构凝胶化、缩聚硬化等低温反应过程得到的一种新型无机聚合物凝胶材料。地质聚合物的概念是在1978年由法国人davidovits提出的，这种材料具有优良的机械性能和耐酸碱、耐火、耐高温的性能，有可利用矿物废料和建筑垃圾作为原料的特点。目前，国内外针对地质聚合物的研究非常活跃，地质聚合物大多都由粉煤灰、矿渣及偏高岭土作为硅铝质原料。

煤矸石和粉煤灰作为煤矿废弃物污染环境，占据土地，影响生态平衡。

技术实现要素：

本发明针对上述问题，提供一种以煤矸石和粉煤灰为主要原料的煤矿废弃物基地质聚合物胶凝材料，对粉煤灰进行再次利用，减少环境污染；并且提供了该煤矿废弃物基地质聚合物胶凝材料的制备方法。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

1、一种煤矿废弃物基地质聚合物，是由以下材料组成：碱性干粉激发剂、煤矸石、粉煤灰、标准砂、水。

所述煤矸石是取自辽宁省阜新市的自然煤矸石。

所述粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。粉煤灰一般分为低钙粉煤灰和高钙粉煤灰两类。低钙粉煤灰也叫f级粉煤灰，是由无烟煤和烟煤制备得到的，其cao的质量百分含量低于10％；高钙粉煤灰也称作c级粉煤灰，是由次烟煤和褐烟煤制备得到的，其cao的质量百分含量高于10％。

所述标准砂是选用厦门艾思欧产标准砂，水泥与砂的质量比为1:3。

所述碱性激发剂为碱性干粉激发剂，分为6种不同组分，其制备所需的主要材料包括：氢氧化钠、碳酸钙，均为工业级。

所述水为普通自来水，用于拌和及搅拌。

2、煤矿废弃物基地质聚合物的制备方法，包括下列步骤：

1)对煤矸石进行加热、冷却，粉磨，过筛，制备煤矸石；

2)将氢氧化钠溶液与碳酸钙粉末混合，干燥、粉碎，制备碱性干粉激发剂；

3)在煤矸石、粉煤灰、标准砂配合比固定为10:9:3的情况下，得到煤矸石基地质聚合物的不同制备原料配比；

4)将制备好的材料拌和成浆料，装模成型，在合适的环境下养护，经过一段时间后脱模，在自然环境下放置，得到煤矿废弃物基地质聚合物材料。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的煤矿废弃物基地质聚合物胶凝材料以煤矸石、粉煤灰为主要原料，价格低廉，使用简便；

(2)本发明实现了煤矿废弃物的再利用，避免了大量资源的浪费，具有很好的经济和社会效益；

(3)本发明具有节约土地资源，保护环境，废弃物利用的重要意义。

附图说明

图1为粉煤灰/偏高岭土地质聚合物材料制备流程图

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。

(1)将煤矸石放入箱式电炉中从室温加热至煅烧温度后，取出，自然冷却，再用实验球磨机粉磨，过筛并取其粒径在0.01mm-0.09mm之间的粉体，采用热激活的方法制备好煤矸石；

(2)将氢氧化钠溶液与碳酸钙粉末混合，在80℃的烘箱中干燥8h，粉碎至0.03mm后得到碱性干粉激发剂备用。这里共制备了6种配合比的碱性干粉激发剂。

(3)制备在煤矸石、粉煤灰、标准砂配合比固定为10∶9∶3的情况下，煤矸石基地质聚合物的原料配比见表1，其中，地质聚合物a、b、c中氢氧化钠的含量相同，地质聚合物d、e、f中碳酸钙的含量相同，地质聚合物g直接使用氢氧化钠为激发剂。这里的粉煤灰为阜新发电厂l级粉煤灰，属于低钙粉煤灰。

表1不同煤矸石基地质聚合物的原料配比

(4)制备浆料：使用胶砂搅拌方法，用水泥胶砂搅拌机进行，先把水加入锅内，再加入粉煤灰、煤矸石，把锅放在固定器上，上升至固定位置后立即开动机器，低速搅拌30s后，在第二个30s开始的同时均匀地将标准砂加入，再高速搅拌30s后，停拌90s，在第一个15s内用一胶皮刮具将叶片和锅上的胶砂刮入锅中间，在调整下继续搅拌60s。各个搅拌阶段，时间误差控制在±1s以内。

(5)注模成型：成型采用40mm×40mm×160mm正方体试模，将空试模和套模固定在振实台上，用勺子直接从搅拌锅内将胶砂分两层装模。装第一层时，每个槽里放约300g胶砂，并用大播料器播平，接着振动60次，再装入第二层胶砂，用小播料器播平，再振动60次。移走套模，从振实台上取下试模，用一金属尺近似90°的角度架在试模顶一端，沿试模长度方向以横向锯割动作慢慢向另一端移动，一次将超过试模部分的胶砂刮去，并用同一直尺以近乎水平的情况下将试件表面抹平。

(6)在合适的环境下养护一段时间，脱模，自然放置，得到成品。

技术特征：

1.一种煤矿废弃物基地质聚合物，其特征在于，是由以下材料组成：碱性干粉激发剂、煤矸石、粉煤灰、标准砂、水。

2.根据权利要求1所述的煤矿废弃物基地质聚合物，其特征在于，所述煤矸石是取自辽宁省阜新市的自然煤矸石。

3.根据权利要求1所述的煤矿废弃物基地质聚合物，其特征在于，所述粉煤灰是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物。

4.根据权利要求3所述的煤矿废弃物基地质聚合物，其特征在于，所述粉煤灰一般分为低钙粉煤灰和高钙粉煤灰两类；低钙粉煤灰也叫f级粉煤灰，是由无烟煤和烟煤制备得到的，其cao的质量百分含量低于10％；高钙粉煤灰也称作c级粉煤灰，是由次烟煤和褐烟煤制备得到的，其cao的质量百分含量高于10％。

5.根据权利要求1所述的煤矿废弃物基地质聚合物，其特征在于，所述标准砂是选用厦门艾思欧产标准砂，水泥与砂的质量比为1:3。

6.根据权利要求1所述的煤矿废弃物基地质聚合物，其特征在于，所述碱性激发剂为碱性干粉激发剂，分为6种不同组分，其制备所需的主要材料包括：氢氧化钠、碳酸钙，均为工业级。

7.根据权利要求1所述的煤矿废弃物基地质聚合物，其特征在于，所述水为普通自来水，用于拌和及搅拌。

8.一种权利要求1所述的煤矿废弃物基地质聚合物的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)对煤矸石进行加热、冷却，粉磨，过筛，制备煤矸石；

2)将氢氧化钠溶液与碳酸钙粉末混合，干燥、粉碎，制备碱性干粉激发剂；

3)在煤矸石、粉煤灰、标准砂配合比固定为10:9:3的情况下，得到煤矸石基地质聚合物的不同制备原料配比；

4)将制备好的材料拌和成浆料，装模成型，在合适的环境下养护，经过一段时间后脱模，在自然环境下放置，得到煤矿废弃物基地质聚合物材料。

技术总结
本发明公开了一种煤矿废弃物基地质聚合物胶凝材料及其制备方法，属于废弃物综合利用和建材制备技术领域。本发明采用氢氧化钠与碳酸钙混合制备的碱性干粉激发剂替代传统氢氧化钠溶液激发剂，并与煤矸石、粉煤灰和标准砂混合，制备煤矸石基地质聚合物胶凝材料。所述煤矸石为来自辽宁省阜新地区的自然煤矸石；所述粉煤灰为从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰，是燃煤电厂排出的主要固体废物；所述标准砂为厦门艾思欧产标准砂，水泥与砂的质量比为1:3。本发明还提供了其制备方法。本发明所用的原材料分布广泛且价格低廉，制备工艺简单，实现了煤矿废弃物的再利用，有利于节约资源、能源，减少环境污染，从而保护环境。

技术研发人员：张大明;孙芳锦;于珊珊;任凤玉
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：2019.12.13
技术公布日：2020.04.14