一种煤矸石活性激发剂及基于其的活性煤矸石粉的制备方法与流程

本发明涉及一种激发剂，特别是涉及一种煤矸石活性激发剂及基于其的活性煤矸石粉的制备方法。

背景技术：

1、煤矸石是矿井产煤过程中产生的固体废弃物，我国每年因为采煤而产生的煤矸石产量巨大。很多因为得不到有效及时的利用，不仅占用大量的耕地，而且严重污染周边环境。为了减轻甚至消除这种危害，有效利用煤矸石的价值，目前已经将煤矸石已被用于填坑垫基，水泥混合材，混凝土骨料，制作少熟料水泥、空心砖、混凝土砌块、瓷砖等，但由于煤矸石活性较低，强度有限，因此无法大量使用。而现有研究表明，使用掺煤矸石的水泥或者直接在混凝土中掺入煤矸石粉，能够提高混凝土的密实度，提高混凝土的抗冻性、抗渗性以及抗硫酸盐侵蚀性能，也就是说，掺入煤矸石能够改善混凝土的耐久性能。但是，在研究和使用中都发现，煤矸石未经过自燃，其含碳量偏高，影响混凝土性能，但自燃后的煤矸石活性较低，其火山灰活性没有得到很好的激发，因此如何更有效地激发并提高煤矸石的潜在活性是困扰研究者的一个主要问题。目前针对煤矸石活性的激发，主要是通过物理激活、热激发、微波辐照活化和化学激活等手段提高煤矸石的活性。

2、物理激活是通过超细粉磨煤矸石，使其颗粒变得很小，提高活性。但细度的增加，意味着能耗的增加，从而限制了煤矸石的磨细程度，使大部分煤矸石反应程度降低或者并没有参与反应，主要起物理填充作用，其活性并没有得到很好的开发。

3、热激发旨在利用高温使烧成后的煤矸石中含有大量的活性氧化硅和氧化铝。但由于煤矸石成分复杂，导致煅烧煤矸石的最佳温度不能形成统一定论。而且煅烧煤矸石得到的活性需要在一定条件下才能发挥出来，即单纯的煤矸石在水中并不产生胶凝强度，需要在碱性或者硫酸盐条件，如加入水泥后产生二次水化反应。为了促进煤矸石活性的进一步发挥，可以采用化学激活相结合。

4、而化学激发主要是通过碱激发破坏si-o的网络结构，而si-o结构相对比较稳定，同时激发剂种类以及掺量的影响与所存在溶液的ph值相关，相应单纯的化学激发过程还是比较慢，为了促进激活效果，一般要与热激发相结合。

5、因此，目前为了提高煤矸石的活性，更倾向于采用一种或者几种方式进行共同激活的方法，一般常采用物理-热、热-化学复合激活等，但复合活化需要考虑问题比较多，造成在这方面研究比较少。就目前而言，煤矸石活性激发主要是通过自燃煤矸石或者未自燃的煤矸石进行燃烧后粉磨，形成具有一定活性的活化煤矸石，从而作为水泥混合材使用。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明旨在利用现有煤矸石活性激活的手段的基础上，针对未自燃的煤矸石，提供一种可以提高煤矸石在燃烧过程中活性激发的激发剂，提高煤矸石的活性。

2、为实现上述目的，本发明提出如下技术方案：

3、一种煤矸石活性激发剂，由下述各组分混合均匀后粉磨得到，各组分质量份数如下：

4、

5、进一步地，本发明所述煤矸石活性激发剂各组分混合均匀后粉磨时间为10～20min。

6、进一步地，本发明所述caco3粒径为200目～400目。

7、进一步地，本发明所述c/al复合物为以碳微球为模板、铝盐为铝源，在水热条件下制备的碳微球-不定性氢氧化铝复合物，可以认为是一种纳米氧化铝空心微球前驱体；其中碳微球中的c与铝盐中的al3+摩尔比为1:1～1:3。

8、进一步地，本发明所述沸石粉粒径为150目～400目。

9、进一步地，本发明所述钙基助剂为cacl2或caso4的一种或两种以任意比例混合。

10、进一步地，本发明所述铁基助剂为fe2o3或fecl3中的一种或两种以任意比例混合。

11、进一步地，本发明所述稀土类助剂为镧系或铈系与镧系的混合，其中铈系所占质量百分比不超过50％。

12、本发明还提供了一种基于上述煤矸石活性激发剂的活性煤矸石粉的制备方法，包括以下步骤：

13、(1)将煤矸石破碎后粉磨至比表面积不小于100m2/kg，之后与上述煤矸石活性激发剂混合搅拌，并进行燃烧；

14、(2)将步骤(1)中燃烧后的混合煤矸石进行研磨，得到活化煤矸石粉；

15、步骤(1)中所述煤矸石活性激发剂占煤矸石质量比为5％～12％。

16、进一步地，步骤(1)所述煤矸石为产煤过程中产生的未发生自燃的煤矸石块.

17、进一步地，步骤(1)所述煤矸石燃烧温度为400～900℃，燃烧时间不少于3h。

18、进一步地，步骤(2)所述加入煤矸石活性激发剂激发后的煤矸石燃烧后研磨，比表面积不小于400m2/kg。

19、本发明的有益效果如下：

20、(1)本发明制备的煤矸石活性激发剂各组分中，caco3和主要用于调整煤矸石硅钙比；钙基助剂能够吸收煤矸石高温燃烧分解作用下产生的含硫化合物，具有一定脱硫作用，促进煤矸石活性物质的合成；萤石可以降低煤矸石活化温度，促进煤矸石活性物质的合成；铁基助剂在煤矸石燃烧前能够促进煤矸石燃烧，在煤矸石高温燃烧过程中能够参与到煤矸石活性物质生成过程中，生成铁铝酸四钙活性物质，提高煤矸石活性物质的火山灰活性；kmno4可以高温分解氧气，增加体系氧含量，在稀土类助剂的促进作用下，有效降低煤矸石可燃温度，促进煤矸石燃烧，加快燃烧速度，利于轻质活性二氧化硅颗粒的快速生成；异丁醇不仅能够降低煤矸石着火点而且能够吸收煤矸石燃烧过程中形成的含硫化合物；脂肪酸甘油酯可以有效降低煤矸石燃烧活化能，加快煤矸石燃烧；沸石粉不仅能够吸收煤矸石燃烧过程中产生的大量轻质活性二氧化硅等物质，而且在本发明中煤矸石燃烧的温度下能够发生结构和晶型变化，提高自身活性，促进煤矸石整体活性的提高；尤其是c/al复合物的掺入可以显著提高未自燃煤矸石的易磨性，在与煤矸石反应中增加形成的改性煤矸石的铝钙比和结构疏松度，利于研磨和其活性的提升。

21、(2)本发明激发剂中的各种组分主促进、加快煤矸石燃烧，并能够辅助吸收煤矸石燃烧中产生的含硫化合物等可能对空气中产生污染的物质；能够实现对煤矸石活性物质的吸附保存，避免因为轻质活性物质漂浮到空气中不便收集；与煤矸石燃烧产生的物质进行活性反应，提高煤矸石燃烧物的火山灰活性。通过各组分的协同作用，有效降低了煤矸石活性激发温度，促进活性的激发，提高活性物质质量。

22、(3)本发明针对大量未自燃的煤矸石活性低、利用率低的问题，通过活性激发剂对其进行改性，在煤矸石自燃过程中能够利用煤矸石燃烧热量使自身发生结构变化，并与煤矸石进行反应，极大提高煤矸石的活性，使得煤矸石在水泥中的掺量得到提高，实现了未自然煤矸石的资源化利用。

技术特征：

1.一种煤矸石活性激发剂，其特征在于，由下述各组分混合均匀后粉磨得到，各组分质量份数如下：

2.根据权利要求1所述的一种煤矸石活性激发剂，其特征在于，所述煤矸石活性激发剂各组分混合均匀后粉磨时间为10～20min。

3.根据权利要求1所述的一种煤矸石活性激发剂，其特征在于，所述caco3粒径为200目～400目；

4.根据权利要求1所述的一种煤矸石活性激发剂，其特征在于，所述c/al复合物为以碳微球为模板、铝盐为铝源，在水热条件下制备的碳微球-不定性氢氧化铝复合物，其中碳微球中的c与铝盐中的al3+摩尔比为1:1～1:3。

5.根据权利要求1所述的一种煤矸石活性激发剂，其特征在于，所述钙基助剂为cacl2或caso4的一种或两种以任意比例混合。

6.根据权利要求1所述的一种煤矸石活性激发剂，其特征在于，所述铁基助剂为fe2o3或fecl3中的一种或两种以任意比例混合。

7.根据权利要求1所述的一种煤矸石活性激发剂，其特征在于，所述稀土类助剂为镧系或铈系与镧系的混合，其中铈系所占质量百分比不超过50％。

8.一种基于权利要求1至7任一项所述煤矸石活性激发剂的活性煤矸石粉的制备方法，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种活性煤矸石粉的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述煤矸石为产煤过程中产生的未发生自燃的煤矸石块。

10.根据权利要求9所述的一种活性煤矸石粉的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述煤矸石燃烧温度为400～900℃，燃烧时间不少于3h；

技术总结
本发明公开了一种煤矸石活性激发剂及基于其的活性煤矸石粉的制备方法。本发明所述煤矸石活性激发剂由CaCO3、C/Al复合物、沸石粉、铁基助剂、钙基助剂、稀土类助剂、KMnO4、异丁醇、脂肪酸甘油酯及萤石混合粉磨得到；之后将煤矸石破碎后粉磨与煤矸石活性激发剂混合搅拌并进行燃烧，燃烧后的混合煤矸石进行研磨得到活化煤矸石粉。本发明通过活性激发剂对煤矸石进行改性，在煤矸石自燃过程中能够利用煤矸石燃烧热量使自身发生结构变化，并与煤矸石进行反应，极大提高煤矸石的活性，使得煤矸石在水泥中的掺量得到提高，实现了未自然煤矸石的资源化利用。

技术研发人员：刘君,黄守辉,孙盼盼,高国政,张皓,张国权,姜兆辉,冯伟风,徐磊,高桂波
受保护的技术使用者：中交第一航务工程局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15