一種使用惰性物料的凝石生產工藝及設備的製作方法

2023-10-09 13:17:54 4

專利名稱：：一種使用惰性物料的凝石生產工藝及設備的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種利用惰性固體廢棄物大規模生產膠凝材料的工藝及設備組合，屬於環境保護領域及建築材料領域，更確切地說，涉及一種大量利用惰性矽鋁質固體廢棄物製備凝石的工藝及設備組合。
背景技術：
：人們對環境友好及高性能膠凝材料的追求，使得利用固體廢棄物製備新型膠凝材料的研究成為一個熱點。我國科研工作者自八十年代以來，對鹼激髮膠凝材料、混凝土以及地質聚合物作了一系列優異的研究工作，目前我國利用固體廢棄物製備膠凝材料的研究工作也在國際上得到了認可。發明人前期對此進行了大量工作。以清華大學孫恆虎教授為首的研究團隊從地質學和礦物學角度出發，深入分析了天然礫巖和火山灰沉積巖的形成過程，並結合膠凝材料的科學技術研究及應用，發明了一種新型膠凝材料——凝石。凝石的理論與技術是完全跳出了傳統水泥的框架，吸取了地質聚合物和鹼激發水泥研究與生產應用中的有益成果與成功經驗，依據大地成巖理論和自然界相容原理，以主體和配體的二元組分設計和結構設計為核心，初步形成了新的矽鋁基膠凝材料的理論體系與技術體系。在仿地學理論的指導下，凝石在理論體系、產業化技術、產品應用等方面的研究得到了迅速發展。專利CN1415567A公開了一種凝石二元化溼水泥及其用途，其中採用大摻量廢渣，例如礦渣、鋼渣、粉煤灰等溼法製備凝石膠凝材料的方法。這種方法可以總結為"一磨溼製備"的方法，其原材料主要是具有潛在膠凝活性的高溫固體廢棄物，還不能解決通常條件下活性較低的惰性固體廢棄物的利用問題。專利CN1887764A和專利CN1887763A公開了一種預處理尾礦、黃河砂/淤泥，由其獲得凝石膠凝材料及他們的製備方法。該專利突出之處是提出了採用熱液蝕變(200900)原理提高惰性固體廢棄物尾礦、黃河砂、淤泥的潛在膠凝活性，並製備凝石的方法。該專利採用熱液蝕變的方法是依據地質作用中熱液蝕變作用原理而發明的。地質作用過程中熱液蝕變無處不在，是地殼中礦物成分發生改變的最重要的作用。熱液蝕變的原理是在20090(TC的環境下使物料中揮發份脫出並破壞晶格結構；同時，在這些組分的脫除過程所釋放出的強極性物質與具有活潑離子的物料對近鄰物料表面的結構，如Si-O(Al-O)四面體網絡，存在多種離子的複合協同作用，並產生強烈的腐蝕作用，從而使物料晶格畸變度及晶格缺陷增加，結構斷鍵或解聚，從而使整個蝕變物料混合體系的膠凝活性增強，並為隨後的溶蝕、解聚、遷移打下基礎。但是，這兩個專利側重於製備過程中的物料組成設計和基本原理介紹，缺乏對應用該技術實現規模化生產的系統工藝方法。目前其它對惰性矽鋁質物料利用的方法中，主要是用作填料或鋪路，但該法附加值低，利用範圍有限。在用其製備高附加值的膠凝材料方面，專利CN1539782A公開了一種粉煤灰水泥及生產工藝，專利CN1319902C公開了一種生產混合水泥的方法，但這些專利仍然局限於利用具有潛在膠凝活性的固體廢棄物，如粉煤灰、高爐礦渣等；對石英等惰性物質的利用，也採用簡單的細碎方法將增加其活性，但這種方法能耗高、效果有限，還不能夠實現規模化生產。
發明內容本發明目的是利用惰性固體廢棄物製備凝石膠凝材料進行規模化生產，該方法一方面要能夠適合惰性矽鋁質物料熱液蝕變預處理系統的工藝，另一方面要滿足凝石膠凝材料製備的工藝和方法。以上目的通過以下措施來達到本發明的突出之處是通過熱液蝕變方法提高惰性矽鋁質物料的活性，使之滿足凝石膠凝材料原料的要求，從而實現對大量惰性矽鋁質固體廢棄物的利用。在熱液蝕變處理工藝與傳統凝石一磨製備工藝銜接方面，向前通過穩流倉與凝石原料細碎工藝結合；向後通過蝕變料倉與半成品配料工藝結合。熱液蝕變的原理是在低溫環境下(200900°C)使物料中揮發份脫出並破壞晶格結構；同時，在這些組分的脫除過程所釋放出的強極性物質與具有活潑離子的物料對近鄰物料表面的結構，如Si-0(Al-0)四面體網絡，存在多種離子的複合協同作用，並產生強烈的腐蝕作用，從而使物料晶格畸變度及晶格缺陷增加，結構斷鍵或解聚，從而使整個蝕變物料混合體系的膠凝活性增強。可見，蝕變效果的關鍵取決於不同顆粒之間，以及顆粒與釋放的揮發份之間的接觸程度和接觸面積。因此，嚴格控制惰性矽鋁質物料和蝕變料的細度和混勻效果是產生很好蝕變效果的關鍵。熱液蝕變處理工藝前端的磨機和穩流倉除了起到磨細和穩流的作用外，還起到控制物料混勻效果和細度的作用。一方面將惰性矽鋁質物料和蝕變料混勻，主要通過磨機粉磨過程混合和穩流倉均化過程實現；另一方面通過調整磨機來嚴格控制出磨物料的細度。熱液蝕變處理工藝後端根據物料細度選擇直接經蝕變料倉進入中間倉的工藝或者由蝕變料倉經磨機後進入中間倉的工藝。當蝕變料比表面積為4501000m7kg或者比表面積更大時，選擇前者工藝；當蝕變料比表面積為400700m7kg或者比表面積更小時，選擇後者工藝，並保證蝕變料經磨機磨細後比表面積為4501000m7kg。熱液蝕變處理工藝通過穩流倉和蝕變料倉與傳統粉磨工藝相聯結，保證了熱液蝕變處理工藝和傳統凝石一磨工藝成為各自較獨立的系統。對於特定的惰性矽鋁質物料，其蝕變溫度要求在200900°C間的某溫度區域內進行，過高的溫度會導致蝕變形成的微晶或非晶的介穩態結構進一步形成新的惰性結晶礦物相，甚至發生部分熔融形成低活性的高聚合度玻璃相；過低的溫度則不能使蝕變反應發生。因此對蝕變反應溫度區域的嚴格控制尤為重要。本發明選擇沸騰爐和旋轉窯烘乾機作為熱液蝕變反應器。迴轉式烘乾機主要由迴轉體、揚料裝置、傳動裝置、支承裝置等部件組成。其工作原理是高效的柵格式揚料裝置將筒體內的物料周期性的均勻拋灑在旋轉筒體內，保證惰性物料和蝕變劑充分接觸反應的同時，通過高溫熱氣流把惰性物料和蝕變劑中的水分、(A等揮發分分離出來。前期研究結果表明，尾礦、赤泥在200°C60(TC溫度範圍內經熱液蝕變後成巖能力可提高35倍，所需成巖劑的成本也可以大幅度下降。熱液蝕變具體工藝流程是煤粉由煤倉(1)經餵煤機(2)進入沸騰爐(3)燃燒，燃燒產生75(TC100(TC高溫煙氣進入烘乾機。烘乾機(8)前端設冷空氣引風口(7)，根據沸騰爐排出高溫煙氣溫度和熱液蝕變反應要求溫度，確定冷空氣進風量。由惰性矽鋁質物料和蝕變劑組成的混合物料由穩流倉(4)經皮帶秤(5)稱量後，通過位於烘乾機入口的進料口(6)進入烘乾機(8)。烘乾機前半段為熱液蝕變反應區域，後半段為蝕變料冷卻區域。烘乾機尾氣出口溫度為8030(TC。尾氣進入旋風分離器(9)進行分離，烘乾機內固體顆粒和旋風分離器分離的固體顆粒經由皮帶機(11)輸送到蝕變料倉(12)。本發明最大的特點是在傳統凝石製備工藝中引入了熱液蝕變處理工藝，這使凝石原料處理分為兩部分一部分是惰性矽鋁質物料和蝕變劑通過熱液蝕變系統處理和粉磨系統後形成具有潛在膠凝活性的蝕變料，進入中間倉；另一部分是已具有潛在膠凝活性的物料、成巖劑、石膏直接通過粉磨系統後進入中間倉。凝石前期生產經驗表明，入磨物料粒度是影響磨機產量的主要因素之一，磨前的熟料和石膏先經過鄂式破碎機一級破碎，多通道錘式破碎機二級破碎後分別進入原料倉。矽酸鹽水泥國家標準以80iim方孔篩篩餘作為產品的控制依據，但是在細度較細時80iim篩餘很難反映凝石的粉磨情況，不宜作為凝石粉磨過程的質量控制指標。前期生產經驗表明，以比表面積作為衡量凝石產品平均粒度的重要指標是適宜的，並且分別設置不同半成品控制指標的製備工藝能夠達到最優的性能和最好的經濟性。本發明根據物料易磨性進行分類粉磨和不同細度指標控制，可以採用粉煤灰為助磨劑。將具有潛在膠凝活性的固體廢棄物進行配料後粉磨，磨至比表面積為400800m7kg後送入中間倉；將成巖劑、石膏通過配料後進行粉磨，磨至比表面積為450900m7kg後送入中間倉。此外，均化是凝石生產的不可缺少的重要環節，均化不但保證了強度的穩定性，也保證了其它質量指標(安定性、細度、凝結時間、有害化學成分等)均趨於穩定，也為凝石製品、構件、建築工程質量提供了保證。本發明的均化工藝分為三步，即乾粉攪拌機混和、均化庫攪拌混合和倒庫操作；通過三步均化過程，混合物料能夠完全滿足對凝石成品的要求，避免了採用高成本的氣力均化過程；均化合格後的物料即成為凝石，並送入成品倉。凝石製備工藝流程為熟料和石膏經多級破碎後進入原料倉，含水物料經烘乾後入原料倉；具有潛在膠凝活性的固體廢棄物進行配料後粉磨，磨細至比表面積400800m7kg後送入中間倉；成巖劑、石膏或者粉煤灰通過配料後進行粉磨，磨細至比表面積450900m7kg後送入中間倉；惰性矽鋁質物料和蝕變劑通過配料後進行粉磨，磨細至比表面積4001000m7kg後通過穩流倉進入熱液蝕變系統，蝕變後的物料進入蝕變料倉；對於蝕變料比表面積為4501000m7kg或者比表面積更大時，蝕變料直接由蝕變料倉經倒庫操作進入中間倉，當蝕變料比表面積為400700m7kg或者比表面積更小時，由蝕變料倉進入磨機，磨細至比表面結4501000m7kg後送入中間倉；中間倉內的半成品經過配料後通過乾粉攪拌機混和、均化庫攪拌混合和倒庫操作即成為凝石，並送入成品倉。有益效果(1)與傳統水泥兩磨一燒工藝需要消耗大量石灰石資源、需要加熱至130(TC以上的高溫並消耗大量能源、排出大量有害氣體不同，本發明利用大量惰性固體廢棄物，在20090(TC溫度範圍內發生熱液蝕變反應，能量消耗和有害氣體排放量大大減少，是一種節能降耗和綠色環保的先進工藝；(2)與傳統凝石製備方法不同，本發明可以利用大量傳統水泥和原有凝石製備方法不能利用的惰性矽鋁質物料，這將在減輕惰性矽鋁質物料堆存對生態環境的破壞，釋放佔用土地，降低生產成本方面具有明顯有益效果；(3)利用惰性固體廢棄物製備的凝石膠凝材料具有成本低、性能好的優勢，本發明的規模化應用具有顯著的經濟和社會效益。圖1是用於凝石製備的熱液蝕變系統設備組成圖。圖中，1是煤倉，2是餵煤機，3是沸騰爐，4是穩流倉，5是皮帶秤，6是烘乾機進料口，7是烘乾機引風口，8是烘乾機，9是旋風分離器，10是鏈式輸送機，11是皮帶輸送機，12是蝕變料倉。圖2是一種採用熱液蝕變法的凝石製備工藝流程示意圖。具體實施例方式下面用實施實例進一步說明本發明的詳細
發明內容實施例1將煤矸石乾燥後入6#原料倉，將石灰和脫硫石膏按照3:l的比例混合後作為蝕變劑併入5#原料倉，將高爐礦渣、熟料、成巖劑和脫硫石膏分別入14#原料倉。將煤矸石和蝕變劑按照7:1的比例配料混合後作為蝕變混合物料進入3#原料磨，磨至比表面積大於450m7kg，然後進入穩流倉。將磨細混勻的物料由穩流倉經入口送入烘乾機，由沸騰爐燃燒產生的熱煙氣進入烘乾機，烘乾機入口溫度控制在700850°C;蝕變料為粉狀蝕變料，進入蝕變料倉後直接經倒庫操作送入5#中間倉。將礦渣、熟料按照1:1的比例配料混合後送入1#原料磨，粉磨至表面積大於450m7kg後送入lft中間倉；成巖劑和石膏按照l:5的比例配料混合後送入2#原料磨，粉磨至比表面結大於550m7kg後送入3#中間倉。將中間倉內的蝕變料半成品、熟料礦渣半成品、成巖劑石膏半成品按照50:43:7的比例配料，經過乾粉攪拌機攪拌混合後，由下料器送入氣體均化庫，再經倒庫操作送入凝石成品倉，從而獲的最終凝石產品。對凝石產品進行膠砂實驗，結果如下。試驗引用下列標準《水泥標準稠度用水量，凝結時間，安定性檢驗方法》(GB1346-89)，《水泥細度檢驗方法》(GB1345-91)，《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》(GB/T17671-1999)。試驗結果見表1和表2。表1凝石膠凝材料的物理性能tableseeoriginaldocumentpage6表2凝石膠凝材料的力學性能tableseeoriginaldocumentpage6從實施例1的表1和表2的數據可以看出，本發明的凝石不僅滿足普通水泥的各項國家檢測標準，而且其28天抗壓強度達51.3MPa。實施例2將鐵尾礦乾燥後入6#原料倉，將石灰和脫硫石膏按照2:l的比例混合後作為蝕變劑併入5#原料倉，將高爐礦渣、熟料、成巖劑和脫硫石膏分別入14#原料倉。將尾礦和蝕變劑按照7:1的比例配料混合後作為蝕變混合物料進入3#原料磨，磨至比表面積為600m7kg，然後進入穩流倉。將磨細混勻的物料由穩流倉經入口送入烘乾機，由沸騰爐燃燒產生的熱煙氣進入烘乾機，烘乾機入口溫度控制在200800°C;蝕變料為塊狀蝕變料，進入蝕變料倉後用皮帶輸送機送入2#磨機，粉磨至比表面積為600650m7kg後，進入5#中間倉。將礦渣和熟料按照2:3的比例配料混合後送入1#原料磨，粉磨至表面積450550m7kg後送入lft中間倉；成巖劑和石膏按照l:5的比例配料混合後送入2#原料磨，粉磨至比表面積550650m7kg後送入3#中間倉。將中間倉內的鐵尾礦蝕變料半成品、熟料礦渣半成品、成巖劑石膏半成品配料後經過乾粉攪拌機攪拌混合後，由下料器送入均化庫，再經倒庫操作送入凝石成品倉，獲得最終凝石產品。鐵尾礦蝕變料摻量不同的膠砂各齡期強度如表3所示。表3凝石膠凝材料的力學性能tableseeoriginaldocumentpage7權利要求一種使用惰性物料的凝石生產工藝，其特徵在於凝石製備工藝中引入了熱液蝕變處理工藝，這使得原料處理分為兩部分一部分是通過熱液蝕變系統處理和磨細過程將惰性矽鋁質物料製成具有潛在膠凝活性的蝕變料半成品；另一部分是將已具有潛在膠凝活性的物料、成巖劑、石膏直接通過磨細製備成半成品。2.如權利要求1所述使用惰性物料的凝石生產工藝，其特徵在於熱液蝕變處理系統由沸騰爐、烘乾機及輔助設備組成；烘乾機為內加熱式旋轉窯，其前半段為熱液蝕變反應區域，後半段為蝕變料冷卻區域；沸騰爐燃燒產生高溫煙氣，並將高溫煙氣引入烘乾機；在烘乾機入口，由惰性矽鋁質物料和蝕變劑組成的混合物料進入烘乾機，在受到加熱後發生蝕變；烘乾機前端設有冷空氣入口，通過改變進風量在20090(TC的溫度區域內調節烘乾機內煙氣入口溫度。3.如權利要求1或2所述使用惰性物料的凝石生產工藝，其特徵在於熱液蝕變反應系統的前端設有磨機和穩流倉，前端磨機出磨物料比表面積4001000m7kg;後端根據蝕變料細度設蝕變料倉或者蝕變料倉和磨機，當蝕變料比表面積為4501000m7kg或者比表面積更大時，蝕變料直接由蝕變料倉經倒庫操作進入中間倉，當蝕變料比表面積為400700m7kg或者比表面積更小時，由蝕變料倉進入磨機，磨細至比表面結4501000m7kg後送入中間倉。4.如權利要求1使用惰性物料生產凝石材料的工藝，其特徵在於根據物料易磨性進行分類粉磨和不同細度指標控制，即將具有潛在膠凝活性的固體廢棄物進行配料後粉磨，磨細至比表面積400800m7kg後送入中間倉；將成巖劑、石膏通過配料後進行粉磨，磨細至比表面積450900m7kg後送入中間倉。5.如權利要求1所述使用惰性物料的凝石生產工藝，其特徵在於中間倉內的半成品經過配料後進行均化，均化過程分為三步，即乾粉攪拌機混和、均化庫攪拌混合和倒庫操作；均化合格後的物料即成為凝石，並送入成品倉。6.—種使用惰性物料的凝石生產設備，其特徵在於設備由煤倉(1)、餵煤機(2)、沸騰爐(3)、穩流倉(4)、皮帶秤(5)、烘乾機進料口(6)烘乾機引風口(7)、烘乾機(8)、旋風分離器(9)、鏈式輸送機(10)、皮帶輸送機(11)蝕變料倉(12)組成；煤粉由煤倉(1)經餵煤機(2)進入沸騰爐(3)燃燒，燃燒產生75(TCIOO(TC高溫煙氣進入烘乾機；烘乾機(8)前端設冷空氣引風口(7)，根據沸騰爐排出高溫煙氣溫度和熱液蝕變反應要求溫度，確定冷空氣進風量；由惰性矽鋁質物料和蝕變劑組成的混合物料由穩流倉(4)經皮帶秤(5)稱量後，通過位於烘乾機入口的進料口(6)進入烘乾機(8);烘乾機前半段為熱液蝕變反應區域，後半段為蝕變料冷卻區域；烘乾機尾氣出口溫度為80300°C;尾氣進入旋風分離器(9)進行分離，烘乾機內固體顆粒和旋風分離器分離的固體顆粒經由皮帶機(11)輸送到蝕變料倉(12)。全文摘要一種使用惰性物料的凝石生產工藝及設備，屬於建築材料領域。其原料處理工藝分為兩部分一部分是惰性矽鋁質物料和蝕變劑通過熱液蝕變系統和粉磨系統後形成具有潛在膠凝活性的蝕變料，並送入中間倉；另一部分是具有潛在膠凝活性的物料與成巖劑、石膏直接通過粉磨系統後進入中間倉；然後將中間倉內的半成品按比例配料，再經攪拌混勻後形成凝石產品。熱液蝕變處理工藝通過穩流倉和蝕變料倉與傳統粉磨工藝相聯結，保證了熱液蝕變處理工藝和傳統凝石一磨工藝成為各自較獨立的系統。熱液蝕變處理系統由沸騰爐、烘乾機及輔助設備組成。烘乾機為內加熱式旋轉窯，其前半段為熱液蝕變反應區域，後半段為蝕變料冷卻區域。本發明製備凝石膠凝材料成本低、性能好、節能降耗、綠色環保。文檔編號C04B7/00GK101723609SQ20081022518公開日2010年6月9日申請日期2008年10月30日優先權日2008年10月30日發明者萬建華,倪文,孫恆虎,張吉秀,張玉燕,李宇,王海霞,鄭永超申請人:北京科技大學;清華大學