一種利用煤矸石制備輕質多孔材料的方法技術

本發明專利技術公開了一種主要利用煤矸石，配合使用市政污泥、河湖淤泥和底泥等大宗型固體廢棄物，通過原料準備、配料、混合與成型、干燥、煅燒、冷卻、養護、檢驗等過程，制備輕質多孔材料的工藝技術。制得的輕質多孔材料具有強度較高、容重較小、孔隙度較高等特點，可以作為輕型建筑材料或者吸附過濾材料。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種主要利用煤矸石制備輕質多孔材料的方法，屬于礦山固體廢棄物處理與資源化利用領域。
技術介紹
輕質多孔材料由于在結構、緩沖、減震、保溫、隔熱、消音和過濾等方面的優異性能，而受到越來越廣泛的重視，發揮著越來越重要的作用，越來越多的應用于日常生活、航空航天、電子信息、石油化工、建筑材料、鋼鐵冶金、環境保護、太陽能、原子能、光化學、電化學、催化、農業、醫學、聲學等領域。制備多孔材料的原料也越來越多樣化，不僅廣泛利用金屬材料，也普遍利用無機非金屬材料以及復合材料。利用金屬材料制備的多孔功能性材料如粉末冶金法制備的泡沫金屬吸聲材料、泡沫鋁材料等，已經越來越得到廣泛的應用；利用無機非金屬材料制備的多孔材料，如功能性過濾材料、耐腐蝕材料、除塵材料、抗菌材料、催化材料等多種功能性材料，普遍應用于節能環保、建筑材料、化工冶金、能源等眾多部門。專利公開了一種新型微孔陶瓷過濾元件，是由硅藻土、煅燒硅藻土助劑、其他無機多孔材料等，加入有機和無機黏合劑，經過攪拌、成型、干燥、煅燒制成。煅燒溫度為950?1200°C，煅燒時間為30?50min。該微孔材料可以安裝在過濾機械上進行工業過濾，特別是過濾固體雜質含量較少的濾液。具有制備成本較低、過濾效果良好、使用壽命較長等特點。專利公開了一種多孔無機材料及其制備方法，該材料由MgCl2溶液，依次加入防水劑、磷酸或磷酸鹽、水溶性亞鐵鹽、水楊酸、酒石酸或馬來酸、MgO粉、硅質工業廢渣，不斷攪拌過程中加入起泡劑，然后經過注模、凝固、硬化以及養護制得，該制品具有質輕、堅固、吸音、隔聲、保溫、絕熱、抗堿、防水、防潮、無毒、防火等性能，可廣泛應用于建筑、交通、國防和工農業等領域。專利公開了一種介-微孔復合材料及其制備方法，是以沸石分子篩為原料，用偏硅酸鈉的水溶液在30?60°C下反應10?300min，使沸石分子篩形成具有微孔結構的細顆粒，然后加入模板劑十六烷基三甲基溴化銨，進一步調節母液的pH值至10?12，老化1?8h后，然后加入高壓反應釜中于80?130°C的溫度下進行水熱合成，反應24?72h后，分離出固體，再經過水洗、干燥，進一步在500?600°C的溫度下焙燒5?10h，即可制得具有介孔和微孔復合結構的硅鋁多孔材料。該材料經過質子交換后，具有一定的酸性，在吸附和催化領域具有廣泛的應用前景。專利公開了一種多孔吸音陶瓷材料及其制備方法，是一種具有連通氣孔的多孔陶瓷體吸音材料。由0.50?2.0mm的珍珠巖、飛灰、耐火泥、硅灰石、爐渣、硅石、火山巖石或粘土礦物中的一種以上的燒結物和無機粘合材料燒結而成，該材料具有優良的吸音性能，對于低音區至高音區的寬音域均顯示出優良的吸收性能。從目前的研發情況看，盡管人們已開發出多種功能性多孔材料，而且也有以礦山廢棄物或者下腳料為原料制備多孔材料。但是，主要以煤矸石等大宗工業固體廢棄物為原料制備多孔功能性材料的報道還較少。因此，本專利技術公開了主要以煤矸石和污泥為原料制備輕質多孔材料的方法。
技術實現思路
眾所周知，煤矸石是我國排放量最大的固體廢棄物，累計堆存量超過50億噸，占用大量土地，而且經常引起自燃等環境污染事故。目前，煤矸石的主要利用是進行燃燒、發電、制煤矸石磚、充填等。隨著煤炭入洗率的逐步提高，尤其是煤炭洗選技術水平的不斷進步，煤矸石的發熱量有逐漸下降的趨勢，許多煤矸石因為發熱量較低而難以得到利用。特別是近年來，隨著我國經濟結構轉型升級以及環保問題的逐漸凸現，煤炭使用整體上有所下降。在這種情況下，煤矸石的使用也受到較大影響。為此，急需開發煤矸石利用的新途徑，開展煤矸石的有效利用。有鑒于此，本專利技術進行了煤矸石制備輕質多孔材料技術的開發。主要利用煤矸石，同時配合市政污泥、河湖淤泥和底泥等大宗型固體廢棄物，制備輕質多孔材料，作為輕型建筑材料或者吸附過濾材料。為了實現利用煤矸石等固體廢棄物制備輕質材料，本專利技術采取的技術路線如附圖1所示，制備工藝如下:(1)原料準備①將煤矸石破碎細磨至0.5mm以下，其中大于0.5mm的顆粒不大于2%，小于0.27mm的顆粒在50%以上。其中，所用的煤矸石以粘土質煤矸石為主，要求灰成分中Si0230 ~ 65%, Al20315 ~ 35%, Ca05 ~ 15%,Mg02 ~ 8%, Fe2032 ~ 6%, Na02+K20 彡 2%。②所用的污泥可以是市政污水廠的污泥，也可以是河湖淤泥和底泥等污泥。首先將污泥干燥至水分50 %以下，然后破碎細磨至74 μ m以下。其中，所用的污泥應以粘土質污泥為主，要求灰成分中 Si02> 35%, A1 203彡 30%, CaO ^ 7%, MgO ^ 5%, Fe 203彡 5%,Na02+K20 多 2%。③成孔劑采用輕質發泡塑料的廢料，主要是聚苯乙烯、聚氯乙烯、苯乙烯等高聚物泡沫塑料的廢料。采用剪切破碎等方式，破碎篩分成四個粒級，即:< 0.3mm以下、0.3mm?0.5mm、0.5mm ?1mm、^ 1mm,備用。④粘性土選擇塑性指數Ip> 5的粘土質土壤，粉砂質含量不應超過10%，土質成分要求 Si02 多 37%,A1 203 彡 35%, CaO 彡 5%,MgO 彡 3%,Fe 203 彡 3.5%,Na0 2+K20 彡 3%0使用時，將粘性土破碎細磨至74 μ m以下。(2)混合與成型將粉碎細磨的上述原料，按煤矸石與污泥50?85%: 15?50%的重量百分比混合，然后加入重量百分比為1?15%的成孔劑、1?15%的粘性土、以及5?15%的水，充分攪拌混勻后，進入成型機，在1?30MPa的壓力下成型，制成具有不同外形的料坯。⑶干燥將制得的料坯在不超過200°C的溫度下干燥1?5h，至料坯的水分降至8%以下。⑷煅燒將干燥的料坯進入煅燒爐，在空氣氣氛下，按5°C?35°C /min的升溫速率升溫至1050?1700°C進行煅燒，并保溫3?10h。(5)冷卻將煅燒過的試樣快速進入壓力< lkPa、溫度低于_25°C的冷卻器內冷卻1?5h。(6)養護將冷卻后的試樣置于養護反應器中，在常溫下于N2或者C0 2氣氛下養護一晝夜，其中N2或者C0 2流量為1?10ml/g試樣。(7)檢驗制得的多孔輕質材料主要通過測定試樣的抗壓強度、容重、孔隙率等指標進行表征。【附圖說明】附圖1是本專利技術的工藝流程圖。附圖2是不同成型壓力下試樣的抗壓強度隨成孔劑添加量的變化。實施例將粉碎至0.35mm以下的河北峰峰礦區的煤矸石與粉碎細磨至74 μm的圓明園昆明湖干燥底泥(水分含量21.56%)按70%: 30%的比例混合，然后加入重量百分比為10%的粘性土和5.5%的水，在0.3?0.5mm聚苯乙烯泡沫塑料成孔劑加入量分別為3%、5%、7%、9%和11%，成型壓力分別為6MPa、8MPa、lOMPa的條件下擠壓制成Φ30mm、厚度為10mm的圓柱狀料坯。接著進入電熱鼓風干燥箱中，在150°C的溫度下鼓風干燥2h。然后置于高溫反應爐，按5% /min的速率升溫至1590°C，煅燒保溫5.5h。煅燒后的試樣快速進入壓力為900Pa、溫度為_55°C的冷卻反應器內冷卻5h。取出后置于養護器內，在25°C的溫度和N2氣氛下養護24h，得到輕質多孔材本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種利用煤矸石制備輕質多孔材料的方法，主要包括原料破碎、細磨、篩分、配比、混合與成型、干燥、煅燒、冷卻、養護、檢驗等過程。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：舒新前，王澤南，舒元鋒，董玲，
申請(專利權)人：舒新前，王澤南，舒元鋒，董玲，
類型：發明
國別省市：北京;11