一種循環流化床粉煤灰基低碳水泥及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種循環流化床粉煤灰基低碳水泥及其制備方法。所述循環流化床粉煤灰基低碳水泥包括20～40wt.％的硅酸鹽水泥熟料和80～60wt.％的循環流化床粉煤灰基料；所述循環流化床粉煤灰基料包括循環流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土；且所述水泥中，所述循環流化床粉煤灰的含量在20～80wt.％。本發明專利技術通過對微硅粉和硅藻土的加入，實現循環流化床粉煤灰固廢在建材領域尤其是水泥領域的大摻比利用，提高了循環流化床粉煤灰在水泥中利用率，同時降低水泥熟料的使用，有利于減少水泥行業CO2排放。排放。

【技術實現步驟摘要】
一種循環流化床粉煤灰基低碳水泥及其制備方法


[0001]本專利技術屬于工業固廢材料化利用領域，具體涉及一種循環流化床粉煤灰基低碳水泥及其制備方法。

技術介紹

[0002]循環流化床粉煤灰是循環流化床鍋爐的副產物，傳統的煤粉爐燃煤發電技術會排放出大量的二氧化硫等有害氣體，造成嚴重的空氣污染，比如酸雨。循環流化床燃煤技術解決了劣質燃料利用率低的問題，同時，大幅度降低了二氧化硫的排放量。然而，這也意味著循環流化床粉煤灰排放量增加，根據不完全統計，到2019年循環流化床粉煤灰排放量已經達到0.65億噸。
[0003]循環流化床鍋爐采用爐內脫硫方式，鍋爐燃燒過程中向爐內添加過量的固硫劑(石灰石)，石灰石在850～900℃燃燒溫度下會分解成氧化鈣，然后，氧化鈣與爐內二氧化硫氣體反應生成硬石膏(
Ⅱ?
CaSO4)，從而將二氧化硫固定到循環流化床粉煤灰體內，最后，循環流化床粉煤灰會從鍋爐上方排出爐外，這也是導致循環流化床粉煤灰含有大量的不安定組分f
?
CaO和
Ⅱ?
CaSO4的原因。正是不安定組分的存在使得循環流化床粉煤灰的利用率遠低于煤粉爐粉煤灰。目前，循環流化床粉煤灰基本上都是大面積堆放，占用大量土地資源，增加筑壩的成本，還存在污染環境的隱患。因此，循環流化床粉煤灰的綜合利用問題亟待解決。
[0004]循環流化床粉煤灰資源化利用已經成為當前的研究熱點，比如：有價元素提取、作為土壤固化劑、制作植物肥料、化工和生物領域催化劑、吸附水溶液中有害離子。雖然這些方法為推動循環流化床粉煤灰資源化利用進程做出了一定的貢獻，但是循環流化床粉煤灰的綜合利用率仍然很低。
[0005]隨著水泥建筑行業的迅速發展，2020年我國水泥年產量已經達到23.77億噸，同比增長率逐年增加，使得天然礦物資源逐漸減少，導致水泥原料缺乏，故此，將循環流化床粉煤灰規模化利用制備水泥是一個有效的方法，而且固廢每替代一噸水泥熟料會減少850公斤的CO2排放量，這不僅能夠緩解水泥原料缺乏的問題，還能助力“雙碳”目標的達成。
[0006]然而，相比于煤粉爐粉煤灰，循環流化床粉煤灰顆粒粗，不均勻，尤其是不安定組分f
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CaO和SO3含量較大，使得循環流化床粉煤灰用于建筑材料，存在體積不穩定、耐久性差等缺陷，因此循環流化床粉煤灰在建筑材料領域應用受限。
[0007]如何在建筑材料領域中，將循環流化床粉煤灰進行應用，是本領域的一個技術問題，而如何大比例的應用循環流化床粉煤灰，是本領域的一個難題。

技術實現思路

[0008]針對現有技術的不足，本專利技術目的之一是提供一種循環流化床粉煤灰基低碳水泥，所述水泥包括20～40wt.％的硅酸鹽水泥熟料和80～60wt.％的循環流化床粉煤灰基料；
[0009]所述循環流化床粉煤灰基料包括循環流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土；且所述水泥中，所述循環流化床粉煤灰的含量在20～80wt.％；
[0010]所述硅酸鹽水泥熟料是P
·
I型42.5級別，顆粒比表面積大于400m2/kg；所述循環流化床粉煤灰的顆粒比表面積大于500m2/kg，所述的微硅粉的顆粒比表面積大于700m2/kg，所述硅藻土的顆粒比表面積大于600m2/kg。
[0011]本專利技術通過對微硅粉和硅藻土的加入，實現循環流化床粉煤灰固廢在建材領域尤其是水泥領域的大摻比利用。具體地，本申請通過微硅粉和硅藻土穩定化利用循環流化床粉煤灰中不安定組分f
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CaO和SO3，大幅度提高循環流化床粉煤灰在水泥中利用率，同時降低水泥熟料的使用。
[0012]專利技術人預料不到地發現，在循環流化床粉煤灰中摻入一定量的微硅粉、硅藻土協同水泥熟料將f
?
CaO和SO3穩定化，同時轉化成水泥性能發展所需要的水化硅酸鈣和鈣礬石，一舉兩得。此外，微硅粉和硅藻土以及循環流化床粉煤灰的活性硅鋁組分繼續參與二次水化反應生成有用的凝膠產物，進一步提升水泥性能，所述一種高摻比循環流化床粉煤灰基低碳水泥滿足42.5水泥的基本性能指標。
[0013]需要說明的是，本申請所述的循環流化床粉煤灰基低碳水泥與本領域通常所述的水泥不同，本領域通常所述的水泥是水泥熟料與石膏的混合。即本申請所述的循環流化床粉煤灰基低碳水泥未加入石膏組分，因為不安定組分CaSO4與石膏具備相似的作用，所以循環流化床粉煤灰中不安定組分CaSO4(直接水化反應導致其體積膨脹，所以稱為不安定組分)被本專利充分利用。微硅粉和硅藻土可以將循環流化床粉煤灰的f
?
CaO硅酸化轉化成有用的水化產物(水化硅酸鈣)，同時，水泥熟料和CaSO4反應生成鈣礬石，這種方法既可以穩定化不安定組分，同時將其轉化成水泥性能發展所需的水化產物。
[0014]優選地，所述循環流化床粉煤灰基料中，循環流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土的混合比例為6～12:2～8:1。
[0015]循環流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土的合適比例，結合硅酸鹽水泥熟料的添加，不僅能夠更好的穩定循環流化床粉煤灰中的不安定成分，降低水泥熟料的使用量，同時能夠提高水泥的性能指標，達到42.5水泥的基本性能指標。
[0016]優選地，所述硅酸鹽水泥熟料中，比表面積400～500m2/kg的顆粒占比80～90％，300～380m2/kg的顆粒占比5～13％，520～600m2/kg的顆粒占比7～15％。
[0017]優選地，所述循環流化床粉煤灰中，比表面積500～600m2/kg的顆粒占比85～90％，400～480m2/kg的顆粒占比5～8％，620～700m2/kg的顆粒占比5～8％。
[0018]優選地，所述硅藻土中，比表面積600～700m2/kg的顆粒占比85～90％，500～580m2/kg的顆粒占比7～10％，720～800m2/kg的顆粒占比0～8％；
[0019]優選地，所述微硅粉中，比表面積700～800m2/kg的顆粒占比85～90％，600～680m2/kg的顆粒占比0～7％，820～900m2/kg的顆粒占比8～10％。
[0020]上述對硅酸鹽水泥熟料、循環流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土的顆粒級配的選擇，進一步提高了水泥的性能。特定級配的硅酸鹽水泥熟料、循環流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土可以加速穩定化反應，使不安定組分更快更充分的被穩定化利用，生成有利于水泥性能發展的水化產物，從而提高水泥的性能。
[0021]本申請目的之二是提供一種如目的之一所述的循環流化床粉煤灰基低碳水泥的
制備方法，包括如下步驟：
[0022](1)將循環流化床粉煤灰、微硅粉、硅藻土和水泥熟料分別進行粉磨，獲得顆粒比表面積大于400m2/kg的硅酸鹽水泥熟料、比表面積大于500m2/kg的循環流化床粉煤灰的顆粒、比表面積大于700m2/kg的微硅粉的顆粒、比表面積大于600m2/kg的硅藻土的顆粒；所述的硅酸鹽水泥熟料為P
·
I型42.5級別；
...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種循環流化床粉煤灰基低碳水泥，其特征在于，所述水泥包括20～40wt.％的硅酸鹽水泥熟料和80～60wt.％的循環流化床粉煤灰基料；所述循環流化床粉煤灰基料包括循環流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土；且所述水泥中，所述循環流化床粉煤灰的含量在20～80wt.％；所述硅酸鹽水泥熟料是P
·
I型42.5級別，顆粒比表面積大于400m2/kg；所述循環流化床粉煤灰的顆粒比表面積大于500m2/kg，所述的微硅粉的顆粒比表面積大于700m2/kg，所述硅藻土的顆粒比表面積大于600m2/kg。2.根據權利要求1所述的循環流化床粉煤灰基低碳水泥，其特征在于，所述循環流化床粉煤灰基料中，循環流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土的混合比例為6～12:2～8:1。3.根據權利要求1或2所述的循環流化床粉煤灰基低碳水泥，其特征在于，所述硅酸鹽水泥熟料中，比表面積400～500m2/kg的顆粒占比80～90％，300～380m2/kg的顆粒占比5～13％，520～600m2/kg的顆粒占比7～15％。4.根據權利要求1～3之一所述的循環流化床粉煤灰基低碳水泥，其特征在于，所述循環流化床粉煤灰中，比表面積500～600m2/kg的顆粒占比85～90％，400～480m2/kg的顆粒占比5～8％，620～700m2/kg的顆粒占比5～8％。5.根據權利要求1～4之一所述的循環流化床粉煤灰基低碳水泥，其特征在于，所述硅藻土中，比表面積600～700m2/kg的顆粒占比85～90％，500～580m2/kg的顆粒占比7～10％，720～800m2/kg的顆粒占比0～8％。6.根據權利要求1～4之一所述的循環流化床粉煤灰基低碳水泥，其特征在于，所述微硅粉中，比表面積700～800m2/kg的顆粒占比85～90％，680～700m2/kg的顆粒占比0～7％，820～900m2/kg的顆粒占比8～10％。7.一種根據權利要求1～6之一所述的循環流化床粉煤灰基低碳水泥的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：(1)將循環流化床粉煤灰、微硅粉、硅藻土和水泥熟料分別進行粉磨，獲得顆粒比表面積大于300m2/kg的硅酸鹽水泥熟料、比表面積大于400m2/kg的循環流化床粉煤灰的顆粒、比表面積大于600m2/kg的微硅粉的顆粒、比表面積大于500m2/kg的硅藻土的顆粒；所述的硅酸鹽水泥熟料為P
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I型42.5級別；(2)將循環流化床粉煤灰、微硅粉、硅藻土和水泥熟料按比例混合，獲得循環流化床粉煤灰基低碳水泥；所述低碳水泥包括20～40wt.％的硅酸鹽水泥熟料和80～60wt.％的循環流化床粉煤灰基料；所述循環流化床粉煤灰基料包括循環流化床粉煤灰、微硅粉和硅藻土；且所述水泥中，所述循環流化床粉煤灰的含量在20～80wt.％。8.根據權利要...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉曉明，張未，張增起，李彥天，谷佳睿，李圳，李麗鋒，任曉明，
申請(專利權)人：山西河坡發電有限責任公司山西中科泓源環保科技有限公司，
類型：發明
國別省市：