阅读说明：本技术 一种煤矸石快速脱碳制备干拌砂浆及高强人造石的方法 (Method for preparing dry-mixed mortar and high-strength artificial stone by quickly decarbonizing coal gangue ) 是由 谭宏斌 马小玲 董发勤 杨飞华 李玉香 吴涛 邓秋林 王进明 贺小春 王进 王军 于 2019-10-30 设计创作，主要内容包括：本专利公开了一种煤矸石快速脱碳制备干拌砂浆及高强人造石的方法,煤矸石破碎、粉磨,与钙源混合后得到复合粉,将复合粉加入快速脱碳炉中脱碳,得到活性粉；在活性粉中加入添加剂混合均匀后得到干拌砂浆,干拌砂浆加水成型、养护,得到高强人造石。同已有技术方案相比,本方法生产成本低,生产效率高,产品质量好的特点。(The patent discloses a method for preparing dry-mixed mortar and high-strength artificial stone by quickly decarbonizing coal gangue, which comprises the steps of crushing and grinding the coal gangue, mixing the crushed and ground coal gangue with a calcium source to obtain composite powder, and adding the composite powder into a quick decarbonizing furnace for decarbonization to obtain active powder; and adding an additive into the active powder, uniformly mixing to obtain dry-mixed mortar, adding water into the dry-mixed mortar for forming and maintaining to obtain the high-strength artificial stone. Compared with the prior art, the method has the characteristics of low production cost, high production efficiency and good product quality.)

一种煤矸石快速脱碳制备干拌砂浆及高强人造石的方法

技术领域

本发明涉及工业废渣的资源化利用领域，具体涉及煤矿煤矸石的利用。

背景技术

我国是全球煤炭开采量最大的国家，2012年煤炭产量达36.5亿吨，占全球煤炭产量的46.4%。煤矸石是煤炭的一种共伴生矿物，产生于煤炭的开采和洗选加工过程。其热值一般低于6.3 MJ/kg，含有Al₂O₃、SiO₂和Fe₂O₃等无机灰分，总含量达到煤矸石总量的60%～95%，因难以利用而成为一种工业固体废弃物。一般地，每生产1 t原煤会产生0.15～0.2 t煤矸石，2012 年，我国煤矸石产生量达6.2亿吨，约占全国工业固废产生量的40%。大量煤矸石露天堆放，已形成2600余座煤矸石山，累积堆存量达50多亿吨，占地20余万亩，成为我国积存量和年产量最大、占用堆积场地最多的一种工业废弃物。煤矸石的大量堆放带来了非常严重的社会、环境和经济问题。大量土地的占用，造成耕地、林地等面积的减少；因自燃产生SO₂、NO_x等有毒有害气体，有毒有害元素也会随着雨水淋溶和渗滤而污染地下水体和土壤，对生态环境造成严重危害；而且，煤炭企业每年还需要投入大量资金用于解决煤矸石土地的征用、矸石山的污染以及应对山体滑坡和泥石流等自然灾害等问题[郭彦霞，张圆圆，程芳琴.煤矸石综合利用的产业化及其展望[J]. 化工学报，2014，65（7）：2443-2453]。

本专利用煤矸石生产人造石，该人造石可以用于建筑、市政建设、交通等领域，可实现废物资源化利用，降低煤矿企业负担，保护环境。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种煤矸石快速脱碳制备干拌砂浆及高强人造石的方法，同已有技术方案相比，本方法能节约生产成本，降低能耗，提高效率，具有显著的经济效益和社会效益。

一种煤矸石快速脱碳制备干拌砂浆及高强人造石的方法，包括以下步骤：

将煤矸石破碎、粉磨，与钙源混合后得到复合粉，将复合粉加入快速脱碳炉中脱碳，得到活性粉；在活性粉中加入化学活化剂、表面活性剂、晶须、调凝剂、无机添加剂、除霾剂混合均匀后得到干拌砂浆；在干拌砂浆中加水成型、养护，得到高强人造石。

所述的钙源为大理石粉、电石渣、白泥中的一种，加入量为煤矸石质量的20-50%。

所述的快速脱碳炉根据喷腾紊流床的原理设计，复合粉在炉内悬浮分解。

所述的化学活化剂为方钠石、钠化膨润土、硫化钠渣中的一种，加入量为煤矸石质量的1-5%。

所述的表面活性剂为脂肪酸钠、氨基磺酸钠、三聚氰胺甲醛树脂中的一种，加入量为煤矸石质量的1-5%。

所述的晶须为莫来石晶须、硼酸铝晶须、硼酸镁晶须中的一种，加入量为煤矸石质量的20-50%。

所述的调凝剂为酒石酸、羧甲基纤维素钠、糊精中的一种，加入量为煤矸石质量的0.5-1.0%。

所述的无机添加剂为矿粉、硅微粉、玻璃微粉中的一种，加入量为煤矸石质量的5-20%。

所述除霾剂为含钛矿渣、锌渣、锡渣中的一种，加入量为煤矸石质量的0.1-5%。

相对于现有技术，本发明具有以下优点：

钙源中大理石粉为大理石在生产加工过程中产生的石屑，电石渣为电石生产乙炔过程中产生的废渣，白泥为造纸过程中产生的废渣，对这些废渣进行利用，实现资源循环、避免其环境污染。钙源的分解温度较恒定，通过其分解吸收快速脱碳炉局部过热的热量，促进系统温度恒定，避免煤矸石过烧，保证煤矸石的活性。另外，部分钙源的分解，可为人造石提供氧化钙源，有利于人造石中硅钙石、托勃莫来石的形成，提高人造石的后期稳定性和耐久性能。

快速脱碳炉，其由预热器和分解炉串联组成。预热器的级数为2-6级，根据预分解水泥窑常用的预热器的原理设计，预热器中物料与烟气逆向运行，充分换热，预热器出口烟气温度低于150℃。分解炉原理为柱状喷腾紊流床，由2-3个具有缩口的柱体单元串联组成，柱体单元内径与缩口内径的比例为1.1:1-1.8:1，柱体单元内高度与柱体内径的比例为1:1-4:1。快速脱碳炉所用助燃气体为二氧化碳/氧气的混合气体，其比例为3:1-0.1:1（二氧化碳:氧气，体积比），采用二氧化碳/氧气混合气体与采用空气相比，可以避免氮氧化物产生，避免氮氧化物污染；烟气主要成份为二氧化碳，可以循环利用，也可作为其它工业生产的原料。每个柱体单元均有燃料和助燃气体的入口，从而可分别调节每个柱体单元的气氛。分解炉的温度为800-1000℃，物料在快速脱碳炉中的时间为1-80s，煤矸石脱碳率大于99.5%、钙源的分解率大于85%。另外，本专利中分解炉所采用的辅助燃料为高温高炉煤气（≥1000℃）、煤化工产生的可燃废气中的一种，使用这些废气，可实现资源循环利用。

化学活化剂为方钠石、钠化膨润土、硫化钠渣中的一种，这些物质可激发活性粉的反应活性，提高人造石的早期强度，这些物质对钠离子有较强的吸附力，避免钠离子迁移到人造石表面，影响材料的性能。硫化钠渣，是煤粉高温还原硫酸钠生产硫化钠过程中产生的渣。本专利的养护时间为6-200小时。

表面活性剂可以避免活性粉的团聚，减少活性粉的加水量，有利于提高人造石的强度，并增加粉体的流动性，有利于成型。本专利中水的加入量为煤矸石质量的20-50%。

晶须为单晶，具有较高的强度，可以提高人造石的强度。

调凝剂，可以调节活性粉的凝结时间，初凝时间≥45分钟，终凝时间≤120分钟，凝结时间的调整，有利于产品的成型和施工。

无机添加剂中矿粉为高炉矿渣粉磨后的细粉，硅微粉为粉煤灰提铝后得到的细粉，玻璃微粉为废玻璃通过粉磨得到的细粉，这些粉体粒径为5-20微米，可填充于人造石的空隙，并参与人造石的形成，提高人造石的强度。这些微粉的粉磨采用蒸汽动能磨，利用燃煤电厂产生的废蒸汽对物料进行加速，撞击在磨内的固定板上，物料通过物料之间和物料与固定板之间的相互作用，进行粉碎。蒸汽动能磨，直接利用蒸汽能，避免电厂将蒸汽能转换为电能、再用电能粉磨物料的能量损耗和成本增加，具有成本低、粉磨效率高的特点。

除霾剂中，含钛矿渣为钛铁矿炼铁后产生的含二氧化钛的废渣，锌渣为炼锌过程中产生的含氧化锌的渣，锡渣为炼锡过程中产生含氧化锡的废渣，二氧化钛、氧化锌、氧化锡均具有光电效应，在光照射下产生自由电子，分解雾霾中的氮氧化物，将其转变为无害的物质，达到除霾的作用，净化率可达80%。废渣中的杂质元素对二氧化钛、氧化锌、氧化锡有掺杂作用，提高其净化效率。用废渣做除霾剂具有资源循环利用，成本低的特点。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

一种煤矸石快速脱碳制备干拌砂浆及高强人造石的方法，其特征在于，依次包括下述步骤：将煤矸石破碎、粉磨，与钙源混合后得到复合粉，将复合粉加入快速脱碳炉中脱碳，得到活性粉；在活性粉中加入化学活化剂、表面活性剂、晶须、调凝剂、无机添加剂、除霾剂混合均匀后得到干拌砂浆；在干拌砂浆中加水成型、养护，得到高强人造石。原料中钙源、化学活化剂、表面活性剂配方，见表1；晶须、调凝剂、无机添加剂、除霾剂的配方，见表2。

表1

表2

本发明的实施例均可实施并能达到发明目的，干拌砂浆及人造石的强度均大于100MPa。本发明不限于这些实施例。