[发明专利]一种煤矸石活化物和新型无熟料胶凝材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，具体涉及一种煤矸石活化物及其制备方法，以及应用所述煤矸石活化物制备得到的新型无熟料胶凝材料。

背景技术

水泥作为一种良好的建筑材料，已走过了170多年的辉煌历史。由于它具有同地球环境和大气圈亲和共融的属性，其本身是一种生态产品，又是一种推动国民经济发展，提高人类物质和文化生活水平，尚无可代替的基本材料，目前需求量十分巨大。但是，水泥工业对人类赖以生存的环境的污染也相当严重。传统水泥在生产过程中由于使用了大量的石灰石作为原料，经过高温煅烧会产生大量的CO₂。据统计，1997年粉尘排放总量1150万t，单位水泥排尘27.3 kg/ t , CO₂排放量3.6亿吨, SO₂ 排放量49万吨，NO x 排放量100万吨等。这些有害物质，不但损害农作物、污染环境、致癌、造成酸雨，即使燃料完全燃烧后排出的二氧化碳也会产生“温室效应”，破坏大气圈与地球环境的生态平衡，造成严重后果。

世界先进国家为解决资源和能源问题，从五十年代初开始把水泥的研究重点放在混合水泥上。亦即，在水泥熟料中掺合高炉矿渣或粉煤灰（火山灰）来生产水泥，以缓解日趋增加的资源和能源的需求量。但混合料的掺量超过一定范围时存在早期强度低，收缩性大等技术问题，因而限制了混合料的大量使用。目前，英国、韩国等国家正在进行环保节能型胶凝材料的开发研究，但仍未达到普遍应用程度。

未来的水泥工业必须严格限制硅酸盐水泥熟料的掺量，积极研制和发展绿色环保型胶凝材料，即绿色水泥。绿色水泥就是要大量利用工业废渣，充分发挥废渣的潜能，生产低熟料或者无熟料、高废渣的水泥。

传统的低熟料或者无熟料、高废渣的水泥的生产方式是仅仅把各类混合材料通过组合粉磨来制备复合水泥，并不能充分发挥不同混合材料在水化活性和结构特征上的协同效应，大多数是以降低成本为主要目的，而没有从根本上改变水泥基材料的组成和实现高性能化。吴中伟院士曾经指出，20世纪90年代以来，我国水泥工业走上了一条高产、高耗、低效、高环境负荷的发展道路，我们必须通过科技创新加以根本性的改造。因此，在未来的水泥工业发展的道路上，企业为了生存，必须加快建设节能减排技改项目，不断提高管理水平，实施以节能、降耗、环保、资源综合利用为目的的技术改造。

煤矸石是煤炭开采、洗选加工过程中产生的废弃岩石，排放量约占煤炭产量的10%～15%。目前我国煤矸石利用率为10%～30%。目前全国煤矸石的总积存量己达30亿以上，露天堆放在各个厂矿内，形成矸石山150多座，而且排放量仍在逐年增长，不仅占用大量土地，而且污染周围土壤和地下水，还可能发生自燃，排放二氧化硫、氮氧化物等有害气体，影响生态环境，是我国排放量最大的工业固体废弃物之一。但煤矸石也是一种重要的工业资源，煤矸石综合利用是节约资源、保护环境、实现可持续发展的重要措施。目前我国利用煤矸石的途径主要有：作为燃料使用，从煤矸石中回收有用矿物，制作建筑材料。其中，作为制作建筑材料的原料，是因为煤矸石含有大量粘土类矿物，燃烧后可以产生一定的活性，因此将其作为活性火山灰材质添加入水泥中作为混合材，替代部分水泥熟料。

    但是，煤矸石替代部分粉煤灰生产水泥，要求煤矸石必须具备作为混合材的活性指数，即Al₂O₃、SiO₂指数含量总和要达到70%才具有较好的活性。

所以煤矸石替代部分粉煤灰生产水泥，受到作为混合材的活性指数要求限制，只能采用少量煤矸石替代部分粉煤灰。提高煤矸石活性的现有研究取得了一定的成果，但都是基于本身活性较高的煤矸石，而且必须是采用1100℃～1200℃的高温煅烧条件下进行活化，能耗高，实际应用价值不高。

目前未能实现大量利用煤矸石废渣、不用硅酸盐熟料来生产的水硬性新型胶凝材料的技术报道，无法真正实现煤矸石废渣的大量再利用，不能显著减少水泥工业生产过程中CO₂等污染气体的排放量，降低水泥生产过程中的能源消耗。

发明内容

 本发明的一个目的是克服现有煤矸石再利用和活化技术的不足，提供一种煤矸石活化物。

本发明的另一个目的是提供所述煤矸石活化物的制备方法。

本发明还有一个重要的目的是基于所述煤矸石活化物制备得到一种新型无熟料胶凝材料，并提供所述新型无熟料胶凝材料的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：