[发明专利]利用煤矸石电厂固废制备的低碳高强胶凝材料及制备方法

说明书

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种利用煤矸石电厂固废制备的低碳高强胶凝材料及制备方法。该材料包括：30‑50质量份硅酸盐水泥熟料，25‑50质量份煤矸石电厂灰，5‑15质量份炉底渣，5‑12.5质量份石灰石，2.5‑5质量份石膏和在炉底渣中占比0.5wt％的改性剂。制备方法包括：1)按照原料质量比例取料；2)将步骤1)取得的硅酸盐水泥熟料、石灰石和石膏，共同粉磨至比表面积300‑400m²/kg；3)将步骤1)取得的炉底渣和改性剂混匀，粉磨至比表面积350‑550m²/kg；4)将步骤1)取得的煤矸石电厂灰和步骤2)与步骤3)所得磨细粉体混合均匀，即得低碳高强胶凝材料。

技术领域

本发明涉及建筑材料技术领域，尤其是涉及一种利用煤矸石电厂固废制备的低碳高强胶凝材料及制备方法。

背景技术

水泥，特别是硅酸盐水泥，是广泛应用于建筑、桥梁、水利和国防领域的混凝土及水泥砂浆材料的主要胶凝材料，近几年我国水泥的产量均在20亿吨以上，水泥产量和消费量仍处于稳中有升阶段。水泥工业碳排放占我国工业部门总碳排放量的15％左右，节能减排的压力巨大。大力发展低能耗、低排放的低碳胶凝材料是水泥行业的发展方向，也是应对气候变化、努力实现2060年碳中和目标的重要举措。统计资料显示，水泥产品的碳排放主要来源于熟料生产过程中的二氧化碳排放，设法降低水泥产品中的熟料用量是实现水泥工业减排的有效途径。利用煤矸石电厂固废制备的防火水泥基发泡保温板及方法

我国北方地区煤炭资源丰富，煤矿混采以及洗选工艺每年产生煤矸石排放量高达3000万吨以上，已经废弃填埋的矸石储量远超亿吨。利用较低热值的含煤矸石进行燃烧发电，是煤电行业处理矸石固废的主要手段。然而煤矸石不同于常规燃煤电厂使用的优质煤，其非煤组分含量高，燃烧后仍然会产生大量的电厂灰和炉底渣等新固废，现有技术难以大规模利用。

将煤矸石电厂固废利用与水泥行业碳减排结合是实现固废资源化利用、打造绿色工厂、促进行业节能减排和低碳排放的先进方法，同时可以降低水泥制造成本，具有显著的经济和社会效益。目前利用水泥行业的庞大体量消纳煤矸石电厂固废已有一些应用案例，但仍存在以下问题：

(1)将煤矸石电厂固废作为铝硅质原料配入水泥生料共同煅烧熟料，可实现吨熟料消纳上述固废约0.2～0.25吨。该方法可实现一定量的固废处置，但处置量仍偏低，且对降低水泥产品的碳排放强度没有帮助。

(2)将煤矸石电厂固废磨细后作为混合材替代熟料生产水泥，可实现吨水泥消纳上述固废约0.1～0.15吨。由于煤矸石电厂灰和炉底渣的自身缺陷，过量掺入水泥必然造成水泥强度和工作性的显著降低，限制了其在水泥中的添加量，导致该方法的实际固废处置量和碳减排潜力均不足。

(3)将煤矸石电厂固废与石膏和生石灰混合磨细后制成石灰水泥或石灰砂浆，可实现吨产品消纳上述固废量超过0.50吨，具有较高的单位产品固废处置量。但是，石灰水泥的强度通常较低，一般仅能达到32.5强度等级，同时该类产品早期水化剧烈，只能用于外墙抹灰等非结构用途，不能替代常规硅酸盐水泥，限制了该方法的规模化应用。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明的第一目的在于提供了一种利用煤矸石电厂固废制备的低碳高强胶凝材料及其制备方法，具有工艺简单，适于工业化生产等特点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种利用煤矸石电厂固废制备的低碳高强胶凝材料，该材料以普通硅酸盐水泥熟料、煤矸石电厂灰、炉底渣和石膏为主要原料制备，具体包括：30-50质量份硅酸盐水泥熟料，25-50质量份煤矸石电厂灰，5-15质量份炉底渣，5-12.5质量份石灰石，2.5-5质量份石膏和在炉底渣中占比0.5wt％的改性剂。