一种煤矸石制备凝胶材料的方法、凝胶材料及应用与流程

1.本技术涉及固废环保再利用技术领域，尤其涉及一种煤矸石制备凝胶材料的方法及复合材料。

背景技术：

2.煤矸石的化学成分是煤矸石煅烧后灰渣的成分，其化学成分和粘土相似，可用于筑路、生产烧结砖及非烧结砖、混凝土制品、砌筑砂浆材料和陶粒等轻骨。有的煤矸石含硅较高，可作为硅质原料，用作水泥原料等。
3.煤矸石产量大，目前仅能堆存，无法有效综合利用，目前绝大部分为堆存产生矸石山，自燃、水源污染严重。
4.高铝低硫煤矸石可以作为煤系高岭土使用，绝大部分煤矸石为低铝高硅高硫煤矸石，目前仅有作为烧结砖应用生产实例，但煤矸石隧道窑烧结产品价值低，附加值低，销售半径有效，无法实现煤矸石的大规模消纳。

技术实现要素：

5.本技术实施例提供一种煤矸石制备凝胶材料的方法及复合材料，无需添加外加热源，有效利用煤矸石中热值，从而实现高效消纳煤矸石并制备高附加值产品，进一步拓宽煤矸石销售半径。
6.本技术实施例提供一种煤矸石制备凝胶材料的方法，包括：
7.将煤矸石、石膏固废和石灰石破碎后混匀，形成第一混合料；
8.在第一温度范围内烧制所述第一混合料，烧制完成后获得熟料；
9.将煤矸石、赤泥和石膏破碎混匀，形成第二混合料；
10.在第二温度范围内烧制所述第二混合料，烧制完成后获得混和料，其中所述第二温度范围低于所述第一温度范围；
11.按照预设比例，配比所述熟料和所述混合料，以获得所需的凝胶材料。
12.可选的，所述第一混合料中煤矸石占比25％-40％，石膏固废占比5％-15％，石灰石占比50％-70％；
13.其中所述石膏固废包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的一种或几种。
14.可选的，所述第一温度范围为1250℃-1350℃，所述第二温度范围为 750℃-850℃。
15.可选的，在第一温度范围内烧制所述第一混合料包括：在第一温度范围内，控制焙烧料热值大于等于400千卡/公斤，焙烧时间5h-10h。
16.可选的，在第二温度范围内烧制所述第二混合料包括：在第二温度范围内，控制焙烧料热值小于等于200千卡/公斤，焙烧时间3h-6h。
17.可选的，所述预设比例满足所述熟料占比10％-40％，所述混合料占比 60％-90％。
18.本技术实施例还提供一种凝胶材料，所述凝胶材料采用如前述的煤矸石制备凝胶材料的方法制备获得。
19.本技术实施例还提供一种凝胶材料的应用，将前述所述凝胶材料应用于水泥砌块砖、路基硬化、矿坑填充凝胶剂以及喷涂砂浆的制备。
20.本技术实施例的方案，无需添加外加热源，有效利用煤矸石中的热值，从而实现了高效消纳煤矸石并制备高附加值产品，进一步拓宽煤矸石销售半径。
21.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
22.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
23.图1为本技术实施例的煤矸石制备凝胶材料的基本流程图。
具体实施方式
24.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
25.可采用煤矸石烧制高贝利特硫铝酸盐水泥，配料为煤矸石、石灰石、石膏1300度回转窑焙烧粉碎后添加混合料获得高贝利特硫铝酸盐水泥。采用回转窑烧煤矸石高贝利特硫铝酸盐水泥，回转窑单位空间内填充物料质量有限，导致单位空间热值太低没法保证回转窑温度，需要额外添加煤粉或者天然气焙烧升温，烧制成本高，煤矸石占比也仅为原料10-20％，煤矸石消纳量有限。
26.本技术实施例提供一种煤矸石制备凝胶材料的方法，如图1所示，包括如下步骤：
27.在步骤s101中，将煤矸石、石膏固废和石灰石破碎后混匀，形成第一混合料。在一些具体操作中可以将煤矸石、石膏固废和石灰石破碎后并混匀，然后进一步压制成砖，从而形成第一混合料。
28.在步骤s102中，在第一温度范围内烧制所述第一混合料，烧制完成后获得熟料。可以将压制成砖的第一混合材料置于隧道窑中，在第一温度范围内焙烧，烧制成型后粉碎即可获得熟料。
29.在步骤s103中，将煤矸石、赤泥和石膏破碎混匀，形成第二混合料。类似的也可以将煤矸石、赤泥和石膏破碎混匀然后进一步压制成砖，从而形成第二混合料。
30.在步骤s104中，在第二温度范围内烧制所述第二混合料，烧制完成后获得混和料，其中所述第二温度范围低于所述第一温度范围。可以将压制成砖的第二混合材料置于隧道窑中，在第二温度范围内焙烧，烧制成型后粉碎即可获得高活性的混和料。
31.本示例中熟料、混和料的烧制不分先后顺序，也可以先烧制混和料再烧制熟料，可
以根据实际生产需要调整熟料、混和料的烧制步骤。
32.在步骤s105中，按照预设比例，配比所述熟料和所述混合料，以获得所需的凝胶材料。也即熟料和混合料按照一定质量配比可获得不同抗压强度高活性凝胶材料。
33.本技术实施例的方案，无需添加外加热源，有效利用煤矸石中的热值，从而实现了高效消纳煤矸石并制备高附加值产品，进一步拓宽煤矸石制品销售半径。常规水泥烧成温度》1350℃，采用煤矸石烧制凝胶材料烧成温度显著降低，产品能够部分替代水泥制品。
34.在一些实施例中，所述第一混合料中煤矸石占比25％-40％，石膏固废占比5％-15％，石灰石占比50％-70％；其中所述石膏固废包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的一种或几种。本实施例中所指的占比均为质量占比，煤矸石占比》25％，煤矸石所提供热值能够满足凝胶材料烧制需求。
35.在一些实施例中，所述第二混合料中煤矸石占比50-95％，石膏固废占比5％-15％，赤泥占比0％-50％；其中所述石膏固废包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的一种或几种。赤泥含碱，在焙烧过程中有助于进一步激发煤矸石火山灰活性。
36.在一些实施例中，所述第一温度范围为1250℃-1350℃，所述第二温度范围为750℃-850℃。第一物料在第一温度条件下即可实现固相反应，形成贝利特物相，显著低于常规水泥》1400℃才能形成所需物相的温度。第二物料在第二温度焙烧条件下，煤矸石中的高岭石转化为偏高岭石，同时在赤泥中碱和硫酸钙作用下火山灰活性进一步被激发。
37.在一些实施例中，在第一温度范围内烧制所述第一混合料包括：在第一温度范围内，控制焙烧料热值大于等于400千卡/公斤，焙烧时间5h-10h。
38.在一些实施例中，在第二温度范围内烧制所述第二混合料包括：在第二温度范围内，控制焙烧料热值小于等于200千卡/公斤，焙烧时间3h-6h。
39.在一些实施例中，所述预设比例满足所述熟料占比10％-40％，所述混合料占比60％-90％。熟料占比高可获得高强度凝胶材料，可根据实际用途条件熟料和混合料之间的占比。
40.本技术实施例还提出一种煤矸石制备凝胶材料的方法的实施案例，本示例中：
41.熟料生产条件：煤矸石30％，石灰石60％，脱硫石膏10％。热值控制400 千卡/公斤，焙烧温度1250度，焙烧时间7h。
42.高活性混合料生产条件：煤矸石50％，赤泥30％，脱硫石膏20％。热值控制150千卡/公斤，焙烧温度800度，焙烧时间3h。
43.高活性凝胶材料配比：熟料40％，高活性混合料60％。
44.经过试验测试，制成的高活性凝胶材料的3d抗压强度20mpa，30天抗压强度36.5mpa，达到了325水泥的标准。
45.本示例中原料中煤矸石占比42％，远高于传统利用煤矸石烧制凝胶材料的比例，煤矸石中热值得到有效利用，无需添加外加热源，煤矸石可被高效消纳并制备高附加值产品，相比传统煤矸石砖的销售半径进一步拓宽。
46.本技术实施例还提供一种凝胶材料，所述凝胶材料采用如前述的煤矸石制备凝胶材料的方法制备获得。
47.本技术实施例还提供一种凝胶材料的应用，将前述所述凝胶材料应用于水泥砌块砖、路基硬化、矿坑填充凝胶剂以及喷涂砂浆等建筑骨料的制备。
48.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
49.上述本技术实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
50.上面结合附图对本技术的实施例进行了描述，但是本技术并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本技术的启示下，在不脱离本技术宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本技术的保护之内。

技术特征：

1.一种煤矸石制备凝胶材料的方法，其特征在于，包括：将煤矸石、石膏固废和石灰石破碎后混匀，形成第一混合料；在第一温度范围内烧制所述第一混合料，烧制完成后获得熟料；将煤矸石、赤泥和石膏破碎混匀，形成第二混合料；在第二温度范围内烧制所述第二混合料，烧制完成后获得混和料，其中所述第二温度范围低于所述第一温度范围；按照预设比例，配比所述熟料和所述混合料，以获得所需的凝胶材料。2.如权利要求1所述的煤矸石制备凝胶材料的方法，其特征在于，所述第一混合料中煤矸石占比25％-40％，石膏固废占比5％-15％，石灰石占比50％-70％；其中所述石膏固废包括脱硫石膏、磷石膏、氟石膏中的一种或几种。3.如权利要求1所述的煤矸石制备凝胶材料的方法，其特征在于，所述第一温度范围为1250℃-1350℃，所述第二温度范围为750℃-850℃。4.如权利要求3所述的煤矸石制备凝胶材料的方法，其特征在于，在第一温度范围内烧制所述第一混合料包括：在第一温度范围内，控制焙烧料热值大于等于400千卡/公斤，焙烧时间5h-10h。5.如权利要求4所述的煤矸石制备凝胶材料的方法，其特征在于，在第二温度范围内烧制所述第二混合料包括：在第二温度范围内，控制焙烧料热值小于等于200千卡/公斤，焙烧时间3h-6h。6.如权利要求1所述的煤矸石制备凝胶材料的方法，其特征在于，所述预设比例满足所述熟料占比10％-40％，所述混合料占比60％-90％。7.一种凝胶材料，其特征在于，所述凝胶材料采用如权利要求1-6任一项所述的煤矸石制备凝胶材料的方法制备获得。8.一种凝胶材料的应用，其特征在于，将如权利要求7所述的凝胶材料应用于水泥砌块砖、路基硬化、矿坑填充凝胶剂以及喷涂砂浆的制备。

技术总结

本申请公开了一种煤矸石制备凝胶材料的方法及复合材料，包括：将煤矸石、石膏固废和石灰石破碎后混匀，形成第一混合料；在第一温度范围内烧制所述第一混合料，烧制完成后获得熟料；将煤矸石、赤泥和石膏破碎混匀，形成第二混合料；在第二温度范围内烧制所述第二混合料，烧制完成后获得混和料，其中所述第二温度范围低于所述第一温度范围；按照预设比例，配比所述熟料和所述混合料，以获得所需的凝胶材料。本申请的方法无需添加外加热源，有效利用煤矸石中热值，从而实现高效消纳煤矸石并制备高附加值产品，有效拓宽了煤矸石销售半径。有效拓宽了煤矸石销售半径。有效拓宽了煤矸石销售半径。