[发明专利]基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及建筑材料领域，具体地指一种基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料及其制备方法。

背景技术

随着我国国民经济的迅猛发展，急剧增加的、未作为二次资源加以利用的工业固体废物不仅占用了大量的土地资源、造成诸多的二次污染问题，而且也是一种资源浪费的行为、与不断提高的环境保护要求以及实现可持续性发展的经济政策不相协调。有关工业固体废物的资源化利用已经日益成为科研工作者的研究热点。

烟气脱硫技术(FGD)是世界上应用最广泛的一种控制SO₂排放的技术。根据其脱硫剂及脱硫灰的形态，一股可分为湿法、干法和半干法脱硫。燃煤电站半干法烟气脱硫灰(以下简称为脱硫灰)的资源化利用技术是目前国内外研究的热点，研究表明脱硫灰的材料组成和性能因脱硫工艺、煤种的差异而变化较大，主要表现为硫和游离氧化钙的含量较高，这一特点给脱硫灰在无机非金属材料及其制品领域中应用带来了困难。目前，针对这类高硫高钙灰渣开展的综合利用研究较少，大量的脱硫灰仍然以露天堆放为主，不仅占用了紧张的土地资源，而且会对环境造成二次污染。对脱硫灰进行资源化利用技术研究，既是一个处于国际学术前沿的重点研究课题，也是我国现阶段处置燃煤电站烟气脱硫副产物所需要解决的关键问题之一。综合考虑脱硫灰的资源化利用关系到我国燃煤电站半干法烟气脱硫产业的发展，也关系到环境保护与国民经济相协调发展、以及节约土地、保护生态环境、资源再利用等一系列的重大问题。

而在建筑领域，石膏、石灰和水泥共称为三大无机胶凝材料，具有悠久的应用历史。这三种无机胶凝材料的生产均需要高温煅烧，不仅消耗了大量的煤、电资源(其能耗占世界总能耗的15％左右)，而且还消耗了大量的石灰石、铁矿石、粘土和石膏等自然资源，尤其是生产过程中排放出巨量的温室效应气体CO₂，对环境产生较大冲击。因此，开发新型无机胶凝材料，特别是能兼顾利用废弃物资源通过免烧或者更为先进(节能、降耗、减排)的工艺制备无机胶凝材料是一个重要的发展趋势。

研究表明，在有化学助剂存在的情况下，机械研磨可以使矿渣、粉煤灰等无机非金属材料的比表面积更大、颗粒更细，从而可以激发并提高它们的水化活性。而脱硫灰是产自于燃煤电站烟气脱硫工艺的废弃物，通过回填、筑路的方式虽然可以大量消耗脱硫灰，但很难产生经济效益；存在于脱硫灰中的CaSO₃在高温下可能分解出SO₂，因此脱硫灰难以用来烧制水泥。另外，CaSO₃的化学稳定性将影响以脱硫灰为原材料的建材制品的耐久性能，而作为水泥缓凝剂使用时，其缓凝效果又比石膏差。本领域技术人员一直在尝试用脱硫灰为原料制备新型无机胶凝材料的试验，但至今为此所取得的效果并不理想。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料及其制备方法。其以燃煤电站的烟气脱硫灰作为原料制备无机胶凝材料，可不用或少用天然资源，减少脱硫灰的二次污染；且其制备工艺无需高温煅烧处理，可大幅降低能源消耗，有益于生态环境的保护和改善。

为实现上述目的，本发明所研制的基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料，是以燃煤电站烟气脱硫处理产生的脱硫灰为主料，辅以矿渣、石膏和水泥熟料，经过混合研磨而成的。其中各组份重量百分比为：脱硫灰30～40％、矿渣45～55％、石膏3～5％、水泥熟料8～12％。

进一步地，上述脱硫灰是由循环流化床(CFB)或回流式循环流化床(RCFB)半干法烟气脱硫工艺所产生的脱硫副产物经过烘干、筛分而得的粉料，其含水率控制在1％以下，0.074mm方孔筛上筛余率控制在5％以下。

再进一步地，上述脱硫灰中钙、硫氧化物含量较高，硅、铝氧化物含量较低。通常情况下，钙的重量百分比(以氧化钙计)介于50～65％之间，硫的重量百分比(以三氧化硫计)介于25～30％之间，硅、铝的重量百分比(以氧化铝、二氧化硅计)合计不超过8％。

更进一步地，上述矿渣为国标GB/T-203中的粒化高炉矿渣，其粒径控制在2.0mm以下，含水率控制在1％以下；上述石膏为国标GB5483-85《用于水泥中的石膏和硬石膏》中的一级二水石膏；上述水泥熟料为国标GB175-2007《通用硅酸盐水泥》中的P.O硅酸盐水泥熟料。

上述基于烟气脱硫副产物的无机胶凝材料的制备方法，包括如下步骤：

1)原料选取：按各组份重量百分比选取干燥的脱硫灰30～40％、矿渣45～55％、石膏3～5％、水泥熟料8～12％备用；