[发明专利]一种脱硫灰基胶凝材料及其制备和应用

说明书

本发明公开了一种脱硫灰基胶凝材料及其制备方法和应用。所述脱硫灰基胶凝材料的主要制备方式是在脱硫灰、S95级矿粉、锅炉灰渣、粉煤灰等工业废渣中掺入一定量的H₄₀₀₀表面活性剂，在常温常压下制备而成。该制备方法解决了脱硫灰组分中由于不稳定亚硫酸盐的存在对其材料化应用的局限，且工艺简单、原料来源广泛、不添加强酸强碱等易腐蚀试剂、能耗低、二次污染小。此外，本发明所述脱硫灰基胶凝材料具有早期强度高、软化系数大、后期强度持续增长等特点，可将其作为墙体材料、道路路基材料应用，前景广阔。

技术领域

本发明涉及一种循环流化床半干法脱硫灰制备的新型胶凝材料及其制备方法和应用，属于固体废物资源化技术领域。

背景技术

钢铁企业在生产过程中会释放出大量的SO₂。2019年，我国的粗钢产量为9.96亿吨，按中国钢铁协会公布的“生产每吨钢铁时，SO₂排放量1.95kg”计算，SO₂的排放量可达1.94×10⁶t，由循环流化床半干法烟气脱硫工艺产生的脱硫灰产量则将达到4.85×10⁶t。目前脱硫灰的处置方式主要是堆存，这种处置方式不仅占用了大量的土地资源，而且会对环境造成严重的污染。

如何科学的处置和高值化利用，实现脱硫灰的无害化和资源化，是我国钢铁行业亟待解决的技术难题，也是日趋严峻的环保要求。

脱硫灰中主要含有氢氧化钙、氧化钙、氟化钙、碳酸钙、亚硫酸钙、硫酸钙以及飞灰等成分，其组成复杂，利用起来十分困难。国外的脱硫灰由于年产量较少，大部分得到了充分的利用。美国主要将脱硫灰应用于生产石膏墙板、蒸压砖、水泥混凝土以及土壤改良等；欧洲主要将脱硫灰应用于建筑工业回填、土壤修复、路基材料和水泥生产；日本由于天然石膏的缺乏，早在上世纪50年代就开始大量利用脱硫副产物制备石膏板材，或将脱硫灰与粉煤灰、石灰等混合以生产烟灰材料。

我国脱硫灰的资源化利用研究起步较晚，近年来科研工作者对脱硫灰的利用主要集中在部分替代水泥作为混凝土掺料、生产蒸压砖、地坪转等墙体材料，虽能部分消纳脱硫灰，但资源化产品因其中含有亚硫酸钙而导致产品性能不稳定，如力学强度低、重金属及氯离子侵蚀等问题，而且生产工艺的能耗很大。因此，亟需开发一种在常温常压下即能制备的高性能且低成本的脱硫灰基胶凝材料，以解决脱硫灰的出路问题。

针对上述脱硫灰的处置现状及主要资源化利用技术存在的问题，从固体废物减量化、资源化和无害化角度出发，本发明充分利用高掺量的半干法烟气脱硫产生的脱硫灰，将脱硫灰与其它固体废物，配合H₄₀₀₀母料表面活性剂进行化学改性，基于物理吸附、化学固结、同晶置换等协同效应原理，制备新型高效低成本胶凝材料。在实现脱硫灰无害化的同时，达到材料化利用的目的。

发明内容

针对现有脱硫灰处置现状与资源化利用技术存在的问题，本发明的第一个目的是在于提供了一种新型高效低成本的脱硫灰基胶凝材料，实现了脱硫灰等工业固废的材料化利用。所述胶凝材料无需高温催化即可将脱硫灰中的不稳定亚硫酸盐氧化成硫酸盐，为制备稳定的胶凝材料奠定了基础。

本发明的第二个目的是在于提供了一种脱硫灰基胶凝材料的制备方法，该方法是在常温常压下进行，工艺简单，成本低，有利于大规模工业生产。

本发明的第三个目的是在于提供了脱硫灰基胶凝材料的应用，所述胶凝材料具有优良的力学性能，可用于生产免蒸免烧砖、地坪砖、广场砖等墙体材料以及路基材料，进一步扩大了脱硫灰的应用领域，可以大量消纳脱硫灰，实现资源化利用，具有环境效益、经济效益和社会效益。

本发明提供了一种脱硫灰基胶凝材料，包含以下重量份的组分：脱硫灰10-30份、S95级矿粉50-70份、锅炉灰渣3-5份、水泥熟料10-20份、粉煤灰5-10份、H₄₀₀₀母料表面活性剂3-5份。